Міністерство промислової політики України

Науково-виробнича корпорація

“Київський інститут автоматики”

ДАНІЛОВ Володимир Олексійович

УДК 621.395: 004.054

РОЗРОБЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ОПТИМАЛЬНОЇ

МОДЕРНІЗАЦІЇ ТЕЛЕФОННОГО ЕЛЕКТРОЗВ’ЯЗКУ

05. 13. 06 - автоматизовані системи управління

та прогресивні інформаційні технології

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі компютерних систем Технологічного університету Поділля

(м. Хмельницький) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Локазюк Віктор Миколайович,

Технологічний університет Поділля МОН України, м. Хмельницький,

завідувач кафедри компютерних систем

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Герасимов Борис Михайлович

професор кафедри АСУ Військового інституту при Київському

національному університеті ім. Тараса Шевченка

- кандидат технічних наук

Рабчук Віталій Львович, ЗАТ “Інфоком – Супутникові телеко-мунікації”,

завідувач відділу проектування.

Провідна установа - Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури

Державного комітету зв’язку та інформатизації України і Національної

академії наук України, відділ інформаційних технологій і систем, м. Львів

Захист відбудеться 24 вересня 2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.818.01 НВК “Київський інститут автоматики” за адресою: 04107, Київ -107, вул. Нагірна, 22, корп. 1, к.219.

Відзиви на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надсилати за адресою: 04107, Київ-107, вул. Нагірна, 22, НВК “КІА”, вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НВК “Київський інститут автоматики”.

Автореферат розісланий 22 серпня 2003 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук Л. П. Тронько

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні засоби телефонного звязку відіграють важливу роль в глобальній інформатизації суспільства. Їх значення важко переоцінити. Вони на сьогодні представлені новими інформаційними технологіями, зокрема, мобільним зв’язком, ІР-телефонією тощо. Але при цьому не зменшується важливість провідного електрозв’язку і, зокрема, його модернізації, так як він є невід’ємним компонентом прикінцевих пристроїв більшості абонентів (наприклад, комп’ютера, під’єднаного до телефонної мережі), а також операторів мережі (мережі Internet, мережі мобільного телефонного зв’язку тощо), що використовують як один з компонентів провідний електрозв’язок. Тому підвищення ефективності використання існуючого електрозвязку та його модернізація на сьогодні є досить актуальним питанням. Розв’язку цієї задачі присвячена дана дисертаційна робота, що дозволяє класифікувати її як актуальну.

Об’єкт дослідження – процес модернізації телефонного електрозв’язку, що породжує проблему підвищення його ефективності і оптимізації.

Предмет дослідження - нейромережний метод оптимізації процесу модернізації телефонного електрозвязку.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлені в дисертації дослідження проводились в рамках Національної програми розвитку засобів електрозв’язку, госпдоговірної науково-дослідної роботи №4-2002 “Розробка теоретичних основ оптимального вибору стратегій і методик комплексної модернізації провідного телефонного зв’язку” протягом 2002-2003 років (№ держреєстрації 0102V004781 ) та госпдоговірної науково-дослідної роботи №2-2001 “Розробка теоретичних основ експертної системи діагностування цифрових і мікропроцесорних пристроїв модернізації автоматичних телефонних станцій” протягом 1997-2001 років (№ держреєстрації 0101V001573 ).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесу модернізації телефонного електрозв’язку (ТЕЗ) за рахунок розробки нейромережного методу оптимізації шляхом зменшення вартості та підвищення якості. Для досягнення поставленої мети розвязуються такі задачі:

1) провести аналіз шляхів і методів подальшого розвитку і поліпшення ТЕЗ, виявити резерви його модернізації та уточнити задачі, які необхідно розв’язати для цього у науковому плані;

2) виявити можливість застосування теорії підтримки прийняття рішень для розв’язку задачі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ та провести порівняльний аналіз методів оптимізації при прийнятті рішень;

3) розробити концептуальну модель процесу модернізації ТЕЗ;

4) розробити нейромережні моделі процесу модернізації ТЕЗ;

5) розробити нейромережний метод оптимізації процесу модернізації ТЕЗ;

6) розробити метод уточнення контрольованих вхідних параметрів, які змінюються в залежності від заданих регульованих вхідних параметрів, що відповідають кількісним і якісним граничним показникам, при оптимізації процесу модернізації ТЕЗ;

7) розробити методику оцінки ефективності процесу модернізації ТЕЗ;

8) розробити і впровадити у виробництво систему підтримки прийняття рішень (СППР) для оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, в основу котрого покладено нейромережний метод.

