Исследование структурной надежности методом статистического моделирования

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Исследование структурной надежности методом статистического моделирования

Исследование структурной надежности методом статистического моделирования

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

• 1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ
• 1.1 Точный метод анализа структурной надежности
• 1.2 Приближенные методы анализа структурной надежности
• 1.2.1 Метод разложения

1.2.2 Метод сечений или совокупности путей

1.2.3 Метод двухсторонней оценки

1.2.4 Метод статистической оценки структурной надежности

• 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ МЕТОДОМ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
• 2.1 Критерии оценки структурной надежности методом статистического моделирования
• 2.2 Разработка алгоритма расчета структурной надежности
• 2.2.1 Алгоритм расчета структурной надежности сети связи методом статистического моделирования
• 2.2.2 Алгоритм интерфейсной части программы расчета надежности сети методом статистического моделирования
• 2.3 Разработка программы расчета структурной надежности методом статического моделирования
• 2.3.1 Разработка расчетной части программы расчета структурной надежности сети

2.3.2 Разработка интерфейсной части программы расчета структурной надежности сети

• 3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение А Методические указания по работе с программой

БИБЛИОГРАФИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Разработка современных информационных систем включает в качестве одного из обязательных этапов проектирования анализ их надежности. Проблема усложняется тем, что коммутационные сети, к анализу которых в конечном итоге сводится данная задача, являются сильно связными структурами (междугородние сети связи, системы управления). Это затрудняет, а порой делает невозможным расчет их надежности строго аналитическими методами, как это имеет место, например, для параллельно-последовательных сетей. Единственным численным методом расчета надежности сильно связанных сетей остается метод полного перебора, который, однако, даже с привлечением быстродействующих ЭВМ, не позволяет анализировать сети, содержащие более 15-20 случайных компонент.

В тех случаях, когда в состав информационной системы включены не только физические объекты (каналы связи, транспортные средства, релейно-контактные элементы и тому подобное), но и объекты, означающие такие понятия, как ”логическая связь”, ”операция” и тому подобное. Одним из способов повышения надежности таких сетей является простое дублирование составляющих их элементов. Однако, вследствие ограниченности ресурсов, такой путь в большинстве случаев нерационален.

В инженерной практике при решении подобного рода задач часто прибегают к методу частичного перебора. Так, например, при выборе оптимальной структуры сети связи в качестве частных вариантов могут анализироваться некоторые типовые схемы соединения узловых пунктов. Например, так называемый, радиальный принцип соединения узлов, принцип связи ”каждого с каждым” или ”каждого с ближайшим”, иерархический принцип соединения и другие. Одним из основных критериев оценки этих вариантов является, прежде всего, надежность передачи сообщения в сети.

Среди методов вероятностного анализа коммуникационных сетей будем различать алгоритмические, являющиеся по существу программами для решения задач на ЭВМ, и методы аналого-вероятностного моделирования.

Одним из основных методов решения поставленных задач является метод статистического моделирования. Критерием оценки структурной надежности сетей связи, по этому методу, является вероятность наступления события - сеть связанна.

1 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ.

Введем несколько определений из теории графов.

, считается заданной если одновременно с множествами и заданы множества весовых коэффициентов

и

причем и - это вероятности независимых событий и , находятся в пределах: , .

Определение: если в сети или от узла к узлу можно провести хотя бы одну непрерывную цепь, составленную из последовательно соединенных ребер, взятых в любой последовательности так, что конец предыдущего ребра в цепи соединяется с началом последующего, то считается, что узел связан с узлом . Однако это не значит, что узел связан с узлом если только ребра принадлежащие цепи являются ненаправленными или же если данный граф является неориентированным.

Вероятность сложного события принимает значение “единица”, если полюсы и при заданном наборе независимых двоичных компонент образуют связанную пару. Вероятность сложного события может принимать значения от нуля до единицы.

Обратимся к общему случаю , когда релейно-стохастическая сеть имеет произвольную структуру и различные значения надежности компонент, и поставим задачу оценки надежности сети между произвольной парой узлов, то есть оценим величину .

Положим, что надежность равна единице. Пронумеруем элементы множества числами натурального ряда: . Компоненты релейно-стохастической сети , где и , могут пребывать в одном из двух возможных состояний, то есть в нулевом и единичном .

Обозначим , тогда и пусть задает одно из возможных состояний компонент, а именно:

,

где .

Тогда вероятность каждого из возможных состояний сети будет определяться следующим образом:

,

где ,

таким образом, поскольку является полной группой несовместных событий, то , .

Определим переключательную функцию через величину проводимости сети между вершинами и для набора r. Для проводящих наборов соответствующие функции примем равными единице, а для непроводящих - нулю. Каждой паре вершин графа, таким образом, сопоставляется общая функция проводимости (соответствующая совершенной дизъюнктивной нормальной форме при задании сети в виде булевой функции):

,

где - наборы, для которых функция равна единице, а - число таких наборов ( ). Учитывая это, вероятность проводимости сети между узлами и определится формулой:

,(1.1)

где .

Составление формулы (1.1) для конкретных сетей и последующее ее решение является, в общем случае, практически единственным точным численным методом оценки величины надежности релейно-стохастической сети между произвольной парой узлов.

Как составление, так и решение формулы (1.1) - исключительно трудоемкий процесс, поскольку в ее основе лежит перебор всех состояний системы. Решение же данной формулы с использованием ЭВМ при времени выполнения операции умножения двух чисел, порядка , и состоящей из ненадежных компонент составит около 50 часов, а для сети с почти тысячу лет!

1.2.1 Метод разложения

Таким образом, мы “ разложили ” сеть относительно элемента 5, в результате чего получили две подсети с числом элементов на единицу меньше, чем в исходной сети. Поскольку обе подсети представляют собой последовательно-парал-лельные структуры, то можно сразу записать искомое выражение для вероятности связности сети относительно узлов r, l, используя для компактности обозначение :

.

В более сложных структурах может потребоваться неоднократное применение теоремы разложения. Так, на рисунке 1.2 показано разложение относительно элемента 7 (верхняя строка), а затем по элементу 8 (нижняя строка). Получившиеся четыре подсети имеют последовательно-параллельные структуры и больше не требуют разложений. Легко видеть, что на каждом шаге число элементов в получающихся подсетях уменьшается на единицу, а число подсетей, требующих дальнейшего рассмотрения удваивается. Поэтому описанный процесс в любом случае конечен, а число результирующих последовательно-параллельных структур составит 2m, где т -- число элементов, по которым пришлось провести разложение. Трудоемкость этого метода можно оценить величиной 2m, что меньше трудоемкости полного перебора, но все еще неприемлемо для расчета надежности реальных сетей коммутации.

Рисунок. 1.2. Последовательное разложение сети

,(1.2)

где - вероятность исправности хотя бы одного из первых r путей при условии, что исправен (r + 1)-й путь.

Из определения условной вероятности следует, что при ее расчете вероятность исправной работы всех элементов, входящих в (r + 1)-й путь, необходимо положить равной единице. Для удобства дальнейших расчетов представим последний член выражения (1.2) в следующем виде:

,(1.3)

где символ (¤) означает, что при перемножении показатели надежности всех элементов, входящих в первые r путей и общих с (r + l)-м путем, заменяются единицей. С учетом (1.3) можно переписать (1.2):

?,(1.4)

где ? - приращение структурной надежности при введении

(r + 1) _ пути; _ вероятность того, что произойдет одновременный отказ первых r путей.

