Патент на изобретение №2169944

(54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АВТОМАТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике и цифровой вычислительной технике и может быть использовано в комплексах автоматизированных систем управления сетями многоканальной связи. Техническим результатом является способность моделировать состояния сети многоканальной радиосвязи с нечетко заданными параметрами. Устройство содержит датчик случайной последовательности, блок формирования нецелочисленных значений индикаторов, блок коррекции, блок формирования значений матрицы, блок управления, блок пороговых устройств, блок формирования значений индикаторов, блок элементов И, блок памяти, блок задания времени, дешифратор, элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, блок анализа вида исходных данных и блок преобразования вида исходных данных. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и вычислительной технике и предназначено для использования в комплексах автоматизированных систем управления сетями многоканальной радиосвязи.

Известен вероятностный автомат, содержащий генератор тактовых импульсов, элементы И и ИЛИ, регистр сдвига, блоки памяти и задания времени (см. авт. св. СССР N 1045232, G 06 F 15/36, 1983, бюл. 36).

Однако данный вероятностный автомат моделирует неуправляемые полумарковские цепи без учета внешних управляющих воздействий, что не позволяет применять его для анализа реально протекающих процессов в сетях многоканальной радиосвязи, поскольку эти процессы в большинстве своем управляемы.

Известен вероятностный автомат, содержащий блок элементов И, блок памяти, блок задания времени, элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, датчик случайной последовательности, блок формирования корректирующей последовательности, блок коррекции, блок формирования значений матрицы, блок формирования значений индикаторов, блок управления, дешифратор и генератор тактовых импульсов (см. патент РФ N 2099781, G 06 F 17/00, 1997, бюл. 35).

Однако данный вероятностный автомат моделирует управляемые полумарковские процессы с раз и навсегда заданными пороговыми значениями (границами) состояний – не способен динамически корректировать границы состояний моделируемого процесса, что не позволяет применять его для динамического анализа реальных сетей многоканальной радиосвязи, поскольку большое количество процессов, протекающих в управляемых сетях многоканальной радиосвязи, могут в динамике функционирования изменять пороговые значения своих состояний под влиянием управляющих воздействий или внешних факторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является вероятностный автомат (см. патент РФ N 2139569, G 06 F 17/18, 1999, бюл. 28) содержащий датчик случайной последовательности, блок формирования нецелочисленных значений индикаторов, блок коррекции, блок формирования значений матрицы, блок управления, блок пороговых устройств, блок формирования значений индикаторов, блок элементов И, блок памяти, блок задания времени, дешифратор, элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ и тактовым входом блока задания времени, группа выходов которого является группой выходов автомата и подключена к группе входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого подключен к тактовым входам блока элементов И, блока формирования значений индикаторов и блока управления, второй вход которого является входом автомата, а управляющий выход подключен к входам дешифратора и блока формирования значений матрицы, группа выходов блока формирования значений индикаторов соединена с группой входов блока элементов И, выходы которого подключены к входам блока памяти, группа выходов которого соединена с группой входов блока задания времени, управляющий вход которого подключен к выходу дешифратора, группа управляющих входов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов соединена с выходами блока формирования значений матрицы, группа его интерполяционных входов подключена к выходам блока памяти, а группа его выходов соединена с группой вспомогательных входов блока формирования значений индикаторов и с группой информационных входов блока коррекции, стартовый вход которого подключен к выходу датчика случайной последовательности, выход блока коррекции соединен с входом блока пороговых устройств, выходы которого подключены к информационным входам блока формирования значений индикаторов, пороговые выходы блока управления параллельно подключены к пороговым входам блока коррекции и блока пороговых устройств.

Достоинством прототипа является его способность моделировать управляемые полумарковские цепи с динамической коррекцией пороговых значений (границ) состояний случайных процессов, протекающих в управляемой сети многоканальной радиосвязи.

Однако прототип имеет недостаток – невозможность моделирования состояния сети многоканальной радиосвязи с нечетко заданными параметрами. Это связано с тем, что моделирование осуществляется на основе вводимых количественных значений исходных данных (элементов матриц переходных вероятностей, пороговых значений (границ) состояний), что исключает применение прототипа для динамического многокритериального анализа реальных сетей многоканальной радиосвязи. Данный вероятностный автомат позволяет моделировать управляемые полумарковские цепи с динамической коррекцией пороговых значений (границ) состояний лишь тех случайных процессов, исходные данные для которых заданы количественно, в то время как исходные данные для моделирования большого количества процессов, реально протекающих в управляемых сетях многоканальной радиосвязи, могут быть заданы лишь качественно (нечетко, с привлечением лингвистической переменной). Например, с целью осуществления динамического многокритериального анализа эффективности функционирования сети многоканальной радиосвязи оператор (пользователь) формирует систему показателей качества сети, которая может включать в себя ряд численных (количественных либо качественных) значений существенных свойств объекта: время доставки сообщения в сети (t_дс); интенсивность обслуживания заявок абонентов (); количество обслуживающих приборов, например, коммутационных устройств (N_п); качество обслуживания телефонных переговоров абонентов – слоговая разборчивость (A_ТФ) и другие. Очевидно, что даже для данного тривиального примера при моделировании состояния лишь первых трех показателей качества (t_дс; ; N_п), исходные данные могут быть численно описаны с использованием количественной меры и получены либо с аппаратуры контроля (мониторинга) сети, либо аналитически, опираясь на интенсивность конкретного процесса и с привлечением математического аппарата условных вероятностей. Описать исходные данные (элементы матрицы переходных вероятностей, пороговые значения (границы) состояний) для моделирования последнего, четвертого показателя качества (A_ТФ) можно лишь качественно, опираясь на математический аппарат теории нечетких множеств, привлекая для задания исходных данных в интересах моделирования мнения экспертов в данной области, причем сформулированные в виде лингвистической переменной типа: “очень плохая слоговая разборчивость” – “плохая слоговая разборчивость” – “удовлетворительная слоговая разборчивость” – “хорошая слоговая разборчивость” – “отличная слоговая разборчивость” – “превосходная слоговая разборчивость” и т.п. Вместе с тем исходные данные для моделирования состояния нечетко заданных параметров сети, по мнению авторов работ [5-8], составляют 30…40% от общего перечня всех исходных данных, необходимых для осуществления в высокой степени адекватного моделирования в интересах динамического многокритериального анализа качества и эффективности функционирования сети многоканальной радиосвязи. Не учет параметров сети, заданных нечетко облегчает задачу моделирования, однако резко снижает степень адекватности модели, уровень достоверности результатов и, как следствие, снижает обоснованность принимаемых решений по управлению структурой, параметрами и режимами работы сетей многоканальной радиосвязи.

Целью предлагаемого изобретения является создание управляемого вероятностного автомата, способного моделировать состояния сети многоканальной радиосвязи с нечетко заданными параметрами – управляемые полумарковские цепи, формируемые с учетом как количественно, так и качественно (нечетко, с привлечением лингвистической переменной) заданных исходных данных, описывающих пороговые значения (границы) и вероятностно-временной механизм (элементы матриц переходных вероятностей) смены состояний моделируемых случайных процессов.