Методи досліджень грунтуються на основних положеннях теорії штучних нейронних мереж, котрі є визначальними в досягненні мети дисертаційної роботи. Концептуальна модель та нейромережні моделі модернізації ТЕЗ розроблені на основі теорії моделювання. Методи оптимізації модернізації ТЕЗ грунтуються на теорії прийняття рішень та основних наукових положеннях розроблення систем підтримки прийняття рішень. Нейромережний метод оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, стратегії та методики розроблення алгоритмів грунтуються на теорії штучного інтелекту, зокрема штучних нейронних мереж (ШНМ). Компоненти та критерії модернізації ТЕЗ описані теорією множин.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

1. Запропонована концептуальна модель модернізації ТЕЗ, суть якої полягає у можливості вибору вартісних, якісних і кількісних критеріїв модернізації та компонентів модернізації і структурних зв’язків між ними. Новим при цьому є те, що у порівнянні з методами математичного програмування зміна кількості часткових компонентів та їх типів не потребує зміни алгоритмів і відповідно програмної реалізації. Програма розробляється на базі лінійної алгебри, а не чисельних методів. Це дає можливість значно підвищити оперативність вирішення задачі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ.

2. Розроблені нові нейромережні моделі модернізації ТЕЗ, в основу котрих покладена теорія одношарового персептрона. Запропоновані моделі дають можливість розробляти оптимальні стратегії модернізації ТЕЗ. Доведено, що прийнятним методом навчання мереж є метод навчання з вчителем процедурою оберненого поширення помилки. Із збільшенням кількості показників складових компонентів модернізації ТЕЗ достовірність моделей зростає. При збільшенні кількості складових компонентів чи складових якості модернізації ТЕЗ вплив різниці між необхідним і одержаним значенням показників ефективності модернізації зменшується.

3. Запропонована нейромережна модель модернізації ТЕЗ, котра дає можливість попередньо перед її навчанням уточнювати числові значення складових якості модернізації ТЕЗ. Новим у запропонованій нейромережній моделі є те, що кількість нейронів в її першому шарі не співпадає з кількістю нейронів у другому шарі, і кожен нейрон першого шару має зв’язок із кожним нейроном другого шару. Така структура запропонованої нейромережної моделі процесу модернізації ТЕЗ пов’язує всі складові компонентів модернізації зі складовими якості , що дає можливість оптимально вирішувати як пряму, так і обернену задачі модернізації ТЕЗ, враховуючи ступінь впливу складових компонентів на якість модернізації ТЕЗ.

4. Розроблено новий нейромережний метод оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, суть якого полягає у розробленні на основі штучних нейронних мереж компонентно-критеріальних та критеріально-компонентних структур і відповідних алгоритмів модернізації ТЕЗ. Новизна цього методу полягає у тому, що всі вихідні цільові функції процесу модернізації обчислюються не чисельними методами, а на основі навчання ШНМ (градієнтного наближення) з наступним функціюванням. Це дає можливість спростити визначення ефективності модернізації ТЕЗ та врахувати сумарний вплив окремих часткових складових компонентів на неї.

Практичне значення отриманих результатів. Дослідження проводились з врахуванням наступної практичної їх реалізації. Результати досліджень складають основу розробленої методології оптимізації модернізації ТЕЗ, реалізованої у вигляді СППР і впровадженої у виробництво. Розроблений нейромережний метод оптимізації процесу модернізації, стратегії та методики розроблення алгоритмів дають можливість підвищити ефективність модернізації, зменшити кількість і відповідно вартість часткових компонентів модернізації та підвищити якість надання послуг абонентам ТЕЗ.

Основні результати дисертації знайшли застосування у Хмельницькій дирекції ВАТ “Укртелеком”, ВАТ ПТК “МІТЕЛ” та інших дирекціях України та СНД. Результати досліджень використовувались і використовуються при підготовці лекцій і проведенні лабораторного практикуму з курсів “Моделювання”, “Обчислювальна техніка у засобах зв’язку”, “Системи штучного інтелекту”, “Комп’ютерні технології у засобах зв’язку”.

Практичні результати досліджень рекомендовано використовувати також в процесі модернізації телефонного електрозвязку на рівні областей та районів України і зарубіжних країн.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи обгрунтовані коректним використанням математичного апарату, успішною апаратною і програмною реалізацією розробленого нейромережного методу оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, а також ефективним практичним впровадженням модернізації АТС в Україні та державах СНД, яке продемонструвало збігання теоретичних результатів із реальними.