Учитывая, что приращение надежности ?Hr+1 численно равно уменьшению ненадежности ?Qr+1 получаем следующее уравнение в конечных разностях:

?. (1.5)

Легко проверить, что решением уравнения (1.5) является функция:

(1.6)

В случае независимых путей операция символического умножения совпадает с обычным умножением и выражение (1.6) дает коэффициент простоя системы, состоящей из параллельно включенных элементов. В общем случае необходимость учета общих элементов путей заставляет производить умножение согласно (1.6) в алгебраическом виде. При этом число членов в результирующей формуле с умножением на каждый очередной двучлен удваивается и окончательный результат будет иметь 2r членов, что эквивалентно полному перебору совокупности всех r путей. Например, при r = 10 число членов в окончательной формуле превысит 1000, что уже выходит за рамки ручного счета. С дальнейшим увеличением числа путей довольно быстро исчерпываются и возможности современных ЭВМ.

Однако свойства введенной выше операции символического умножения позволяют существенно сократить трудоемкость расчетов. Рассмотрим эти свойства более подробно. Согласно операции символического умножения для показателя надежности pi любого элемента справедливо следующее правило:

pi ¤ pi = pi (1.7)

Напомним, что второй сомножитель (1.7) имеет смысл вероятности исправной работы i-го элемента при условии его исправности, которая, очевидно, равна единице.

Для сокращения дальнейших выкладок введем следующее обозначение ненадежности i-го элемента:

(1.8)

С учетом (1.7) и (1.8) можно записать следующие простые правила преобразования выражений:

;

;

;(1.9)

;

;

;

Для примера использования этих правил при расчете надежности рассмотрим простейшую сеть связи, изображенную на рисунке 1.3. Буквы, стоящие у ребер графа, обозначают показатели надежности соответствующих линий связи. Узлы для простоты будем считать идеально надежными. Предположим, что для связи между узлами А и В можно использовать все пути, состоящие из трех и менее последовательно включенных линий, то есть следует учесть подмножество путей {м} = { ab, cdf, cgb, ahf }. Определим приращение надежности, обеспечиваемое каждым последующим путем, по формуле (1.4) с учетом (1.6):

? ,(1.10)

где аналогично (1.8).

Рисунок.1.3 - Пример сети расчета на ограниченном подмножестве путей

Рисунок 1.4 - Пример сети для расчета надежности по полной совокупности путей

Применяя последовательно формулу (1.10) и правила символического умножения (1.9) к рассматриваемой сети, получаем:

?;

?;

?;

?.

При расчете последнего приращения мы использовали правило 4, которое можно назвать правилом поглощения длинных цепей короткими; в данном случае его применение дает b ¤ cgb = b. Если разрешено использование других путей, например пути cdhb, то не представляет труда рассчитать обеспечиваемое им приращение надежности ?. Результирующую надежность сети можно теперь вычислить как сумму приращений, обеспечиваемых каждым из рассмотренных путей:

HR =?Hi (1.11)

Так, для рассмотренного примера в предположении, что надежность всех элементов сети одинакова, то есть a = b = c = d = f = h = g = p, получаем:

.

При машинной реализации в основу расчета можно также положить формулу (1.5) ,с учетом того, что

?.(1.12)

Таким образом, окончательное выражение, согласно формуле (1.5), можно записать в виде следующего рекуррентного соотношения:

. (1.13)

При начальном условии , на каждом последующем шаге из полученного ранее выражения для следует вычесть произведение надежности очередного пути на это же выражение, в котором показатели надежности всех элементов, входящих в путь , нужно положить равными единице.

В качестве примера рассчитаем надежность сети, изображенной на рисунке 1.4, относительно узлов А и В, между которыми имеется 11 возможных путей передачи информации. Все расчеты сведены в таблицу 1.1: перечень элементов, входящих в каждый путь, результат умножения надежности данного пути на значение Qr, полученное при рассмотрении всех предыдущих путей, и результат упрощения содержимого третьего столбца по правилам (1.9). Окончательная формула для содержится в последней колонке, если ее читать сверху вниз.

Таблица 1.1 Результаты расчета надежности сети, изображенной на рисунке 1.4

Для уменьшения объема вычислений не следует без необходимости раскрывать скобки; если промежуточный результат допускает упрощения (приведение подобных членов, вынесение за скобку общего множителя и так далее), их следует выполнить.

Поясним несколько шагов расчета. Поскольку Q0 = 1 (при отсутствии путей сеть разорвана), то для Q1 из (1.13) . Делаем следующий шаг и, согласно (1.13), получаем: и так далее.

Рассмотрим подробнее шаг, на котором учитывается вклад пути 9. Произведение показателей надежности составляющих его элементов, записанное во втором столбце таблицы 1.1, переносится в третий. Далее в квадратных скобках записана вероятность разрыва всех предыдущих восьми путей, накопленная в четвертом столбце (начиная с первой строки), с учетом правила (1.7), согласно которому показатели надежности всех элементов, вошедших в путь 9, заменяются единицами. Вклад четвертой, шестой и седьмой строк оказывается равным нулю по правилу 1. Далее выражение, стоящее в квадратных скобках, упрощается по правилам (1.9) следующим образом:

.

Аналогичным образом производится расчет относительно всех других путей.

Использование рассматриваемого метода позволяет получить общую формулу структурной надежности, содержащую в рассмотренном случае всего 15 членов вместо максимального числа 211=2048, получающегося при непосредственном перемножении вероятностей отказов этих путей. При машинной реализации метода удобно представить все элементы сети в позиционном коде строкой бит и использовать встроенные булевы функции для реализации логических элементов преобразований (1.9).

До сих пор рассматривались показатели структурной надежности сети относительно выделенной пары узлов. Совокупность таких показателей для всех или некоторого подмножества пар может достаточно полно характеризовать структурную надежность сети в целом. Иногда используется другой, интегральный, критерий структурной надежности. По этому критерию сеть считается исправной, если имеется связь между всеми ее узлами и задается требование на вероятность такого события.

Для расчета структурной надежности по этому критерию достаточно ввести обобщение понятия пути в виде дерева, соединяющего все заданные узлы сети. Тогда сеть будет связана, если существует, по крайней мере, одно связывающее дерево, и расчет сводится к перемножению вероятностей отказа всех рассматриваемых деревьев с учетом наличия общих элементов. Вероятность отказа дерева s определяется аналогично вероятности отказа пути, то есть:

,

где pis - показатель надежности элемента i, входящего в дерево s; ns - число элементов в этом дереве.

Рассмотрим для примера простейшую сеть в виде треугольника, стороны которого взвешены показателями надежности а, b, с соответствующих ветвей. Для связности такой сети достаточно существования, по крайней мере, одного из деревьев аb, bс, са. Используя рекуррентное соотношение (1.4), определяем вероятность связности этой сети

H cb = ab + bca + cab.