Указанная цель достигается тем, что в известный вероятностный автомат, содержащий датчик случайной последовательности, блок формирования нецелочисленных значений индикаторов, блок коррекции, блок формирования значений матрицы, блок управления, блок пороговых устройств, блок формирования значений индикаторов, блок элементов И, блок памяти, блок задания времени, дешифратор, элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ и тактовым входом блока задания времени, группа выходов которого является группой выходов вероятностного автомата и подключена к группе входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого подключен к тактовым входам блока элементов И, блока формирования значений индикаторов и блока управления, второй вход которого является входом вероятностного автомата, группа выходов блока формирования значений индикаторов соединена с группой входов блока элементов И, выходы которого подключены к входам блока памяти, группа выходов которого соединена с группой входов блока задания времени, управляющий вход которого подключен к выходу дешифратора, группа управляющих входов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов соединена с выходами блока формирования значений матрицы, группа его интерполяционных входов подключена к выходам блока памяти, а группа его выходов соединена с группой вспомогательных входов блока формирования значений индикаторов и с группой информационных входов блока коррекции, стартовый вход которого подключен к выходу датчика случайной последовательности, выход блока коррекции соединен с входом блока пороговых устройств, выходы которого подключены к информационным входам блока формирования значений индикаторов, дополнительно введены блок анализа вида исходных данных и блок преобразования вида исходных данных. Управляющий выход блока управления подключен к управляющему входу блока анализа вида исходных данных, группа пороговых входов которого соединена с группой пороговых выходов блока управления. Управляющий выход блока анализа вида исходных данных и управляющий выход блока преобразования вида исходных данных подключены к входам дешифратора и блока формирования значений матрицы. Группа пороговых выходов блока анализа вида исходных данных и группа пороговых выходов блока преобразования вида исходных данных подключены к пороговым входам блока коррекции и блока пороговых устройств. Нечеткий управляющий выход блока анализа вида исходных данных соединен с нечетким управляющим входом блока преобразования вида исходных данных, группа нечетких пороговых входов которого соединена с группой нечетких пороговых выходов блока анализа вида исходных данных.

Блок анализа вида исходных данных состоит из сдвигающего регистра и регистра хранения. Вход сдвигающего регистра является управляющим входом блока, прямой выход сдвигающего регистра является управляющим выходом блока, транзитный выход сдвигающего регистра является нечетким управляющим выходом блока. Группа входов регистра хранения является группой пороговых входов блока, группа прямых выходов регистра хранения является группой пороговых выходов блока, группа транзитных выходов регистра хранения является группой нечетких пороговых выходов блока.

Блок преобразования вида исходных данных состоит из преобразователя вида управляющей информации и преобразователя вида пороговой информации. Вход преобразователя вида управляющей информации является нечетким управляющим входом блока, выход преобразователя вида управляющей информации является управляющим выходом блока. Группа входов преобразователя вида пороговой информации является группой нечетких пороговых входов блока, группа выходов преобразователя вида пороговой информации является группой пороговых выходов блока.

Блок формирования значений матрицы состоит из запоминающего устройства и счетчика. Вход счетчика является входом блока, выход счетчика соединен с входом запоминающего устройства. Группа выходов запоминающего устройства является группой выходов блока.

Блок управления состоит из управляющего оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), порогового ОЗУ и счетчика. Выходы счетчика подключены к тактовым входам управляющего и порогового ОЗУ, первый и второй входы счетчика соединены со сбрасывающими выходами управляющего и порогового ОЗУ, третий вход счетчика является тактовым входом блока. Информационные входы управляющего и порогового оперативных запоминающих устройств соединены между собой и являются вторым входом блока, выход управляющего ОЗУ является управляющим выходом блока, группа выходов порогового ОЗУ является группой пороговых выходов блока.

Принцип создания предлагаемого управляемого вероятностного автомата основан на известных результатах теории переменных состояний и теории марковских процессов, изложенных в работах [1-4], а также на результатах исследований в области теории нечетких множеств, изложенных в работах [5-8]. Анализ работ [1-4] позволяет применить для аналитического вероятностно-временного описания системы показателей качества функционирования сетей многоканальной радиосвязи аппарат управляемых цепей Маркова в форме разностных стохастических уравнений. Анализ работ [5-8] позволяет сформировать математически корректный алгоритм приведения нечетко заданных исходных данных (элементов матриц переходных вероятностей, пороговых значений (границ) состояний) к ближайшему четкому множеству. Таким образом, в рамках моделирования управляемых полумарковских цепей, формируемых с учетом как количественно, так и качественно (нечетко, с привлечением лингвистической переменной) заданных исходных данных, ряд характеристик сети моделируется на основе параметрически заданных исходных данных, традиционными методами, а моделирование нечетко заданных параметров сети, путем последовательных преобразований с использованием методов теории нечетких множеств, сводится к возможности их относительно параметрического моделирования, т.е. осуществляется переход от нечетко поставленной задачи моделирования к параметрической. С точки зрения данного подхода к моделированию возможно представление динамики изменения состояния сети многоканальной радиосвязи в виде набора систем разностных стохастических уравнений [1-4] вида:



где выражение (1) – уравнение состояния для вектора отсчетов процесса X на каждом (k+1) шаге функционирования сети, где C^T – матрица – строка возможных значений процесса, а вектор индикаторов состояния моделируемого процесса, элементы этого вектора принимают значения:

Выражение (2) – уравнение состояния для вектора индикаторов состояния на (k+1) шаге, где ^т(k+1,k,u) – матрица (параметрическая или нечеткая) вероятностей перехода процесса из одного состояния в другое, а – вектор значений приращения индикаторов состояния, компенсирующий нецелочисленную часть уравнения (2). Выражение (3) – уравнение наблюдения за процессом, где H(X(k+1)) – матрица – строка наблюдаемых значений процесса, а – вектор белых шумов наблюдения с нулевым средним и матрицей дисперсии (k+1).

Анализ результатов работ [5-8] позволяет предусмотреть в устройстве возможность задания пороговых значений (границ) состояний процесса и значений элементов матрицы переходных вероятностей как количественно, так и качественно (нечетко, с привлечением лингвистической переменной) в ходе функционирования устройства. Формально изменится лишь ключевое выражение (2), характеризующее в нашем случае нечеткие знания операторов о вероятностях перехода параметров сети многоканальной радиосвязи из состояния в состояние:

где (k+1,k,u) – транспонированная матрица вероятностей перехода нечетко заданных параметров сети, элементы которой получены с помощью экспертов. Данная трактовка модели позволяет ввести алгоритм последовательного сведения нечетко заданных характеристик (исходных данных) к виду, обуславливающему возможность параметрического моделирования основных характеристик сети и параметрической оценки качества и эффективности ее функционирования.

Для решения задачи объединения мнений экспертов о значениях элементов матрицы переходных вероятностей и пороговых значениях (границах) состояний процесса используется одна из типовых операций над нечеткими множествами – операция дизъюнктивного суммирования [5-8]. В этом случае дизъюнктивная сумма, например, двух нечетких множеств (по количеству экспертов), определяется в терминах объединений и пересечений следующим образом:

где нечеткое множество, характеризующее мнение первого (второго) эксперта о вероятности перехода нечетко заданного параметра CCC из состояния i в состояние j(S_ij). Полученная дизъюнктивная сумма характеризует объединенное мнение (в нашем случае двух) экспертов о значениях нечетких параметров. Для предварительного выбора количественных значений нечетких параметров используют функцию [7]:

характеризующую максимальное значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов по каждому из нечетких множеств, описывающих нечетко заданные параметры сети.

Если обязательным условием преобразования вида нечетких значений характеристик сети к параметрическим является условие нормировки (как в случае с идентификацией элементов матрицы переходных вероятностей, где суммарное значение вероятностей в любой строке матрицы не должно превышать 1), задача решается на основе нормализующего выражения [8]:

где x^* – сумма полученных предварительных значений нечетко заданного параметра x.