Апробація результатів дисертації. Наукові та практичні результати роботи доповідались на VIII та IX науково-технічних конференціях “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (м. Хмельницький, 2001- 2002 рр.), VI міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах” (м. Вінниця, 2001 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Автоматизація виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2002 р.), міжнародній науково-практичній конференції “Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2003 р.), науково-технічних семінарах професорсько-викладацького складу Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький) та науково-технічних конференціях ВАТ “Укртелеком” (м. Київ).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 11-ти друкованих працях, в тому числі в 7-ми статтях у фахових наукових журналах, 4-х статтях у фахових збірниках наукових праць, з них 7 статей опубліковані у фахових наукових журналах, що відповідають переліку ВАК.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційного дослідження, які представлено до захисту, одержані автором особисто. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, автору належать: концептуальна модель модернізації ТЕЗ [1, 2, 8, 10]; нейромережні моделі модернізації ТЕЗ [3, 5, 6, 8]; узагальнені і деталізовані компонентно-критеріальні та критеріально-компонентні структури, що пов’язують складові компонентів і складові якості процесу модернізації ТЕЗ [6, 9]; нейромережний метод оптимізації процесу модернізації ТЕЗ на основі штучних нейронних мереж [2, 6, 9, 10]; система підтримки прийняття рішень оптимізації процесу модернізації ТЕЗ [11].

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, викладених на 136 сторінках машинописного тексту, списку використаних джерел (104 найменування). Робота містить 52 рисунки; 9 таблиць та 4 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність тематики, визначено об’єкт та предмет досліджень, сформульовано мету та задачі дисертаційного дослідження, вказано наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів, а також наведені відомості про апробацію роботи і особистий внесок автора.

У першому розділі зазначені мотиви модернізації телефонного електрозв’язку, зроблено аналіз процесу підтримки прийняття рішень при цьому. Проведено порівняльний аналіз методів оптимізації при прийнятті рішень з метою оцінки можливості їх застосування до процесу модернізації ТЕЗ. З проведеного аналізу зроблено наступні висновки: на сьогодні не втратила своєї актуальності модернізація телефонного електрозв’язку у зв’язку з тим, що він на фоні більш сучасних засобів зв’язку (мобільний зв’язок, ІР-телефонія) залишився наймасовішим і найдешевшим. Крім того, він є невід’ємною складовою зазначених видів зв’язку. Якість послуг, що надається абонентам операторами, істотно залежить від існуючого електрозвязку. Тому він потребує постійної модернізації. Його глобальна модернізація на сьогодні неможлива за відсутності достатніх капіталовкладень. Одним з варіантів модернізації ТЕЗ є його поступова поетапна модернізація, що передбачає часткову заміну аналогових АТС на цифрові, повітряних ліній кабельними, волоконно-оптичними, ущільнення кабельних ліній електрозв’язку, збільшення кількості з’єднувальних ліній між АТС до технологічних норм, застосування нових технологій монтажу кабельних ліній електрозв’язку і таке ін. Суперечливі вимоги до забезпечення точності, швидкодії, аналізу кількості критеріїв, їх взаємозв’язку, відносної важливості та інші фактори не дають можливості розробити єдиний чіткий метод формалізації задач вибору оптимального рішення. Задачу оптимізації звичайно розвязують чисельними методами. Але вони дозволяють будувати мінімізуючі послідовності лише для збіжних цільових функцій. Такі постави задачі не підходять для задачі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, тому необхідне розроблення нових методів та методик, зокрема тих, що грунтуються на теорії штучного інтелекту.

На підставі проведеного аналізу в першому розділі сформульована постава задач для їх розвязування в наступних розділах.

У другому розділі розроблена концептуальна модель, нейромережні моделі модернізації телефонного електрозв’язку, нейромережна модель визначення параметрів критеріїв оптимізації процесу модернізації ТЕЗ з попереднім уточненням складових якості. Проведена оцінка достовірності запропонованих нейромережних моделей модернізації ТЕЗ.

Суть задачі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ полягає у тому, щоб з множини варіантів модернізації знайти найбільш ефективні або оптимальний. Цим варіантом буде такий, на реалізацію котрого необхідно витратити мінімум коштів при заданій якості телефонних розмов і кількості задіяних внаслідок модернізації абонентів.

У якості регульованих вхідних параметрів процесу модернізації ТЕЗ оберемо: а) компонент - кількість АТС різних типів (координатні (), електронні (), квазіелектронні (), цифрові () та ін. (); компонент - види технологічних операцій, напрямлених на поліпшення якості зв’язку (заміна повітряних ліній кабельними (), ущільнення кабельних ліній зв’язку до АТС цифровими системами передачі інформації (), збільшення кількості з’єднуючих ліній між АТС до технологічних норм (), застосування нових технологій монтажу кабельних ліній зв’язку () та ін. ()); в) компонент - кількість АТС, модернізованих з метою розширення функційних можливостей та надання додаткових послуг абонентам (кількість модернізованих номерів () шляхом встановлення автоматичного визначника номера (АВН), кількість модернізованих номерів () шляхом встановлення апаратури погодинного обліку розмов (АПОР), кількість модернізованих номерів () шляхом встановлення САР та ін. ()); г) інші компоненти.

