Software & Systems

Автоматизированная система управления движением судов (АСУДС) как многоканальная информационно-техническая система (ИТС) состоит из ряда пунктов приема, обработки и передачи информации. Характер структуры системы в значительной степени определяет ее эффективность.

Из-за отказов отдельных элементов происходит деформация структуры и, как следствие, уменьшение или изменение информационных потоков на выходе системы.

Общее решение задачи оценки эффективности структуры АСУДС можно получить, используя лишь топологический подход, представив структурную схему системы в виде графа, где в качестве вершин приняты подсистемы АСУДС, которые рассматриваем как элементы информационно-технической системы, а в качестве ветвей – связи между элементами (см.: Вишневский Ю.Г., Сикарев А.А. «Поля поражения сигналов и электромагнитная защищенность информационных каналов в АСУДС». – СПб: Судостроение, 2006). Располагая графом системы, можно оценить долю средних потерь информации в системе из-за деформации структуры, вызванной ненадежностью ее элементов и воздействием взаимных помех, а также оценить информативную значимость любого из входов (каналов) системы. Относительная величина этих потерь с учетом чисто структурных коэффициентов может служить мерой качества – мерой эффективности ИТС по ее структуре. Эффективность подобной ИТС может быть определена по формуле:

                                               (1)

где m – число ветвей графа; Zj – информативная значимость входа (канала) системы, то есть значимость информации, поступающей от одного датчика; kj – число линий (каналов) информационной связи “вход-выход”, отсекаемых по причине отказа (обрыва) j-й ветви графа; f(kj) – функция информационного веса j-й ветви графа; rj – ранг j-й ветви графа.

Величина Zj, определяющая информативную значимость входа системы, равна той части потока информации, которая проходит через этот вход системы (входами-датчиками считаем телеуправляемые радиотехнические посты – ТРТП).

В случае равнозначности входов, то есть отсутствия приоритета в потоках информации от каждого из n датчиков (нижний уровень иерархии), величина Zj будет одинакова и равна Zj=1/n. При этом считается, что сумма Zj на каждом уровне иерархии равна единице.

Функция f(kj), отражающая информативный вес данной ветви графа в информационной линии “вход-выход” системы, принимается пропорциональной квадрату числа входов (датчиков), отсекаемых от выхода системы по причине отказа j-й ветви графа. Квадратичная зависимость принята для повышения чувствительности функции к изменению структуры.

Ранг rj ветви графа, принятый в качестве структурной меры значимости (доминирования), представляет собой относительный показатель влияния данной ветви графа в структуре ИТС.

Представление ветви графа как участка линии информационной связи позволяет переходить от чисто структурных понятий к функциональным.

Определим величину структурной эффективности e, согласно (1), для различных вариантов ветвящихся структур АСУДС, имеющих шесть входов и один выход (см. рис.). Чем меньше величина e, тем лучше структура системы, то есть чем меньше последствия от ненадежности элементов или воздействия взаимных помех, тем выше ее эффективность. Однако для целей анализа структуры, ее оптимизации и сравнимости с другими относительными критериями (например, электромагнитной эффективностью КЭМЗ) следует применять нормированную величину структурной эффективности e*, вычисляемую по формуле:

e*=1/(1+lge).                                                               (2)

В таком представлении величина e* изменяется в пределах 0-1. Нормированная величина e* приведена в таблице в соответствии с оцениваемыми структурами.

Таблица

Таким образом, чувствительность величины e к изменениям в структуре АСУДС показывает ее пригодность для использования в качестве меры эффективности структур ИТС. Анализируя данные значения e*, можно утверждать, что большим значениям e* соответствуют лучшие структуры АСУДС.