Примеры, иллюстрирующие операции преобразования нечеткой информации к параметрическому виду, приведены в [7] и [8], здесь представлены алгоритмы дизъюнктивного суммирования (в терминах объединения и пересечения) двух нечетких множеств, характеризующих степень уверенности экспертов в количественных значениях элементов матрицы переходных вероятностей.

Анализ выражений позволяет сделать вывод о технической возможности реализации получения оценки состояния управляемого марковского процесса с количественно и нечетко заданными параметрами, динамически изменяемыми в процессе функционирования сети многоканальной радиосвязи.

Построение управляемого вероятностного автомата на основе предложенного принципа работы позволяет получить преимущество перед прототипом, обеспечивая способность моделировать управляемые полумарковские цепи, формируемые с учетом как количественно, так и качественно (нечетко, с привлечением лингвистической переменной) заданных исходных данных, описывающих пороговые значения (границы) и вероятностно-временной механизм (элементы матриц переходных вероятностей) смены состояний моделируемых случайных процессов. Это существенно расширяет функциональные возможности устройства, позволяя моделировать процессы, происходящие в реальных сетях многоканальной радиосвязи, с учетом нечеткой информации о состоянии среды распространения радиоволн, помеховой обстановке, собственном трафике сети, поведении системы управления сетью и влиянии других дестабилизирующих факторов.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности “новизна”. Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 – структурная схема управляемого вероятностного автомата;
на фиг. 2 – структурная схема блока анализа вида исходных данных;
на фиг. 3 – структурная схема блока преобразования вида исходных данных;
на фиг. 4 – структурная схема преобразователя вида управляющей информации;
на фиг. 5 – структурная схема преобразователя вида пороговой информации;
на фиг. 6 – структурная схема блока формирования значений матрицы;
на фиг. 7 – структурная схема блока управления.

Вероятностный автомат, изображенный на фиг. 1 состоит из датчика случайной последовательности 1, блока формирования нецелочисленных значений индикаторов 2, блока коррекции 3, блока формирования значений матрицы 4, блока управления 5, блока пороговых устройств 6, блока формирования значений индикаторов 7, генератора тактовых импульсов 8, элемента ЗАПРЕТ 9, блока элементов И 10, блока памяти 11, дешифратора 12, блока задания времени 13, элемента ИЛИ 14, блока анализа вида исходных данных 15, блока преобразования вида исходных данных 16. Выход генератора тактовых импульсов 8 соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ 9 и тактовым входом блока задания времени 13, группа выходов которого является группой выходов вероятностного автомата и подключена к группе входов элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ 9, выход которого подключен к тактовым входам блока элементов И 10, блока формирования значений индикаторов 7 и блока управления 5, второй вход которого является входом вероятностного автомата. Группа выходов блока формирования значений индикаторов 7 соединена с группой входов блока элементов И 10, выходы которого подключены к входам блока памяти 11, группа выходов которого соединена с группой входов блока задания времени 13, управляющий вход которого подключен к выходу дешифратора 12. Группа управляющих входов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов 2 соединена с выходами блока формирования значений матрицы 4. Группа интерполяционных входов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов 2 подключена к выходам блока памяти 11, а группа его выходов соединена с группой вспомогательных входов блока формирования значений индикаторов 7 и с группой информационных входов блока коррекции 3, стартовый вход которого подключен к выходу датчика случайной последовательности 1. Выход блока коррекции 3 соединен с входом блока пороговых устройств 6, выходы которого подключены к информационным входам блока формирования значений индикаторов 7. Управляющий выход блока управления 5 подключен к управляющему входу блока анализа вида исходных данных 15, группа пороговых входов которого соединена с группой пороговых выходов блока управления 5. Управляющий выход блока анализа вида исходных данных 15 и управляющий выход блока преобразования вида исходных данных 16 подключены к входам дешифратора 12 и блока формирования значений матрицы 4. Группа пороговых выходов блока анализа вида исходных данных 15 и группа пороговых выходов блока преобразования вида исходных данных 16 подключены к пороговым входам блока коррекции 3 и блока пороговых устройств 6. Нечеткий управляющий выход блока анализа вида исходных данных 15 соединен с нечетким управляющим входом блока преобразования вида исходных данных 16, группа нечетких пороговых входов которого соединена с группой нечетких пороговых выходов блока анализа вида исходных данных 15. Под “группой” (входов, выходов, сумматоров, умножителей, счетчиков, схем сравнения и т.п.) понимается их установленное для конкретного вероятностного автомата количество – может быть от 3 (трех) до 20 (двадцати) включительно: m = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, …, 18, 19, 20}.

Блок анализа вида исходных данных 15 (фиг. 2) предназначен для осуществления процедуры последовательного сравнения (по количеству разрядов) поступающих в двоичном коде исходных данных и принятия решения о их математической природе – исходные данные заданы параметрически или с использованием функции принадлежности, характерной для нечетких множеств. Блок анализа вида исходных данных 15 состоит из сдвигающего регистра 1501 и регистра хранения 1502. Вход 151.1 сдвигающего регистра 1501 является управляющим входом 150 блока 15, прямой выход 151.2 сдвигающего регистра 1501 является управляющим выходом 151 блока 15, транзитный выход 151.3 сдвигающего регистра 1501 является нечетким управляющим выходом 154 блока 15. Группа входов 152.1₁ – 152.1_m-1 регистра хранения 1502 является группой пороговых входов 153₁ – 153_m-1 блока 15, группа прямых выходов 152.2₁ – 152.2_m-1 регистра хранения 1502 является группой пороговых выходов 152₁ – 152_m-1, блока 15, группа транзитных выходов 152.3₁ – 152.3_m-1 регистра хранения 1502 является группой нечетких пороговых выходов 155₁ – 155_m-1 блока анализа вида исходных данных 15. Сдвигающий регистр 1501 может быть технически реализован в виде сдвигающего регистра для сдвига влево, как показано в литературе [9, с. 158-160, рис. 5.28(6)]. Регистр хранения 1502 может быть реализован на базе типового регистра хранения на D-триггерах, описанного в литературе [9, с. 156-158, рис. 5.27].

Блок преобразования вида исходных данных 16, представленный на фиг. 3, предназначен для решения задачи трансформирования исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для осуществления процедуры параметрического моделирования. Блок преобразования вида исходных данных 16 состоит из преобразователя вида управляющей информации 1601 и преобразователя вида пороговой информации 1602. Вход 161.1 преобразователя вида управляющей информации 1601 является нечетким управляющим входом 160 блока 16, выход 161.2 преобразователя вида управляющей информации 1601 является управляющим выходом 161 блока 16. Группа входов 162.1₁ – 162.1_m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602 является группой нечетких пороговых входов 163₁ – 163_m-1 блока 16, группа выходов 162.2₁ – 162.2_m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602 является группой пороговых выходов 162₁ – 162_m-1 блока 16.