У якості контрольованих вхідних параметрів процесу модернізації електрозв’язку оберемо: а) показник результуючої якості телефонних розмов (відсоток розмов (), що відбулися успішно; відсоток розмов (), що відбулися задовільно; відсоток внутрістанційних відмов () при спробах з’єднань; відсоток міжстанційних відмов () при спробах з’єднань та ін.); б) кількість задіяних внаслідок модернізації абонентів (кількість () додаткових номерів внаслідок установлення нових АТС () різних типів; кількість () додаткових номерів внаслідок виконання технологічних операцій (), напрямлених на поліпшення якості зв’язку; кількість () додаткових номерів внаслідок модернізації АТС () з метою розширення функційних можливостей і надання додаткових послуг абонентам та ін.); в) вартість модернізації телефонного електрозв’язку (вартість () координатних (); () електронних (); () квазіелектронних (); () цифрових () та ін.).

Множини регульованих вхідних параметрів (часткових складових компонентів) модернізації ТЕЗ визначаться як:

(1)

а множини контрольованих вхідних параметрів (часткових складових якості) модернізації ТЕЗ:

(2)

Оберемо наступні критерії оптимізації процесу модернізації ТЕЗ.

Визначення 1. За критерій результуючої якості телефонних розмов приймемо відносну кількісну оцінку телефонних розмов, що відбулися успішно і задовільно, внутрістанційних і міжстанційних відмов при заданій вартості модернізації ТЕЗ та кількості задіяних внаслідок модернізації абонентів

. (3)

Визначення 2. За критерій задіяних внаслідок модернізації абонентів приймемо відносну кількісну оцінку задіяних внаслідок модернізації абонентів при заданій вартості модернізації ТЕЗ та результуючій якості телефонних розмов

. (4)

Визначення 3. За критерій вартості модернізації ТЕЗ приймемо відносну кількісну оцінку вартості модернізації ТЕЗ, що оптитмізується, при заданій якості телефонних розмов та кількості задіяних внаслідок модернізації абонентів

. (5)

Представимо структурно модернізацію ТЕЗ як ряд компонентів модернізації і показників якості модернізованих ТЕЗ, зв’язаних між собою (рис. 1).

Суть концепції оптимізації процесу модернізації ТЕЗ полягає у наступному. Критерії оптимізації, зокрема , , , у процесі модернізації залежать від відповідних множин контрольованих вхідних параметрів складових якості , які, в свою чергу, залежать від множин регульованих вхідних параметрів (компонентів) модернізації . Ефективність залежатиме від того, які саме часткові складові компонентів та часткові складові якості і відповідні їм шляхи (алгоритми) будуть обрані для модернізації ТЕЗ. Ефективність модернізації ТЕЗ визначається методом синтезу задіяних шляхів для визначення критеріїв. На основі мінімаксного підходу обирається оптимальний варіант модернізації ТЕЗ. задаємо з попередніх статистичних даних або експертним шляхом. Точні їх значення знаходять методом навчання ШНМ, котра покладена в основу системи модернізації ТЕЗ.

Рис. 1. Структура модернізації ТЕЗ

Визначення 4. Задача оптимізації модернізації називається прямою, якщо компонентам модернізації як регульованим вхідним параметрам надають заздалегідь відомі значення, і при цьому визначають значення часткових складових якості і відповідних числових значень критеріїв.

Визначення 5. Задача оптимізації модернізації називається оберненою, якщо складові якості ТЕЗ приймаються за регульовані вхідні параметри, їм надаються заздалегідь відомі значення

У разі, коли модернізація ТЕЗ здійснюється комплексно за рахунок модернізації всіх компонентів, моделювання процесу модернізації проводиться на основі структури ШНМ, представленої на рис. 2.

Рис. 2. ШНМ, що моделює процес модернізації ТЕЗ за рахунок

компонентів , ,

Значення критеріїв оптимізації визначаються з системи рівнянь (6).

(6)

де - активаційні функції, які застосовуються поелементно до компонентів вектора-рядка, що розміщений у дужках.

Наступним кроком реалізації загального алгоритму для розроблення стратегій модернізації ТЕЗ є навчання ШНМ. Здійснюватимемо шляхом модифікації вагових коефіцієнтів зв’язків між нейронами. Найбільш прийнятним методом навчання є навчання з вчителем із використанням процедури оберненого поширення помилки. Процес навчання зупиняється після виконання певної кількості ітерацій навчання, при котрій помилка досягає мінімального значення і перестає зменшуватися.

Цей метод дозволяє подолати локальні нерівності поверхні помилки і не зупинятися на локальних мінімумах.

