ИЗВЕСТИЯ РАИ. ТЕОРИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, 2007, № 3, с. 97-111
СЛОЖНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ КОМПЛЕКСЫ
УДК 629.735.015:681.3
МОДЕЛЬ СБОРА И ОБРАБОТКИ ЗАЯВОК НА ПОЛЕТЫ В ЗАДАЧЕ
ПЛАНИРОВАНИЯ АВИАРЕЙСОВ
© 2007 г. В. А. Ребров, Л. Е. Рудельсон, М. А. Черникова
Москва, МГТУ гражданской авиации Поступила в редакцию 17.10.06 г., после доработки 12.12.06 г.
Рассмотрен метод анализа систем обслуживания с относительным приоритетом, отличающийся тем, что с целью получения расчетных формул применяются физические ограничения процесса образования очередей заявок. Это позволяет формализовать взаимное влияние парциальных входных потоков описанием их динамического равновесия и, как следствие, избежать ветвления графа переходов и состояний системы, сводя ее модель к простой композиции марковских цепей для каждой составляющей суммарного потока заявок. Приведен пример исследования процессов приоритетного сбора и приоритетной обработки заявок на использование воздушного пространства в централизованной службе планирования полетов, создаваемой для единой системы организации воздушного движения России.
Введение. В целях совершенствования организации воздушного движения в Российской Федерации (РФ) разработана концепция централизованной службы планов полетов (ЦСПП). В ее основе лежит опыт Западной Европы и США. Положения концепции использованы в новой редакции "Табеля сообщений о движении воздушных судов в РФ" [1] и в аэронавигационных справочниках. В материалах концепции лишь в общих чертах рассматриваются преимущества централизации и связанные с этим последствия [2].
Действующая в стране схема подачи и обработки планов полетов (ФПЛ) - флайт-планов и сообщений по их обновлению характеризуется рядом недостатков. Эксплуатант разрабатывает план полета, подает его в аэродромный диспетчерский пункт (АДП), определяет адреса рассылки в органы обслуживания воздушного движения (ОВД) по маршруту. АДП нужна полная информация об аэронавигационной инфраструктуре на всю глубину полета, что практически неосуществимо для всех АДП мира. Доля вылетов из иностранных аэропортов без отправления ФПЛ в единую систему (ЕС) организации воздушного движения (ОрВД) достигает 30%.
После подачи ФПЛ в АДП командир воздушного судна (ВС) производит вылет даже в том случае, если ФПЛ составлен с ошибками, не дошел до нужных адресатов, не учитывает текущую обстановку. Возникающие проблемы решаются органами ОВД уже во время полета. Очевидны следующие недостатки такой схемы использования воздушного пространства (ИВП):
1) в ЕС ОрВд не поступает значительная доля сообщений о движении ВС, что затрудняет реализацию разрешительного порядка ИВП РФ;
2) вследствие ошибок адресации сообщения поступают в органы ОВД, не привлекаемые подаваемым планом полета, где также подлежат обработке;
3) в органы ОВД, затрагиваемые полетом, нередко поступают телеграммы неудовлетворительного качества, требующие ручной обработки;
4) отсутствует механизм воздействия центров ЕС ОрВД на составителей для достижения корректности, полноты и своевременности планов.
Считается, что ЦСПП дает следующие преимущества:
централизация позволяет подавать плановые сообщения в единственный адрес, что практически исключает ошибки адресации, а все остальные исправляются однократно перед рассылкой;
устанавливается обратная связь: если план не содержит ошибок, то он принимается; при наличии незначительных ошибок ЦСПП редактирует их и прилагает исправленный план в ответное сообщение; податель имеет право не согласиться с изменениями и представить новый план полета; если ошибки окажутся критическими, подателя уведомляют о причинах отклонения плана;
централизация гарантирует, что после принятия плана все сообщения о движении будут в установленные сроки направлены в необходимые адреса по маршруту.
Обеспечиваются следующие преимущества перед ныне существующей распределенной системой обработки планов полетов:
своевременное получение всеми заинтересованными службами сообщений о движении ВС для планирования и контроля ИВП;
соблюдение разрешительного порядка ИБП РФ, при котором полеты выполняются только при наличии подтверждения контролирующих органов;
повышение качества, целостности и непротиворечивости плановой информации, поступающей в органы ОБД;
снятие нагрузки с персонала ОБД по обработке телеграмм;
повышение дисциплины подателей сообщений о движении БС;
создание основы для оптимизации сводного плана ИБП в результате сосредоточения всей необходимой информации о движении БС в ЦСПП;
улучшение ситуации для авиакомпаний (и АДП) за счет предоставления им данных об условиях обеспечения полетов и снятия с них задачи рассылки сообщений о движении БС в воздушном пространстве (БП) РФ.
Реализация концепции ЦСПП выдвигает следующие проблемы.
