Основы системного подхода к проектированию ЗТКС

Основные понятия и терминология в области проектирования ЗТКС. Основы системного подхода к проектированию ЗТКС

Основные понятия и определения

Проектирование - процесс определения архитектуры, компонентов, интерфейсов и других характеристик системы или её части (ISO 24765). Результатом проектирования является прое́кт — целостная совокупность моделей, свойств или характеристик, описанных в форме, пригодной для реализации системы.

Единая сеть электросвязи РФ -сеть электросвязи,состоящая из расположенных на территории Российской Федерации сетей связи следующих категорий: сетей общего пользования (ОП), выделенных сетей, технологических сетей, сетей связи специального назначения и других сетей передачи информации при помощи электромагнитных систем.

Транспортная сеть - сеть связи,которая выполняет функции переноса

(транспортирования) потоков сообщений от их источников из одной сети доступа получателям сообщений другой сети доступа.

Сетью доступа сети связи является та ее часть,которая связывает источник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной сетью.

Первичные сети ЕСЭ РФ предназначены для организации и предоставления во вторичные сети типовых сетевых трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей.

На базе вторичных сетей организуются системы электросвязи, представляющие собой комплекс технических средств, осуществляющих электросвязь определенного вида и включающие в себя соответствующую вторичную сеть и подсистемы нумерации, сигнализации, учета стоимости и расчетов с абонентами, технического обслуживания и управления. Система электросвязи может включать в себя одну или несколько служб электросвязи и одну или несколько сетей электросвязи.

Служба электросвязи представляет собой организационно-техническую структуру на базе сети связи (или совокупности сетей электросвязи), обеспечивающуюобслуживаниесвязьюпользователейсцельюудовлетворения их в определенном наборе услуг электросвязи.

Основы системного подхода к проектированию ЗТКС

Системы передачи (СП) и линии передачи (ЛП) можно рассматривать как «большие» и «сложные». В большинстве случаев и отдельные части(подсистемы) системы передачи также являются сложными. Так, например, всостав современных цифровых систем передачи входят следующие функциональные узлы и подсистемы, являющиеся сложными системами:синхронный мультиплексор, система синхронизации, система управления и т.п.

Системный подход к проектированию предполагает изучение системы(подсистемы) и ее поведения в целом как единого объекта, выполняющего определенные функции в конкретных условиях, с учетом взаимодействия и взаимного влияния отдельных частей, оказывающих наиболее существенноевлияние на достижение конечных целей. При этом могут успешно использоваться методология и математический аппарат таких системных наук, как системология, системотехника, теория исследования операций и теория математического программирования.

Системный подход может осуществляться на различных этапах проектирования (предварительный эффект, технический проект, НИР, ОКР и т.д.),однако наибольший эффект достигается на этапе предварительного проектирования, когда выбирается структурная схема системы и цениваются ее основные параметры.

Основные принципы системного подхода в области оптимального проектирования могут быть сформулированы следующим образом.

1. Система, состоящая из оптимальных частей, в общем случае не является оптимальной. Подмена оптимизации системы в целом оптимизацией по частям во многих случаях может привести к ошибочным выводам.

Оптимизация по частям приведет к тем же результатам, что и оптимизация в целом, только в том случае, если параметры одной части системы не влияют на выбор параметров другой части, что на практике встречается относительно редко.

2. Оптимизация системы должна проводиться по количественно определенному и единственному критерию, который в математической форме отражает цель оптимизации. Критерий оптимальности, представленный в виде функции оптимизируемых параметров системы, называется целевойфункцией. Наличие нескольких критериев оптимальности,которые,какправило, тем или иным способом связаны между собой, не позволяет довести процесс до логического завершения, а отсутствие количественно определенного критерия свидетельствует о недостаточном понимании разработчиком поставленной перед ним задачи.

