Моделирование авиационных наземных фиксированных сетей передачи данных для организации воздушного движения в условиях дефицита исходных данных

1. Основные положения концепции сети авиационной электросвязи, направления развития и существующее положение.14.

Введение

14.

1.1. Существующее положение сети AFTN РК и факторы ее развития.14.

1.2. Основные положения концепции сети авиационной электросвязи, направления развития.18.

1.2.1. Основные положения AFTN ICAO.18.

1.2.2. Основные тенденции.20.

1.3. Обзор служб и физической среды обмена сообщений организации воздушного движения.22.

1.3.1. Структура AMHS.22.

1.3.2. Формат сообщения.26.

1.3.3. Принципы адресации.27.

1.3.4. Физическая среда обмена.30.

1.3.5. План перехода.31.

1.4. Перспектива использования сетей AFTN и CIDIN.33.

2. Математическое моделирование и анализ сети AFTN.34.

Введение

34.

2.1. Система комплексных показателей сети.36.

2.2. Математическая модель сети и восполнение дефицита исходной информации.40.

2.2.1. Моделирование сети AFTN ОрВД.40.

2.2.2. Задание модели СПД.41.

2.2.3. Формирование вариантов внешней нагрузки на СПД.42.

2.2.4. Построение матрицы осредненных нагрузок реальной сети.44.

2.2.5. Маршрутизация потоков данных.46.

2.2.6. Процесс работы с системой.48.

2.2.7. Анализ отключения каналов и узлов.49.

2.3. Многоуровневая перцептивная визуализация сети.50.

2.3.1. Особенности СПД ОрВД, учитываемые при Визуализации.51.

2.3.2. Построение перцептивной схемы многоуровневой визуализации СПД ОрВД.53.

2.4. Результаты анализа существующего варианта сети и прогноз состояния сети с учетом временного фактора.65.

2.4.1. Топологическая схема сети.65.

2.4.2. Трафик сети, надежность каналов и тенденции их динамики.66.

2.4.3. Анализ трафика сети и тенденции его роста.67.

2.4.4. Анализ надежности работы телеграфных каналов сети и тенденции ее динамики.70.

2.4.5. Анализ базовой сети АРТМ РК.70.

Выводы по результатам анализа.78.

Заключение

по результатам анализа.78.

3. Реконструкция сети АРТМ на основе комплексной оптимизации.80.

Введение

80.

3.1. Обоснование, основные принципы реконструкции и ее реализации.81.

3.1.1. Основные положения совместного анализа сети АРТМ РК и направлений 1САО по построению сети АТМ.81.

3.1.2. Требования к сети АРТМ, назначение и цель реконструкции.83.

3.1.3. Основные принципы формирования вариантов реконструкции.84.

3.2. Система моделирования, оптимизации и анализа сетей ПД.88.

3.2.1. Постановка задачи.88.

3.2.2. Оптимизация сетей ОрВД.89.

3.2.2.1. Анализ алгоритмов оптимизации.91.

3.2.2.2. Новая модификация эволюционного алгоритма оптимизации.92.

3.2.2.3. Сравнение вероятностного и детерминистского методов.93.

3.2.2.4. Генетический алгоритм.94.

3.2.2.5. Принцип работы генетического алгоритма .95.

3.2.3. Новый эволюционный алгоритм.96.

3.2.3.1. Оптимизация распределения трафика в сети.101.

3.2.3.2. Вычислительные эксперименты.102.

3.2.3.3. Анализ отключения каналов и узлов.103.

3.3. Результаты вычислительного эксперимента по оптимизации сети АРТЫ.104.

3.3.1. Варианты построения сети РГП «Казаэронавигация».104.

3.3.2. Вариант сети в виде звезды (радиальная схема) .104.

3.3.3. Вариант сети, оптимизированный с одностанционным доступом.107.

3.3.4. Вариант сети, оптимизированный с многостанционным доступом.111.

Выводы по результатам оптимизации: обобщенные сравнительные характеристики вариантов реконструкции сети AFTN PK.118.

Заключение

123.

Список литературы

124.

Иллюстрации.128.

Таблицы.184.