Змоделюємо розв’язок задачі модернізації електрозв’язку у вигляді штучної нейронної мережі (рис. 3).

Рис. 3. Структура мережі, що моделює розв’язок задачі

модернізації електрозв’язку

Загальний алгоритм розв’язку задачі зводиться до визначення значень , і при уточнених значеннях Уточнення здійснюється шляхом навчання складової загальної мережі, яка побудована на нейронах ефекторного шару і являє собою одношарову мережу Хопфілда. Після того, як значення на -й ітерації застабілізувались, загальну мережу слід розглядати як двошарову прямонапрямлену. З метою визначення значень і навчаємо цю мережу методом зворотного поширення помилки.

Обернена задача розв’язується теж за приведеною методикою, але входами ШНМ стають складові якості , а виходами – складові компонентів модернізації . Останні є у цьому випадку контрольованими параметрами.

При покладанні в основу оцінки достовірності запропонованих моделей методу навчання нейромережі за абсолютний критерій достовірності приймемо модуль відхилення (дельта) – різницю між необхідним і одержаним значенням виходів нейронної мережі:

. (7)

Відносний критерій достовірності (надалі достовірність) визначимо як:

. (8)

Приймемо, що значення і будуть пропорційні кількості нейронів у шарі нейромережі:

,

де - коефіцієнт пропорційності, що вказує ступінь наближення значення до .

З рівняння (8) і з врахуванням, що , матимемо:

. (9)

Залежності відносного критерію достовірності нейромережної моделі від значень і при фіксованому значенні показані ломаними лініями на рис.4.

Рис. 4. Графіки залежностей від при

Точки перетину цих ліній показують залежність критерію достовірності моделювання від кількості нейронів у шарі нейромережі. Якщо ці точки з’єднати лінією, то ця лінія матиме вигляд параболи з горизонтальними гілками відносно , з вершиною в точці - найменша кількість нейронів мережі (), і з найнижчою достовірністю моделі для цієї кількості нейронів.

Твердження 1. Достовірність нейромережної моделі модернізації ТЕЗ зростає із збільшенням кількості складових якості та складових компонентів модернізації ТЕЗ.

Твердження 2. Існує нижня межа одержаного значення , яка пропорційна мінімальній кількості складових компонентів чи якості, щодо сенсу визначення достовірності нейромережної моделі модернізації ТЕЗ.

Твердження 3. Існує верхня межа одержаного значення , яка пропорційна максимальній кількості складових компонентів чи якості, щодо сенсу їх збільшення в мережі з метою підвищення достовірності нейромережної моделі модернізації ТЕЗ.

Твердження 4. При збільшенні кількості складових компонентів чи якості вплив збільшення різниці на значення достовірності зменшується.

Твердження 5. Достовірність нейромережної моделі модернізації ТЕЗ істотно не залежить від ступеня наближення до , якщо коефіцієнт пропорційності обирати в межах .

У третьому розділі розроблено нейромережний метод оптимізації процесу модернізації ТЕЗ.

Визначення 6. Компонентно-критеріальною структурою оптимізації процесу модернізації ТЕЗ назвемо таку структуру, котра відображає зв’язки між складовими компонентів та складовими якості.

Узагальнена компонентно-критеріальна структура оптимізації процесу модернізації ТЕЗ з компонентами , , і складовими якості представлена на рис. 5. Вона будується на основі структури модернізації ТЕЗ (рис. 1).

Рис. 5. Узагальнена компонентно-критеріальна структура

оптимізації процесу модернізації ТЕЗ

Визначення 7. Компонентно-критеріальним шляхом в деталізованій структурній схемі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ назвемо шлях від входу до виходу цієї структури.

Згідно з компонентно-критеріальними шляхами складаються алгоритми оптимізації процесу модернізації ТЕЗ. Розроблені нейромережні моделі дають змогу представити деталізовану компонентно-критеріальну структуру оптимізації модернізації ТЕЗ з компонентами у вигляді прямонапрямленого персептрона.

Кількість ітерацій для знаходження , , визначимо з графіку (рис.6), одержаних за допомогою пакета Matlab V.6.1, відповідно до заданої похибки навчання.

Рис. 6. Графік знаходження кількості ітерацій

Для підвищення точності розрахунків бажано отримувати вихідні значення функціоналів у діапазоні . Це зумовлено тим, що вхідні величини різняться на кілька порядків і лежать в межах одиниць і їх нормування проводиться теж в діапазоні .

Для розв’язання оберненої задачі у процесі модернізації ТЕЗ будуються критеріально-компонентні шляхи і відповідні їм нейромережі. Вхідними нейронами стануть складові якості, а вихідними – компоненти. Тобто за відомими складовими якості визначаємо числові значення складових компонентів.

Синтезуємо критеріально-компонентні шляхи складових якості і компонентів (рис. 7).

