Модели и алгоритмы идентификации и позиционирования мобильных средств связи в системах поддержки принятия решений Маслов, Владимир Алексеевич

Введение к работе

Актуальность темы. Повышение эффективности управления в технических системах выдвигает на первый план внедрение современных информационных и телекоммуникационных технологий для обеспечения лиц принимающих решение (ЛПР) оперативной информацией по результатам мониторинга и интеллектуального анализа объектов и процессов техногенного, антропогенного и природного характера.

В последние годы наблюдается быстрое развитие беспроводных технологий, используемых для доставки подобной информации на системы обработки информации с беспроводными модулями (БМ) персонала предприятий и ЛПР. Внедрение в различные сферы деятельности предприятий технологий сенсорных сетей, сотовой связи, спутниковой навигации позволяет разрабатывать новые модели и методы обнаружения, позиционирования и идентификации БМ, транспортного мониторинга, сбора, обработки и интеллектуального анализа информации.

Оптимизация управленческих процессов и повышение качества образования требуют объединения разных беспроводных технологий в плане создания и внедрения мобильного управления (m-management), мобильного (m-learning) и «повсеместного» (u-learning) обучения. Диссертационная работа направлена на решение актуальной научно- технической задачи в области построения архитектуры беспроводной телекоммуникационной системы с возможностями обнаружения, позиционирования, идентификации БМ персонала и ЛПР в сфере промышленности и образования.

Для оценки и практической апробации предлагаемых моделей, методик и программно-аппаратных решений в работе была выбрана система городского теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Известно, что большинство аварий в сфере ЖКХ происходит ввиду человеческого фактора, из-за неверной или неполной информации, по причине отсутствия должного контроля объектов инженерных коммуникаций и транспортных средств. В системах диспетчерского контроля и управления на предприятиях ЖКХ не используются новые технологии беспроводной связи за исключением сотовой телефонии.

Современная система высшего и среднего специального образования также требует создания и внедрения новых архитектур информационной среды для обеспечения мобильного «повсеместного» доступа студентов и преподавателей к образовательным ресурсам.

Научные исследования и результаты, изложенные в диссертации, основаны на работах Г. И. Худякова, М. А. Сивере, Е. В. Иванова, Б. А. Савельева, А. В. Светлова, А. М. Бершадского, В. П. Кулагина, В. А. Камаева, Л. А. Цымбала и других российских ученых, а также зарубежных, среди которых P. Myllymaki, Т. Hamalainen, С. Li и др.

Актуальность диссертационных исследований обусловлена отсутствием в современных автоматизированных системах поддержки принятия решений специализированного математического, программного и технического обеспечений на базе современных беспроводных телекоммуникационных сетей для обнаружения, идентификации, позиционирования БМ и транспорта предприятия, управления доступом к информационным ресурсам и оперативной информации, получаемой с приборов промышленной автоматики.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка методик и моделей обнаружения, идентификации, позиционирования ЛПР и персонала с БМ для организации «повсеместного» доступа к информационным ресурсам и поддержки принятия решений. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современных беспроводных технологий, методик, алгоритмов и моделей обнаружения, идентификации и позиционирования БМ с целью выявления их достоинств и недостатков при организации «повсеместного» доступа.

2. Разработать архитектуры проблемно-ориентированных систем обнаружения, идентификации и позиционирования в гетерогенной беспроводной среде для решения задач поддержки принятия решений и управления доступом на предприятиях сферы ЖКХ и образования.

3. Разработать компоненты специального математического и алгоритмического обеспечения системы обнаружения, идентификации и позиционирования БМ для решения задач управления и поддержки принятия решений.

4. Провести имитационное моделирование сегментов беспроводной телекоммуникационной сети с целью анализа сетевых характеристик, оценки взаимного влияния и помехоустойчивости БМ.

5. Разработать программно-технические средства обнаружения, идентификации и позиционирования персонала предприятия с БМ относительно точек доступа беспроводных сетей с привязкой к глобальным спутниковым системам навигации.

6. Провести апробацию разработанных компонент специального математического и алгоритмического обеспечения в системе диспетчерского контроля инженерных коммуникаций городского теплоснабжения и системе информационной поддержки в вузе.

