Підвищення ефективності аналізу структур та алгоритмів функціональної і надійнісної поведінки радіоелектронних комплексів

Abstract

В дисертаційній роботі здійснено подальший розвиток методології аналітичного моделювання поведінки локальних радіоелектронних комплексів (РЕК) у вигляді дискретно-неперервних стохастичних систем (ДНСС) та методів розробки надійнісних моделей сіткових і ієрархічних структур інформаційних мереж регіональних РЕК для ефективного розв’язання задач аналізу, евристичного синтезу та оптимізації структур і алгоритмів функціональної та надійнісної поведінки на етапі системотехнічного проектування. Серйозним обмеженням при використанні теорії марковських процесів для створення моделей структури та поведінки таких складних об’єктів проектування, як РЕК, залишається проблема розробки моделі у вигляді графа станів і переходів. Використання логіко-імовірнісних методів для надійнісного аналізу сіткових та ієрархічних структур інформаційних мереж РЕК обмежує проблема формування функції працездатності. Вказані проблеми суттєво знижують можливості ефективного використання цих методів аналізу, а відтак евристичного синтезу та оптимізації, при розв’язанні задач системотехнічного проектування РЕК. Для вирішення першої проблеми запропоновано: формалізовані методи побудови моделей структури і поведінки об’єктів проектування у вигляді графа станів і переходів на основі базових подій або на основі блок-схеми алгоритму поведінки для їх аналізу як ДНСС марковського типу; метод трансформації моделі об’єкту проектування у вигляді графа станів і переходів для його аналізу як ДНСС немарковського типу; формалізований метод представлення структури і поведінки об’єкту проектування у вигляді логіко-імовірнісної моделі. Вирішення другої проблеми забезпечено розвитком методів аналізу структурної живучості інформаційних мереж регіональних РЕК з сітковою структурою та з несиметричною ієрархічною структурою складного підпорядкування і на їх основі створено методи надійнісного синтезу та надійнісної оптимізації структур.В диссертационной работе осуществлено дальнейшее развитие методологии аналитического моделирования поведения локальных радиоэлектронных комплексов (РЭК) в виде дискретно-непрерывных стохастических систем (ДНСС), а также методов разработки надежностных моделей сетевых и иерархических структур информационных сетей региональных РЭК для эффективного решения задач анализа, эвристического синтеза и оптимизации структур и алгоритмов функционального и надежностного поведения на этапе системотехнического проектирования. Серьезным ограничением при использовании теории марковских процессов для создания моделей структуры и поведения таких сложных объектов проектирования, как РЭК, остается проблема разработки модели в виде графа состояний и переходов. Использование логико-вероятностных методов для надежностного анализа сетевых и иерархических структур информационных сетей РЭК ограничивает проблема формирования функции работоспособности. Указанные проблемы существенно снижают возможности эффективного использования этих методов анализа, а затем эвристического синтеза и оптимизации, при решении задач системотехнического проектирования РЭК. Для решения первой проблемы осуществлено развитие методологии аналитического моделирования ДНСС, которое реализуют: а) предложенные формализованные представления структуры и поведения объекта проектирования в виде структурно-автоматных моделей и методы их разработки на основе: базовых событий и соответствующего описания условий и обстоятельств или блок-схемы алгоритма поведения; б) предложенный формализованный метод формирования моделей в виде графа состояний и переходов на основе структурно-автоматных моделей объекта проектирования. В отличие от известной методологии аналитического моделирования ДНСС, усовершенствованная методология обеспечивает: возможность контролировать полноту (адекватность) модели в виде графа состояний и переходов на основе анализа структурно-автоматных моделей; безошибочное построение функциональной, надежностной или комплексной модели поведения объекта проектирования в виде графа состояний и переходов; возможность объединения функционального и надежностного поведения использованной отказоустойчивой конфигурации в одной комплексной модели объекта исследования снимает проблему учета влияния ненадежности аппаратных средств на его функциональные показатели; существенное уменьшение затрат времени на решение задач эвристического синтеза в сравнении с известной методологией аналитического моделирования ДНСС. С использованием усовершенствованной методологии аналитического моделирования ДНСС для решения задач эвристического синтеза созданы: а) надежностные модели отказоустойчивых конфигураций с комбинированным структурным резервированием для подсистем ретрансляторов