1. Концентрация функций обработки планов делает всю систему ОБД зависимой от работоспособности центра. Как следствие, к ЦСПП предъявляются повышенные требования по надежности. Б частности, предполагается сохранить как резерв существующую схему сбора плановой информации, что приводит к необходимости поддерживать две системы одного назначения.
2. Централизация в масштабах страны требует, чтобы сообщения сначала направлялись в центр ЕС ОрБД, оттуда - в органы ОБД, затрагиваемые маршрутом. Соответственно увеличивается нагрузка на средства связи. Бозникает вопрос о пропускной способности центра. Требуется разработка нового программного обеспечения и повышение ответственности пользователей БП, в том числе иностранных, за выдерживание правильной последовательности сообщений о движении БС, их своевременность и качество.
Статья посвящена исследованию характеристик обслуживания сообщений, поступающих в ЦСПП (вероятность потери сообщений, время ожидания и т.д.). Анализируется поток сообщений, который образуется при внедрении этой службы, оцениваются требования к аппаратным средствам обслуживания, определяются области изменения параметров системы, при которых внедрение ЦСПП окажется оправданным. Основные задачи работы:
анализ структуры потока сообщений, поступающих в ЦСПП;
разработка метода исследования характеристик процесса обработки, наиболее полно учитывающего выявленную структуру потока сообщений;
определение зависимости характеристик обслуживания от параметров системы, нахождение областей изменения этих параметров, при которых внедрение ЦСПП становится целесообразным;
оценка достоверности найденных зависимостей.
1. Постановка задачи. Б гражданской авиации (ГА) России телеграфные сообщения в зависимости от содержания и допустимого времени обработки подразделяются на следующие приоритетные категории срочности:
1) СС - телеграммы о чрезвычайных происшествиях в полете;
2) ДД - сообщения о чрезвычайных происшествиях на земле;
3) ФФ - для немедленной передачи экипажу БС и о планах полетов;
4) ГГ - о посадках, задержках, отменах, возвратах рейсов;
5) ИИ - сообщения службы аэронавигационной информации;
6) КК - об административной и эксплуатационной деятельности ГА;
7) ЛЛ - телеграммы, которые не могут быть направлены авиапочтой.
Традиционным инструментом анализа пропускной способности сетей связи является математический аппарат теории очередей [3]. Напомним, что его использование правомерно, если исследуемая система отвечает ряду ограничений, накладываемых как на ее структуру, так и на параметры входного потока и дисциплину обслуживания. Б общепринятых терминах ЦСПП представляет собой многоканальную систему массового обслуживания (СМО) с ограниченной очередью и относительным приоритетом. Бходной поток телеграфных сообщений, согласно многочисленным экспериментам [4], подчиняется пуассоновскому распределению, обслуживание с учетом ручного исправления ошибок в телеграммах - экспоненциальное. Такая постановка вписывается в рамки модели Эрланга, однако не учитывает существенное ограничение. Б авиационной сети циркулируют телеграммы различной приоритетности, определяемой характеристикой "серия срочности". Бходной поток не является однородным, а граф переходов и состояний СМО нельзя отобразить классической цепью Маркова со связями только между соседними сообщающимися состояниями, что затрудняет создание модели в целом.
Б ряде случаев [5] анализ систем с приоритетами удается свести к известным математическим схемам. Результаты в виде рекуррентных соотношений и итерационных процедур позволяют выразить вероятность любого состояния СМО через предшествующие. Стационарные распределения описываются системой алгебраических уравнений конечного порядка. Используя специфическую структуру матрицы этой системы , можно получать искомые распределения. Однако алгоритмические и расчетные схемы настолько громоздки, что их применение ограничено самыми простыми случаями. Коли-
3
с«
щ Ч +
щ
н
й +
м
м +
щ М
^
ч +
о ,_1
ю о
м II И
о
н
о
С
Рис. 1. Система обслуживания с относительными приоритетами и приоритетной записью в общий буферный накопитель.
чество уравнений связано с числом входных потоков показательной зависимостью.
Развиваются эвристические модели, основанные на умении своих создателей выделить доминирующие закономерности исследуемого процесса и отвлечься от второстепенных связей и отношений. С этой целью вводятся дополнительные ограничения, сужающие область взаимного влияния различных системных факторов и позволяющие упростить их анализ.
Рассмотрим с этих позиций одну из самых распространенных дисциплин приоритетного обслуживания с приемом поступающих заявок на ИБП в общий буферный накопитель (БН) объемом на г мест для ожидания (рис. 1). Основные закономерности проследим на двухприоритетной одноканальной модели, а затем распространим полученный результат на общий случай (произвольное количество т входных потоков и п каналов обслуживания).
Пусть на вход СМО поступают два пуассонов-ских потока заявок с интенсивностями ^ и Х2 соответственно. Заявки первого типа обслуживаются с относительным приоритетом. Это означает, что если в момент поступления такой заявки уже производится обработка менее приоритетной заявки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.