Объектом исследования диссертационной работы является проблемно-ориентированная система поддержки принятия решений при идентификации, позиционировании и управлении доступом персонала и ЛПР с БМ в гетерогенной беспроводной телекоммуникационной среде с сегментами различных беспроводных технологий. К предмету исследования относятся компоненты специального математического и алгоритмического обеспечения для обнаружения, идентификации, позиционирования и управления доступом персонала, студентов и преподавателей с БМ.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории управления, теории системного анализа, математического анализа и математической статистики, математического и имитационного моделирования, теории передачи данных, теории радиосвязи, теории радиолокации, теории информации.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

6. 1. Предложена архитектура проблемно-ориентированной системы удаленного доступа для поддержки принятия решений в системе диспетчерского контроля инженерных коммуникаций городского теплоснабжения, которая в отличие от известных обеспечивает эффективное использование мобильных устройств для управления «повсеместным» доступом ЛПР и персонала к оперативной информации с результатами анализа показаний приборов автоматики, датчиков состояния техногенных объектов, автотранспорта предприятия.

   2. Впервые предложена проблемно-ориентированная система удаленного доступа к информации приборов промышленной автоматики и другим информационным ресурсам с использованием разработанного специального математического и алгоритмического обеспечения для решения задач обнаружения, идентификации и позиционирования, что обеспечивает своевременность, оперативность и эффективность принятия управленческих решений.

   3. Разработаны методики и алгоритмы решения задач обнаружения, идентификации, позиционирования БМ относительно источников радиосигналов беспроводных сетей (Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee) с привязкой к координатам спутниковых навигационных систем ГЛО- HACC/GPS для организации дифференцированного доступа к информационным ресурсам в диспетчерских системах контроля инженерных коммуникаций, которые в отличие от известных используют предложенные модели обнаружения БМ в зонах радиодоступа, позиционирования на базе оценки времени распространения MАС-кадров, калибровки по «радиоотпечаткам» и калибровки по уровню сигнала.

   4. Разработаны имитационные модели и проведено имитационное моделирование Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee сегментов беспроводной телекоммуникационной сети для оценки характеристик, параметров эксплуатации и критериев обеспечения эффективного функционирования транспортной системы для сбора, аналитической обработки информации о состоянии техногенных объектов и инженерных коммуникаций.

   5. Разработана архитектура проблемно-ориентированной системы информационной поддержки преподавателей и студентов вуза, включающая гетерогенную сетевую подсистему с беспроводными сегментами Wi-Fi, Bluetooth и GSM/WCDMА, которая в отличие от существующих обеспечивает принципы мобильного и «повсеместного» доступа к информационно-образовательным ресурсам вуза в плане поддержки процесса обучения и самообучения, реализует методы контроля и управления доступом на охраняемые территории, идентификации, персонифицированного учета и позиционирования абонентов с БМ.

   Практическая значимость. Диссертационные исследования выполнены в рамках приоритетного направления «Информационно- телекоммуникационные системы» и способствуют развитию критических технологий создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии, технологий снижения риска и уменьшения последствий катастроф.

   Предложенная методика позиционирования относительно источников радиосигналов в беспроводных сетях позволяет определять местоположение БМ в местах, где недоступны сигналы спутниковых систем навигации, что способствует своевременному предоставлению необходимой информации. Принципы «повсеместного» доступа преподавателей и студентов к информационным ресурсам учебно-методического характера с систем обработки информации с БМ в гетерогенном беспроводном телекоммуникационном пространстве позволяют повысить эффективность образовательного процесса вузов благодаря внедрению технологий мобильного и «повсеместного» обучения.

   Модели и методики обнаружения, идентификации и информационной поддержки принятия решений реализованы в реальном секторе экономики в системе городского теплоснабжения ЖКХ при создании программно-технических средств диспетчерского контроля инженерных коммуникаций и транспортного мониторинга, а также в сфере образования для построения беспроводного информационного пространства кафедры с целью организации доступа к информационным ресурсам и поддержки обучения студентов и работы преподавателей вуза.

   Достоверность и обоснованность результатов подтверждается совпадением результатов моделирования и экспериментальной проверки, внедрением и опытной эксплуатацией разработанных средств.

   Положения, выносимые на защиту:

   6. 5. 1. Архитектура проблемно-ориентированной системы удаленного доступа для поддержки принятия решений в системе диспетчерского контроля инженерных коммуникаций городского теплоснабжения.

         2. Проблемно-ориентированная система удаленного доступа к информации приборов промышленной автоматики с поддержкой разработанных методик и моделей обнаружения, идентификации и позиционирования БМ ЛПР и персонала предприятия.