Запропонований нейромережний метод передбачає визначення цільової функції при навченій мережі з кількістю ітерацій, при котрій буде мати мінімальне значення, що відповідає глобальному екстремуму. Тому вихідне значення цільової функції для навченої таким способом ШНМ буде наближатися до екстремального (мінімального чи максимального).

Ефективність характеризує кожна вихідна змінна, що відповідає якості телефонних розмов. З умови задачі щодо якості телефонних розмов сумарна ефективність не повинна перевищувати сто відсотків, тобто

Рис. 7. Критеріально-компонентні шляхи складових якості

і компонентів

Загальна ефективність модернізації ТЕЗ визначиться як:

,

де - множина коефіцієнтів нормування для узгодження складових ефективності; - -й коефіцієнт нормування.

Процес модернізації вважатиметься найефективнішим, якщо матиме максимальне числове значення:

У четвертому розділі для забезпечення можливості роботи з нейронними мережами, котрі відображають компонентно-критеріальні структури оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, було розроблено СППР модернізації ТЕЗ та її програмне забезпечення, зокрема М-функції.

Загальна структура програмного забезпечення приведена на рис. 8.

Рис.8. Структура програмного забезпечення

Вікна СППР модернізації ТЕЗ мають наступний вигляд:

Постановка задачі

Результати вирішення задачі

Розроблений програмний продукт має наступні переваги: не потребує тривалого вивчення, має обмежений набір базових машинно-незалежних понять, не потребує знань з області програмування, зрозумілий і простий у роботі, забезпечує користувачів необхідною довідкової інформацією, має просте і невелике за розмірами ядро з повною машинною незалежністю.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розроблення процесу оптимальної модернізації телефонного електрозв’язку. Вирішення цієї проблеми має важливе народногосподарське значення у галузі зв’язку, яке підтверджується підвищенням ефективності ТЕЗ та покращенням якості зв’язку.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Запропонована концептуальна модель модернізації ТЕЗ, суть якої полягає у можливості вибору вартісних, якісних і кількісних критеріїв модернізації та компонентів модернізації і структурних зв’язків між ними. Новим при цьому є те, що у порівнянні з методами математичного програмування зміна кількості часткових компонентів та їх типів не потребує зміни алгоритмів і відповідно програмної реалізації. Це спрощує розрахунки і дає можливість значно підвищити оперативність вирішення задачі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ.

2. Розроблені нові нейромережні моделі модернізації ТЕЗ, в основу котрих покладена теорія одношарового персептрона. Новизна моделей полягає у тому, що вони розробляються і навчаються однократно, а в подальшому застосовуються для різної кількості регульованих вхідних параметрів процесу модернізації ТЕЗ на відміну від того, як відомі моделі є неідентичними для різної кількості вхідних регульованих і контрольованих параметрів. Це спрощує розроблення нейромережних моделей модернізації ТЕЗ.

3. Дослідження достовірності запропонованих моделей показало, що вона зростає із збільшенням кількості складових якості та складових компонентів модернізації ТЕЗ. Існує як нижня, так і верхня межа збільшення кількості складових компонентів чи складових якості щодо підвищення достовірності моделей модернізації ТЕЗ. При збільшенні кількості складових компонентів чи складових якості модернізації ТЕЗ вплив помилки зменшується.

4. Запропонована нейромережна модель модернізації ТЕЗ, котра дає можливість попередньо перед її навчанням уточнювати числові значення складових якості модернізації ТЕЗ. На відміну від мережі Хемінга кількість нейронів в її першому шарі може не співпадати з кількістю нейронів у другому шарі. Кожен нейрон першого шару має зв’язок із кожним нейроном другого шару. Така структура запропонованої нейромережної моделі процесу модернізації ТЕЗ пов’язує всі складові компонентів модернізації із складовими якості, що дає можливість враховувати ступінь впливу складових компонентів модернізації на якість модернізації.

5. Розроблено узагальнену і деталізовані компонентно-критеріальні та критеріально-компонентні структури, які пов’язують складові компонентів та складові якості модернізації ТЕЗ між собою. Новизна запропонованих структур полягає у тому, що в них пов’язуються між собою регульовані та контрольовані параметри модернізації ТЕЗ різної природи, зокрема якісні і кількісні, причому якісні складові теж визначаються числовими величинами. Запропоновані структури дають змогу розробляти алгоритми модернізації ТЕЗ та оцінювати її ефективність.

6. Запропоновано нейромережний метод оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, суть якого полягає у розробленні на основі штучних нейронних мереж компонентно-критеріальних та критеріально-компонентних структур і відповідних алгоритмів модернізації ТЕЗ. Новизна цього методу полягає у тому, що всі вихідні цільові функції процесу модернізації обчислюються не чисельними методами, а на основі навчання ШНМ (градієнтного наближення) з наступним функціюванням. Це дає можливість спростити визначення найбільш ефективних варіантів модернізації ТЕЗ та врахувати сумарний вплив окремих часткових складових компонентів на неї.