3. Система должна оптимизироваться в условиях количественно определенных ограничений на оптимизируемые параметры. Последнее обстоятельствосвидетельствует о том,что оптимальностьсистемывсегдаотносительна, условна, так как зависит от условий оптимизации. Поэтому условия оптимизации должны достаточно точно соответствовать реальным условиям.Так как проектирование оптимальных систем осуществляется математическими методами, то возникает необходимость математического описания системы, т.е. разработки ее математической модели. Основу математической модели составляют аналитические соотношения (уравнения связи) между внешними и внутренними параметрами системы. Внешние параметры описывают систему с точкизрения потребителя. Такими параметрами, вчастности, могут быть помехоустойчивость, число каналов, пропускная способность, надежность, стоимость, габаритные размеры, масса и т.д. Внутренние параметры описывают систему с точки зрения разработчика.Такими параметрами для систем передачи являются: вид модуляции, тип кода,число ступеней преобразования, тип применяемых элементов и т.д. Уравнения связи между внешними и внутренними параметрами системы в аналитической форме, широко используемые в последующих главах, могут быть получены в результате:

- теоретических исследований (например, уравнения связи для помехозащищенности, пропускной способности, надежности и т.д.);

- технико-экономических расчетов (например, уравнения связи для стоимости, приведенных затрат и т.д.);

- аппроксимация экспериментальных зависимостей или эмпирических данных (например, уравнения связи для вероятности ошибки,разборчивости речевых сигналов и т.д.);

- имитационного моделирования системы или ее подсистемы на ЭВМ (например, уравнения связи для параметров системы синхронизации в зависимости от характера ошибок или помехозащищенности в зависимости от типа используемого кода).

Некоторые из уравнений связи носят вероятностный характер, так как учитывают статистические характеристики сигналов, каналов и помех.

При решении задачи оптимизации на первом этапе составляется список целей, т.е. выбираются факторы, которые необходимо учитывать. Необходимо определить допустимые пределы применения этих факторов. Исходя из этого,определяют область допустимых возможных решений. На следующем этапе выбираются критерии и ограничения. Цель (цели) определяют как желаемое состояние проектируемой системы, т.е. как результат, подлежащий достижению. Достижение цели, как уже отмечалось, в большинстве случаев имеет вероятностный характер, так же как и значения внутренних и внешних параметров системы, и неотделимо от того, что возможно сделать. Таким образом, цели неотделимы от средств их достижения, которые всегда ограничены. В результате, как правило, формируется иерархия целей, одни из которых (главные) могут выступать в роли критериев, другие в роли ограничений. При этом не существует их противопоставления:то,что преждебыло критерием, сегодня может стать ограничением, и наоборот.

Критерий -показатель,позволяющий оценить целесообразность выбранного варианта принятия решения. Математическое описание критерия -критериальная, или целевая, функция.

Ограничения -факторы,ограничивающие количество рассматриваемыхвариантов.

Если удается с помощью аналитического выражения связать ту или иную цель задачи Z и средства ее достижения,, то получают целевую, или критериальную, функцию W:

Z = W(X, Т),

где: X - управляемые переменные (средства достижения цели); Т -ограничения (направляемые переменные).

Минимум или максимум Z - критерий оптимальности, количественно выражающий предельную меру эффекта принимаемого решения:

_{мин(макс)} =^∗(₁^∗, ₂^∗, … …, ^∗,),

где: ₁^∗-оптимальные значения управляемых переменных при ограничениях Т, i = 1, m.

Различают прямую и обратную постановки задачи оптимизации. Например, при прямой постановке в качестве критерия выступают затраты С

(капитальные, эксплуатационные и т.п.), а ограничением является эффект или эффективность решения Э (надежность, помехоустойчивость, пропускная способность, дальность участка регенераций и т.п.):

_мин = мин(С₁, С₂, …, С),Э ≥ Э_тр

где Э_тр - требуемое значение эффекта (например, коэффициента готовности).

При обратной постановке задачи в качестве критерия выступает эффект (эффективность решения), а затраты являются ограничением:

Э_макс = макс(Э₁, Э₂, …, Э), С <С_доп,

где С_доп - допустимые затраты.

В зависимости от информированности задача оптимизации может решаться в условиях:

- определенности,когда внутренние и внешние параметры системыопределены однозначно;

- стохастических (условиях риска),когда значения параметровносят случайный характер, но могут быть определены вероятностными характеристиками;

- неопределенности, когда значения параметров неизвестны,т.е.отсутствуют даже их вероятностные характеристики.

К наиболее распространенным математическим методам, применяемым для решения задач оптимизации в условиях определенности, относятся методы линейного и динамического программирования, в условиях риска — метод статистических испытаний (метод Монте-Карло), а в условиях неопределенности - метод анализа иерархий.