Если а = b = с = р, получаем следующее значение вероятности связности, которое легко проверить перебором:

H cb = 3р2 - 2р3.

Для расчета вероятности связности достаточно разветвленных сетей вместо перечня связывающих деревьев, как правило, удобнее пользоваться перечнем сечений {у} которые приводят к потере связности сети по рассматриваемому критерию. Легко показать, что для сечения справедливы все введенные выше правила символического умножения, только вместо показателей надежности элементов сети в качестве исходных данных следует использовать показатели ненадежности q = 1 - p. Действительно, если все пути или деревья можно считать включенными “ параллельно ” с учетом их взаимозависимости, то все сечения включены в этом смысле “ последовательно ”. Обозначим вероятность того, что в некотором сечении s нет ни одного исправного элемента, через . Тогда можно записать

,(1.14)

где qis - показатель ненадежности элемента, входящего в пятое сечение.

Вероятность Нcb связности сети можно тогда представить аналогично (1.6) в символическом виде:

,(1.15)

где r - число рассматриваемых сечений. Другими словами, для того чтобы сеть была связна, необходимо, чтобы одновременно были исправны хотя бы по одному элементу в каждом сечении с учетом взаимной зависимости сечений по общим элементам. Формула (1.15) является в некотором смысле двойственной по отношению к формуле (1.6) и получается из последней заменой путей на сечения и вероятностей исправной работы на вероятности пребывания в состоянии отказа. Аналогично двойственным по отношению к формуле (1.13) является рекуррентное соотношение:

Hr+1 = Hr - рr+1 ¤ Hr.(1.16)

Рассчитаем для примера вероятность связности рассмотренной выше треугольной сети с набором сечений ab, bc, ca. Согласно (1.15) при начальном условии имеем:

Hcd = ab - bca - cab,

а при одинаковых показателях ненадежности элементов сети (a = b = c = q) получим: . Этот результат совпадает с ранее полученным по методу перечисления деревьев.

Метод сечений можно, конечно, применять и для расчета вероятности связности сети относительно выделенной пары узлов, особенно в тех случаях, когда число сечений в рассматриваемой сети значительно меньше числа нулей. Однако наибольший эффект в смысле сокращения трудоемкости вычислений дает одновременное использование обоих методов.

(1.17)

Функция является монотонно неубывающей с возрастанием r и при дает точное значение . Промежуточные значения при можно рассматривать, как оценки снизу. Аналогично, исходя из формулы (1.15), можно получить монотонно не возрастающую последовательность , которую можно рассматривать, как последовательность оценок сверху. Характер зависимости и от r представлен на рисунке 1.5. Опыт показывает, что рассматриваемые зависимости при малых r меняются весьма круто, а с дальнейшим увеличением r очень медленно приближаются к общему пределу . Это свойство можно использовать для сокращения трудоемкости оценок надежности с заданной точностью. Действительно, для решения задачи достаточно последовательно просматривать пути м, пока не выполнится условие , а затем просматривать сечения у, пока не выполнится условие . Если для некоторого m окажется, что, то можно прекратить расчеты и принять решение, что в сети заложена излишняя избыточность. Если же для некоторого r окажется, что , то это значит, что требования к надежности сети не выполняются. Число требующих просмотра путей m и сечений r обычно гораздо меньше общего числа путей n и общего числа сечений k (m << n, k << r), чем и достигается сокращение трудоемкости оценки. Одновременно гарантируется, что истинное значение надежности сети лежит в заданных пределах, а именно: .

Рисунок 1.5. Характер изменения оценок структурной надежности по совокупности путей и сечений

Точность оценки может быть задана в виде допустимых отклонений от ис-тинного значения . В этом случае просмотр путей и сечений следует вести до тех пор, пока не выполнится условие . В частности, если , то условие прекращения расчетов имеет вид ,а в ка-честве оценки надежности следует принять следующую величину:

.

В ходе расчетов, решения о рассмотрении на следующем шаге очередного пути или сечения целесообразно принимать по критерию большего абсолютного приращения надежности по соответствующему параметру, то есть по m или r.

Пример. Пусть необходимо оценить надежность сети, представленной графом на рисунке 1.6, с точностью H ± 0,01. Узлы сети идеально надежны. Линии, обозначенные буквами, имеют одинаковую надежность .

Выпишем первые несколько путей и сечений, которые могут потребоваться для расчета:

М' = { аbс, def, abhf, dgbc...};

S' = { ad, be, cf, age...}.

Полные множества путей М и сечений S для рассматриваемого метода можно не выписывать. При необходимости, если на начальном подмножестве М', S' не удается достичь необходимой точности, эти подмножества можно будет расширить по ходу расчетов.

Поскольку первые два пути из М' независимы, можно сразу записать начальную нижнюю оценку вероятности несвязности сети:

.

Переходя к оценке надежности, , получаем . Начальную верхнюю оценку надежности можно получить по первым трем независимым сечениям множества S':

. (1.18)

При рассмотрении сечений запись вида интерпретируется как наличие, по крайней мере, одного исправного элемента в сечении, поэтому при подстановке исходных данных в (1.18) получим:

.

Разница между полученными верхней и нижней оценками составляет 0.044, что больше 0.02, поэтому необходимо продолжить расчет.

Добавление следующего пути дает большее абсолютное приращение надежности, чем добавление следующего сечения. Поэтому вводим в рассмотрение очередной путь abhf из множества М' согласно формуле (1.17):

.

Отсюда получаем очередную оценку надежности снизу

.

Убеждаемся, что заданная точность еще не достигнута и добавление очередного пути снова даст большее абсолютное приращение надежности, поэтому вводим следующий путь dgbc из множества М' для уточнения нижней границы надежности:

,

что соответствует .

Разница между верхней и нижней оценками надежности теперь составляет: , что позволяет прекратить расчеты, так как заданная точность H ± 0,01 достигнута. В качестве оценки надежности рассматриваемой сети принимаем среднеарифметическое с гарантией, что . При этом из полного множества, включающего девять сечений и восемь путей, нам удалось ограничиться рассмотрением всего трех сечений и четырех путей.

Рисунок 1.6. - Пример сети для двусторонней оценки надежности

Для разветвленных сетей связи использование предлагаемого метода позволяет значительно сократить трудоемкость расчетов, по сравнению с методом полного перебора путей или сечений, а также гарантирует любой заданный уровень точности, в оценке вероятности события - сеть связанна.

1.2.4 Метод статистической оценки структурной надежности

Широко распространенным методом оценки надежности сложных технических систем является метод статистических испытаний. Однако для получения статистически достоверных результатов, особенно при высокой исходной надежности элементов системы и ее большой структурной избыточности, требуются значительные затраты машинного времени.

Опыт показывает, что основные затраты времени при статистических испытаниях сложной системы сопряжены с проверкой ее работоспособности в каждой реализации [6]. При высокой исходной надежности pi элементов или большой структурной, избыточности, характерной для разветвленных сетей коммутации, проверка на работоспособность подавляющего большинства реализации дает положительный результат, что обусловливает их малую информативность. Поэтому возникает естественное желание найти некоторое преобразование сети, позволяющее искусственно уменьшить исходную надежность ее элементов, чтобы быстрее набрать необходимую статистику отказов и получить обратное преобразование, позволяющее пересчитывать получаемые результаты на реальные показатели надежности элементов сети. Покажем, что такая возможность действительно существует.