Нейромережний метод дав змогу розв’язувати обернену задачу модернізації ТЕЗ: за відомими складовими якості модернізації визначити складові компонентів модернізації.

7. Розроблена нова методика визначення оптимальних варіантів модернізації ТЕЗ, суть якої полягає у визначенні оптимального шляху, відображеного нейромережею, з врахуванням кількості додаткових номерів, одержаних внаслідок модернізації, вартості модернізації та якості телефонних розмов. Оптимальні шляхи і відповідні їм цільові функції мають мінімаксне числове значення. Числові значення певних складових компонентів модернізації уточнюються з метою підвищення ефективності і оптимізації модернізації ТЕЗ шляхом наближення значень цільових функцій до істинних.

8. Адаптовані відомі та розроблені нові програмні засоби дослідження ШНМ. Вони дали можливість, в свою чергу, розробляти відповідні моделі оптимізації процесу модернізації ТЕЗ. На основі розроблених М-функцій на мові програмування Delphi 6.0 була сформована програмна оболонка для користувачів.

9. Розроблена структура та відповідні програмні засоби СППР оптимізації процесу модернізації ТЕЗ, які дають можливість фахівцям, котрі не володіють глибокими знаннями з теорії ШНМ та програмування, обирати за допомогою розробленого пакету прикладних програм СППР оптимальні стратегії модернізації ТЕЗ та порівнювати їх ефективність. Це зменшує об'єм витрачених коштів на модернізацію ТЕЗ із заданими наперед його якісними показниками.

10. Розроблений нейромережний метод оптимізації процесу модернізації телефонного електрозв’язку; СППР, яка побудована на його основі, дала можливість зменшити за 2002 р. вартість модернізації на 2,4 млн. грн. та підвищити якість ТЕЗ за рахунок підвищення якості розмов, що відбулися успішно, на 10 відсотків, зниження кількості збоїв з 8 відсотків до одного, зменшити кількість помилок автоматичного визначення помилок номеру абонента з 7 відсотків до 0,8 відсотка, знизити кількість збоїв при спробах з’єднань між абонентами з 5 відсотків до 1,5 відсотка.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Локазюк В. М., Данілов В. О., Харківський В. І., Домінов А. О. Підвищення ефективності телефонії на основі комплексної модернізації АТС та мереж зв’язку // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2000. - №3. – С.136 – 139.

2. Локазюк В. М., Данілов В. О. Нейромережний метод алгоритмізації процесу модернізації провідного телефонного зв’язку // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2001. - №3. - С. 24 – 32.

3. Локазюк В. М., Данілов В. О., Харківський В. І. Модель модернізації провідного телефонного зв’язку // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2002. - №3, Т2. – С. 18-23.

4. Данілов В. О. Розрахунок оптимальних значень компонентів модернізації провідного телефонного електрозв’язку // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2002. - №.1 - С. 77 – 80.

5. Локазюк В. М., Данілов В. О., Поморова О. В. Уточнення якісних і кількісних параметрів процесу модернізації електрозв’язку // Автоматизація виробничих процесів. - 2003. - №1(16). – С. 58-61.

6. Локазюк В. М., Поморова О. В., Данілов В. О. Достовірність та ступінь адекватності нейромережних моделей модернізації телефонного електрозвязку // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. - №.3, Т2 – С.7-13.

7. Данілов В. О. Методологія процесу модернізації телефонного електрозвязку // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. - №.3, Т2 – С.17-26.

8. Данілов В. О., Харківський В. І., Локазюк В. М., Домінов А. О. Комплексна модернізація АТС як один із основних засобів підвищення ефективності телефонії // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Зб. наук. праць. Вип.8. – Хмельницький: ТУП. - 2001. - С.31 – 33.

9. Локазюк В. М., Данілов В. О. Оптимізація процесу модернізації провідного телефонного електрозв’язку // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Зб. наук. праць. Вип.9. – Хмельницький: ТУП. - 2002. - Т2. - С. 104-108.

10. Данілов В., Домінов А., Харківський В. Стратегія та методики поетапної модернізації провідного телефонного зв’язку // Матеріали шостої міжнар. наук.-техн. конф. “Контроль і управління в складних системах 8-12 жовтня 2001 р. (КУСС – 2001). – Т.2. - Вінниця: УНІВЕРСУМ. – 2002. – С. 153-156.