радиорелейных линий связи, в которых вместе с аппаратной избыточностью учтены особенности их надежностного поведения, обусловленного использованием средств контроля, диагностики и переключения, а также стратегий восстановления (технического обслуживания и ремонта); б) модель адаптивной процедуры выбора пакетов на обслуживание из совокупности буферных запоминающих устройств в бортовых телеметрических комплексах с иерархической структурой и модель цифровой системы коммутации ЕС-11 информационной сети при использовании протокола LAPD. Для объектов проектирования, математическое представление которых соответствует ДНСС немарковского типа, предложен новый метод трансформации модели в виде графа состояний и переходов (метод эквивалентной интенсивности потока), в основу которого положена аппроксимация немарковского процесса неоднородным марковским процессом. Предложен новый метод разработки логико-вероятностных моделей прицельных РЭК, представленных блок-схемой алгоритма поиска и обнаружения целей, на основе нового формализованного представления структуры и алгоритма поведения объекта проектирования в виде структурно-автоматной модели. Уровень формализации метода позволяет автоматизировать процесс разработки логико-вероятностных моделей и ее анализа. Решение второй проблемы обеспечено развитием методов анализа структурной живучести информационных сетей региональных РЭК с сетевой структурой, а именно: а) предложен метод формализованного построения логико-вероятностных моделей сетевых структур на основе логико-вероятностного траекторного моделирования; предложенный метод, в отличие от существующих, позволяет получать формулы для определения вероятности парной связности, в которых не отображаются члены, которые подлежат сокращению; благодаря высокому уровню формализации, метод позволяет автоматизировать процесс разработки логико-вероятностных моделей сетевых структур и дает выигрыш в скорости вычислений по сравнению с корреляционным методом и методом разложения структуры относительно ключевого элемента с маскировкой состояний более чем в 10 раз; б) усовершенствован метод разложения структуры относительно ключевого элемента, в котором предложена процедура маскировки состояний; в) предложен метод преобразования фрагмента структуры типа “многолучевая звезда” в “многоугольник”. Для информационных сетей региональных РЭК с несимметричной иерархической структурой со сложным подчинением предложен метод структурного анализа на основе логико-вероятностного траекторного моделирования, который позволил автоматизировать процес анализа. Получил дальнейшее развитие метод надежностной оптимизации состава структуры бортового телеметрического комплекса.In the thesis the subsequent development of the methodology of the analytical modelling the behaviour of local radio engineering complexes (REC) in the form of discrete-continuous stochastic systems (DCSS) and methods of the development the reliable models of net and hierarchic structures of the informational network of regional REC for the effective solving the analysis problems, the problems of heuristic synthesis and optimization the structures and algorithms of the functional and reliable behaviour at the stage of system designing is accomplished. During the usage of Markov process for creation the models of structure and behaviour of such complicated design objects as REC the significant limitation is the problem of development the model in the form of state transition diagram. The problem of formation the operability function limits the usage of logical-and-probabilistic methods for the reliable analysis of the net and hierarchic structures of the REC information networks. Mentioned problems substantially reduce the possibility of efficient working these analysis techniques then heuristic synthesis and optimization during solving the problems of system designing the REC. For solving the first problem the formalized methods of creation the models of structure and behaviour of the design objects in the form of state transition diagram on the basis of basic events or on the basis of block diagram of the behavior algorithm for their analysis as DCSS of Markov type, the method of transformation the model of design object in state transition diagram for its analysis as DCSS of non-Markov type, formalized method of representing the structure and behaviour of the design object in the form of logical-and-probabilistic model are presented. Solving the second problem is provided with the development the methods of analysis of the structural vitality of the informational networks the regional REC with the net structure and with asymmetric hierarchic structure of the complicated slaving and on their basis the methods of reliable synthesis and reliable optimization of the structures were developed.