Преобразователь вида управляющей информации 1601 (фиг. 4) блока преобразования вида исходных данных 16 предназначен для трансформирования управляющих исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для параметрического моделирования состояний управляющих воздействий. Преобразователь вида управляющей информации 1601 блока преобразования вида исходных данных 16 состоит из счетчика 1610, определителя дополнения нечетких множеств 1611, запоминающего устройства 1612, запоминающего устройства 1613, двух определителей пересечения нечетких множеств 1614 и 1615, определителя объединения нечетких множеств 1616, решающего устройства 1617, устройства усреднения 1618 и устройства нормировки 1619. Вход счетчика 1610 является входом 161.1 преобразователя вида управляющей информации 1601, первый и второй выходы счетчика 1610 соединены соответственно с входом запоминающего устройства 1612 и прямым входом запоминающего устройства 1613, а также соответственно с первым и вторым входом определителя дополнения нечетких множеств 1611. Выходы запоминающих устройств 1612 и 1613 подключены к главным входам определителей пересечения нечетких множеств 1614 и 1615 соответственно, к дополнительным входам которых подключены соответственно первый и второй выходы определителя дополнения нечетких множеств 1611. Выходы определителей пересечения нечетких множеств 1614 и 1615 подключены соответственно к первому и второму входу определителя объединения нечетких множеств 1616, выход которого соединен с входом решающего устройства 1617, дополнительным входом определителя дополнения нечетких множеств 1611 и дополнительным входом запоминающего устройства 1613. Нормирующий выход решающего устройства 1617 соединен с входом устройства нормировки 1619, усредняющий выход решающего устройства 1617 подключен к входу устройства усреднения 1618, выход которого соединен с входом устройства нормировки 1619. Выход устройства нормировки 1619 является выходом 161.2 преобразователя вида управляющей информации 1601. Счетчик 1610 может быть технически реализован, как описано в литературе [10, с. 96-100], определитель дополнения нечетких множеств 1611 представляет собой арифметико-логическое устройство, реализующее функцию вычитания из единицы и технически реализуется в виде обычного арифметико-логического устройства (АЛУ), описанного в [11, стр. 158-170]. Запоминающее устройство 1612 технически реализуется в соответствии с описанием, представленным в работе [9, стр. 197-199, рис.6.10]. Запоминающее устройство 1613 отличается от запоминающего устройства 1612 лишь наличием дополнительного входа, который технически может быть легко объединен с прямым входом, что позволяет осуществить реализацию запоминающего устройства 1613 аналогично запоминающему устройству 1612 в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, как описано в [9, стр. 197-199, рис.6.10]. Определители пересечения нечетких множеств 1614 и 1615, определитель объединения нечетких множеств 1616, а также решающее устройство 1617 представляют собой цифровые узлы сравнения, описанные в [9, стр. 149-152, рис. 5.19]. Устройство усреднения 1618 и устройство нормировки 1619 могут быть технически реализованы в виде АЛУ, подобно описанному в [11, стр. 158-170].

Преобразователь вида пороговой информации 1602 (фиг. 5) блока преобразования вида исходных данных 16 предназначен для трансформирования пороговых исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для параметрического моделирования процесса динамического изменения пороговых значений состояний сети. Преобразователь вида пороговой информации 1602 блока преобразования вида исходных данных 16 состоит из группы счетчиков 1620₁ – 1620_m-1, группы определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1, группы запоминающих устройств 1622₁ – 1622_m-1, группы запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1, двух групп определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 и 1625₁ – 1625_m-1, группы определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1, группы решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1 и группы устройств усреднения 1628₁ – 1628_m-1. Вход каждого из группы счетчиков 1620₁ – 1620_m-1 является одним из m-1 входов 162.1₁ – 162.1_m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602, первые и вторые выходы каждого из группы счетчиков 1620₁ – 1620_m-1 соединены соответственно с входами запоминающих устройств 1622₁ – 1622_m-1 и прямыми входами запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1, а также с первыми и вторыми входами соответствующих определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1. Выходы каждого из группы запоминающих устройств 1622₁ – 1622_m-1 подключены к главным входам соответствующих определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1. Выходы каждого из группы запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1 подключены к главным входам соответствующих определителей пересечения нечетких множеств 1625₁ – 1625_m-1. К дополнительным входам каждого из группы определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 подключены первые выходы соответствующих определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1, к дополнительным входам каждого из группы определителей пересечения нечетких множеств 1625₁ – 1625_m-1 подключены вторые выходы соответствующих определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1. Выход каждого из определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 и 1625₁ – 1625_m-1 подключен соответственно к первому и второму входу каждого из соответствующих определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1. Выход каждого из группы определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1 соединен с входом соответствующего решающего устройства 1627₁ – 1627_m-1, дополнительным входом соответствующего определителя дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1 и дополнительным входом соответствующего запоминающего устройства 1623₁ – 1623_m-1. Усредняющий выход каждого из группы решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1 подключен к входу каждого из соответствующих устройств усреднения 1628₁ – 1628_m-1. Пороговые выходы решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1 соединены с выходами соответствующих устройств усреднения 1628₁ – 1628_m-1 и представляют собой группу выходов 162.2₁ – 162.2_m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602. Каждый из группы счетчиков 1620₁ – 1620_m-1 может быть технически реализован, как описано в литературе [10, с. 96-100], каждый из группы определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1 представляет собой арифметико-логическое устройство, реализующее функцию вычитания из единицы и технически реализуется в виде обычного арифметико-логического устройства (АЛУ), описанного в [11, стр. 158-170]. Каждое из группы запоминающих устройств 1622₁ – 1622_m-1 технически реализуется в соответствии с описанием, представленным в работе [9, стр. 197-199, рис. 6.10]. Каждое из группы запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1 отличается от любого из группы запоминающих устройства 1622₁ – 1622_m-1 лишь наличием дополнительного входа, который технически может быть легко объединен с прямым входом, что позволяет осуществить реализацию каждого из группы запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1 аналогично запоминающим устройствам 1622₁ – 1622_m-1, в виде программируемого постоянного запоминающего устройства, как описано в [9, стр. 197-199, рис.6.10]. Каждый из определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 и 1625₁ – 1625_m-1, каждый из определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1, а также каждое из решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1 представляют собой цифровые узлы сравнения, описанные в [9, стр. 149-152, рис. 5.19]. Каждое из устройств усреднения 1628₁ – 1628_m-1 может быть технически реализовано в виде обычного АЛУ, подобно описанному в [11, стр. 158-170].

Блок формирования значений матрицы 4 (фиг. 6) предназначен для регистрации поступающих значений элементов матрицы переходных вероятностей, хранения, считывания управляющей информации и состоит из запоминающего устройства 401 и счетчика 402. Вход счетчика 402 является входом 40 блока 4, выход счетчика 402 соединен с входом запоминающего устройства 401. Группа выходов запоминающего устройства 401 является группой выходов 41₁-41_m блока формирования значений матрицы 4. Запоминающее устройство 401 реализуется, аналогично описанному в литературе [12, с. 291-292, рис. 6.7]. Счетчик 402 может быть технически реализован, как показано в [10, с. 96-100].

Блок управления 5 (фиг. 7) предназначен для формирования параметрической или нечеткой управляющей кодовой последовательности, а также параметрической или нечеткой последовательности пороговых значений состояний и состоит из управляющего ОЗУ 501, порогового ОЗУ 502 и счетчика 503. Выходы 5.1 и 5.3 счетчика 503 подключены соответственно к тактовому входу 5.6 управляющего ОЗУ 501 и тактовому входу 5.9 порогового ОЗУ 502, первый 5.2 и второй 5.4 входы счетчика 503 соединены со сбрасывающими выходами 5.7 управляющего ОЗУ 501 и 5.10 порогового ОЗУ 502, третий вход 5.0 счетчика 503 является тактовым входом 54 блока 5. Информационные входы 5.5 и 5.8 управляющего 501 и порогового 502 оперативных запоминающих устройств соединены между собой и являются вторым входом 51 блока 5, выход управляющего ОЗУ 501 является управляющим выходом 52 блока 5, группа выходов порогового ОЗУ 502 является группой пороговых выходов 53₁ – 53_m-1 блока 5. Частный случай технической реализации управляющего ОЗУ 501 и счетчика 503 представлен в работе [10, стр. 96-100]. Техническая реализация порогового ОЗУ 502 возможна по аналогии с динамическим ОЗУ, описанным в [9, стр. 194-196, рис. 6.9].

