Вопрос 1. Общие положения, цели и задачи оценки эффективности функционирования системы связи.

Жизнь современного общества немыслима без широкого использования разнородных систем передачи информации. Эти средства непрерывно совершенствуются и развиваются. Объемы информации с каждым годом возрастают, увеличивается дальность связи, повышаются требования к качеству передачи. В связи с этим на передний план выдвигается задача управления сложными системами (СС).

Под управлением понимается процесс формирования рационального поведения сложной системы на различных этапах ее функционирования. Сущность управления составляют процессы подготовки и принятия решения соответствующими должностными лицами, его детализация в ходе планирования связи, развертывание и применение сил и средств, организация взаимодействия и всестороннего обеспечения, а также контроль их исполнения. Цель управления состоит в обеспечении максимальной эффективности использования имеющихся сил и средств при решении поставленных задач. В связи с этим важное значение приобретает задача совершенствования принципов и критериев принятия решений, составным элементом которой является оценка эффективности целенаправленных процессов функционирования систем (ЦПФС).

В основе решения задач должен лежать системный подход, который означает, что интересующий нас объект надо рассматривать не только во взаимосвязи с другими объектами, но и как систему. Целью изучения эффективности функционирования системы (сети) связи является приобретение сведений для выработки рекомендаций лицу, принимающему решение, для рационального выбора стратегий, обеспечивающих успешное выполнение системой (сетью) связи стоящих перед ней задач.

Проблемам оценки эффективности функционирования сложных систем посвящено большое количество работ [24 — 31], в которых приводится не всегда однозначная терминология, что затрудняет изучение основ теории эффективности.

Теория эффективности целенаправленных процессов, к которым относится и функционирование систем и сетей связи, составляет методологическую и математическую основы модельного экспериментирования со сложными объектами (системами и процессами) на основе выявления показателя эффективности и определения критериев их оценивания.

Основными понятиями теории эффективности являются система, задача системы, операция, цель операции, стратегия, операционная система, операционный комплекс.

Система — это множество (совокупность) взаимосвязанных объектов (элементов системы).

Подсистема — это сложная система меньшего масштаба, чем исходная, организационно входящая в последнюю, и реализующая самостоятельную операцию, цель которой подчинена цели операции, проводимой исходной системой, являющейся по отношению к подсистеме главной системой.

Элемент системы — это объект, входящий в состав системы, но не имеющий в рамках конкретной операции самостоятельной цели и не подлежащий расчленению на части.

Понятия подсистемы и элемента сугубо модельные и в этом смысле условные. Одна и та же совокупность объектов может в рамках одной операции быть элементом, в рамках другой — подсистемой, в рамках третьей — системой или даже главной системой.

Элементы сложной системы функционируют во взаимодействии, в результате чего свойства сложной системы определяются не только (и не столько) свойствами ее элементов и подсистем, но и характером взаимодействия между ними, т. е. новыми так называемыми системными свойствами.

Комплекс — это совокупность объектов (подсистем, элементов) различной физической природы, объединенных общей целью, но с менее жесткими, чем в системе, организационными связями.

Задача системы — это требуемый исход операции, который должен быть достигнут в результате функционирования системы при заданном расходе ресурсов в единицу времени. Другими словами, задача представляет собой конкретизированную цель. По существу цель операции становится задачей системы, если конкретизированы количественные характеристики требуемого результата и отпускаемых на его получение ресурсов и времени. Практически цель операции достигается путем выполнения системой последовательности задач. Если цель операции сформулирована (задача системы поставлена), то может быть начата разработка альтернативных способов (планов, программ) достижения цели (выполнения задачи). Из набора альтернативных планов наилучший выбирается на основе тех или иных концепций и вытекающих из них принципов, которые формально выражаются в форме критериев (правил суждения).

Сложная система — система, характеризующаяся множеством возможных состояний, каждое из которых описывается набором значений ее конкретных параметров. Эта система отличается сложным строением и сложным поведением. Все рассматриваемые в теории эффективности системы — сложные.

Под операцией понимают упорядоченную совокупность (систему) взаимосвязанных действий, направленных на достижение определенной цели (рис. 1.42).

Применительно к системе связи операция — это целенаправленный процесс ее функционирования. Именно наличие общей цели объединяет множество объектов в систему. Атрибутом операции является конечная ее длительность, называемая операционным временем.

Различают операции положительные и отрицательные, прямые и косвенные (побочные). Кроме того, в рамках каждого из блоков данного рисунка результаты могут быть однородными и неоднородными.

Цель- это требуемый (желаемый) исход операции. Пока нет цели, нет и операции. В рамках теории эффективности предполагается, что цель операции — единственная. Операцию, преследующую несколько целей, рассматривают как совокупность одноцелевых операций. При этом эффективность отдельных таких операций может быть разной. Если цели этих операций взаимосвязаны, то иногда их совокупность может рассматриваться как одна обобщенная цель. Цель считается достигнутой, если путем преобразования функционирующей системой некоторых ресурсов получен желаемый результат (исход операции).