Приложение 1: копии актов о внедрении.218.

Приложение 2: копии свидетельств о регистрации.223.

Обозначения:

У={ V, у2 ,., } - множество узлов коммутации и — множество каналов связи (vi, уу)? и — канал связи.

Су — пропускная способность в бит/сек.

Р° = (р°к1) — интенсивностей межузловых потоков данных.

Рм — средняя интенсивность потока данных (в бит/сек) из узла коммутации ук е V в узел V/ е V, к, 1=1,п.

IV =) — матрицей характера распределения нагрузки со = {со!,., соп) — вектор весов узлов коммутации.

8 = (<?!,., 8п) — вектор весов узлов коммутации при асимметричном характере межузловых обменов (гк1) — матрица маршрутизации у >0 — веса КС при маршрутизации.

XI, х2, ., хп — набор неизвестных параметров СПД.

Х=(х], х2, хп) — пмерная точка (набор параметров) в популяции gi, — вес который определяет степень жизнеспособности индивидуума — значение функции в г'-й точке.

Ф = ^ gi — сумма значений функции нескольких минимумов п.

Р (- — - нормированный вес каждого индивидуума.

Сокращения:

ADS — Автоматическое зависимое наблюдение.

AFTN — Сеть авиационной фиксированной электросвязи.

AFTN станция — ЦКС 4-го уровня.

AIDC — Передача данных в интересах ОрВД.

AMHS — Аэронавигационная система обработки сообщений.

ATN — Сеть авиационной электросвязи.

ATS — Служба ОрВД.

ATSMHS — Служба обработки сообщений ОрВД.

CIDIN — Общая сеть обмена данными 1С АО.

СМ — контекстное обслуживание.

CNS/ATM — Система связи, навигации, наблюдения/организации воздушного движения.

CPDLC — Передача данных пилот — диспетчер

DOC — Документ ICAO.

FANS — Специальный комитет ICAO по будущим аэронавигационным системам.

FIS — Обслуживание полетной информацией.

ICAO — Международная организация гражданской авиации.

MHS — Система обработки сообщений.

OSI — Взаимосвязь открытых систем.

SARPS — Стандарты и рекомендуемая практика ICAO.

WAN — Глобальная сеть.

АС УВД — Автоматизированная система УВД.

ВС — Воздушное средство.

ГА — Гражданская авиация.

ГЦКС — Главный центр коммутации сообщений (1-й уровень).

КС — Канал связи.

МАК — Межгосударственный авиационный комитет.

НОТАМ — Формализованные сообщения об оперативных изменениях аэронавигационной обстановки.

ОВД — Обслуживание воздушного движения.

ОрВД — Организация и управление воздушным движением.

ПД — Передача данных.

РГП — Республиканское Государственное предприятие.

РК — Республика Казахстан.

РФ — Российская Федерация.

САИ — Служба аэронавигационной информации.

СПД — Сеть передачи данных.

ТЛГ — Телеграфный канал.

ТСОП — Телефонная сеть общего пользования.

УВД — Управление воздушным движением.

УК — Узел коммутации.

ЦКС — Центр коммутации сообщений.

ЦКСЗ — Зональный центр коммутации сообщений (2-й уровень).

ЦКСР — Региональный центр коммутации сообщений (3-й уровень).

Повсеместное внедрение компьютерных сетей должно сопровождаться опережающим развитием фундаментальной теории в этой области, созданием инженерных методов анализа и синтеза, систем автоматизации проектирования, направленных на сокращение сроков и повышение качества проектирования компьютерных сетей.": академики РАН Е. П. Велихов и Н. А. Кузнецов, из предисловия к книге Вишневского В. М. «Теоретические основы проектирования компьютерных сетей» 2003.

Современная система планирования [Федеральная программа модернизации Единой системы организации воздушного движения на период до 2005 г.(Постановление Правительства Российской Федерации № 368 от 20.04.95)] [1], организации и управления воздушным движением (ОрВД), на основе больших региональных сетей передачи данных (СПД), представляет собой сложный многофункциональный комплекс, включающий в себя системы использования воздушного пространства, системы планирования и управления воздушным движением, системы аэронавигационного и метеорологического обеспечения, наземные средства и системы навигации и посадки, административный, диспетчерский и технический состав. Все эти составляющие системы должны согласованно работать по установленным правилам, обеспечивающим эффективность и особенно безопасность воздушного движения.