Датчик случайной последовательности 1, входящий в общую структурную схему, предназначен для генерации значений случайной вспомогательной последовательности с нормальной плотностью распределения и может быть реализован в виде известного датчика, описанного в [13, стр. 42, рис. 25].

Блок формирования нецелочисленных значений индикаторов 2, входящий в общую структурную схему, предназначен для формирования элементов вектора нецелочисленных значений индикаторов состояния. Его структурная схема и принцип действия известны и описаны в прототипе (см. патент РФ N 2139569, фиг. 2).

Блок коррекции 3, входящий в общую структурную схему, предназначен для динамической коррекции математического ожидания (МО) и дисперсии случайной последовательности в соответствии с условиями, определяемыми принятой математической моделью. Его структурная схема и принцип действия известны и описаны в прототипе (см. патент РФ N 2139569, фиг. 3-7).

Блок пороговых устройств 6, входящий в общую структурную схему, предназначен для получения предварительных значений элементов вектора индикаторов состояния процесса. Его структурная схема и принцип действия известны и описаны в прототипе (см. патент РФ N 2139569, фиг. 9).

Блок формирования значений индикаторов 7, входящий в общую структурную схему, предназначен для получения окончательных значений элементов вектора индикаторов состояния процесса. Его структурная схема и принцип действия известны и описаны в прототипе (см. патент РФ N 2139569, фиг. 10).

Генератор тактовых импульсов 8, входящий в общую структурную схему, предназначен для определения моментов выхода вероятностного автомата из предыдущего состояния и реализуется в виде известного генератора пилообразного напряжения, описанного в работе [12, стр. 149-151, рис. 3.14 (а)].

Элемент ЗАПРЕТ 9 и элемент ИЛИ 14, входящие в общую структурную схему, предназначены для поддержки процедуры определения моментов выхода вероятностного автомата из предыдущего состояния и могут быть построены в соответствии с описанными в [13, стр. 20-24, рис. 9, 11].

Блок элементов И 10, входящий в общую структурную схему, предназначен для осуществления записи полученных значений элементов вектора индикаторов состояния в блок памяти. Элементы И, входящие в блок элементов И 10, реализуются в виде известных и описанных в [9, с. 13-14, рис. 1.2].

Блок памяти 11, входящий в общую структурную схему, предназначен для хранения значений элементов вектора индикаторов состояния до момента истечения периода смены состояний и реализуется в виде регистра хранения в соответствии с описанием, представленным в работе [9, стр. 156-158, рис. 5.27].

Дешифратор 12, входящий в общую структурную схему, предназначен для преобразования управляющей кодовой последовательности в код, соответствующий временному интервалу периода смены состояний и построен в виде известного и описанного в книге [14, стр. 432-436, рис. 4.46].

Блок задания времени 13, входящий в общую структурную схему, предназначен для формирования нулевой комбинации, определяющей момент истечения периода смены состояний и реализуется в виде цифрового таймера, аналогично описанному в работе [15, стр. 264-267, рис. 7.48].

Вероятностный автомат работает следующим образом. С выхода датчика случайной последовательности l значения случайной вспомогательной последовательности с нормальной плотностью распределения в двоичном коде поступают на стартовый вход 33 блока коррекции 3. Блок формирования нецелочисленных значений индикаторов 2 предназначен для формирования элементов вектора нецелочисленных значений индикаторов состояния. В блоке 2, на основе полученных в двоичном коде с интерполяционных входов 22₁ – 22_m элементов вектора целочисленных значений индикаторов состояния моделируемого процесса на предыдущем шаге и полученных в двоичном коде с управляющих входов 21₁-21_m элементов матрицы вероятностей перехода процесса из одного состояния в другое, осуществляется вычисление элементов вектора нецелочисленных значений индикаторов состояния в соответствии с выражением:

являющимся модификацией известного уравнения Колмогорова-Чепмена и полученным в результате преобразования выражения (2) [4, 16], где – вектор нецелочисленных значений индикаторов состояния моделируемого процесса, имеющий математический смысл пошаговых и, в конечном итоге, финальных вероятностей нахождения случайного процесса в том или ином состоянии; ^т(k+1, k, u) – матрица вероятностей перехода процесса из одного состояния в другое; – вектор целочисленных значений индикаторов состояния моделируемого процесса на предыдущем шаге. С информационных выходов 23₁ – 23_m блока 2 элементы вектора нецелочисленных значений индикаторов в двоичном коде подаются на информационные входы 31₁ – 31_m блока коррекции 3 и на вспомогательные входы 72₁ – 72_m блока формирования значений индикаторов 7.

Блок коррекции 3 предназначен для динамической коррекции МО и дисперсии случайной последовательности в соответствии с условиями, определяемыми принятой математической моделью. В блоке 3 по нецелочисленным значениям индикаторов состояния (вероятностям состояний), поступающим в двоичном коде на информационные входы 31₁ – 31_m и с учетом пороговой информации, поступающей в двоичном коде на пороговые входы 32₁ – 32_m-1 производится динамическая коррекция MО и дисперсии случайной последовательности в соответствии с условиями, определяемыми принятой моделью, описываемой выражениями (1-8). В результате, на выходе 34 блока коррекции 3 в двоичном коде, в моменты выхода автомата из предыдущего состояния (смена такта), имеем выборочное значение случайной величины ^*, полученное из модифицированной случайной последовательности с МО и дисперсией, соответствующими заданным условиям моделирования.

Выборочное значение случайной величины ^* с МО и дисперсией, соответствующими заданным условиям моделирования, поступает в двоичном коде на информационный вход блока пороговых устройств 6, предназначенного для получения предварительных значений элементов вектора индикаторов состояния процесса. На пороговые входы 62₁ – 62_m-1 блока 6 с пороговых выходов 152₁ – 152_m-1 блока 15 либо с пороговых выходов 162₁ – 162_m-1 блока 16 поступают в двоичном коде пороговые значения состояний процесса X_{пор 1} – X_{пор m-1}. В результате предварительные значения индикаторов состояний ^п₁^р(k+1)-^п_m^р(k+1) выдаются в двоичном коде на выходы 64₁ – 64_m блока пороговых устройств 6. Таким образом, на выходах блока пороговых устройств 6 имеем m элементов вектора предварительных значений индикаторов состояний моделируемого процесса, которые используются в дальнейшем для формирования значений индикаторов в соответствии с выражениями [4, 16]:



где выражение (10) описывает механизм получения элементов m-мерной матрицы компенсационных добавок и содержит элементы: A – m-мерная единичная диагональная матрица; – m-мерная матрица, столбцами которой являются вектора нецелочисленных значений индикаторов , повторенные m раз. Выражение (11) описывает порядок выбора вектора компенсационных добавок из матрицы компенсационных добавок с помощью вектора предварительных значений индикаторов состояний моделируемого процесса. Выражение (12) завершает алгоритм вычислений вектора индикаторов состояний и является модифицированной записью уравнения состояния моделируемого процесса (2).

Комплекс выражений (10)-(12) реализует блок формирования значений индикаторов 7, предназначенный для получения окончательных значений элементов вектора индикаторов состояния процесса с учетом поступающих в двоичном коде на вспомогательные входы 72₁ – 72_m параметров элементов вектора нецелочисленных значений индикаторов из блока 2. Полученные элементы вектора индикаторов состояний через выходы блока формирования значений индикаторов 7 подаются в двоичном коде на входы блока элементов И 10.