Целевой эффект операции — это результат, ради получения которого проводится операция. Результатом операции является совокупность всех ее эффектов (последствий).

Стратегия — это определенная организация и способ проведения операции (применения системы связи).

Ресурсы — это запасы сырья, энергии, информации, времени, а также технические и людские ресурсы, необходимые для проведения операции и получения требуемого целевого эффекта. Ресурсы могут быть классифицированы по структуре и по динамике превращения в целевой эффект. По структуре ресурсы делятся на однородные и неоднородные. Однородность ресурсов существенно упрощает исследование операции и ее эффективности, однако подобные операции крайне редки (если вообще существуют). Различают ресурсы активные и пассивные, динамические и статические.

Активными (А) называются ресурсы, непосредственно обеспечивающие целевой эффект. Пассивными (П) называются ресурсы, участвующие в получении целевого эффекта, но непосредственно его не обеспечивающие. Динамическими (Д) называются ресурсы, расходуемые на получение целевого эффекта в ходе операции. Статическими (С) называются ресурсы, расходуемые при создании системы и организации целенаправленного процесса ее функционирования. Для типичных операций характерно использование следующих ресурсов:

— сырьевой (А, Д),

— энергетический (А, Д),

— структурный ВТС (П, Д),

— технический (П, С),

— технологический (П, С),

— информационный (П, Д),

— временной (П, Д),

— трудовой,

— людской (П, Д) и т. д.

Свойство — это объективная особенность объекта, зависящая от его строения и характеризующая отдельную его сторону (аспект). Различают внутренние (структурные) и внешние (функциональные) свойства. Внутренние свойства присущи самой системе (например, пропускная способность, мобильность и др.), а внешние оказывают влияние на суперсистему (например, своевременность, достоверность и др.). Эти свойства диалектически взаимосвязаны и определены ГОСТ. Основные свойства элементов операционного комплекса представлены в табл. 1.2.

Операционная система — это совокупность объектов (как материальных, так и нематериальных: информация, время и т. д.), в результате взаимодействия которых реализуется операция.

Операционный комплекс представляет собой совокупность объектов, содержащую в качестве элементов операционную систему, суперсистему и окружающую среду.

Под окружающей средой понимают совокупность объектов, не входящих в операционную систему, непосредственного участия в операции не принимающих, но обусловливающих операционную ситуацию и оказывающих влияние на ЦПФС и его исход.

Каждый исследуемый объект обладает определенными свойствами, обусловливающими его качество.

Квалиметрия — это научная область, в которой разрабатываются методологические основы, методы и методики количественного оценивания и анализа качества объектов.

Качество — это свойство или совокупность свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению.

В зависимости от назначения объекта (системы) совокупность его свойств, учитываемых при исследовании качества, может быть различна.

Каждое из свойств объекта может быть описано с помощью некоторой переменной, значение которой характеризует меру (интенсивность) его качества относительно этого свойства. Эту меру (представляющую собой числовую характеристику или функцию) называют показателем свойства или единичным частным показателем качества (ЧПК) объекта (системы, сети связи). Уровень качества объекта характеризуется значениями совокупности показателей его существенных атрибутивных свойств, т. е. свойств, необходимых для соответствия объекта его назначению. Эта совокупность называется показателем качества (рис. 1.43).

Показатель качества объекта представляет собой вектор, компоненты которого — показатели его отдельных свойств, представляющие собой частные, единичные показатели качества объекта.

Учитывая это, состояние системы связи в любой момент времени можно описать с помощью вектора частных показателей качества:

Y(t) = [y₁ (t), y₂ (t),…..,у(t)]. (1.37)

где у₁(t),…., y_n(t) — компоненты вектора показателя качества, характеризующие наиболее существенные свойства элементов системы связи (собственно системы связи или системы информационного обмена и системы управления) и процесса их функционирования.

Изучение любого объекта (системы, сети связи) ведется либо с учетом взаимосвязи с другими объектами (например, система связи, являясь составной частью системы управления, должна учитывать ее интересы), либо без учета. Показатели качества, как и свойства, делятся на собственные и несобственные.

Собственные (или внутренние) показатели качества предназначены для изучения системы по разомкнутой схеме, когда система рассматривается как самостоятельная, не связанная со старшей системой.

Несобственные (или внешние) показатели предназначены для исследования влияния качества функционирования изучаемой системы на характеристики старшей системы на основе выбранных критериев.

Критерий оценивания качества — это руководящее правило (условие или совокупность условий), вытекающее из принятых (положенных в основу исследования) концепций и принципов оценивания и реализуемое при принятии того или иного решения (проектного, организационного, управленческого и т. д.) о качестве исследуемого объекта. Другими словами, под критерием будем понимать правило на основании которого производится оценка, определение или классификация [18].

