CC BY
64
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ
УДК 004.056.53
Г. А. Бекбаев, А. А. Привалов
МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТИ ОПЕРАТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВЯЗИ УЧАСТКА ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ «ТАШКЕНТ-САМАРКАНД» НА ОСНОВЕ СХЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЦЕЛОСТНОСТИ
Дата поступления: 30.03.2018 Решение о публикации: 10.04.2018
Аннотация
Цель: Разработка методики для расчета показателей устойчивости функционирования сети оперативно-технологической связи (ОТС) участка высокоскоростной магистрали (ВСМ) «Ташкент-Самарканд», функционирующей в условиях воздействий внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ). Методы: Для решения задачи применялись методы общей теории систем, теории надежности и живучести технических систем, теории информационной безопасности, теории вероятностей, теории массового обслуживания, метод топологического преобразования стохастических сетей, общий логико-вероятностный метод, а также методы алгоритмизации. Результаты: Предложены алгоритмы для оценки устойчивости функционирования узла связи на примере унифицированной железнодорожной станции «А» и сети ОТС на примере участка ВСМ «N». Практическая значимость: Предложен фрагмент программного обеспечения автоматизированного рабочего места дежурного по связи участка ВСМ, касающегося производства им оперативных расчетов по оценке устойчивости функционирования сети связи. Указанный фрагмент разработан на языке программирования Object Pascal в среде объектно-ориентировочного программирования Delphi, что делает его совместимым с используемым в АРМ-ДС программным обеспечением.
Ключевые слова: Схема функциональной целостности, топологическое преобразование стохастических сетей, обобщенный логико-вероятностный метод, коэффициент устойчивости функционирования сети ОТС.
*Gamzatdin A. Bekbaev, postgraduate student, [email protected]; Andrey A. Privalov, D. Military Sci., professor (Emperor Alexander I Petersburg State Transport University) PROCEDURE FOR COMPUTING NETWORK FUNCTIONING STABILITY OF OPERATIONAL COMMUNICATION SYSTEM OF "TASHKENT-SAMARKAND" HIGH-SPEED NETWORK DISTRICT BASED ON FUNCTIONAL INTEGRITY DIAGRAM
Summary
Objective: To develop the method for calculating indices of network functioning stability of operational communication system (OTS) at the district of "Tashkent-Samarkand" high-speed network, operating under the influence of external destabilizing factors (VDF). Methods: The methods of general systems theory, the theory of reliability and survivability of engineering systems, the theory of information security, probability theory, waiting theory, the method of topological transformation of stochastic networks, generalized logical-and-probabilistic method, as well as algorithmic methods were applied for the solution of the task in question. Results: Algorithms for assessing functioning stability of communication center were suggested by the example of unified railway station "A", as well as OTS network by the example of VSM district "N". Practical importance: A piece of software of computer work station of VSM district communication operator was suggested, regarding the performance of on-line computation on assessment of telecommunication network functioning stability. The piece in question was developed in Object Pascal programming language in Delphi object oriented programming environment, which makes it compatible with program software applied in ARM-DS (automated working station operator).
Keywords: Functional integrity diagram, topological transformation of stochastic networks, generalized logical-and-probabilistic method, functioning stability coefficient of OTS (operational communication system) telecommunication network.
Введение
Качество перевозочного процесса на железнодорожном транспорте определяется быстротой и безопасностью доставки грузов и пассажиров к месту назначения. Оба показателя решающим образом зависят от успешности функционирования и взаимодействия подразделений и служб, непосредственно участвующих в организации движения и эксплуатации подвижного состава. Значительную роль при этом играет качество предоставляемых услуг сетью оперативно-технической связи (ОТС), которая обеспечивает высокую оперативность в организации технологического процесса, работе технических устройств на перегонах и участках, а также при эксплуатации и ремонте технических сооружений железнодорожного транспорта.
Однако, как показывает опыт эксплуатации сетей ОТС, при возникновении нештатных ситуаций, обусловленных внешними дестабилизирующими факторами (ВДФ), устойчивость их функционирования нарушается, что, в свою очередь, может привести к срыву технологического процесса, возникновению аварийных ситуаций и значительным экономическим потерям.
Поэтому актуализируется задача разработки автоматизированной методики оценки устойчивости функционирования сети ОТС на участке вы-
сокоскоростной железнодорожной магистрали (ВСМ), которая позволяет не только вычислить значения показателей устойчивости, но и определить целесообразные направления ее обеспечения в условиях воздействия на сеть ОТС и узлы железнодорожной связи ВДФ.
Постановка задачи
Положим, что на ВСМ «Ташкент-Самарканд» расположены 32 станции и раздельных пунктов. Общая протяженность ВСМ составляет 354,9 км. Узлы связи железнодорожных станций на данной магистрали оборудованы цифровыми системами передачи данных по волоконно-оптическому кабелю (ВОК). На участке организована цифровая сеть ОТС с применением коммутационной станции (КС) МиниКомDX-500 железнодорожного транспорта (ЖТ), которая обеспечивает возможность формирования сети ОТС на магистральном, дорожном, отделенческом и станционном уровнях административного управления технологическими процессами ЖТ. На рис. 1 приведена схема организации колец нижнего и верхнего уровней участка ВСМ «Ташкент-Самарканд». На всех железнодорожных станциях, не относящихся к Управлению и отделениям железной дороги, размещаются КС исполнительного типа (КС-И). В Управлении дороги размещены КС распорядительного и комбинированного типов (КС-Р и КС-РИ).
В процессе эксплуатации элементы узлов связи (УС) железнодорожных станций подвергаются воздействию ВДФ, таких как погодно-климатические воздействия (ВДФ1), механические воздействия (ВДФ2), мощные электромагнитные помехи (ВДФ3) и компьютерные атаки нарушителя (ВДФ4). Каждый из ВДФ способен нарушить работоспособность элементов УС, при этом вероятности возникновения указанных ВДФ предполагаются заранее известными и принимаются равными ^дфР РВЛ.^ РВДФЗ , РВДФ4 с°°тветственн°.