К особенностям системы планирования, организации и управления воздушным движением следует отнести наличие обширных территорий, над которыми проходят воздушные трассы, со сложными географическими и климатическими условиями, инфраструктурой ряда мест, характеризуемой малонаселенностью, отсутствием или ненадежностью подъездных путей и проводных каналов связи. До настоящего времени основным средством для информационного взаимодействия между органами ОрВД служит сеть авиационной фиксированной электросвязи АБШ на основе традиционных телеграфных каналов. Сеть представляет собой территориально распределенную систему, базирующуюся на ЦКС (центр коммутации сообщений), обеспечивающих работу телеграфных каналов связи.

В связи с высокой стоимостью современной СПД ОрВД актуальной является задача анализа эффективности, помехоустойчивости и экономичности сети с точки зрения затрат на построение системы и затрат на обслуживание (информационный трафик, аренда, амортизация). Для эффективного анализа и возможности оптимизации некоторых компонент сети для достижения лучших показателей затраты/эффективность актуальной является разработка вычислительно эффективной и в достаточной степени адекватной модели СПД ОрВД. Адекватность модели сети базируется на комплексообразующей системе характеристик и параметров сети, соответствующего различным уровням представления сети — пользовательский, информационный, физический, сетевой и т. д., структурирования и агрегирования данной системы.

При моделировании региональных СПД очень важно иметь визуальное представление о топологии сети. Актуальным является удобное для пользователя одновременное отображение основных свойств и параметров (особенно критических) сети, а также характеристик региона расположения СПД. Визуализация СПД ОрВД до настоящего времени не была подробно разработана с точки зрения количества и качества визуализируемых данных. Обычно это просто изображение графа сети или графа сети на географической карте. В данной работе рассматривается многоуровневая визуализация СПД ОрВД основанная на модели сети, т. е. на основе системы комплексных показателей сети, обладающей разветвленной системой структур и классов, и использующая модели перцептивного восприятия для повышения информативности визуализационного изображения и улучшения субъективного восприятия данной информации.

В связи с постоянным ростом информационной нагрузки, увеличивающимся территориальным охватом систем ОрВД встает задача оптимизации работы существующих сетей и проектирования новых. Особое внимание необходимо уделить защищенности и помехоустойчивости СПД ОрВД. Успешное решение данной задачи чрезвычайно важно для безопасности полетов. Моделирование сетей можно использовать не только для анализа, но и для оптимизации сетей, улучшения их информационных характеристик.

В данной работе рассматривается система оптимизации СПД ОрВД с целью повышения надежности, обеспечения достаточных скоростных показателей при растущей информационной нагрузке на сеть, снижения совокупной стоимости реконструкции и эксплуатации сети на основе адекватного моделирования сети, введения системы комплексных показателей и применения эффективных методов оптимизации.

Для апробации разработанных методик и алгоритмов, за основу принята реальная большая региональная СПД ОрВД РГП (Республиканское Государственное предприятие) «Казаэронавигация». Необходимо отметить, что в связи с большим количеством параметров, и характеристик существующей СПД, которые не могли быть предоставлены в необходимом объеме и виде, математического модель разработана в условиях недостаточности и большой статистической погрешности исходных данных, и, обычно, именно это ограничение является определяющим в практике моделирования сетей ОрВД.

Целью настоящей работы явилось разработка высокоэффективных методов анализа и комплексной оптимизации сети АРПЧ и проведение ряда вычислительных экспериментов с целью определения основных параметров и характеристик сети.

При решении задачи анализа и оптимизации СПД ОрВД имеются ряд проблем:

— глобальные СПД ОрВД обладают рядом специфических свойств, которые при введении их в рассматриваемую задачу требуют построения системы комплексных показателей сети;

— наличие дефицита исходных данных по исходной сети, который необходимо восполнить для адекватного моделирования;

— существующие подходы к моделированию сетей являются вычислительно затратными и не позволяют провести комплексную оптимизацию сети без предварительной декомпозицииотсутствие подходящего алгоритма для глобальной оптимизации многопараметрических функций, основанных на модели СПД ОрВД.