При оценивании качества любого объекта, описываемого n- мерным векторным показателем, рассматривается совокупность критериев, каждый из которых в общем случае может принадлежать одному из классов (рис. 1.44):

1) классу G критериев пригодности,

2) классу 0 критериев оптимальности,

3) классу S критериев превосходства.

Рассмотрим формализованную постановку задачи. Пусть У =[у₁,у₂….,y_n] — вектор частных показателей качества. Например, для системы контроля и диагностики технического состояния радиорелейной линии передачи такими показателями могут быть точность оценки контролируемых параметров, достоверность диагностических решений, оперативность выработки диагностических решений, достоверность прогноза состояния и т. д.

В реальных ситуациях доступным для оценки таких показателей является вектор случайных величин с совместным распределением:

Как правило, требования к системе задаются в виде области допустимых значений . Тогда критерий пригодности системы принимают вид

Критерий превосходства позволяет оценить систему на основе сопоставления ее параметров с параметрами прототипа :

Очевидно, что критерии пригодности и превосходства не гарантируют, что исследуемая система обладает наилучшим качеством. Поэтому наиболее строгое решение наблюдается при выполнении кретерия оптимальности:

В общем случае критерии превосходства и оптимальности должны выполняться при условии выполнения критерия пригодности.

Оценка качества — числовая характеристика показателя качества, получаемая опытным путем или с помощью расчетов (при косвенных измерениях) с использованием модели показателя качества.

По определению, качество — это свойство или совокупность существенных свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению. Применительно к целенаправленному процессу подобные его свойства (атрибуты) называются операционными. К ним относятся результативность, ресурсоемкость и оперативность.

Результативность ЦПФС характеризуется получаемым в результате целевым эффектом. Она обусловливается способностью операции давать целевой эффект (т. е. результат, ради которого проводится операция). Применительно к связи это свойство операции (процесса обмена информацией) называется достоверностью.

Ресурсоемкость ЦПФС характеризуется расходом операционных ресурсов всех видов (материально-технических, энергетических, информационных, временных, финансовых, людских и т. д.), необходимых для проведения операции и получении целевого эффекта.

Оперативность ЦПФС характеризуется расходом операционного времени, т. е. времени, необходимого для достижения цели операции. Применительно к связи это свойство называется своевременностью.

Эффективность — это комплексное операционное свойство целенаправленного процесса функционирования системы, характеризующее его приспособленность к достижению цели реализуемой ТС операции (к выполнению стоящей перед ТС задачи).

Таким образом, из этого определения следует, что эффективность является свойством не системы, а процесса ее функционирования, причем не любого, а только целенаправленного, т.е. операции, выполняемой системой.

Показатель эффективности операции должен удовлетворять совокупности общих требований:

— представительность(адекватность); — критичность(чувствительность);

— комплексность(полнота); — стохастичность;

— простота.

Показатель представительности позволяет оценивать эффективность операции по достижении ее основной (а не второстепенных) цели. Цель операции должна находить свое прямое отображение в показателе ее эффективности. Показатель критичности чувствителен к изменениям исследуемых характеристик. Показатель комплексности позволяет решать задачу исследования эффективности операции без привлечения других ее характеристик. Показатель стохастичности позволяет учитывать неопределенность условий проведения операции, обусловленную воздействием случайных факторов и всегда сопутствующую исследованию операции (ее эффективности).

Показатель эффективности должен быть достаточно простым (при необходимой комплексности), чтобы его вычисление и последующий анализ эффективности операции могли быть реализованы в приемлемые сроки и наглядно интерпретированы. Всем перечисленным требованиям удовлетворяет показатель эффективности, представляющий собой вероятность достижения цели операции Р, или вероятность соответствия системы связи своему функциональному предназначению

P_дц=P(Y₁{Y^доп}), (1.42)

где {У^доп} — множество допустимых значений показателей эффективности.

Критерий оценивания эффективности — совокупность условий, определяющих цели операции и в соответствии с ними пригодность, оптимальность или превосходство исследуемой операции. Критерием может быть достижение показателем эффективности максимального значения в выбранном классе исходных данных

либо при заданных ограничениях превышение показателем эффективности некоторого априори заданного требования

или соответствующего показателя системы-прототипа

Следует отметить, что критерии (1.43) — (1.45) позволяют наиболее полно и объективно оценить эффективность функционирования системы и сети связи. Однако их реализация на практике связана со значительными трудностями, обусловленными отсутствием достаточной информации о законе распределения параметров F. В настоящее время существуют различные подходы к выбору показателей и критериев оценки эффективности функционирования систем, сетей связи. В каждом конкретном случае от специалиста в области связи требуется умение выбрать из всего многообразия методов наиболее оптимальный.