Требуется оценить устойчивость функционирования сети ОТС участка
ВСМ с учетом воздействия ВДФ на элементы сети.
Ограничения и допущения
Участок ВСМ «№> включает в себя шесть УС, соединенных волоконно-оптическими линиями связи и расположенных на железнодорожных станциях (рис. 2).
Для резервирования магистральной связи используются линии радиорелейной связи, при этом на станциях «А» и «Е» установлено ретрансляционное радиорелейное оборудование.
В результате воздействия ВДФ изменяют свою работоспособность только те элементы УС, которые наиболее чувствительны к этим факторам.
I___! I___I I___
Учжсгак ДП «№» Учасияг ДЦ«М» Учапо*ДЦ«К»
Рис. 1. Схема организации колец нижнего и верхнего уровней на участке ВСМ «Ташкент-Самарканд»
м
1)Х-500 - Коммутационная станция ЖТ (мостовая) БХ-500 ЖТ
ОХ-500 ЖТ
- Коммутационная станция БХ-500 ЖТ
- ж.-д.путь
Рис. 2. Вербальная модель организации ОТС-Ц участка ВСМ «К»
Решение
Устойчивость функционирования сети ОТС характеризует ее свойство сохранять работоспособность при влиянии внутренних и внешних дестабилизирующих факторов. Для оценки устойчивости функционирования ОТС в работах [1-5] предложено использовать такие показатели как вероятность связности Р между узлами г и у, коэффициент готовности К. а в работах [6-8] - вероятность среднесетевой связности Р .
Следует отметить, что перечисленные показатели оценки устойчивости функционирования сети связи ориентированы в основном на учет структурных свойств сети и получение точечных или средних значений коэффициента готовности, потому они не позволяют оценить степень пригодности анализируемой сети ОТС к применению по прямому назначению и проследить динамику изменения устойчивости с учетом ВДФ в течение времени функционирования. Поэтому будем производить оценку устойчивости функционирования сети ОТС по значению функции /У ф сОТСуч ВСМ (¿ф), имеющей смысл вероятности исправного функционирования сети ОТС участка ВСМ в течение заданного времени и полученной из схемы функциональной целостности с применением результатов [9-11].
Определение функции /У ф сОТСуч ВСМ (¿ф) предполагает выполнение трех этапов.
Этап 1. Расчет коэффициента устойчивости функционирования УС железнодорожных станций, расположенных на выбранном участке ВСМ с учетом имеющихся ВДФ.
Этап 2. Расчет функции надежности линий связи на участках (перегонов) ВСМ.
Этап 3. Расчет устойчивости функционирования сети ОТС участка ВСМ.
Выполнение этапов 1-3 предполагает разработку алгоритмов, которые представлены на рис. 3 и 4.
Этап 1. Алгоритм расчета функции устойчивости функционирования узла связи железнодорожной станции «А».
Предлагаемый алгоритм вычисления коэффициента устойчивости функционирования узла связи состоит из следующих блоков (рис. 3).
Блок 1. Актуализации задачи расчета показателей устойчивости функционирования УС железнодорожной станции «А».
Блок 2. Ввод исходных данных: Мэл УС - количество элементов на УС; г - интенсивность отказов г-го элемента УС, г = 1, ..., Ыэл УС; ¿ф - заданный интервал времени.
Блок 3. Задание начального значения (г = 1) параметра цикла.
Блок 4. Задание параметров цикла выполнения процесса, предопределенного блоком 5; если «да», то цикл завершается и осуществляется переход к блоку 36.
Рис. 3. Алгоритм расчета коэффициента устойчивости функционирования узла связи
железнодорожной станции «А»
Блок 5. Построение схемы функциональной целостности (СФЦ) надежности каждого элемента УС и определение функции надежности /Н эл г(¿ф).
Блок 6. Осуществление расчетов в соответствии с блоком 5, пока не будут выполнены условия блока 4.
Блок 7. Запись полученных СФЦ и результатов расчетов по каждому из элементов в базу данных и передача указанной информации по запросам к соответствующему блоку, который на основе этих данных производит необходимые расчеты или построение СФЦ.
Блок 8. Условие по возникновению ВДФ1. Если есть изменения, тогда выполняется процедура по определению функцию живучести, если нет -
Рис. 4. Алгоритм расчета коэффициента устойчивости функционирования сети ОТС
участка ВСМ «№>
тогда коэффициент живучести в условиях воздействия этого фактора не находится и осуществляется переход к определению функции надежности.
Блок 9. Задание начального значения Ц = 1) параметра цикла.
Блок 10. Проверка поражения воздействием ВДФ1 для каждого элемента по условию блока 11, если да - переход к блоку 36.
Блок 11. Определение, какой именно элемент подвергается ВДФ1, если есть такой элемент, тогда переход к блоку 12, если нет - к блоку 36.
Блок 12. С помощью частной модели [1, 2] определяется коэффициент исправного действия КС МиниКомDX-500 ЖТ при воздействии ВДФ1.
Блок 13. Построение СФЦ живучести у'-го пораженного элемента
УС и определение функции живучести /ж.эл.у (¿ф) = ^и.д.эл.у приВДФ1^ф) + (1 " - Ки.д.элу' при ВДФ1(¿ф )) ' (1 - -РвДФ1).
Блок 14. Расчеты в соответствии с блоком 13, пока не будут выполнены условия блока 10.
Блоки 15, 22, 29. Выполняются аналогично блоку 8, но проверяются условия возникновения ВДФ2, ВДФ3 и ВДФ4 соответственно.
Блоки 16, 23, 30. Выполняются аналогично блоку 9 - задаются начальные значения к = 1, г = 1 и т = 1 для соответствующих циклов.
Блоки 17, 24, 31. Выполняются аналогично блоку 10, с тем отличием, что выполняется проверка поражения каждого элемента по условиям блоков 18, 25, 32, если осуществляется - переход к блоку 36.