Блок управления 5 предназначен для формирования параметрической или нечеткой управляющей кодовой последовательности, а также параметрической или нечеткой последовательности пороговых значений состояний. Блок управления 5 представляет собой куб оперативной памяти, в котором записана программа работы устройства и может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 7. Формирование управляющей кодовой последовательности и последовательности пороговых значений производится следующим образом. С внешнего источника через вход 51 блока управления 5 на информационный вход 5.5 управляющего ОЗУ 501 производится запись в двоичном коде количественных либо качественных (нечетких) значений элементов матрицы переходных вероятностей (ПВ), соответствующих вводимому управлению, в ячейки памяти управляющего ОЗУ 501. Через этот же вход 51 блока управления 5 на информационный вход 5.8 порогового ОЗУ 502 производится запись в двоичном коде количественных пороговых значений X_{пор 1} – X_{пор m-1} либо качественных (нечетких) пороговых значений состояний моделируемого процесса, в ячейки памяти порогового ОЗУ 502. Отсчеты моментов выхода автомата из предыдущего состояния поступают от элемента ЗАПРЕТ 9 через тактовый вход 54 блока управления 5 на третий 5.0 вход счетчика 503 и определяют, поступая с выходов 5.1 и 5.3 счетчика 503 на тактовые входы 5.6 управляющего ОЗУ 501 и 5.9 порогового ОЗУ 502 соответственно, момент начала считывания значений элементов хранящейся в ОЗУ 501 новой (количественной или нечеткой) матрицы ПВ в двоичном коде через управляющий выход 52 блока управления 5 на управляющий вход 150 блока анализа вида исходных данных 15, а также момент начала считывания в двоичном коде новых количественных (X_{пор 1} – X_{пор m-1}) либо качественных пороговых значений состояний моделируемого процесса, хранящихся в ячейках памяти порогового ОЗУ 502. Считывание пороговых значений производится через пороговые выходы 53₁ – 53_m-1 блока управления 5 на пороговые входы 153₁ – 153_m-1 блока анализа вида исходных данных 15. Со сбрасывающих выходов 5.7 и 5.10 управляющего ОЗУ 501 и порогового ОЗУ 502 соответственно на первый 5.2 и второй 5.4 входы счетчика 503 в момент считывания матрицы ПВ или пороговых значений поступает сигнал, сбрасывающий значения счетчика 503 и дающий команду счетчику 503 начать новый отсчет для вновь введенных количественных либо качественных управляющих воздействий и пороговых значений (X_{пор 1} – X_{пор m-1} или
Блок анализа вида исходных данных 15 предназначен для осуществления процедуры последовательного сравнения (по количеству разрядов) поступающих в двоичном коде исходных данных и принятия решения о их математической природе – исходные данные заданы параметрически или с использованием функции принадлежности, характерной для нечетких множеств. Блок анализа вида исходных данных 15 может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 2. Сравнение (по количеству разрядов) поступающих в двоичном коде исходных данных и принятие решения о их математической природе осуществляется следующим образом. Изначально качественная и количественная информация, поступающая из блока управления 5, различается по количеству разрядов: для записи в двоичном коде количественной информации (как управляющей, так и пороговой) достаточно 5 (пяти) разрядов двоичного кода, тогда как нечеткая (качественная) информация несет в себе помимо обычного числа еще и характеристику функции принадлежности, что объективно требует использования 9 (девяти) разрядов двоичного кода как для нечеткой управляющей, так и для нечеткой пороговой информации. С учетом этого факта построены сдвигающий регистр 1501 и регистр хранения 1502 блока 15. Оба регистра рассчитаны на хранение пяти разрядов поступающей информации, если количество разрядов превышает данную цифру, значит с точки зрения математики эта информация поступает в нечеткой форме. В этом случае оба регистра выполняют функции транзитного узла, отправляя информацию сразу на входы блока преобразования вида исходных данных 16. Если на вход 151.1 сдвигающего регистра 1501 поступает в двоичном коде управляющая информация в количестве пяти разрядов, сдвигающий регистр 1501 записывает эту информацию и с прямого выхода 151.2 направляет ее через управляющий выход 151 блока 15 на вход 40 блока формирования значений матрицы 4 и на вход дешифратора 12. В случае, когда количество разрядов управляющей информации больше пяти, сдвигающий регистр 1501 не записывает эту информацию, а с транзитного выхода 151.3 направляет ее через нечеткий управляющий выход 154 блока 15 на нечеткий управляющий вход 160 блока преобразования вида исходных данных 16. Если на каждый из входов 152.1₁ – 152.1_m-1 регистра хранения 1502 поступает в двоичном коде пороговая информация в количестве пяти разрядов (X_{пор 1} – X_{пор m-1}), регистр хранения 1502 записывает эту информацию и с прямых выходов 152.2₁ – 152.2_m-1 направляет ее через пороговые выходы 152₁ – 152_m-1 блока 15 на пороговые входы 32₁ – 32_m-1 блока коррекции 3 и на пороговые входы 62₁ – 62_m-1 блока пороговых устройств 6. В случае, когда количество разрядов пороговой информации больше пяти регистр хранения 1502 не записывает эту информацию, а с транзитных выходов 152.3₁ – 152.3_m-1 направляет ее через нечеткие пороговые выходы 155₁ – 155_m-1 блока 15 на нечеткие пороговые входы 163₁ – 163_m-1 блока преобразования вида исходных данных 16.

Блок преобразования вида исходных данных 16 предназначен для решения задачи трансформирования исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для осуществления процедуры параметрического моделирования. Блок преобразования вида исходных данных 16 может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 3. Трансформирование исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для осуществления процедуры параметрического моделирования производится следующим образом. Нечеткая управляющая информация в двоичном коде поступает с нечеткого управляющего выхода 154 блока 15 на нечеткий управляющий вход 160 блока преобразования вида исходных данных 16 и на вход 161.1 преобразователя вида управляющей информации 1601.

Преобразователь вида управляющей информации 1601 блока преобразования вида исходных данных 16 предназначен для трансформирования управляющих исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для параметрического моделирования состояний управляющих воздействий. Преобразователь вида управляющей информации 1601 блока преобразования вида исходных данных 16 может быть технически реализован, как показано на фиг. 4. Трансформирование управляющих исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для параметрического моделирования состояний управляющих воздействий производится следующим образом. Нечеткая управляющая кодовая последовательность с входа 161.1 преобразователя вида управляющей информации 1601 поступает на вход счетчика 1610, в функции которого входит регистрация и сортировка информации на две составляющие, по начальному количеству мнений экспертов (по количеству экспертов). Первый и второй выходы счетчика 1610 соответствуют данным от первого и второго экспертов, с этих выходов информация в двоичном коде поступает соответственно на вход запоминающего устройства 1612 и прямой вход запоминающего устройства 1613, а также соответственно на первый и второй вход определителя дополнения нечетких множеств 1611. Определитель дополнения нечетких множеств 1611 выполняет функцию арифметического вычитания из единицы значений функций принадлежности нечетких множеств, в соответствии с алгоритмом, описанным в [5, 6]: если