В работе решаются все вышеуказанные проблемы. Для этого поставлены следующие задачи:

— разработать систему комплексных показателей СПД ОрВД;

— разработать методику восполнения дефицита данных по существующей сети;

— разработать экономически выгодную по затратам, т. е. достаточно несложную, но эффективную в вычислительном плане модель сети, позволяющую проводить комплексную оптимизацию параметров модели;

— разработать эффективный алгоритм оптимизации, который позволит проектировать оптимальные по характеристикам и стоимости сети передачи данных для организации и управления воздушным движением;

— для повышения эффективности анализа вышеуказанных сетей разработать эффективную визуализацию с точки зрения адекватного отображения большого количества параметров;

— провести апробацию разработанных методов и алгоритмов на конкретном примере.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана новая математическая модель СПД ОрВД, основанная на системе комплексных показателей, которая является достаточно эффективной при проведении исследований сетей ОрВД с целью определения их характеристик, а также построения оптимального проекта сети на базе существующей, в случае дефицита исходной информации по существующей сети и трафику;

2. Метод перцептивной многоуровневой визуализации впервые применен для экспресс оценки параметров глобальных СПД в процессе интерактивной оптимизации;

3. Разработан новый гибридный алгоритм эволюционной оптимизации параметров и характеристик региональных СПД ОрВД;

На защиту выносятся следующие положения:

1. Система комплексных показателей глобальной сети передачи данных;

2. Метод многоуровневой визуализации глобальных СПД, основанный на комплексном подходе к обработке изображений;

3. Новый эволюционный алгоритм оптимизации;

4. Данные анализа сети АРШ РГП «Казаэронавигация» ;

5. Рекомендации по реконструкции сети АРТЫ РГП «Казаэронавигация» .

Первая глава является, по существу вводной. В ней содержатся основные положения концепции сети авиационной электросвязи ATN ICAO, основные направления мирового развития авиационной наземной сети связи. Приведены также анализ перспектив использования сетей AFTN и CIDIN. Представлено существующее положение сети AFTN РК и факторы ее развития (материалы, представленные РГП «Казаэронавигация»). Дается краткий обзор уровней СПД ОрВД по классификации OSI. Показана необходимость внедрения нового поколения систем и средств связи. Делается вывод о необходимости разработки систем лидерного анализа и оптимизации для целей реконструкции или проектирования СПД ОрВД.

Во второй главе на основании материалов, представленных РГП «Казаэронавигация», проведен анализ построения, функционирования и тенденций развития существующей сети AFTN РГП «Казаэронавигация». Анализ функционирования сети [Филлипс Д., Гарсиа-Диас А., 1984, Методы анализа сетей.] производился с использованием методов математического моделирования и статистического анализа [Кузин JI.T., 1979, Основы кибернетики. Т.2. Основы кибернетических моделей], [Айвазян С.А., Бухштабер В. М., Енюков И. С., Мешалкин Л. Д., 1979, Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности.]. При анализе функционирования существующей сети [Гостев В.М., Хабибуллин Р. Ф., 2000, О некоторых моделях и методах для оценки временных характеристик сетей передачи данных территориальных компьютерных сетей.] AFTN РК использовался разработанный автором комплекс программ NetGraph — комплексного моделирования, оптимизации и оценки эффективности функционирования сетей передачи данных. Продемонстрирована методика восполнения дефицита данных, разработанная система комплексных показателей региональных сетей ОрВД, методика исследования отказоустойчивости сети и показателей ее надежности [Морозов А.Н., 2006, Система комплексных показателей модели сети организации и управления воздушным движением. // Транспорт: наука, техника, управление.]. Топология базовой СПД может быть отображена в виде граф-схемы СПД на реальной карте с цветной мнемоникой в растровом формате [Дуда Р., Харт П., 1976, Распознавание образов и анализ сцен.]. Для этого решается задача визуализации данных, т. е. представление разнородной (одноили многомерной) информации на двумерном изображении в рамках перцептивного (наименее многозначного, для корректного восприятия пользователем) представления. Рассматриваемый в работе подход основан на многоуровневой 2D визуализации данных в соответствии с представленной структурой классов, построенных в рамках системы комплексных показателей сети [Месарович М., Мако Д., Такахара И., 1973, Теория иерархических многоуровневых систем.]. Цель этого подхода увеличить информацию о взаимосвязи объектов с помощью визуализации характеристик отношения объектов в пределах каждого уровня визуализации [Морозов А.Н., 1993, Interactive Optimizator for the Problems Dealing With Experimental Data Processing.// Proc. International Conference «Methods and Means for Investigations in Aeronautics"]. Также рассмотрено формирование и корректировка вариантов организации сети, формирование вариантов внешней нагрузки на сеть, построение матрицы осредненных нагрузок сети, маршрутизация потоков данных, анализ отключения каналов связи и узлов коммутации, а также общие принципы работы с программным комплексом исследования сети [Морозов А.Н., 2006, Оптимизация сетей передачи данных организации и управления воздушным движением. // Вестник транспорта].