Блоки 18, 25, 32. Определение элементов, подвергающихся воздействию ВДФ2, ВДФ3 и ВДФ4 соответственно, если есть такие элементы - тогда переход к блокам 19, 26, 33 соответственно, если их нет - к блоку 36.
Блоки 19,26, 33. Выполняются аналогично блоку 12 и предусматривают определение коэффициентов исправного действия КС МиниКомDX-500 ЖТ при воздействии ВДФ2, радиостанции РС-46 МЦ при воздействиях ВДФ3 и серверного оборудования при ВДФ4 (DDoS-атаки).
Блоки 20, 27, 34. Выполняются аналогично блоку 13 и предусматривают построение СФЦ пораженного к, г, т-го УС, а также определение функций живучести в виде
/Ж.эл.к (¿ф ) = Ки.д.эл.кприВДФ2^ф) + (1 Ки.д.эл.кприВДФ2^ф)) ' (1 рВДФ2^ ./Ж.эл. г (¿ф ) = Ки.д.эл. г при ВДФЗ^ф ) + (1 Ки.д.эл.г при ВДФЗ^ф )) ' (1 рВДФ3) , /Ж .эл.т (¿ф ) Ки.д.эл.т приВДФ 4^ф ) + (1 Ки.д.эл.т при ВДФ4 ^ф )) • (1 - РВДФ4) .
Блоки 21,28, 35. Выполняются аналогично блоку 14 и предусматривают расчеты в блоках 20, 27 и 34 до выполнения условий блоков 17, 24 и 31 соответственно.
Блок 36. Получение общего вида модели для расчета устойчивости функционирования УС как для железнодорожной станции «А», так и для других станций с учетом их особенностей. Модель обеспечивает получение логической и вероятностной форм функции устойчивости функционирования
/у " (¿ф ).
Блок 37. Реализуется на основе «Программы для расчета устойчивости функционирования узла связи железнодорожной станции "А"», написанной
в ходе исследования, и предусматривает получение численных значений
функции /у.ф.усж,д.ст."Л"Сф).
Блок 38. Проверка условия /У ф УСж -д ст ..Л.. (¿ф) > КГ тр (¿ф), где значение
КГ тр (/ф) = 0,999 определяется на основании нормативно-технической документации по организации ВСМ [4, 12]. Если это условие выполняется, то осуществляется переход к блоку 42, в противном случае - к блоку 39.
Блок 39. Анализ результатов расчета и определение значимости, а также положительного и отрицательного вкладов каждого из элементов УС.
Блок 40. Выполнение восстановительных работ на элементах, которые отрицательно влияют на устойчивость функционирования УС.
Блок 41. Корректировка исходных данных после проведения восстановительных мероприятий, повторный расчет показателя устойчивости и проверка условий блока 38, при выполнении которых процесс завершается, и блоков 39, 40 и 41 - в противном случае.
Блок 42. Конец алгоритма.
Этапы 2, 3. Алгоритм расчета функции устойчивости функционирования сети ОТС участка ВСМ «№>.
Алгоритм вычисления коэффициента устойчивости функционирования сети ОТС участка ВСМ «№> предусматривает реализацию следующих блоков (рис. 4).
Блок 1. Актуализация задачи расчета показателя устойчивости функционирования сети ОТС на участке ВСМ «№>.
Блок 2. Ввод исходных данных: V - количество УС железнодорожных станций на участке ВСМ «№>; - количество перегонов в участке ВСМ «№>; ТсрЬ - среднее время наработки на отказ ВОК длиной Ь; - заданный промежуток времени функционирования; /Н кРРЛст А-ст Е (/ф) - функция надежности линии радиорелейной связи между железнодорожными станциями «А-Е>>.
Блок 3. Задание начального значения (и> = 1) параметра цикла.
Блок 4. Задание параметров цикла выполнения процесса, предопределенного блоком 5, если да, то цикл завершается и осуществляется переход к блоку 12.
Блок 5. Построение СФЦ надежности ВОЛП для каждого перегона участка ВСМ и определение функции надежности
'ф
/и . ВОЛПпер.и> ('ф) = * ^
8760 • 100 - m • L • Т
где Т L =-- - среднее время наработки на отказ (ч) для
m • L
участка ВОЛП длиной L (км) [13-15]; m = 0,2381 - плотность отказов ВОЛП
на 100 км линии в течение года; Тв = 4-5 ч - среднее время восстановления после отказа; 8760 - количество часов в году.
Блок 6. Расчеты, предусмотренные блоком 5, до выполнения условия блока 4.
Блок 7. Запись полученных СФЦ и результатов расчетов по каждому из перегонов в базу данных и передача указанной информации по запросам к соответствующему блоку, который на основе этих данных производит необходимые расчеты или построение СФЦ.
Блок 8. Задание начального значения (у = 1) параметра цикла.
Блок 9. Выполнение расчетов, предусмотренных блоком 10, для каждой станции и переход к блоку 12 при у = ^ол.УСучВСМ.
Блок 10. Реализует алгоритм (см. рис. 3).
Блок 11. Присвоение у следующего значения до выполнения условия
V = N .
кол.УСуч.ВСМ
Блок 12. Получение общего вида модели с использованием программного комплекса АСМ-2001 и определение логической и вероятностной форм
функции устойчивости /у.ф.сОТСуч.ВСМ-^^ф).
Блок 13. Реализация на основе «Программы для расчета устойчивости функционирования сети ОТС участка ВСМ "№'», написанной в ходе исследования, и получение значений функции /У.ф.сотСуч.ВСМ"^^ф).
Блок 14. Проверка условия/У.ф.сОтСучВСМ^" (¿ф) > КГлр (¿ф), где значение КГтр (¿ф) = 0,999 определяется на основании нормативно-технической документации по организации ВСМ [4, 12]. Если это условие выполняется, то осуществляется переход к блоку 18, в противном случае - реализация мероприятий по восстановлению устойчивости функционирования.
Блок 15. Анализ результатов расчетов, определение значимости и вкладов элементов сети ОТС участка ВСМ в значение показателя устойчивости.