Назовем разрезом подмножество элементов системы, удаление которых приводит к потере работоспособности. Рассмотрим некоторый разрез u, в который входит ровно z элементов. Частота выпадения такого разреза при статистических испытаниях стремится по ходу испытаний к ее вероятности :

.

Если обозначить через N общее число элементов сети, то вероятность Ри можно записать в виде:

.

Изменим исходные показатели надежности системы таким образом, чтобы каждый сомножитель второго произведения увеличился в г раз. Другими словами, вместо элемента с надежностью pj введем элемент с надежностью p'j такой, чтобы удовлетворялось условие:

(1.19);

Тогда надежность нового элемента будет определяться формулой:

.(1.20)

Если произвести преобразование (1.19) для всех элементов сети, то вероятность выпадения разреза u в процессе испытаний изменится и составит:

;

Введем коэффициент увеличения частоты выпадания разреза

(1.21)

тогда, подставляя в (1.21) старое и новое значения частоты выпадания разреза u, получим:

.

Если в разрез u входит ровно z элементов, то:

,

где второй сомножитель является константой для исходной системы. Отсюда следует, что предлагаемое преобразование показателей надежности не приводит к нарушению относительной частоты появления разрезов фиксированного веса z, так как коэффициент убыстрения для всех этих разрезов одинаков. Однако, относительная частота появления разрезов веса z + w, по сравнению с разрезами веса z, увеличивается в раз. Поэтому в ходе статистических испытаний преобразованной системы можно набрать достаточную статистику по разрезам большего веса, вероятность появления которых в исходной системе бывает обычно очень малой.

Пересчет вероятности появления разреза u из преобразованной системы в исходную производится в соответствии с (1.21):

(1.22)

Для выполнения обратного преобразования (1.22) кроме факта отказа системы необходимо фиксировать и вес z соответствующего разреза.

Из (1.22) следует, что каждый случай появления разреза u с весом z в преобразованной системе соответствует случаям появления такого же разреза в исходной системе. При этом если; в преобразованной системе за время испытаний произошло m отказов, то для исходной системы эквивалентное число отказов будет выражаться следующим выражением:

,

где - число элементов, вышедших из строя при i-м отказе системы.

При возникновении очередного отказа m в преобразованной системе оценки надежности Рm исходной системы уточняются в соответствии с выражением:

,

где - общее число просмотренных реализации состояний преобразованной системы.

Возникает вопрос, каким следует выбирать параметр преобразования г для максимального убыстрения процесса статистических испытаний конкретной системы? Из (1.20) следует, что при г = 1 изменение исходной надежности не происходит и убыстрение отсутствует. Если выбрать г слишком большим, то в преобразованной системе будут в основном возникать разрезы большого веса, не характерные для исходной системы, причем их вклад в результирующую надежность при больших z в соответствии с (1.22) будет невелик. Поэтому параметр г следует выбирать таким образом, чтобы максимизировать вероятность возникновения наиболее “ вероятных ” разрезов.

Рассмотрим этот вопрос более подробно. Для простоты положим, что показатели надежности всех элементов системы одинаковы и равны р. Обозначим через P(z) вероятность возникновения отказовых состояний веса z. Очевидно, что вероятность потери работоспособности системы тогда будет:

.(1.23)

Обычно для реальных систем значение достаточно плавно меняется с увеличением веса разреза, поэтому в качестве наиболее вероятного разреза можно выбрать класс разрезов среднего веса.

.

Для надежных систем в выражении (1.23) можно пренебречь всеми членами, кроме первого ненулевого, соответствующего минимальному разрезу веса , который и будет наиболее вероятным. Таким образом, задача состоит в том, чтобы максимизировать коэффициент убыстрения для наиболее вероятного разреза, т. е. найти максимум функции при , , :

.(1.24)

Из условия получаем оптимальное значение

.(1.25)

Подставляя выражение (1.25) в (1.20), нетрудно убедиться, что оптимальное значение соответствует пересчитанному значению надежности элемента системы . Другими словами, для максимального убыстрения процедуры статистических испытаний необходимо таким образом пересчитать надежность элементов системы, чтобы средний вес отказов в преобразованной системе соответствовал весу наиболее вероятного разреза.

Убыстрение темпа набора статистики отказов в соответствии с (1.24), когда , составит:

.

Так, для системы с параметрами p = 0,99, N = 20, z0 = 3 время испытаний можно сократить приблизительно в 150 раз для достоверности получаемых результатов не хуже, чем в случае прямого набора статистики отказов системы.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ МЕТОДОМ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

2.1 Критерии оценки структурной надежности методом статистического моделирования

Современные сети коммутации имеют весьма сложную структуру [7]. Прежде всего, необходимо сформулировать критерий отказа сети.

Через сеть обменивается информацией большое число пар абонентов, причем часто требуется, чтобы вероятность наличия связи между корреспондентами выделенной пары (r, l) была не менее заданной Рrl. Под наличием связи понимается существование, по крайней мере, одного исправного пути между соответствующими узлами. Конечно, в сложной сети наличие исправного пути еще не гарантирует немедленного установления соединения, так как элементы этого пути могут быть заняты для обмена информацией других корреспондентов. Однако, если предположить, что термин “наличие связи” относится только к информации высшей категории (доля которой в реальных сетях обычно весьма мала) и элементы любого исправного пути способны обеспечить обмен этой информацией в интересах всех корреспондентов, которые им могут воспользоваться, то возникает возможность рассматривать все пары корреспондентов независимо с точки зрения наличия связи между ними. В элементах сети, производительность которых недостаточна для обслуживания суммарной нагрузки высшей категории, можно предусмотреть большее число s рабочих компонентов.

Таким образом, сеть обладает заданной надежностью, если вероятность наличия связи или, как говорят, вероятность связности Hrl для каждой пары узлов не менее заданной Рrl. В этих условиях расчет структурной надежности сети сводится к расчету вероятности связности между узлами.

Следующим критерием оценки структурной надежности является интегральный критерий. По этому критерию сеть считается исправной (связной), если имеется связь между всеми ее узлами и задается требование на вероятность такого события.

Последний критерий как раз и используется при оценке структурной надежности сети методом статистического моделирования.

2.2 Разработка алгоритма расчета структурной надежности

2.2.1 Алгоритм расчета структурной надежности сети

связи методом статистического моделирования

Опишем сначала принцип расчета структурной надежности сети методом статистического моделирования [4].

Сеть связи задают в виде вероятностной матрицы смежности , где - элемент матрицы, отражающий величину надежности линии связи между узлом и узлом , а - коэффициент готовности данной линии связи . В свою очередь коэффициент готовности может быть определен по следующей формуле:

(2.1)

где - время наработки на отказ, - среднее время восстановления.

Производится независимых испытаний, каждое из которых можно условно разделить на два этапа.

На первом этапе вырабатывают независимых случайных, равномерно распределенных в интервале чисел . Затем, значения последовательно сравниваются с величинами по следующему алгоритму:

если - элемент сети отказал, результат равен нулю;

если - элемент сети находится в исправном состоянии, результат равен единице.

