3. ОБСЯГ КЕРУЮЧОЇ ІНФОРМАЦІЇ ТА ЇЇ ЗАТРИМКА У ВУЗЛАХ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

3.1 Постанова задачі

Сучасний стан інформаційних мереж дає змогу виконати впровадження глобальної інформаційної інфраструктури (ГІІ), яка надає можливість користувачам отримати усі види комунікаційних послуг і високою якістю, належною вартістю у будь-якому місті ті у будь-який час. Щоб забезпечити такі вимоги, необхідна більш гнучка архітектура системи керування, яка легко могла б підтримати швидке введення в дію нових послуг та їх підтримку з належною ймовірністю на всій глобальній мережі.

Системам керування властиві такі ознаки:

• велика складність;
• розвинені функціональні можливості;
• жорсткі вимоги до захисту інформації;
• висока надійність та точність;
• розосередженість на великій території.

За прогнозом, кількість керуючої інформації в таких системах буде різко зростати з наданням послуг, внаслідок чого система керування може поглинути основну мережу. Одним з головних завдань для системи керування такими мережами є визначення мінімально необхідної кількості керуючої інформації, яка має повністю забезпечити керуючу мережу з належною точністю параметрів. Методики розрахунку пропускної спроможності каналів системи керування за обсягом керуючої інформації для телекомунікаційних мереж немає. При експлуатації користуються тільки практичними методами, які дають змогу в окремих випадках зробити наближений розрахунок тих чи інших параметрів мережі.

На основі теорії інформації розроблено та застосовано для СК інформаційно-ентропійний метод, який дає змогу знайти необхідний мінімум керуючої інформації, при якому параметри мережі будуть забезпечувати задану точність, володіти як якістю адаптивності до плинних спрогнозованих збурень, так і інваріантністю до випадкових збурюючих факторів.

3.2 Ентропія в замкнених системах керування.

Нехай стан процесу (функцiонування мережi) в кожний даний момент часу характеризується сукупнiстю станiв x₁, x₂, …, x_n, якi назвемо координатами процесу, що завжди мають вiдхилення вiдносно бажаних значень, тобто мiстять випадковi складовi.

Одним з основних завдань керування функціонуванням ІМ є зменшення вiдхилень процесу вiд бажаного. При цьому вимога до точностi керування пiдвищується.

Отримання певної кiлькостi iнформації в процесi необхiдне, але ще недостатнє для здiйснення керування.

Замкнена схема процесу керування зображена на рис. 3.1. Iнформацiя про керований процес (блок 1) координати Х_і приймається за допомогою системи отримання iнформацiї (блок 2). Отримана iнформацiя обробляється в системi передавання та обробки iнформацiї (блок З). Оброблена iнформацiя надходить в систему формування керуючих впливiв Z_i – виконавчу систему (блок 4).

Рисунок 3.1 – Замкнена схема процесу керування

Керуючi впливи Х_і впливають на керований процес в напрямку зменшення ентропій процесу.

При розглядi передавання i перетворення iнформацiї величини x₁, x₂, …, x_n потрiбно трактувати як вхiднi величини системи отримання i перетворення iнформацiї, а y₁, y₂, …, y_n – як вихiднi величини цiєї системи. Отже, кiлькiсть переданої i перетвореної iнформацiї виражається логарифмом відношення щільності ймовірності вхідних величин пiсля отримання сигналу на виходi.

Кiлькiсть iнформацiї залежить вiд вхiдних i вихiдних величин. Для загального описування процесу передавання i перетворення iнформацiї зручно розглядати математичне очiкування або середню кiлькiсть iнформацiї при передаваннi однiєї величини (х ® у).

Середня кiлькiсть iнформацiї при передаваннi х ® у дорiвнює рiзницi ентропiї розподiлу імовірностей вхiдної величини до отримання сигналу i усередненої ентропiї розподiлу імовiрностей цiєї величини пiсля отримання сигналу.

При розглядi понять передавання iнформацiї в системах керування необхiдно проаналiзувати iнформацiйнi процеси при перетвореннi координат i втрати iнформацiї при проходженнi сигналу через послiдовно ввiмкненi системи.

Інформація проходить послідовно від системи отримання інформації до системи передавання, обробки інформації і виконавчої системи. Система передавання, обробки інформації і виконавча система не впливають з боку керованого процесу, бо передбачається лише одно направлена дія керуючих координат z_i на керований процес.

Розглянемо загальну схему процесу керування, зображену на рис. 3.1

Модель системи такого типу є адаптивною і відповідно практично обробляє усі плинні прогнозовані збурення, які впливають на виконавчу систему.

Контур циркуляції в даній системі можна подати у вигляді:

х ® у ® z ® x або x ® z ® x.

Для отримання загальних співвідношень, які є слушними для будь-яких ланцюгів замкненого контуру (в які можуть входити і люди-оператори), необхідно використовувати досить загальне поняття передавання інформації. Розімкнемо контур в якій-небудь точці, наприклад, в точці з’єднання вимірювальної системи (системи отримання інформації) з керованим процесом (об’єктом). Інакше, припинимо надходження інформації від керованого процесу до вимірювальної системи. Подамо на вхід вимірювальної системи інформацію тобто деяке значення х від стороннього джерела. Тоді після проходження сигналу через систему керування і керований об’єкт на виході утвориться значення х’. Таким чином, в розімкненій системі є передавання інформації типу х ® х’.

Якщо замкнути контур дискретного керування то на вхід сприймаючої системи будуть впливати координати керованого процесу в деякий момент часу t – 1, а величиною х будуть координати того ж керованого процесу в момент часу t, то x = x(t–1), x’ = x(t).

Ентропiя керованого дискретним чином процесу дорiвнює рiзницi початкової ентропiї цього процесу, складеної з сумарним приростом ентропiї завад, i сумарної кiлькостi iнформацiї, переданої через контур (x(t–1) ® x(t)). Для стацiонарного процесу Н(t) = Н(t – 1) i S(t) = I(t).

Тому для пiдтримки стацiонарного керованого процесу необхiдно передавати через контур керування протягом iнтервалу дискретностi кiлькiсть iнформацiї, яка дорiвнює вiдповiдному приросту ентропiї зведених завад. Для некерованого процесу кiлькiсть iнформації I(t) дорiвнює нулю, Н(t) – Н(t – 1) = S(t), тобто прирiст ентропiї зведених завад дорiвнює приросту ентропiї некерованого процесу за вiдповiдний iнтервал часу.

Отже, для керування процесом функцiонування мережi необхiдно передавати протягом iнтервалу дискретностi керування керуючу iнформацiю, обсяг якої визначається як сума необхiдного зменшення ентропiї процесу функцiонування мережi за цей iнтервал часу i сумарного приросту ентропiї некерованого процесу за цей же iнтервал часу.

Для оцiнки кiлькостi iнформацiї, яка передасться в системi керування мережею, ми повиннi оцiнити вiдношення середньоквадратичних вiдхилень параметрiв повiдомлень, що дослiджуються в мережi в рiзних ситуацiях, а така оцiнка може бути зроблена за вимогами до параметрiв основної мережi.