Блок 16. Резервирование элементов сети и распределение сил рабочих аварийных бригад для производства восстановительных работ.
Блок 17. Корректировка исходных данных, повторное вычисление показателя устойчивости функционирования и переход к блоку 14; если условия удовлетворяются, вычислительный процесс прекращается, в противном случае осуществляется переход к блокам 15, 16 и 17.
Блок 18. Конец алгоритма.
Вид диалоговых окон программ, реализующих изложенную методику и представленные алгоритмы, показан на рис. 5 и 6.
Пользовательское окно программы содержит следующие функциональные блоки:
• блок ввода исходных данных, расположенный в левой части и предусматривающий возможность получения данных из базы данных Единой
'l¡i Расчет у.ф.УС ж.д.ст.А
3n1 (GOK. с pes.J Р|ВДФ1) ¡7
Расчет ВЕР ОК __ . _ _
.. У Расчет жив.приБДФ!
Расчет Кг и к
нн.п-кП Л) [¿10000005 Т окрЦФ) 33.2510
Зг?7(Рйд.ст РС46) Зя8|Ай.тер РС46) ЗлЩМаршругн р) Зл15(АРМ.ПК|
Г" Расчет ВЕР РС46 Г" Расчет ВБРАб.тРС V Расчет ВЕР Марш Г" Расчет ВЕР АРМ
у Расчет Кг РС46 V Расчет Кг Аб.тРС Г Расчет Кг Марш V Расчет Кг АРМ ин.отк(1 Л)|0 00
Тср.нар(ч) [ТГОО
Тср.вос(ч) [7ПЙ
fH.ÜK(ttt>) 1,0000 Эл2|0грг. кросс)
(? Расчет ВЕР ÜKp Г Расчет Кг ОКр
Ки.д.0ХприВДФ1(1Ф) 0,9922
(жШприЕДФ1((Ф) 0,9922
ин.сгкП Л)jo оо Тср.нар(ч) 0759,1 Тср.воф) (о5
нн:0тк(1 Л]10,0000(117 иН,йтк(1 7ч)|ооО
Тср.нар(ч) .0759,1 Тср.воф) о,9
Тср.нар(ч) 0759,1 Тср.вос(ч) оэ
Р1ВДФ2] [5
Г Расчет жив.приБД1:Р2
НРЦВШ 0,9999 (н.Аб.тРС(1Ф1 0,9999 . (и.Ф.сРС(1Ф1 0,8233
Р[ВДФЗ)[РП
оц.МЭМП
ин.огк(1 /ч) ["00000117 гпс.зем-я)б) 0,00 Тпр.нар(ч) [гГоо Ы.зем-я[дн) одГ
НВД 0,00
1дл(с)
Зл9|Муп-р И КМ 30)
V Расчет ВЕР И КМ Г Расчет Кг ИКМ
Тср.нар(ч) |поо
Тср.вос(ч) |поо
(н.Марш(1Ф1 0,9919 (н.АРМ(1Ф) 0,9999 Кн.Ф СПЛ(1Ф1 0,3603
Эя13[Комм р ЛВС|
Зя16р/о1Р шлюз
р Расчет ВЕР Комм . ,г
,, ,, у Расчет ВЕР шлюз
расчет Кг Комм ,_ ^
Расчет Кг шлюз
Логическое уравнение уст.Ф УС ж.д.ст.А с ГС .сРС СО Асцз .сТгС С r)v/ Ш]
Вероятностная Функция уот.Ф.УС ж.д.ст.А f уф VCyc ¿cíttjíO " f ьф сК: СО " f LátPC&y " /и фС1и(*) " [/ í — f ^ф сГгС С*) )" f L ф ¿IP-TÍ
!Ф1дн1 200,12 |ШЖрШЕО:сгЙ;| 0.2891
0,00 ин.еткП /ч)|0,0000014 ин.огк(1 Л]j0,0000017 ин.агк(1Л)|0,000002
Ки.д.0ХприВДФ2((Ф) Ы.МЭМГИдн) о,00 проверьте нсн.д (ж.йХприВДФ2(1Ф] ЭлЗ|МиХ1500 с рея) проверьте исх.д
|У Расчет ВЕР Мш (ж.ЩМ 0,9922
Тср.вос(ч) [гГоо (н.0Кр(1Ф1 0,9944
Гср.нар(ч) |о 00 Ки.д.РСприВДФЗЩФ) Тср.воф) ГщГ
Тср.нар(ч) |п 00
(н.ИКМЦФ) 0,9933
Тср.Бос(ч) о,00 (н.Комм[1Ф) 0,9919
Г Расчет Кг Mu:-:
ин.огк(1 /ч) 1)0000571 Тср.нар(ч) [гГоо
Тср.Бос(ч) [гГоо
(н.МихЦФ) 0,9993 Зл4|Ком.ст DX500)
(уШ(1Ф) 0,9653 Зл5|Кросс :•■'■ - ■!
W Расчет ВЕР Кр Г Расчет Кг Кр
проверьте мсн.д (ж.РСприВДФ:5.1(1Ф) проверьте нсн.д Зл10(Тгсг ТТ144) ЭлЩСериер)
Г" сер.МЭМГ!
Тср.нар(ч) [ооо Тср.вос(ч) |0.00 (н.шлюз(1Ф) 0,9904 Зл17(Мн.Функ.ГА)
Ри1(Вт) fooo
н.огк[1 /ч) .00000117
taí-MlM 0,00
Гср.нар(ч) |п 00 |7 Расчет ВЕР DX500 Тср.вос(ч) |п 00
Ри2(Вт) о,00
1дл.и2(с] о,00
Г Расчет Кг DX500 ин.огк(1 Л) ¡"0000057?