Результаты сравнения записываются в матрицу , .

На втором этапе производится проверка структуры сети, которая описана матрицей , на связность. Если сеть связна, то исход испытания относится к числу благоприятных .

Результатом оценки структурной надежности сети является значение - отношение числа благоприятных исходов к общему числу испытаний.

Проверка сети на связность может осуществляться, например, на основе процедуры “соединения”. Ее суть заключается в следующем.

На анализируемой сети выбирается произвольный узел. Далее находят смежные ему узлы и соединяют с ним. Это происходит до тех пор, пока сеть не представится в виде одного узла - “точки” (в случае если, сеть связана) или множества узлов (если сеть не связана).

Разработанный на основе всего выше изложенного алгоритм программы, в общем виде, отобразим на рисунке 2.1. Опишем с начала переменные, используемые в этом алгоритме:

i, e и j - переменные используемые в циклах типа for - next основной процедуры расчета надежности сети;

PlasResult - хранит число благоприятных исходов;

x( ) - динамический массив, равномерно распределенных в интервале (0, 1) чисел;

Nnoi - хранит текущий номер испытания;

maxNnoi - хранит общее число испытаний;

PP - хранит значение вероятности события - сеть связна;

Imeny - хранит номер случайно выбранного узла;

S( ) - динамический массив, для хранения номеров смежных узлов;

Nnew - хранит информацию о наличии новых смежных вершин;

sngStartWork(1, 2) - массив дат начала и конца расчета надежности сети;

sngStartWorkSEC - хранит число секунд расчета надежности сети;

bar - промежуточная переменная для хранения текущего номера испытаний.

Рисунок 2.1 - Алгоритм расчета структурной надежности сети

Отобразим более подробно алгоритмы тех процедур, которые непосредственно участвуют в определении события - сеть связна. Алгоритмы этих процедур разместим в порядке их вызова основной программой расчета структурной надежности сети связи методом статистического моделирования. Порядок вызова этих процедур и краткое описание их задачи сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Процедуры определения связности сети

Рисунок 2.2 - Алгоритм процедуры “ VektStrok ”

Рисунок 2.3 - Алгоритм процедуры “ SvjazNet ”

Рисунок 2.4 - Алгоритм процедуры “ FinishAnswer ”

2.2.2 Алгоритм интерфейсной части программы расчета надежности сети методом статистического моделирования

Приведем рисунок алгоритма программы интерфейса.

2.3 Разработка программы расчета структурной надежности методом

статического моделирования

2.3.1 Разработка расчетной части программы расчета структурной надежности сети

Option Explicit

Dim A (200, 200) As Single, p As Integer

Public maxNnoi As Single, flgstopuser As Boolean

Private Sub firstStepp (A( ) As Single, x( ) As Single)

Dim n As Integer

Dim i As Integer

Dim j As Integer

n = 1

For i = 1 To ((FrmSSN.kolvouzlov) - 1) '4

For j = i + 1 To (FrmSSN.kolvouzlov) '5

If A (i, j) > 0 Then

If x (n) < A (i, j) Then

A (i, j) = 1

Else

A (i, j) = 0

End If

n = n + 1

End If

A (j, i) = A (i, j)

Next j

Next i

End Sub

Private Sub VektStrok (Nnew, Imeny As Integer, S( ) As Integer, A( ) As Single)

Dim k As Integer

Dim j As Integer

For k = 1 To (FrmSSN.kolvouzlov)

If S (k) > 0 Then

For j = 1 To (FrmSSN.kolvouzlov)

A (Imeny, j) = A (Imeny, j) + A (k, j)

If A (Imeny, j) > 1 Then

A (Imeny, j) = 1

End If

Next j

End If

Next k

Nnew = 0

End Sub

Private Sub SvjazNet (Imeny As Integer, A( ) As Single, p As Integer)

Dim j As Integer

p = 1

For j = 1 To (FrmSSN.kolvouzlov)

If A (Imeny, j) = 0 Then

p = 0

Exit Sub

End If

Next j

End Sub

Private Sub FinishAnswer (A( ) As Single, PlasResult As Integer, Imeny As Integer, p _ As Integer, S() As Integer, Nnew As Integer)

Dim j As Integer

Dim Pm (1 To 6) As Integer

Dim Nbg As Integer, nUlvekt As Integer

If p <> 0 Then

PlasResult = PlasResult + 1

Exit Sub

End If

Nbg = 0

Nnew = 0

nUlvekt = 0

For j = 1 To (FrmSSN.kolvouzlov)

If A (Imeny, j) = 1 Then

Pm (j) = j

Else: nUlvekt = nUlvekt + 1

End If

Next j

If nUlvekt = (FrmSSN.kolvouzlov) Then

Exit Sub

End If

For j = 1 To (FrmSSN.kolvouzlov)

If Pm (j) <> S (j) Then

S (j) = Pm (j)

Nnew = Nnew + 1

End If

Next j

End Sub

Private Sub FormirNLmassWork ( )

Dim initm As Integer

For initm = 1 To FrmSSN.kolvolin

FrmSSN.numUZmu initm, FrmSSN.kolvouzlov, 2, na1, na2

A (na1, na2) = FrmSSN.UvmLN (initm)

A (na2, na1) = A (na1, na2)

Next initm

End Sub

Public Sub cmdrasch_workmod ( )

Dim i As Integer, j As Integer

Dim PlasResult As Integer, e As Integer

Dim x( ) As Single, C As Integer

Dim Nnoi As Integer

Dim PP As Currency, Imeny As Integer

Dim S ( ) As Integer

Dim Nnew As Integer

Dim sngStartWork (1, 1 To 2) As Date

Dim sngStartWorkSEC As Single, bar As Integer

frmBrWk.PrgBarWSind.Min = 0: frmBrWk.PrgBarWSind.Max = 100

frmBrWk.PrgBarWSind.Visible = False

frmBrWk.LblSwrE(1).Caption = 0

PlasResult = 0

ReDim Preserve x (FrmSSN.kolvolin)

ReDim Preserve S (FrmSSN.kolvouzlov)

Randomize

For Nnoi = 1 To maxNnoi

DoEvents

If MdlWorkSpase.flgstopuser = True Then Exit For

If Nnoi = 1 Then

sngStartWork(1, 1) = Now

sngStartWorkSEC = Timer

frmBrWk.LblSwrE(1).Caption = sngStartWork(1, 1)

End If

For e = 1 To FrmSSN.kolvolin

x (e) = Rnd

Next e

firstStepp A, x'1

Imeny = (((FrmSSN.kolvouzlov) - 1) * Rnd) + 1

S (Imeny) = Imeny

For j = 1 To FrmSSN.kolvouzlov

If A (Imeny, j) = 1 Then

S (j) = j

End If

Next j

VektStr:

VektStrok Nnew, Imeny, S, A'2

SvjazNet Imeny, A, p'3

FinishAnswer A, PlasResult, Imeny, p, S, Nnew'4

If Nnew <> 0 Then

GoTo VektStr

End If

For i = 1 To FrmSSN.kolvouzlov

S (i) = 0

For j = 1 To FrmSSN.kolvouzlov

A (i, j) = 0

Next j

Next i

bar = Nnoi

frmBrWk.PrgBarWSind.Value = ((bar / maxNnoi) * 100)

frmBrWk.PrgBarWSind.Visible = True

Next Nnoi

If MdlWorkSpase.flgstopuser = True Then Exit Sub

PP = (PlasResult / maxNnoi)

sngStartWorkSEC = (Timer - sngStartWorkSEC)

sngStartWork (1, 2) = Now: frmBrWk.LblSwrE(0).Caption = sngStartWork(1, 2)

UserFormVorkClosed sngStartWorkSEC, maxNnoi, PP, sngStartWork

End Sub

Private Sub UserFormVorkClosed (sngStartWorkSEC, maxNnoi, PP, sngStartWork)

Dim work As Integer, TimeWork As String

Dim bufchench1 As Date, bufchench2 As Currency

If sngStartWork (1, 1) <> sngStartWork (1, 2) Then

If (sngStartWork (1, 2) - sngStartWork (1, 1)) > sngStartWorkSEC _

And (sngStartWork (1, 2) - sngStartWork (1, 1)) < 1 Then GoTo 12

bufchench1 = (sngStartWork(1, 2) - sngStartWork(1, 1))

TimeWork = Str(bufchench1)

Else

12:

bufchench2 = sngStartWorkSEC

TimeWork = Str (0) & Str (bufchench2) & " секунды"

End If

work = MsgBox("Расчет структурной надежности закончен !" & vbCrLf & Chr$(13) & "Число испытаний : " & maxNnoi & vbCrLf & "Вероятность связности : " & PP & vbCrLf & "Расчет длился около : " & TimeWork, vbInformation + vbOKOnly, " ")

sngStartWork(1, 1) = 0: sngStartWork(1, 2) = 0

sngStartWorkSEC = 0: frmBrWk.PrgBarWSind.Value = 0

Unload frmBrWk

End Sub

2.3.2 Разработка интерфейсной части программы расчета структурной надежности сети

Интерфейсная часть программы состоит из четырех частей, а именно:

первая, основная часть, располагается в файле формы основного окна

“ FrmSSN ”;

следующая часть располагается в файле формы окна расчета структурной надежности “ frmBrWk ”;

третья часть программы находится в файле формы окна конфигурирования координатной сетки “ FrmPrWeb ”;

четвертая, последняя, часть программы - в файле формы окна ввода числовой характеристики выбранной линии “ FrmNwORsZ ”.

Приведем листинги данных частей, интерфейсной части программы расчета структурной надежности сети, в этом же порядке.

Первая часть

Option Explicit

Public kolvouzlov As Integer, needFRsave As Boolean

Public kolvolin As Integer

Dim znak As Boolean, zamok As Boolean

Dim x1 As Integer, y1 As Integer

Dim x2 As Integer, y2 As Integer

Dim MasKoLuZv(1 To 200, 1 To 5) As Single

Dim keeCH As Boolean

Dim deletealluz As Boolean, deletealllinsv As Boolean

Dim keeAB As Boolean, testimonial As Boolean

Dim testNyn As Boolean, change As Boolean

Dim mlinesSV(1 To 400, 1 To 10) As Single, SFALNAME As String

Const myORno As String = "sns"

Dim zapros As Boolean

Public poweb As Boolean

Public shwebx As Single, shweby As Single

Public bJampWeb As Boolean

Private Sub svayzy (x1, x2, y1, y2, iduzla, Index, mlinesSV, kolvolin)

Dim i As Integer, j As Integer

On Error GoTo metSVx

If deletealllinsv = True And kolvolin > 0 Then

FrmSSN.Enabled = False

FrmSSN.MousePointer = 3

For i = 1 To kolvolin

For j = 1 To 10

mlinesSV(i, j) = 0

Next j: Next i

kolvolin = 0

Else

For i = 1 To kolvolin

If mlinesSV(i, 1) = 0 Then

mlinesSV(i, 1) = iduzla: mlinesSV(i, 2) = Index

mlinesSV(i, 3) = x1: mlinesSV(i, 4) = y1

mlinesSV(i, 5) = x2: mlinesSV(i, 6) = y2

mlinesSV(i, 7) = 0

mlinesSV(i, 8) = 0: mlinesSV(i, 9) = 0 '-номера вершин (новые)

mlinesSV(i, 10) = 0 '-вес линии

Exit Sub

End If

Next i

End If

FrmSSN.Enabled = True

FrmSSN.MousePointer = 0

brcoutSVX:

Exit Sub

metSVx:

MsgBox "Error № " & Err.Number & " " & " (" & Err.Description & ") occured.", vbCritical, "Error"

GoTo brcoutSVX

End Sub

Private Sub LinColorsv (NuMl As Integer, LcolorS, mlinesSV)

On Error GoTo HTYH

Select Case mlinesSV(NuMl, 7)

Case Is = 0

LcolorS = vbBlue

Case Is = 1

LcolorS = vbRed

Case Is = 2

LcolorS = RGB(210, 0, 210)

End Select

HTYH:

End Sub

Private Sub CmdBk_Click ( )

Dim nnoN As Integer

Рабочее место - это оснащенное техническими средствами пространство, где осуществляется деятельность исполнителя. Организацией рабочего места называется система мероприятий по оснащению рабочего места средствами и предметами труда и размещение их в определенном порядке. Совершенствование организации рабочего места является одним из условий, способствующих повышению производительности труда. Организация рабочего места включает антропометрические и биологические характеристики человека, выбор физиологически правильного рабочего положения и рабочих зон, рациональную компоновку рабочего места, учет факторов внешней среды.

Антропометрические характеристики человека определяют габаритные и компоновочные параметры рабочего места и свободные параметры отдельных его элементов.

Положение тела и наиболее частые позы, которые принимает или вынужден принимать человек при выполнении работы, являются одним из основных факторов, определяющих производительность труда. Работу оператора организуют в положении сидя. При этом основная нагрузка падает на мышцы, поддерживающие позвоночный столб и голову, а подавляющая часть массы тела передается на бедра, препятствуя проникновению крови в нижнюю часть тела. Поэтому при длительном сидении время от времени необходимо смещать массу тела и сменять фиксированные рабочие позы. К тому же при работе сидя обычно естественный спинно-поясничный прогиб вперед изменяется на изгиб назад, что зачастую является причиной болей в пояснице. Для физиологически правильно обоснованного рабочего положения сидя рекомендуется обеспечить следующие оптимальные положения частей тела: корпус выпрямлен, сохранены естественные изгибы позвоночного столба и угол наклона таза, нет необходимости в сильных наклонах туловища, поворотах головы и крайних положениях суставов конечностей.

Пространственная организация рабочего места. Это размещение в определенном порядке элементов основного и вспомогательного оборудования относительно друг друга и работающего человека. Пространственная организация рабочего места определяется размерами и формой сенсорного и моторного пространства, формой и параметрами элементов рабочего места и пространственным расположением элементов относительно работающего. Основными элементами рабочего места, оснащенного дисплеем, являются: рабочее кресло, рабочая поверхность, экран дисплея и клавиатура.