В этой же главе (разделы 2.2−2.3) представлен анализ основных параметров, технических и эксплуатационных характеристик сети AFTN РК, результаты визуализации данного анализа. Представлен также анализ трафика в сети и расчет тенденций его роста и анализ надежности работы телеграфных каналов сети и тенденции ее динамики.

В третьей главе представлены варианты предложений по реконструкции сети AFTN Республики Казахстан, разработанные на основании комплексного анализа материалов, представленных в первой и второй главах и результатов математического моделирования и оптимизации сетей по различным критериям [Рухман E. JL, Ильин В. П., Смирнов М. И., 1987, Синтез топологических структур информационных сетей]. Представлено обоснование реконструкции и основные принципы ее реализации. Представлена географическая топология сети и параметры каналов связи, а также анализ алгоритмов оптимизации [Holland J.N., 1975, Adaptation in Natural and Artificial Systems] [Zbignev Michalewiz, 1999, Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Programs], новая модификация эволюционного метода оптимизации для определения параметров сети, сравнение вероятностного и детерминистического методов, сравнительный анализ свойств, преимуществ и недостатков генетических и эволюционных методов оптимизации, представлено обоснование используемой разработанной модификации эволюционного алгоритма [Зайченко Ю.П., Гонта Ю. В., 1986, Структурная оптимизация сетей ЭВМ]. Приведены результаты ряда вычислительных экспериментов по оптимизации параметров сети, включая топологию, на основании которых выработаны обоснованные рекомендации по реконструкции сети AFTN РК. Приведены варианты организации сети, используемые протоколы и процедуры.

Приведены обобщенные сравнительные характеристики вариантов реконструкции сети AFTN РК, рассмотрены однои двухстанционный доступ к узлам коммутации сети и проведен сравнительный анализ на отключение УК и КС в сети с расчетом комплексных показателей эффективности (живучести) функционирования сети.

В заключении представлены основные теоретические и практические результаты проведенных исследований.

Автор выражает признательность: научному руководителю — заведующему кафедрой компьютерного моделирования МФТИ д.ф.-м.н., профессору Ю. И. Хлопкову за руководство и поддержку исследований,.

С.А. Трофимову за обсуждение постановок задач и результатов,.

Н.Г. Карих за участие в совместных исследованиях, к.ф.-м.н. В. В. Власенко за ценные рекомендации и помощь в исправлении ряда неточностей, д.т.н., С. П. Остроухову за обсуждение ряда методических вопросов, к.т.н. C.B. Михайлову за помощь в подготовке работы, сотрудникам кафедры компьютерного моделирования МФТИ за поддержку, жене и детям за поддержку и терпение.

Выводы по результатам оптимизации.

Обобщенные сравнительные характеристики вариантов реконструкции сети AFTN PK.

В данном разделе представлены достоинства и недостатки каждого из предлагаемых вариантов сети. Экспериментальные исследования для вариантов модели сети передачи данных «Казаэронавигация» проведены с использованием системы моделирования NetGraph.

Основные сравнительные характеристики и параметры предлагаемых вариантов и их модификаций представлены в таблице 32.