Ри9(Вт) о,00
Юл.иЗ(с) о,00
Тср.нар(ч) |о оо
Тср.воф) [ооо (н.ОХЦФ) 0,9729
(н.Кр(1Ф| 0,9944 Зл6)Аб.терммналы)
Г Расчет ВЕР ТА (н.МЭМПМГоД) Расчет Кг ТА
н.огкП/ч) [ооо
Ки.д.Р[:приЕДФ3.2М "" '-'^l1'4'!^
Тср.нар(ч) 0759,1 (Ж.РСприЕ:ДФ3.2((Ф)
Тср.нар(ч) 07591
Тср.воф) о,9
(н.ТА[(Ф) 0,9999 (И.Ф.СТСЦФ) 0,9538
(Ж.РС((Ф) 1
(у.РСЦф) 0,9999
Тср.вос(ч) о,9
Ы.ТгА((Ф1 0,9999 Ы.ФсТгС((Ф) 0,9867
Fn.B.n.oTB о 7
IH.DDO9 200,12 ~
Tcp.DDo9(M) 67.274 Ки.д.СерприЕ:ДФ4|» 0,3790
(ку СерприВДФ4(1Ф) 0,3790 1у.Серв)1Ф) 0,3768
I Зп 1 I Зл.2 || Эл.;
Г Расчет ВЕР ГТ144 р Расчет ВЕР Серв Г Расчет ВЕР мн.ФТА У Расчет Кг Г! 144 Г Расчет Кг Серв Р Расчет Кг мн.фТА ин.огк(1 Л)jo 00 ин.сггк(1 Л)[0,0000012 и"-Огк(1 AiJjnoO
Тср.нар(ч) [9757,4 Тср.нар(ч) [о"оо Тср.нар(ч) [97591
Тср.воф) [¿g Тср.вос(ч) Гщ)
WKltj 0,9997 (н.Серв(1ф10,9943
Эп1 ЦТ г. аппараты) Р|01!ЧМ) i
Г Расчет ВЕР ТгА
17 Расчет Кг ТгА К Расчет ку.приВДФ4
Уи1
Зп.; | Эл.Е-"|| Эл.7 I 3n.FI._:_I Зл.10| Зп.1ТГэл Й| Эл 1п- I
-1-----1-1
_[[
Г:"- :"
— —
I :-г i- j
Тср.воф) о,9 (Н.МФТА(!Ф) 0,9999 (и.Ф г,1Р-ТА.((Ф) 0,9761
Эл. 1 Эл.2 Эл.а Эл.4 Эл.; Эл.5 Эл.7 Эл.6 Эл.Э Эл.1В Эл." Эл. 12 Эл. 13 Эп.!' ЭпЛ5 ЭЛ16 Эл.17 Рис.1.Точечное значение устойчивости Функционирования элементов УС Ж.д.ст.А_
Требуются ремонто-васстеноаигельные ребогы ií':J'4*h:ii'« зпеменгов УС тк.л.ст.А
Гост,'эп I р.1 Эл.2 Эл.З Эл.4 Эл.5 Эл.В Эл.7 |Эя.В Эл.Э Эл.Ю
СоотЕ.тр Да Да Да Да Да Да Да Да Нет Да
Трепмерг тест.
Трей.РЕ!Р I I I Да
Рис. 5. Скриншот пользовательского интерфейса предлагаемой программы для расчета устойчивости
УС железнодорожной станции
' Расчет у.ф.сОТС y BCM.N
11 I А' I ¿3d:
Эл1 |ВОК с рез.) Р|ВДФ1) р
!✓ Расчет ВЕРОК _ г г п,
.. п1, У Расчет жив. приБДФ1 Расчет Кг ОК.
ин.отк(1 /ч) [00000005 г ^ВОД 33.2570
Ки.д.0ХприВДФ1(1Ф1
Эл?[Рац.Ет РС46) Эл8|Аб.тер РС46) 3 п 12(М аршругн р) 3 л15(АРМ. П К |
Г Расчет ВЕР РС4Е Г ' Расчет ВЕРАй.тРС (7 Расчет ВЕР Марш Г Расчет ВЕР АРМ у Расчет Кг РС4Е у Расчет Кг АблРС Г Расчет Кг Марш у Расчет Кг АРМ
ин.огк(1 /ч)|ооО нн.етк(1 /ч)|?Г00 ин.отк(1 ^ч)|0,0000001 ин.етк(1 /ч)|п QQ
Тср.нар(ч) In 00
Тср.вос(ч) |0.00
(н.0К(1Ф) 1,0000 3 п2|0грг.^росс)
|7 Расчет ВЕР ОКр Г Расчет Кг ОКр
0,9922
(ж.0ХприВДФ1(!Ф) 0,9922 Р[ВДФ2) fi
Тср.нар(ч) |875Э,5 Тср.нар(ч) 18759,1 Тср.нар(ч) [¡Тщ Тср.нар(ч) 18759,1
Тср.вос(ч) Го75 (н.РС((Ф) 0,9999
У Расчет жив.приВДФ2
Р|ВДФЗ) |i
1У ОЦ.МЭМГ1
ин.етк(1 Ai) | 0000001Ï тс.зем-я(б) |ï"~ Гср.нар(ч) jo 00 Тср.вос(ч) |0 00
Р(Рт) .0,00
Гср.вос(ч) о,9
(н.Аб.тРС(1Ф| 0,9999 - (и. Ф.сРС((Ф] 0,9590
Эл9|Мул-р И КМ 30)
У Расчет ВЕР И КМ Г Расчет Кг ИКМ
Тср.вос(ч) [гГоо 1н.марш[1Ф) 0,9992
Зл13[Комм р 11ВС|
У Расчет ВЕР Комм Г Расчет Кг Коим
Тср.вос(ч) о,9
1н.АРМ(1Ф] 0,9999 (и.ФСГЩФ! 0,3752
Зл16(Уо1Р шлюз!