Рабочее кресло обеспечивает поддержание рабочей позы, в положении сидя, и чем дольше это положение в течение рабочего дня, тем настоятельнее требования к созданию удобных и правильных рабочих сидений. Можно дать следующие рекомендации по конструированию рабочего кресла: необходимость регулировки наиболее важных его элементов - высоты сиденья, высоты спинки сиденья и угла наклона спинки; причем процесс регулировки не должен быть сложным. Установка правильной высоты сиденья является первоочередной задачей при организации рабочего места, так как этот параметр определяет прочие пространственные параметры - высоту положения экрана, клавиатуры, поверхности для записей, и др. Диапазон регулировки высоты сиденья находится в пределах 380-500 [мм]. Регулируемая высота рабочей поверхности оптимальна в пределах 670-800 [мм], при отсутствии регулировки - 725 [мм]. Высота нижнего ряда клавиатуры от плоскости пола может быть 620-700 [мм], обычно рекомендуют 650 [мм]. Если использован стол стандартной высоты, то для удобства работы клавиатуру можно разместить в углублении стола или на отдельной плоскости. Передний ряд клавиш располагают таким образом, чтобы клавиатуру можно было без труда, обслуживать, слегка, согнутыми, пальцами, при, свободно опущенных плечах, и горизонтальном, положении рук; плечо и предплечье при этом образуют угол в 90 градусов. Высота экрана определяется высотой уровня глаз наблюдателя и требованием перпендикулярности плоскости экрана к нормальной линии взора. Если позволяют размеры и масса, то рекомендуется снабжать экраны основанием с поворотным кронштейном, допускающим регулировку экрана по высоте, по наклону вперед-назад и при горизонтальном вращении вокруг вертикальной оси.

Компоновка рабочего места, оснащенного дисплеем. Широко варьируется в зависимости от вида выполняемой работы, комплектности технических средств и носит нестандартный характер. При компоновке рабочего места, оборудованного дисплеем, в первую очередь исходят из типа выполняемых задач и длительности работы. Нельзя создать фиксированную и при этом оптимальную компоновку, которая была бы удобной для всех пользователей. Если производится работа только по вводу данных, то экран и клавиатуру удобно располагать на одной линии, а документ - слева от клавиатуры. Для задач, требующих длительных записей, внесения поправок в документ, документ и экран могут размещаться на одной линии, а клавиатура смещается вправо или экран и клавиатура остаются на одной линии, а документ переносится вправо от клавиатуры. Наиболее правильный путь - это компоновка основных элементов рабочего места по желанию пользователя.

Любая работа выполняется в определенной рабочей среде, где одновременно проявляются много различных факторов, воздействующих на организм человека. Рассмотрение рабочей среды как единого целого не исключает необходимости изучения отдельных ее составляющих и их нормирования.

Освещение рабочего места. В наибольшей степени отрицательное физиологическое воздействие на операторов дисплеев связано с дискомфортными зрительными условиями из-за неправильно спроектированного освещения: прямые и отраженные от экрана блики, вуалирующие отражения, неблагоприятное распределение яркости в поле зрения, неверная ориентация рабочего места относительно светопроемов. Оптимальной считается освещенность рабочих помещений для работы с видеотерминалами 300-500 [лк]. Рекомендуется, чтобы соотношение яркости экрана и непосредственного ближайшего окружения не превышало 3:1.

Рабочее место, оборудованное дисплеем, располагают таким образом, чтобы в поле зрения оператора не попадали окна или осветительные приборы; они не должны находиться и непосредственно за спиной оператора. Добиваются уменьшения отражений на экране от различных источников искусственного и дневного света. Когда искусственный свет смешивается с естественным, рекомендуется использовать лампы, по спектральному составу наиболее близкие к солнечному свету. Желательно выбирать светильники с рассеивателями, а все блестящие детали осветительного оборудования, которые могут попасть в поле зрения, заменять на матовые.

На функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье огромное влияние оказывают метеорологические условия рабочей среды. Плохие метеоусловия нарушают терморегуляцию и тепловой баланс организма и вызывают простудные вирусные заболевания. В машинном зале температура воздуха должна быть 19-23 [С], относительная влажность воздуха 55 [%], скорость движения воздуха на уровне лица не выше 0,1 [м/с], атмосферное давление 1012,25 [кПа]. Нормальные метеоусловия обеспечиваются системами водяного отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и герметизацией помещения.

По мнению специалистов, работа у дисплея не связана с вредным радиобиологическим воздействием. Допустимая мощность дозы радиобиологического излучения перед экраном на расстоянии 5 [см] от его поверхности равна 0,5 [мР/ч]. Рентгеновское излучение уменьшается пропорционально квадрату расстояния до экрана. Так, на расстоянии от экрана 50 [см] оно составляет 0,005 [мР/ч].

Исследования характера и интенсивности излучений дисплея, с целью определения воздействия электромагнитных излучений на оператора при длительной работе, показали, что уровни облучения в ультрафиолетовой, инфракрасной и видимой областях спектра оказались ниже допустимых значений. Аналогичный вывод, был сделан и в отношении рентгеновского излучения. Таким образом, считается, что интенсивность излучения экрана дисплея не достигает предельно допустимой дозы радиации и, следовательно, условия труда можно отнести к безопасным. Но до тех пор, пока не будут проведены тщательные исследования по комплексному изучению воздействия излучений на организм человека, рекомендуется принимать следующие меры предосторожности:

ограничить дневную продолжительность рабочей деятельности перед дисплеем;

использовать отражающие и поглощающие экраны;

не размещать дисплеи концентрированно в рабочей зоне;

выключать дисплей, если ЭВМ не используется.

Воздействие шума. Установлено, что шум неблагоприятен для человека, особенно при длительном воздействии. У оператора это выражается в снижении работоспособности, в ускорении развития зрительного утомления, изменении цветоощущения, повышении расхода энергии и т.д. Рекомендуется, чтобы шум в помещении, где выполняют работу, требующую концентрации внимания, не превышал 55 [дБ], а при однообразной работе - 65 [дБ]. Шум от отдельных приборов не должен более чем на 5 [дБ] превышать фоновый шум. Основными мерами борьбы с шумом являются устранение или ослабление причин шума в самом его источнике в процессе проектирования, использование средств звукопоглощения, рациональная планировка производственных помещений.

В этой главе мы рассмотрели некоторые вопросы охраны труда при работе с дисплеем: дали краткую характеристику дисплея, определили психофизиологические требования к дисплею, проанализировали принципы организации рабочего места оператора, уделили особое внимание рассмотрению рабочей среды. Проведенный анализ мероприятий соответствует современным требованиям обеспечения жизнедеятельности человека при работе с компьютером.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной дипломной работе разработана программа, которая позволяет рассчитывать структурную надежность сетей связи методом статистического моделирования.

Программа имеет следующие достоинства:

имеет простой и легкодоступный интерфейс;

дает наглядное, а не цифровое представление сети;

облегчает задачу расчета структурной надежности сети связи;

Использование данной программы в учебном процессе поможет студентам лучше закрепить теоретические знания в области оценки структурной надежности сетей связи. Освободит их от необходимости проведения трудоемких и объемных расчетов, что в конечном счете уменьшит затраты учебного времени необходимого для приобретения новых знаний и практических навыков.