где дополнения нечетких множеств сформулированных экспертами A и B по поводу параметров функций принадлежности для количественных значений элемента матрицы ПВ S_ij. Запоминающие устройства 1612 и 1613 хранят нечеткую управляющую информацию от эксперта A и B и через свои выходы в двоичном коде выдают значения элементов нечетких множеств на главные входы определителей пересечения нечетких множеств 1614 и 1615 соответственно. Каждый из определителей пересечения нечетких множеств 1614 и 1615, получая на свои дополнительные входы в двоичном коде значения элементов дополнения нечетких множеств с первого и второго выходов определителя дополнения нечетких множеств 1611, выполняет функцию пересечения, как описано в [5, 6] : определитель пересечения нечетких множеств 1614 выполняет операцию а определитель пересечения нечетких множеств 1615 выполняет операцию С выходов определителей пересечения нечетких множеств 1614 и 1615 полученные значения в двоичном коде поступают соответственно на первый и второй входы определителя объединения нечетких множеств 1616, выполняющего завершающий цикл дизъюнктивного суммирования в соответствии с выражением (6). С выхода определителя объединения нечетких множеств 1616 полученные значения в двоичном коде поступают на вход решающего устройства 1617, дополнительный вход определителя дополнения нечетких множеств 1611 и дополнительный вход запоминающего устройства 1613. Решающее устройство 1617 предназначено для предварительного выбора количественных значений нечетких параметров в соответствии с выражением (7). Передача информации на дополнительный вход определителя дополнения нечетких множеств 1611 и дополнительный вход запоминающего устройства 1613 предназначена для случая, когда количество экспертов больше двух. В этом случае вычисляется дополнение полученного с выхода определителя объединения нечетких множеств 1616 нечеткого множества в определителе дополнения нечетких множеств 1611 и полученные с выхода определителя объединения нечетких множеств 1616 значения перезаписываются в запоминающее устройство 1613, играя роль информации от первого эксперта. Информация от нового (например, третьего) эксперта записывается через счетчик 1610 в запоминающее устройство 1612 и цикл вычислений повторяется снова. Для случая, когда значения функции принадлежности (p_ij) для одного и того же нечеткого множества, полученного в результате работы решающего устройства 1617, совпадают и невозможно воспользоваться выражением (7), предназначено устройство усреднения 1618, реализующее выражение для усреднения полученных значений вероятности переходов процесса из состояния в состояние:

где N – количество одинаковых значений функции принадлежности (p_ij) для полученного нечеткого множества. С выхода устройства усреднения 1618 или с нормирующего выхода решающего устройства 1617 полученные значения поступают в двоичном коде на вход устройства нормировки 1619, реализующего вычисления в соответствии с нормализующим выражением (8). С выхода устройства нормировки 1619 полученные количественные значения элементов матрицы ПВ в двоичном коде через выход 161.2 преобразователя вида управляющей информации 1601 и управляющий выход 161 блока преобразования вида исходных данных 16 поступают на вход 40 блока формирования значений матрицы 4 и на вход дешифратора 12.

Нечеткая пороговая информация в двоичном коде поступает с нечетких пороговых выходов 155₁ – 155_m-1 блока 15 на нечеткие пороговые входы 163₁ – 163_m-1 блока преобразования вида исходных данных 16 и на входы 162.1₁ – 162._m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602. Преобразователь вида пороговой информации 1602 блока преобразования вида исходных данных 16 предназначен для трансформирования пороговых исходных данных, заданных в нечеткой форме к виду, пригодному для параметрического моделирования процесса динамического изменения пороговых значений состояний сети. Преобразователь вида пороговой информации 1602 может быть реализован в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 5. Трансформирование пороговых исходных данных, заданных в нечеткой форме , к виду, пригодному для параметрического моделирования процесса динамического изменения пороговых значений состояний сети (X_{пор 1} – X_{пор m-1}) происходит следующим образом. Нечеткая пороговая кодовая последовательность с входов 162.1₁ – 162.1_m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602 поступает на входы группы счетчиков 1620₁ – 1620_m-1, в функции которых входят регистрация и сортировка пороговой информации на две составляющие по начальному количеству мнений экспертов о каждом из (m-1) пороговых значений. Первый и второй выходы каждого из группы счетчиков 1620₁ – 1620_m-1 соответствуют данным от первого и второго экспертов, с этих выходов информация в двоичном коде поступает соответственно на входы группы запоминающих устройств 1622₁ – 1622_m-1 и прямые входы группы запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1, а также соответственно на первые и вторые входы группы определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1. Определители дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1 выполняют функцию арифметического вычитания из единицы значений функций принадлежности нечетких множеств по аналогии с алгоритмом (13). Каждый из запоминающих устройств в группах запоминающих устройств 1622₁ – 1622_m-1 и 1623₁ – 1623_m-1 хранят нечеткую пороговую информацию от эксперта A и B и через свои выходы в двоичном коде выдают значения элементов нечетких множеств на главные входы каждого из групп определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 и 1625₁ – 1625_m-1 соответственно. Каждый из групп определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 и 1625₁ – 1625_m-1, получая на свои дополнительные входы в двоичном коде значения элементов дополнения нечетких множеств с первых и вторых выходов соответствующих определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1, выполняет функцию пересечения, как описано в [5, 6]: группа определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 выполняет операцию а группа определителей пересечения нечетких множеств 1625₁ – 1625_m-1 выполняет операцию С выходов каждого из групп определителей пересечения нечетких множеств 1624₁ – 1624_m-1 и 1625₁ – 1625_m-1 полученные значения в двоичном коде поступают соответственно на первые и вторые входы определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1, выполняющих завершающий цикл дизъюнктивного суммирования в соответствии с выражением (6). С выходов каждого из группы определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1 полученные значения в двоичном коде поступают на входы соответствующих решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1, на дополнительные входы соответствующих определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1 и на дополнительные входы соответствующих запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1. Решающие устройства 1627₁ – 1627_m-1 предназначены для выбора количественных значений нечетких параметров в соответствии с выражением (7). Передача информации на дополнительные входы соответствующих определителей дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1 и на дополнительные входы соответствующих запоминающих устройств 1623₁ – 1623_m-1 предназначена для случая, когда количество экспертов больше двух. В этом случае вычисляются дополнения полученных с выходов группы определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1 нечетких множеств в определителях дополнения нечетких множеств 1621₁ – 1621_m-1, а полученные с выходов группы определителей объединения нечетких множеств 1626₁ – 1626_m-1 значения перезаписываются в соответствующие запоминающие устройства 1623₁ – 1623_m-1, играя роль пороговой информации от первого эксперта. Пороговая информация от нового (например, третьего) эксперта записывается через счетчики 1620₁ – 1620_m-1 в запоминающие устройства 1622₁ – 1622_m-1 и цикл вычисления пороговых значений повторяется снова. Для случая, когда значения функции принадлежности (X_пор) для одних тех же нечетких множеств, полученных в результате работы решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1, совпадают и невозможно воспользоваться выражением (7), предназначены устройства усреднения 1628₁ – 1628_m-1, реализующие выражение для усреднения полученных пороговых значений по аналогии функцией, описываемой выражением (14). С выходов решающих устройств 1627₁ – 1627_m-1 (без процедуры усреднения) или с выходов устройств усреднения 1628₁ – 1628_m-1 (при реализации процедуры усреднения) полученные количественные пороговые значения состояний сети (X_{пор 1} – X_{пор m-1}) в двоичном коде через группу выходов 162.2₁ – 162.2_m-1 преобразователя вида пороговой информации 1602 и группу пороговых выходов 162₁ – 162_m-1 блока преобразования вида исходных данных 16 поступают на группу пороговых входов 32₁ – 32_m-1 блока коррекции 3 и на группу пороговых входов 62₁ – 62_m-1 блока пороговых устройств 6.