11. Поморова О. В., Данілов В. О. Дослідження нейронних мереж системи підтримки рішень процесу модернізації телефонного електрозвязку // Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів. Зб. наук. праць. – Хмельницький: ТУ Поділля. - 2003. - С.120 - 123.

АНОТАЦІЇ

Данілов В. О. Розроблення процесу оптимальної модернізації телефонного електрозв’язку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Науково-виробнича корпорація “Київський інститут автоматики”, Київ, 2003.

Дисертаційна робота присвячена розробці процесу оптимальної модернізації телефонного електрозв’язку на базі нейромережного методу. В дисертації розроблені та досліджені нові нейромережні моделі модернізації телефонного електрозв’язку. Запропоновано нейромережний метод оптимізації процесу модернізації телефонного електрозв’язку, суть якого полягає у відображенні компонентно-критеріальних та критеріально-компонентних структур і відповідних алгоритмів модернізації телефонного електрозв’язку моделями, побудованими на основі штучних нейронних мереж. Основна відмінність запропонованого методу від відомих полягає в оптимізації вихідних цільових функцій процесу модернізації на базі штучних нейронних мереж. Запропонований метод дає можливість врахувати ступінь впливу компонентів модернізації телефонного електрозв’язку на його якість і спрощувати розв’язок задачі визначення якості телефонного електрозв’язку за кількістю складових компонентів модернізації та задачі, оберненої до зазначеної.

Ключові слова: телефонний електрозв’язок, процес оптимальної модернізації, штучна нейронна мережа, нейромережний метод, система підтримки прийняття рішень.

Данилов В. А. Разработка процесса оптимальной модернизации телефонной электросвязи. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Научно-производственная корпорация “Киевский институт автоматики”, Киев, 2003.

Диссертационная работа посвящена разработке процесса оптимальной модернизации телефонной электросвязи на базе нейросетевого метода. В диссертации предложена концептуальная модель, разработаны и исследованы новые нейросетевые модели модернизации телефонной электросвязи, дающие возможность разрабатывать оптимальные стратегии ее модернизации. Оптимизация модернизации телефонной электросвязи осуществляется за счет оптимального обучения искусственных нейронных сетей, связывающих составляющие компонентов модернизации с составляющими качества. Предложен новый нейросетевой метод оптимизации модернизации телефонной электросвязи, суть которого состоит в отображении компонентно-критериальных и критериально-компонентных структур, а также соответствующих алгоритмов модернизации телефонной электросвязи моделями, разработанными на основе искусственных нейронных сетей. Основное отличие предложенного метода от известных состоит в оптимизации выходных целевых функций процесса модернизации на основе обучения искусственных нейронных сетей, а не числовыми методами. Предложенный метод дает возможность учесть степень влияния компонентов модернизации телефонной электросвязи на ее качество и упростить решение задачи определения качества телефонной электросвязи по количеству составляющих компонентов модернизации, а также задачи, обратной указанной. Разработана методика определения оптимальных вариантов модернизации телефонной электросвязи с учетом количества дополнительных номеров, задействованных вследствие модернизации, стоимости модернизации и качества телефонных разговоров. При этом оптимальным путям соответствуют целевые функции, имеющие минимаксные числовые значения. Программные средства, реализующие нейросетевой метод, положены в основу системы поддержки принятия решений при определении оптимальных стратегий модернизации телефонной электросвязи. На основе разработанных М-функций на языке программирования Delphi 6.0 была сформирована программная оболочка для пользователей. Разработана структура и соответствующие программные средства системы поддержки принятия решений оптимизации процесса модернизации телефонной электросвязи, которые дают возможность специалистам, не владеющим глубокими знаниями теории искусственных нейронных сетей и программирования, выбирать оптимальные стратегии модернизации телефонной электросвязи, а также сравнивать их эффективность.

Ключевые слова: телефонная электросвязь, процесс оптимальной модернизации, искусственная нейронная сеть, нейросетевой метод, система поддержки принятия решений.

Danilov V.A. Development of process optimal modernization of telephone electrical communication. – Manuscript.

Candidate Sciences dissertation on speciality 05.13.06 – automatic manading systems and progressive information technologies. – Scientific and productive corporation “ Kyiv institute of automation”, Kyiv, 2003.

Dissertation work is devoted to development of process optimal modernization of telephone electrical communication on the basis of neural net method. The new neural net method of optimization of process modernization of telephone electrical communication is offered. The essence of this method will consist in display component – criterial and criterion - componental structures and algorithms of modernization telephone electrical communication corresponding to them models which are constructed on the basis of neural net. The offered method enables to take into account a degree of influence of components modernization telephone electrical communication on its quality. It simplifies the decision of problems of definition the quality of telephone electrical communication by quantity of making modernization components and the opposites to it of problems.

Key words: telephone electrical communication, process of optimum modernization, artificial neural net, of decision-making support system.