Вариант сети в виде звезды (радиальная схема).

Исследования эффективности и анализ функционирования и транспортных характеристик показали, что топология в виде звезды слабо структурирована, обладает излишней централизацией и полным отсутствием циклов, что негативно сказывается на живучести (надежности) сети.

Скорее всего, вариант в виде звезды интересен лишь с точки зрения результатов анализа, как некий опорный набор параметров, хотя бы потому, что при отключении УК г. Алматы (модификация № 1) или УК г. Астана (модификация № 2) сеть AFTN PK практически перестает существовать, не говоря уже о суммарной длине всех КС и эффективной совокупной стоимости данной сети. Из положительных моментов можно отметить очень короткие маршруты, которые, при этом, должны перегружать УК г. Алматы (или УК г. Астана для модификации № 2).

Как для модификации № 1, так и № 2 варианта сети в виде звезды достоинствами являются:

• короткие маршруты, длина которых практически во всех случаях равна двум КС, что способствует стабильной работе сети, особенно учитывая, что она была рассчитана на недозагрузку (коэффициент загрузки 0.3);

• непосредственное оперативное управление из станций Алматы или Астаны (соответственно модификации № 1и № 2);

• стандартное оснащение оборудованием станций за исключением Алматы или Астаны (соответственно модификации № 1и № 2).

К недостаткам варианта сети в виде звезды как для модификации № 1, так и № 2 следует отнести:

• излишняя централизация и полное отсутствие циклов, что негативно сказывается на живучести (надежности) сети;

• анализ сети на отключения КС и УК показали слабую структурированность сети;

• большая канальность узлового ЦКС (Алматы, Астаны, соответственно модификации № 1и № 2);

• малое количество используемых каналов сети ПД РГП «Казаэронавигация», что приведет к необходимости аренды дополнительных каналов ПД (к уже арендованным для сети ПД РГП.

Казаэронавигация" каналам) и, как следствие, необходимости наличия дополнительного оборудования и аренды соединительных линий для подключения к арендованным каналам (проблема «последней мили»).

Вариант сети, оптимизированный с учетом максимально возможного применения одного КС на один УК (одностанционный доступ).

Вариант, оптимизированный по этому параметру (при фиксированных заграничных КС) как по топологии, так и по пропускной способности, не составляет сильную конкуренцию базовому, хотя имеет ряд преимуществ, например, уменьшение количества КС и уменьшение эффективной совокупной стоимости. Несмотря на цикл Алматы-Астана-Актобе, сеть обладает повышенной чувствительностью к отключению каналов связи и узлов коммутации из-за отсутствия локальных циклов.

На процесс оптимизации были наложены ограничения, такие как фиксированные КС для всех заграничных УК и наличие цикла по трем крупным центрам Алматы-Астана-Актобе. При сравнении с оптимизированным базовым вариантом видно: суммарное расстояние уменьшилось (несмотря на большое количество фиксированных КС), количество КС уменьшилось, максимальный маршрут не изменился, количество самопересечений уменьшилось (оставшиеся обусловлены, в основном, фиксированными связями, наложенными как ограничения на оптимизацию), а главное — эффективная совокупная стоимость уменьшилась. Топология, при удовлетворении основного условия максимально ограничить количество КС на один УК, обладает отсутствием локальных циклов (за исключением фиксированных КС), что негативно сказывается на живучести (надежности) сети. Анализ сети АРПЧ на отключения КС и УК показали слабую структурированность сети, даже меньшую чем у базового варианта. Живучесть сети этого варианта может быть повышена применением каналов ПД с двумя сегментами — наземным и спутниковым (модификация № 3.).

Модификация № 1 — сеть, оптимизированная с учетом максимально возможного применения одного КС на один УК с двумя международными центрами.

Достоинства данного варианта:

• сеть организована в основном на каналах сети ПД РГП «Казаэронавигация» «Казаэронавигация»;

• не меняется иерархия ЦКС существующей сети;

• ретрансляция международного трафика осуществляется через один центр — Алматы (центр Астаны — как резервный);

• центры Алматы, Актобе и Астаны имеют обходные маршруты;

• управление сетью может осуществляться как из основного, так и резервного центра управления сетью;

• отсутствует проблема «последней мили» .

