3.3 Ентропія та інформація в розімкнених системах керування

Як вiдомо, складнi системи схильнi до дії незакономiрних збурень, що рiзко змiнюються. Тому система керування має пiдтримати вимогу до точностi параметрiв мережi, незважаючи на стохастичний характер зовнiшнiх збурень. Системи керування, що мають такi властивостi, називаються iнварiантними (тобто не змiнюють свої параметри).

Таким чином, блок 1 (рис. 3.2) вiдповiдно вiдображає джерело стохастичних збурень, блоки 2, 3 i 4 – безпосередньо систему керування (отримання iнформацiї передавання i обробка iнформації, виконавча система), а блок 5 – це керований процес, тобто керована iнформацiйна мережа. Скорочено цей контур може бути поданий у виглядi:

Як вiдомо, технiчна реалiзацiя абсолютно iнварiантних систем є складною. Їх потрiбно розглядати як граничнi характеристики, до яких прагнуть, але досягнути важко. Тому в рядi систем досягається iнварiантнiсть не повна, а часткова, або система iнварiантна до e , де пiд e розумiється похибка системи. Системою, iнварiантною до e , назвемо таку систему, в якiй зберiгаютъся межi абсолютно iнварiантної системи і iснує динамiчна похибка e , що характеризує мiру iнварiантностi. Користуючись основними визначеннями, згiдно з теорiєю iнформацiї можна указати таку абсолютно iнварiантну систему, яка буде вiдрiзнятися вiд вихiдної наявнiстю динамiчної похибки (при максимально необхiднiй кiлькостi iнформацiї D H. Порiвняння таких систем для однiєї множини вхiдних сигналiв дають змогу отримати оцiнку iнварiантностi. При цьому D H i буде мiрою e -iнварiантностi для даного типу множини вхiдних сигналiв.

Рисунок 3.2 – Iнварiантна система керування в розiмкненому виглядi

Необхiдно зазначити, система керування iнформацiйною мережею має володiти як можливiстю адаптацiї до стiйких плинних змiн режиму, так i властивiстю iнварiантностi, що дає змогу системi бути нечутливою до випадкових збурень. Таким чином, система керування повинна мати комбiновану структуру, яка об’єднує описанi вище адаптивну (замкнену) i iнварiантну (розiмкнену). Структура її подана на рис. 3.3, де БУ – блок узгодження.

Розроблені методи дають можливiсть знайти необхiдний мiнiмум iнформацiї, при якому параметри мережi матимуть задану точнiсть. Якщо кiлькiсть iнформацiї в системi керування буде меншою, то точнiсть параметрiв буде менша, нiж задана.

Очевидно, вiдносно теорiї iнформацiї i динамiчної точностi необхiдно, щоб система керування забезпечувала задану точнiсть параметрiв мережi при мiнiмальному обсязi керуючої iнформації.

Отже, з двох систем керування переваги будуть наданi тiй, яка вимагає меншу кiлькiсть керуючої iнформацiї. Це дає змогу знизити вимоги до якостi каналiв передавання даних, що використовуються системами керування.

Тому iнформацiйно-ентропiйний метод дає можливiсть визначити нетрадицiйним способом кiлькiсть керуючої iнформації у системi керування будь-якої телекомунiкацiйної мережi. Таку оцiнку за допомогою iнших практичних методiв майже неможливо отримати, оскiльки обмежена кiлькiсть вихiдних даних, особливо для мереж, на яких застосовуються рiзнi технології. Практична цiннiсть забезпечується можливiстю врахування ємностi керуючої iнформації з перелiком вимог до точностi параметрiв основної мережi. Така оцiнка визначається деякою дисперсiєю вiдхилення вiд математичного очiкування. Чим бiльшi вимоги до точностi параметрiв керуючої мережi, тим бiльша потрiбна ємнiсть керуючої iнформації.

Рисунок 3.3 – Структура комбінованої системи керування.

Запропонована комбiнована система керування (див. рис. 3.3) дає змогу керувати телекомунiкацiйною мережею у двох режимах, одночасно забезпечуючи як властивостi адаптивностi так і iнварiантностi параметрiв мережі.

Зазначимо, що перший режим (назвемо його адаптивним) використовується у всiх системах керування. Вiн визначається тим, що виконує контроль параметрiв телекомунiкацiйної мережi, за яким система керування набуває рiшення. Структура такої системи показана на рис. 3.1.