Приложение А

(справочное)

Методические указания по работе с программой

Для того чтобы работать с программой по расчету структурной надежности сети “ SafeNet1 ” необходимы следующие аппаратные и программные средства:

процессор Intel Pentium 166 MHz и выше;

операционная система Windows 95 (98, NT);

оперативная память 32 Mb (рекомендуется);

рабочее разрешение дисплея 800 x 600, размер шрифта 96dpi.

Основные этапы работы с программой SafeNet1

Загрузка программы в память;

Разработка проекта

разработка нового проекта или загрузка файла проекта:

формирование плана сети,

ввод числовых характеристик сети,

расчет структурной надежности сети,

сохранение и закрытие проекта;

Выход из программы.

Опишем более подробно суть каждого из выше перечисленных этапов.

Разработка проекта

Данный этап начинается с того, что пользователь решает, будет ли он создавать новый проект или же он загрузит файл проекта, если таковой имеется, путем выбора соответствующего подменю в меню “ Файл ”. Активизация как самого меню “ Файл ” так и подменю “ Новый ” и подменю “ Открыть ” может быть осуществлена либо щелчком мыши, либо путем нажатия соответствующих комбинаций клавиш:

меню “ Файл ” - “ Alt + Ф ”,

подменю “ Новый ” - “ Ctrl + N ”,

подменю “ Открыть ” - “ Ctrl + O ”.

После этого пользователь может либо приступить к формированию плана сети (создается новый проект) с последующим вводом числовых характеристик сети и расчетом ее структурной надежности, либо ввести недостающие характеристики (если это необходимо) и приступить к расчету структурной надежности.

Как при формировании плана сети так и при вводе числовых характеристик выбор объекта (линия - линия связи, узел - узел коммутации), с которым пользователь в данный момент будет работать, осуществляется щелчком мыши на соответствующих кнопках “ линия связи ” или “ узел связи ”.

Формирование плана сети

При создании нового проекта на дисплее отображается рабочее окно и пользователь может сразу же приступать к формированию плана сети. Формирование плана начинается с размещения на рабочем поле узлов коммутации. Для более удобного их размещения пользователь может использовать координатную сетку, которая должна быть с начала активизирована, то есть необходимо поставить флажок в меню ” Сетка \ Активна ”.

Для размещения узлов необходимо нажать кнопку “ узел связи ”, выбрать место на рабочем поле, поместив над ним курсор, и нажать левую кнопку мыши.

Для удаления узла необходимо при нажатой кнопке “ узел связи ” поставить курсор над ним и нажать правую кнопку мыши.

Для соединения узлов необходимо нажать кнопку “ линия связи ”, поместить курсор сначала над одним из соединяемых узлов и нажать правую кнопку мыши (выбранный узел будет окрашен в черный цвет), а затем над другим.

Для удаления линии связи необходимо при нажатой кнопке “ линия связи ” поставить курсор над ней и нажать правую кнопку мыши, выбранная линия будет окрашена в красный цвет.

Ввод числовых характеристик сети

Для перехода к вводу числовых характеристик сети нужно сначала нажать кнопку с изображением песочных часов так чтобы на кнопке изображение изменилось на курсорную стрелку и нажать кнопку “ вперед ”.

Для ввода номера узла необходимо нажать кнопку “ узел связи ”, выбрать узел, нажимая “ Tab ”, и в его поле ввода (находится внутри узла) ввести его номер, затем необходимо нажать “ Enter ”.

Для изменения номера узла нужно выбрать соответствующий узел и нажать любую кнопку на клавиатуре, затем можно будет либо ввести новый номер (смотри выше), либо оставить существующий.

Для того чтобы ввести характеристику линии необходимо нажать кнопку “ линия связи ”, поставить курсор над линией и нажать правую кнопку мыши, выбранная линия будет окрашена в красный цвет. Внимание, перед вводом числового значения убедитесь, что выбрана нужная линия! После ввода числового значения линия будет окрашена в малиновый цвет.

Расчет структурной надежности сети

После нажатия кнопки “ перейти к расчету ” если все узлы пронумерованы, то есть поле ввода у узлов - голубое, и все линии малинового цвета, то появится окно “ Расчет структурной надежности ”. Во вкладке “ Испытания ” необходимо ввести число испытаний и нажать кнопку “ ОК ”, после чего во вкладке “ Расчет ” можно будет нажать кнопку “ начать”. Нажатие кнопки “ ОТМЕНА ” приведет к закрытию окна. Процесс расчета будет отображаться в поле “ Выполнено ”. Нажатие кнопки “ стоп ” приведет к сбросу расчета.

После завершения расчета появится окно сообщения с результатами расчета структурной надежности сети методом статистического моделирования, его закрытие закроет и окно “ Расчет структурной надежности ”.

Сохранение и закрытие проекта

Для того чтобы сохранить проект нужно выбрать подменю ” Сохранить ” или подменю “ Сохранить как…” в меню “ Файл ”. Для активизации меню любого уровня можно нажать следующую комбинацию клавиш “Alt + подчеркнутая буква ” или же (только для подменю) комбинацию, которая располагается с правой стороны от названия подменю.

При сохранении проекта с помощью подменю “ Сохранить как…” всегда будет появляться окно “ Сохранение ” и пользователь может назначить новый или уже существующий файл для сохранения проекта. Если же пользователь выберет подменю ” Сохранить ”, то только при первом сохранении нового проекта появится окно “ Сохранение ”.

Закрыть проект, так же как и сохранить, пользователь может в любое время, при этом если были внесены какие либо изменения, то появится окно запроса сохранения этих изменений. При положительном ответе если пользователь создавал новый проект и еще ни разу не сохранял его, то появится окно “ Сохранение ”. В этом окне пользователь может ввести имя файла или выбрать уже существующий. Если же проект уже был сохранен, то изменения будут сохранены в том же файле.

Выход из программы

Завершить работу с программой SafeNet1 можно либо выбрав соответствующее подменю “ Выход ” в меню “ Файл ”, либо нажать находящуюся в верхнем правом углу кнопку “ Закрыть ” причем, если имеются не сохраненные изменения, то пользователю нужно будет выполнить те же действия что и при закрытии проекта. После этого программа выгрузится из операционной памяти и освободит все системные ресурсы, которые она затребовала у операционной системы при своей загрузке.

БИБЛИОГРАФИЯ

Гладкий В.С. Вероятностные вычислительные модели.- M.: Наука, 1873. - 300с.

Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов / Под ред. В.С. Семенихина.- М.: Радио и связь, 1986. - 408 с., ил.

Теория сетей связи.- М.: Радио и связь, 1981.- 192 с., ил.

Гладкий В.С., Малиновский С.Т., Новиков С.Н. Оценка структурной надежности методом статистического моделирования. Методические указания.- М.: 1987. - 46 с., ил.

Бойченко В.М., Гладкий В.С., Черный Е.И. Аналого-вероятностное моделирование систем из ненадежных элементов.- Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1967, № 1.

Толчан А.Я. О связности сети. Принципы построения сетей и систем управления. -М.: Наука, 1964.

Бесслер Р., Дойч. Проектирование сетей связи.- М.: Радио и связь, 1988.