У Расчет ВЕР шлюз Г Расчет Кг шлюз
Логические уравнение усг.Ф.сШТС уч. В СМ-И г.а-.сОТС L4.SC.iJ (О— / ь .ф.УС 1 (О А I и.ф.УО.^) Х- а V'.1 ДО Л / СО А ) > ф УГ б
(ф1дн| 200 УС ж.д.стА Г УС ж.д.стЕ Г УСж.д.стВ Г УСж.д.стГ Г УСж.д.стД Г УСж.д.стЕ
Расчет у.Функ 0,3517 0,9276 0.8889 0,в814
0,3517 0.6630 0,6696 0,7092
0,8814 0,7696
0.8814 0,8469
(н.ВОЛГЩФ) 10,9927 (н.ВОЛГЩф) |0,Э927 (н.ВОЛПЗМ |0,Э927 (н.В0ЛП4(1ф) |0,Э927 (н.кРРЛ((ф) о,95 Расчет И Р. В СМ 0,0722
(н.ВОЛПБКФ) 0,9927
1н.зем-я[дн) 200
1Дл[с) о,00
ЩДШЩ 0,9994
Ки.д. ОХприВ ДФ 2(Кф] (н.М:ЗМП[дн) о,00 0,9916
ин.еткП/ч) [о,0000000 ин.отк(1 /ч)|0,0000017 инотк(1/ч) ¡0,0000002 Тср.нар(ч) |?Гш Тср.нар(ч) ([Гщ Тср.нар(ч) (ÔÔÔ
(ж.0ХприВДФ2(1Ф) ЗлЗ|МиХ1500 с рез) 0,9316
|7 Расчет ВЕР Мш (ж.ОХрФ) 0.9839 Г Расчет КтМик-
ин.огк(1 /ч) 1)0000005
Тср.нар(ч) |(Щ)
Тср.вос(ч) [nl)û
(н.Мик((Ф) 1,0000 Зл4|Ком.ст DX500)
У Расчет ВЕР DX500 Тср.вос(ч) |г. 00 Г Расчет Кг DX500
(у.ОХЦф) 0,9636 Зл5|Кросс М"г, п |
У Расчет ВЕР Кр Г Расчет Кг Кр нн огк(1 /ч] ,00000!17 Тср.нар(ч)
Ки.д.РСпри6ДФ3.1[1Ф1 Тср.вос(ч) [гГоо проверьте нсн.д
(ж.РСпрнВДФ9.1((Ф)
■ l!"" ; 1 , • НСН.Д
Г сер.МЭМГ!
(н.ИКМПФ) 0,9999
Тср.вос(ч) ГЬ,00 [н.Комм(1Ф1 0,9919
Тср.вос(ч) [гГш Ы.шлгаз^Ф) 0,9990
Ида о.оо
1дл.и1(с) о,00
Эя10[Тгст ТТ144] Зп14(Сериер| Зя17(Мн.<ианк.ГА)
Г Расчет ВЕР "ТИ4 у Расчет ВЕР Серв Г Расчет ВЕР мн.фТА Г- Расчет Кг Серв ии.отк(1/ч) 0,0000001
| ВОЛГИ | 1
| УС СТА I
Ри2(Вт) Гооо
[7 Расчет Кг ТТ144 ин.етк(1 Й]0.00
Тср.нар(ч) 18757,4
Тср.нар(ч) |0 00
У Расчет Кг мн.фТА ин.отг,(1 /ч)|п 00
Тср.нар(ч) .8759,1
0 00
1дл.и2(с) 0,00
Тср.вос(ч) Jô^ (н.ТТКф) 0,9937
ин.отг,(1 /ч) ¡"¿0000005 Тср.нар(ч) |0.00
(н.Кр[1Ф1 0,9944 3 лб^Аб.терминалы]
Тср.вос(ч) [ооо (н,0Х(1Ф1 0,9937
РиЗГВт) о,00
(дл.иЗ(с) о,00
Г Расчет ВЕР ТА 1н.МЭМП(дн)[Ь,00' У Расчет Кг ТА ин.стк(1Л] |[| ОН
Тср.вос(ч) |0,00 (н.Серв(1Ф) 0,9994
Тср.нар(ч) 0759J
Тср.вос(ч) о,9
(н.ТА(!Ф) 0,9999 (И.Ф.сТСЦФ! 0,9774
Ки.д.РСприВДФ3.2(1Ф) "Н ,"'ГК(1''Ч'1- Ш_
Тср.нар(ч) .8759,1 1ж.РСприВДФ9.2ЦФ) Тсреос(ч) —
(Ж.РС(!Ф) 1
(а.РС(1Ф) 0,9999
Эл11 [Тг. аппараты| Р|ВДФ4)П Г Расчет ВЕР ТгА
|7 Расчет Кг ТгА & Расчет ку.приВДФ4
Рп.В.П.СГГБ 0,7
Ы.ПОоЭ 200
Тср.ООсЗ(м) 67.274 Ки.д.СерприЕ!ДФ4[1Ф| 0,3730
(к.д СерприВДФ4|1Ф1 0,3730 1у.Серв(1ф) 0,3788
Тср.вос(ч) о,9 1н.мФТА(1Ф) 0,9999 Ы.Ф.с1Р-ТА(1Ф) 0,9975
| УС сгЕ |
| g-'.ЛГ;
| ео.пгу |
| ■: С-Е I
гп
| рГоЛЛ- |
| -с с-г |
П
|волп; |
I Л стД I
■
| •■■■С с-Е |
| .°РГ' |
УС ста БОЛП1 УСстЕ В0ЛП2 УС сгВ ВС1ЛПЗ УС сгГ ЗОЛПа УС сгД ВОЛПЕ УС СГЕ
кРРЛ
Рис. 1.1 очечное значение устойчивости Функционирования о&ьектовы сети ОТС уч.ВСМ-И ' т. ии ьисст^еоишсльпые рййсть объектОоы сети ОТС у1] ВСМ-Ы
(н.ТгА(1Ф) 0,9999 (и.Ф.сТгС((Ф) 0,9389
Состэл-Е УСсгА ВС1ЛП1 УСстЕ В0ЛП2 УСсгВ ВСЛПЗ УСсгГ В0ЛП4 УСстД В0ЛП5 t
СоогЕ.тр Нет Да Нет Да Нет Да Нет Да Нет Да I"
Треб, мерс диаг диаг диаг диаг. диаг. !Д
TpedFEP Да Да Да Да Да 1
Рис. 6. Скриншот пользовательского интерфейса программы для расчета устойчивости сети ОТС участка ВСМ
системы мониторинга и администрирования сетей связи. На этапе обучения операторов данные в соответствующие поля могут вводиться в ручном режиме. Факт деструктивных воздействий на элементы УС (сети ОТС участка) учитывается значением вероятности их возникновения. При этом, если воздействие имеет место, то эта вероятность полагается равной 1, в противном случае - 0;
• блок вывода результатов расчетов показывает значения показателя устойчивости функционирования УС станции (сети ОТС) и для каждого элемента, представленные в виде гистограммы;
• блок отображения мероприятий по восстановлению работоспособности для каждого элемента УС станции (сети ОТС) на участке ВСМ.