Другий режим (розiмкнена система) дає можливiсть усунути аварiйнi ситуацiї, тому що аналiзує прогнозовані збурювальнi фактори, враховуючи які, виконує коригування параметрiв мережi. Структура такої системи показана на 3.2.

І, нарештi, комбiнована (рис. 3.3) дає можливiсть реалiзувати обидва режими. Кiлькiсть iнформацiї, яка передасться та обробляється системою керування з одного боку, визначає основнi властивостi керованої телекомунiкацiйної мережi, а з другого – зумовлює й структуру та основнi властивостi.

3.4 Розрахунок обсягу керуючої інформації для забезпечення необхідної точності параметрів мережі.

Інформаційно-ентропійний метод дає змогу визначити один із основних параметрів системи керування, а саме: кількість керуючої інформації, яка забезпечує необхідну точність параметрів керованої мережі; розрахувати кількість каналів зв’язку для СК з заданою пропускною спроможністю для керування параметрами мережі з необхідною точністю.

Інформаційно-ентропійний метод полягає в тому, що кількість керуючої інформації визначається як різниця ентропій телекомунікаційної мережі перед ввімкненням СК і після встановлення режиму нормальної роботи. При цьому враховується необхідна кількість керуючої інформації, яка необхідна для підтримки режиму нормальної роботи. Режим нормальної роботи мережі визначається середньоквадратичним відхиленням контрольованих параметрів від допустимих значень. Кількість каналів та їх параметри залежать від обсягу керуючої інформації.

Приведу методику, яка реалізує інформаційно-ентропійний метод і дає змогу визначити необхідні параметри каналів зв’язку системи керування, забезпечує необхідну точність керування характеристиками основної телекомунікаційної мережі.

Як зазначено вище, основним із основних завдань проектування СК є визначення мінімально необхідної кількості керуючої інформації, що забезпечує необхiдну точнiсть на керуючiй мережi. У термiнах теорiї iнформацiї “керування мережею” – це процес зменшення невизначеності й стану, що чисельно характеризує змiни вiдповiдної ентропiї оскiльки ентропiя визначає вiдхилення параметрiв мережi у кожному фiксованому моментi часу.

Вихiдними даними для розрахунку є вiдомостi:

• про об’єкт керування;
• параметри об’єктiв керування;
• вiдхилення параметрiв вказаних об’єктiв.

У кожному конкретному випадку при виборi об’єктiв керування та їх параметрiв виходять з необхiдної точностi розрахункiв та потреб системи керування.

Завдання розрахунку обсягу керуючої iнформації доцiльно реалiзувати в iнтерактивному режимi, завдяки якому користувач у зручнiй для себе формi вибирає об’єкти та параметри керування.

Для розрахунку обсягу керуючої iнформацiї за вказаною методикою були розробленi алгоритми та програмне забезпечення. Як приклад спецiалiзованого

iнструментального програмного забезпечення використовувалась система керування базами даних FoxPro for Windows заснована на dbf-файлах, що успiшно об’єднує в собi простоту з великим набором сервiсних послуг.

Алгоритм головної процедури демонструється на рис. 3.4.

Розрахунок за розробленою методикою виконано на прикладi з такими об’єктами керування:

• лiнiйними трактами;
• системами передавання з частотним розподiлом каналiв;
• системами передавання з часовим розподiлом каналiв;
• мережними трактами (первиннi, вториннi, третиннi);
• радiорелейними трактами;
• лiнiями передавання.

Отримані вихідні дані є проміжними і кінцевими результатами розрахунків, а саме:

• кількість інформації керування, що видається системою керування завдяки відхиленню параметрів при вимкненій системі керування на 1 с;
• приріст ентропії стану керованою мережею;
• загальна кількість інформації, що передається за проміжок часу перехідного процесу (60 с) в системі керування, з урахуванням заданої кількості об’єктів керування та вибраних для них параметрів;
• кількість каналів, необхідних для передавання розрахованої кількості інформації за різною пропускною спроможністю каналів.

Інформаційно-ентропійний метод не залежить від характеру і кількості об’єктів керування та їх параметрів і тому є універсальним, тобто приданим для будь-якого типу мережі.

Рисунок 3.4 – Алгоритм головної процедури.