         3. Методики и модели обнаружения, идентификации и позиционирования БМ относительно источников радиосигналов в беспроводных сетях Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee с привязкой к координатам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS для организации дифференцированного доступа абонентов к информационным ресурсам, использующие предложенные модели.

         4. Имитационные модели сегментов Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee беспроводной телекоммуникационной сети для оценки характеристик, параметров и критериев эффективного функционирования системы для сбора и анализа информации о состоянии техногенных объектов и инженерных коммуникаций.

         5. Архитектура проблемно-ориентированной системы для управления мобильным и «повсеместным» доступом к информационно- образовательным ресурсам вуза на базе гетерогенной телекоммуникационной системы с беспроводными сегментами Wi-Fi, Bluetooth и GSM/WCDMA.

         Области исследования. Работа выполнена в соответствии с паспортами специальностей ВАК РФ:

         2. 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации, п. 5, частично 4, 9;

         3. 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций, п. 12.

         Внедрение результатов работы. Результаты диссертационного

         исследования внедрены в опытную эксплуатацию на МУП «Гортепло- сеть» г. Кузнецк Пензенской области в системе оперативного дистанционного диспетчерского контроля инженерных коммуникаций городского теплоснабжения с целью своевременного обнаружения, идентификации, позиционирования и оперативной доставки информации на средства обработки информации с BM ЛПР и аварийно-ремонтных бригад. Результаты исследования использованы при создании гетерогенного беспроводного сегмента сети Пензенского государственного университета, внедрены в учебный процесс кафедры «Информацион- ные системы» Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства (Пензенский филиал).

         Связь с научными программами. Исследования проводились в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011гг.)» по четырем НИР. Также исследования проводятся в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. по двум НИР.

         Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах и симпозиумах, среди которых XII-XIV международные научно-практические конференции «Университетское образование» (Пенза, 2008-2010); VI-VIII международные научно- методические конференции «Инновации в науке, образовании и бизнесе» (Пенза, 2008-2010); XVI, XVII всероссийские научно-методические конференции «Телематика» (Санкт-Петербург, 2009-2010); VII Международная научно-методическая конференция «Новые образовательные технологии в вузе» (Екатеринбург, 2010); I, II международные конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2010).

         Публикации. По материалам диссертации издано 30 работ, из них 8 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 9 без соавторов.

         В работах, выполненных в соавторстве, лично соискателю принадлежит: в [1, 2] - описание преимуществ развертывания системы с использованием Bluetooth-технологии, алгоритм определения местоположения; в [3-8] - описание принципов идентификации и позиционирования BM, методология позиционирования, описание беспроводных сегментов гетерогенной информационной среды.

         Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (143 наименования), приложения, содержащего акты внедрения. Основная часть изложена на 164 страницах, включает 34 рисунка и 10 таблиц.

         Похожие диссертации на Модели и алгоритмы идентификации и позиционирования мобильных средств связи в системах поддержки принятия решений

         

         Модели и алгоритмы построения распределенных систем поддержки принятия решений Быков Андрей Юрьевич

         

         Модели и алгоритмы поддержки принятия решений диспетчера газотранспортной системыГусев Михаил Александрович

         

         Модели и алгоритмы интеллектуальной поддержки принятия решений при создании открытых информационных системКоролев Антон Сергеевич

         

         Методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки принятия решений в задачах выявления причинно-следственных связей и диагностики технических систем, используемых в машиностроенииБурлаченко Татьяна Борисовна

         Система поддержки принятия решений выбора оптимальной модели изделия медицинской техники для лечебно-профилактического учрежденияФролова, Мария Сергеевна

         

         Модели управления контекстом в системах интеллектуальной поддержки принятия решений в структурированных динамических областяхЛевашова Татьяна Викторовна

         

         Модели и метод построения мультиагентных систем поддержки принятия решений для управления распределенными объектамиВасильев Николай Владимирович

         

         Модели и методы построения корпоративных интеллектуальных систем поддержки принятия решений Швецов Анатолий Николаевич

         

         Синтез нечетких моделей для анализа структуры изображения глазного дна в медицинской системе поддержки принятия решенийПихлап Сергей Викторович

         Модели и методы поддержки принятия решений для компьютерных тренажеров авиационно-транспортных системФилимонюк, Леонид Юрьевич