Недостатки варианта.

• подчиненные центры AFTN не имеют резервных обходных каналов, что вызывает необходимость в обеспечении альтернативных путей резервирования (ТСОП, Internet и т. п.). Данные виды резервирования можно реализовать на оборудовании центров, имеющих соответствующее аппаратно-программные обеспечение;

• при отказе канала исключается возможность мониторинга и дистанционного управления подчиненных станцией сети.

Модификация № 2 — сеть с максимально одностанционным доступом, четырьмя международными центрами и организацией на каналах сети ПД.

РГП «Казаэронавигация» .

Достоинством данного варианта являются:

• сеть организована на каналах сети ПД РГП «Казаэронавигация» «Казаэронавигация»;

• центры Алматы, Актобе и Астаны имеют обходные маршруты и каналы;

• управление сетью может осуществляться как из основного, так и резервного центра управления сетью;

• за счет подключения международных каналов к Актобе, Астане и Шымкенту обеспечивается минимальное расстояние до границы РК, а следовательно снижается стоимость арендованных международных каналов;

• отсутствует проблема «последней мили» в подчиненных станциях.

Недостатки варианта.

• ретрансляция международного трафика осуществляется путем ретрансляции через промежуточные центры — не выполняется требование DOC 8259-AN/936;

• организация канала Москва — Актобе вызовет необходимость установки шлюза AFTN/AMHS в Актобе и как следствие необходимость подготовки специалистов и увеличение штата. Меняется иерархия ЦКС существующей сети — ГЦКС фактически переходит в Актобе;

• в связи с подключением низкоскоростных международных телеграфных каналов к станции AFTN Шымкента будет необходимо: а) наличие как минимум двух каналов на направлении Алматы-Шымкентб) для обеспечения достаточности в резервировании — открытие канала ПД Астана-Шымкент и как следствие проблема «последней мили» — в) увеличить канальность оборудования AFTN на станции Шымкентаг) продолжать эксплуатировать оборудование уплотнения (ТТ-144) в Шымкенте и решать проблему «последней мили» (до тонального телеграфа).

• подчиненные центры AFTN не имеют резервных обходных каналов, что вызывает необходимость в обеспечении альтернативных путей резервирования (ТСОП, Internet и т. п.). Данные виды резервирования можно реализовать на оборудовании центров, имеющих соответствующее аппаратно-программное обеспечение;

• при отказе канала исключается возможность мониторинга и дистанционного управления подчиненных станцией сети.

Модификация № 3 — сеть с максимально одностанционным доступом, двумя международными центрами и организацией на наземных и спутниковых каналах сети ПД РГП «Казаэронавигация» .

Достоинством данного варианта являются:

• сеть полностью организована на наземных и спутниковых каналах сети ПД РГП «Казаэронавигация» ;

• основные и подчиненные центры AFTN имеют резервные каналы одного маршрута, что не требует альтернативных путей резервирования (ТСОП, Internet и т. п.);

• не меняется иерархия ЦКС существующей сети;

• ретрансляция международного трафика осуществляется через один центр — Алматы (центр Астаны — как резервный);

• центры Алматы, Актобе и Астаны имеют обходные маршруты и каналы;

• управление сетью может осуществляться как из основного, так и резервного центра управления сетью;

• наличие двух каналов обеспечивает автоматическое резервирование на уровне маршрутизаторов сети, а также практически непрерывный процесс мониторинга и дистанционного управления в сети;

• подключение пользователей AFTN и AMHS к своим сетям в городах возможно осуществить на аппаратном уровне (не использовать специальные программные комплексы).

Недостатки варианта.

• условная стоимость аренды каналов выше, чем в вышеуказанных модификациях.

Вариант сети, оптимизированный с учетом максимально возможного применения не менее двух КС на один УК (многостанционный доступ).