Использование разработанной авторами этой статьи программы в составе подсистемы поддержки принятия решений Единой системы мониторинга и администрирования сетей позволит проводить анализ динамики изменения устойчивости УС станции (сети ОТС), заблаговременно производить распределение сил и средств аварийно-восстановительных бригад, повысить оперативность выявления отказов и существенно сократить время, необходимое для восстановления работоспособности поврежденных деструктивными воздействиями элементов.
Заключение
Таким образом, разработанные алгоритмы для расчета устойчивости УС и сети ОТС участка ВСМ дает возможность провести оценку устойчивости функционирования УС и сети ОТС участка ВСМ, функционирующих в условиях воздействий ВДФ. Программы, реализующие указанные алгоритмы, позволяют производить:
1) расчет надежности, живучести и устойчивости функционирования УС (сети ОТС) железнодорожной станции как структурно-сложной системы;
2) прогнозирование работоспособности УС железнодорожной станции (сети ОТС) в условиях воздействия ВДФ, что позволяет сократить время обнаружения отказавшего элемента на 30-40 мин и повышает своевременность восстановления работоспособности отказавших элементов;
3) визуализацию состояния элементов УС железнодорожной станции (сети ОТС), функционирующих в условиях воздействия ВДФ, к которым относятся: погодно-климатические условия эксплуатации; механические воздействия на элементы в результате землетрясений или террористических актов; мощные электромагнитные помехи от грозовых разрядов или в результате аварий на высоковольтных линиях электроснабжения ЖТ, а также кибервоз-действия на сетевые элементы DDoS-атаками.
Библиографический список
1. Бекбаев Г. А. Модель для расчета устойчивости функционирования телекоммуникационной сети железнодорожной станции в условиях неблагоприятных воздействий на основе схемы функциональной целостности / Г. А. Бекбаев, А. А. Привалов // Изв. Пе-терб. гос. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2016. - Вып. 4 (49). - С. 460-470.
2. Михайлов Р. Л. Оценка устойчивости сети связи в условиях воздействия на нее дестабилизирующих факторов / Р. Л. Михайлов, С. И. Макаренко // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. - 2013. - № 4 (12). - С. 69-79.
3. Попков В. К. Модели анализа устойчивости и живучести информационных сетей / В. К. Попков, В. П. Блукке, А. Б. Дворкин // Проблемы информатики. - 2009. - № 4. -С. 63-78.
4. ГОСТ Р 53111-2008. Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Национальный стандарт Российской Федерации. - М. : Стандартинформ, 2009. -31 с.
5. Филин Б. П. Методы анализа структурной надежности сетей связи / Б. П. Филин. -М. : Радио и связь, 1988. - 208 с.
6. Князева Н. А. Повышение структурной живучести телекоммуникационной сети / Н. А. Князева // Intern. Journal "InformationModelsandAnalyses". - 2013. - Vol. 2, N 3. -P. 275-284.
7. Назаров А. Н. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых параметров сетей связи следующего поколения / А. Н. Назаров, К. И. Сычев. - Красноярск : Изд-во ООО «Поликом», 2010. -389 с.
8. Richard H. Network Reliability. Pt 2. Mathematical Modeling Scenarios / H. Richard. - New Zealand : School of Engineering and Adv. Tech. Massey University, 2007. - 38 р.
9. Бекбаев Г. А. Подход к оценке устойчивости ТКС ЖТ на основе СФЦ / Г. А. Бекбаев, А. А. Привалов // Труды 71-й науч.-технич. конференции, посвященной Дню радио. -СПб. : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. - С. 239-241.
10. Бекбаев Г. А. Схема функциональной целостности ТКС, функционирующей в условиях информационных воздействий / Г. А. Бекбаев, А. А. Привалов // Труды Петерб. филиала ЛО ЦНИИС. - 2016. - № 2. - С. 93-105.
11. Бекбаев Г. А. Оценка устойчивости телекоммуникационной сети железнодорожной станции на основе схемы функциональной целостности / Г. А. Бекбаев, А. А. Привалов // Труды 72-й науч.-технич. конференции, посвященной Дню радио. - СПб. : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. - С. 293-295.
12. Ведомственные технические указания инфраструктуры высокоскоростной железнодорожной линии «Ташкент-Самарканд», ведомственные строительные нормы 448-Н. -Ташкент : ГАЖК «УТЙ», 2010. - 60 с.
13. Котов В. К. Научно-методические основы управления надежностью и безопасностью эксплуатации сетей связи железнодорожного транспорта : монография / В. К. Котов, В. Р. Антонец, Г. П. Лабецкая, В. В. Шмытинский. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2012. - 193 с.
14. Андреев В. А. Основы технической эксплуатации ВОЛП : учеб. пособие для вузов / В. А. Андреев, В. А. Бурдин, А. А. Воронков. - Самара : СРТТЦ ПГУТИ, 2016. - 193 с.
15. Андреев В. А. Направляющие системы электросвязи. Т. 2 : Проектирование, строительство и техническая эксплуатация / В. А. Андреев, А. В. Бурдин, Л. Н. Кочанов-ский, Э. Л. Портнов, В. Б. Попов. - М. : Горячая линия - Телеком, 2010. - 424 с.
References
1. Bekbayev G. A. & Pryvalov A. A. Model dlya rascheta ustoychyvosty funktsionyro-vaniya telekommunikatsionnoy sety zheleznodorozhnoy stantsii v usloviyakh neblagopriyat-nykh vozdeystviy na osnove skhemy fUnktsionalnoy tselostnosty [Model for calculation of telecommunication network functioning continuity of a railway station in conditions of environmental hazard on the basis of a diagram of functional integrity]. Proceeding of Petersburg State Transport University, 2016, issue 4 (49), pp. 460-470. (In Russian)
2. Mikhailov R. L. & Makarenko S. I. Otsenka ustoichyvosty sety svyazy v usloviyakh vozdeystviya nan eye destabiliziruyushchykh faktorov [Assessment of telecommunication network stability under the influence of destabilizing factors]. Radiotekhnicheskiye i telekom-munikatsionniye systemy [Radiotechnical and telecommunication systems], 2013, no. 4 (12), pp. 69-79. (In Russian)
3. Popkov V. K., Blukke V. P. & Dvorkyn A. B. Modely analyza ustoichivosty i zhivuches-ty informatsionnykh setey [The models of stability and durability analysis of information networks]. Problemy informatiky [The problems of information science], 2009, no. 4, pp. 63-78. (In Russian)
4. SSS [State Standard Specification] R 53111-2008. Ustoichivost funktsionirovaniya sety svyazy obshchegopolzovaniya [Functioning stability of public communications network]. Moscow, Standartinform Publ., 2009, 31 p. (In Russian)
5. Filyn B. P. Metody analyza strukturnoy nadezhnosty setey svyazy [Analysis methods of telecommunication network-structure reliability]. Moscow, Radio and communications Publ., 1988, 208 p. (In Russian)
6. Knyazeva N.A. Povysheniye strukturnoy zhivuchesty telekommunikatsionnoy sety [The improvement of telecommunication network-structure durability]. Intern. Journal "Infor-mationModelsandAnalyses", 2013, vol. 2, no. 3, pp. 275-284. (In Russian)
7. Nazarov A. N., Sychev K. I. Modely i metody raschetapokazateley kachestva funktsionirovaniya uzlovogo oborudovaniya i strukturno-setevykh parametrov setey svyazy sleduyushchego pokoleniya [Models and methods of calculating performance quality indices of nodal equipment and structurally network parameters of the next generation telecommunication networks]. Krasnoyarsk, OOO "Polykom" Publ., 2010, 389 p. (In Russian)
8. Richard H. Network Reliability. Pt 2. Mathematical Modeling Scenarios. New Zealand, School of Engineering and Adv. Tech., Massey University Publ., 2007, 38 p.
9. Bekbaev G. A., Privalov A. A. Podkhod k otsenke ustoichivosty TKS ZhT na osnove SFTs [An approach to stability assessment of Telecommunication Line Channel (TKS) of railroad transport (ZhT) based on Functional Integrity Diagram (SFTs)]. Proceedings of the 71st scientific and technical conference, dedicated to Radio Day. Saint Petersburg, ETU "LETI" Publ. (The First Electrotechnical University), 2016, pp. 239-241. (In Russian)
10. Bekbaev G. A., Privalov A. A. Skhema funktsionalnoy tselostnosty TKS funkt-sioniruyushchey v usloviyakh informatsionnykh vozdeistviy [Functional integrity diagram of
Telecommunication Line Channel (TKS) operating under information influence]. Proceedings Petersburg branch LO ZNIIS (Leningrad branch of Central science research telecommunication institute). Saint Petersburg, 2016, no. 2, pp. 93-105. (In Russian)
11. Bekbaev G. A., Privalov A.A. Otsenka ustoichivosty telekommunikatsionnoy sety zheleznodorozhnoy stantsii na osnove skhemy funktsionalnoy tselostnosty [Assessment of telecommunication network stability at the railroad station based on functional integrity diagram]. Proceedings of the 71st scientific and technical conference, dedicated to Radio Day. Saint Petersburg, ETU "LETI" (The First Electrotechnical University) Publ., 2017, pp. 293-295. (In Russian)
12. Vedomstvenniye tekhnicheskiye ukazaniya infrastruktury vysokoskorostnoy zheleznodorozhnoy linii "Tashkent-Samarkand", vedomstvenniye stroitelniye normy 448-N [Departmental engineering instructions of "Tashkent-Samarkand" infrastructure high-speed railway line, industrial construction standards 448-N]. Tashkent, JSC «OTY» Publ., 2010, 60 p. (In Russian)
13. Kotov V. K., Antonets V. R., Labetskaya G. P. & Smytinskiy V. V. Nauchno-me-todycheskiye osnovy upravleniya nadezhnostyu i bezopasnostyu ekspluatatsii setey svyazy zheleznodorozhnogo transporta [Research principles on communications network information reliability and safety control of railroad transport]. Moscow, Learning and teaching educational center of railway transport Publ., 2012, 193 p. (In Russian)
14. Andreyev V. A., Burdin A. V. & Voronkov A. A. Osnovy tekhnicheskoy ekspluatatsii VOLP [VOLP (fiber-optic transmission line) operation principles]. Samara, SRTTs PGUTI Publ., 2016, 193 p. (In Russian)
15. Andreyev V.A., Burdin A. V., Kochanovskiy L. N., Portnov E. L. & Popov V. B. Naprav-lyayushchiye systemy elektrosvyazy. Tom 2. Proyektyrovaniye, stroitelstvo i tekhnicheskaya eksplua-tatsiya [Guide electric communication systems. Vol. 2. Design, construction and technical maintenance]. Moscow, Hot line - Telecom Publ., 2010, 424 p. (In Russian)
*БЕКБАЕВ Гамзатдин Алеуатдинович - аспирант, [email protected]; ПРИВАЛОВ Андрей Андреевич - д-р военных наук, профессор (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