Вариант, оптимизированный по параметру — не менее двух КС на УК (при фиксированных заграничных КС) как по топологии, так и по пропускной способности, практически идеален, хотя и имеет некоторую оставшуюся чувствительность к отключению части УК. Этот вариант является сравнимым по эффективной совокупной стоимости. КС при такой стоимости, в основном, сильно недозагружены, что также должно способствовать как стабильному обслуживанию абонентов, так и представлять задел на будущее — обладать устойчивостью к неуклонному повышению запросов.

На процесс оптимизации были наложены ограничения, такие как фиксированные КС для всех заграничных УК и наличие цикла по трем крупным центрам Алматы-Астана-Актобе. При сравнении с оптимизированным базовым вариантом видно: суммарное расстояние практически не изменилось (несмотря на большое количество фиксированных КС), количество КС увеличилось, максимальный маршрут не изменился, количество самопересечений едва увеличилось, эффективная совокупная стоимость увеличилась, но не так значительно, несмотря на увеличение количества КС и улучшение топологии, которая сильно изменилась — появилось множество циклов, что положительно сказывается на живучести (надежности) сети. Анализ сети на отключения КС и УК показали хорошую структурированность сети, значительно лучшую чем у базового варианта (за счет увеличения количества КС и организации локальных циклов при все еще сравнимой эффективной совокупной стоимости).

Отличие представленных модификаций определяется разными вариантами подключения станций сети. Как для модификации № 1, № 2 и № 3 присущи следующие достоинства и недостатки.

Достоинства варианта.

• сеть организована с полным или частичным использованием каналов сети ПД РГП «Казаэронавигация» ;

• не меняется иерархия ИКС существующей сети;

• основные и подчиненные центры AFTN имеют резервные обходные каналы, что не требует альтернативных путей резервирования (ТСОП, Internet и т. п.);

• ретрансляция международного трафика осуществляется через один центр — Алматы (центр Астаны — как резервный);

• центры Алматы, Актобе и Астаны имеют обходные маршруты;

• управление сетью может осуществляться как из основного, так и резервного центра управления сетью.

Недостатки варианта.

• большое количество каналов, а следовательно большая стоимость аренды;

• дополнительно к уже арендованным для сети ПД РГП «Казаэронавигация» каналам необходима аренда новых каналов ПД и как следствие: а) необходимо наличие дополнительного оборудования для подключения к арендованным каналамб) необходима аренда соединительных линий для подключения к арендованным каналам (проблема «последней мили»).

Заключение

.

• Разработана система комплексных показателей глобальной сети передачи данных в условиях дефицита информации. Данная система показателей, основанная на интегральных законах сохранения информации в сети, позволяет проводить количественный анализ глобальных сетей передачи данных. На основе данной системы построена квазистатическая математическая модель сети.

• Разработан единый комплекс программ позволяющий проводить исследование глобальных сетей с целью определения их характеристик в виде непосредственно скоростных характеристик, информационно-емкостных, стоимостных, затратных и пр.

• Разработан метод многоуровневой визуализации глобальных СПД на основе использования комплексного подхода к обработке изображений и многомерных, структурированных данных и использования алгоритмов перцептивной визуализации. Данный метод применен для визуализации сети АРШ РГП «Казаэронавигация» .

• Разработана новая модификация эволюционного алгоритма оптимизации, основанная на жизненном цикле популяции, показана хорошая сходимость и высокая скорость работы алгоритма.

• Разработан единый комплекс программ для совместного анализа, визуализации и оптимизации характеристик сети, включая топологические характеристики, на основе нового эволюционного алгоритма оптимизации. Обеспечено единство программной, аппаратной, информационной и экономической сред.

• Сформированы на основе обработки данных характеристик рекомендации для сети АРШ РГП «Казаэронавигация», имеющие не только внутриреспубликанское значение, но и служащие для обеспечения взаимосвязи с другими регионами.

• Разработанные методики успешно применены для анализа сетей АРПЧ РГП «Казаэронавигация». Сформированные предложения по ее реконструкции приняты. [20].

• Методы математического моделирования и оптимизации, представленные в работе для анализа и построения сетей, могут быть использованы для решения подобных задач в различных приложениях, например, при разработке и оптимизации маршрутных списков (карт), сетей грузоперевозок, топливно-энергетических сетей, и пр. включая сети АРТО.