С управляющего выхода 151 блока анализа вида исходных данных 15 (в случае, когда управляющая информация поступает в количественном виде) или с управляющего выхода 161 блока преобразования вида исходных данных (когда управляющая информация задана нечетко) значения элементов матрицы ПВ поступают на вход дешифратора 12 и на вход 40 блока формирования значений матрицы 4. Блок формирования значений матрицы 4 предназначен для регистрации поступающих значений элементов матрицы переходных вероятностей, хранения и считывания управляющей информации. Блок формирования значений матрицы 4 может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг. 6. Регистрация поступающих значений элементов матрицы переходных вероятностей, хранение и считывание управляющей информации осуществляется следующим образом. Значения элементов матрицы ПВ в двоичном коде поступают на вход счетчика 402, где происходит их подсчет и регистрация – совпадает ли количество поступивших значений элементов матрицы ПВ с размерностью самой матрицы, определяемой условиями моделирования в соответствии с выражениями (1-3, 5). С выхода счетчика управляющая информация поступает на вход запоминающего устройства 401, предназначенного для хранения и считывания значений элементов матрицы ПВ. При поступлении новых управляющих воздействий запоминающее устройство 401 освобождает ячейки памяти, передавая управляющую информацию построчно (отдельно каждую строку матрицы ПВ – через отдельный выход) через группу выходов 41₁ – 41_m блока формирования значений матрицы 4 на управляющие входы 21₁ – 21_m блока формирования нецелочисленных значений индикаторов 2.

Значения элементов матрицы ПВ поддерживаются постоянными на выходах блока 4 в течение цикла управления и служат для реализации вычислений в соответствии с рассмотренной моделью (1-4) и вспомогательных вычислений (5). Пороговые значения состояний моделируемого процесса X_{пор 1} – X_{пор m-1} в течение цикла управления поддерживаются постоянными на пороговых выходах 152₁ – 152_m-1 блока анализа вида исходных данных 15 и на пороговых выходах 162₁ – 162_m-1 блока преобразования вида исходных данных 16, служат для реализации вычислений, проводимых в блоке коррекции 3, а также используются для получения элементов вектора предварительных значений индикаторов состояния процесса, осуществляемого в блоке пороговых устройств 6.

Моменты выхода автомата из предыдущего состояния определяются генератором тактовых импульсов 8, элементом ИЛИ 14, элементом ЗАПРЕТ 9 при формировании нулевой комбинации на выходе блока задания времени 13. С помощью блока элементов И 10 производится запись полученных значений элементов вектора индикаторов состояний моделируемого процесса в блок памяти 11, где они хранятся до момента истечения периода k (периода смены состояния), определяемого блоком задания времени 13 по значениям кода, формируемого на основе управляющих воздействий. При этом значения управляющей кодовой последовательности с управляющего выхода 151 блока анализа вида исходных данных 15, либо с управляющего выхода 161 блока преобразования вида исходных данных 16 поступают на дешифратор 12, преобразуются им в код, соответствующий временному интервалу периода смены состояний k, записываются в реверсивный счетчик блока 13 и считываются генератором тактовых импульсов 8 до момента появления нулевой комбинации на выходе блока 13, свидетельствующей об истечении времени пребывания автомата в данном состоянии. Управление вероятностно-временным механизмом смены состояний автомата и пороговыми значениями состояний осуществляется по управляющим кодовым и пороговым комбинациям, поступающим либо с управляющих и пороговых выходов (соответственно 151 и 152₁ – 152_m-1) блока анализа вида исходных данных 15, либо с управляющих и пороговых выходов (соответственно 161 и 162₁ – 162_m-1) блока преобразования вида исходных данных 16 в моменты выхода автомата из предыдущего состояния.

В итоге, на выходах блока 13 имеем записанные в двоичном коде значения индикаторов состояния управляемого вероятностного автомата в каждый из моментов времени (определяемых генератором тактовых импульсов 8), с учетом управляющих воздействий и динамически изменяемых пороговых значений (границ) состояний, задаваемых как количественно, так и качественно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной.

Таким образом, анализ принципа работы заявляемого вероятностного автомата показывает очевидность того факта, что наряду с сохраненными возможностями моделирования управляемых полумарковских цепей с динамической коррекцией пороговых значений (границ) состояний моделируемых случайных процессов, вероятностный автомат способен осуществлять моделирование состояния сети многоканальной радиосвязи с нечетко заданными параметрами – управляемых полумарковских цепей, формируемых с учетом как количественно, так и качественно (нечетко, с привлечением лингвистической переменной) заданных исходных данных, описывающих пороговые значения (границы) и вероятностно-временной механизм (элементы матриц переходных вероятностей) смены состояний моделируемых случайных процессов, имеющих место в реальных сетях многоканальной радиосвязи. Данный вероятностный автомат позволяет на своей основе резко повысить степень адекватности модели, уровень достоверности результатов моделирования и анализа эффективности функционирования сети и, как следствие, повысить обоснованность принимаемых решений по управлению структурой, параметрами и режимами работы сети многоканальной радиосвязи, что существенно расширяет функциональные возможности аппаратуры, где заявленный вероятностный автомат будет использован.

Источники информации
1. Сейдж Э. , Уайт Ч. Оптимальное управление системами. – М.: Радио и связь, 1982, – 92 с.

3. Сейдж Э. , Меле Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении. – М.: Связь, 1976, – 496 с.

4. Терентьев В.М., Паращук И.Б. Теоретические основы управления сетями многоканальной радиосвязи. – СПб.: ВАС, 1995, – 196 с.

5. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств: Пер. с франц. – М.: Радио и связь, 1982, – 432 с.

6. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения: Пер. с англ. / под ред. Ягера Р.Р. – М.: Радио и связь, 1986, – 408 с.

7. Воронов М.В. Нечеткие множества в моделях систем организационного управления. – Л.: ВМА, 1988, – 54 с.

8. Мартынов В.И. Математические основы управления первичными сетями связи с использованием нечетко заданных параметров. – М.: “Эльф – М”, 1997, – 48 с.

9. Сидоров А.М., Гусев В.В., Лебедев О.Н. Основы импульсной и цифровой техники. – СПб.: СПВВИУС, 1995, – 248 с.

10. Соботка З., Стары Я. Микропроцессорные системы. – М.: Энергоиздат, 1981, – 340 с.

11. Дроздов Е. А., Комарницкий В.А., Пятибратов А.П. Электронно-вычислительные машины единой системы. – М.: Машиностроение, 1981. – 402 с.

12. Быстров Ю. А., Великсон Я.М., Вогман В.Д. и др. Электроника: Справочная книга/Под ред. Быстрова Ю.А. – СПб.: Энергоатомиздат, 1996, – 544 с.

13. Мальцева Л.А., Франберг Э.М., Ямпольский В.С. Основы цифровой техники. – М.: Радио и связь, 1980.

14. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А. и др. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. – Минск: Беларусь, 1991, – 493 с.

15. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства. – М.: Радио и связь, 1992, – 335 с.

Формула изобретения

1. Вероятностный автомат, содержащий датчик случайной последовательности, блок формирования нецелочисленных значений индикаторов, блок коррекции, блок формирования значений матрицы, блок управления, блок пороговых устройств, блок формирования значений индикаторов, блок элементов И, блок памяти, блок задания времени, дешифратор, элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ и тактовым входом блока задания времени, группа выходов которого является группой выходов вероятностного автомата и подключена к группе входов элемента ИЛИ, выход которого соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого подключен к тактовым входам блока элементов И, блока формирования значений индикаторов и блока управления, второй вход которого является входом вероятностного автомата, группа выходов блока формирования значений индикаторов соединена с группой входов блока элементов И, выходы которого подключены к входам блока памяти, группа выходов которого соединена с группой входов блока задания времени, управляющий вход которого подключен к выходу дешифратора, группа управляющих входов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов соединена с выходами блока формирования значений матрицы, группа интерполяционных входов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов подключена к выходам блока памяти, а группа выходов блока формирования нецелочисленных значений индикаторов соединена с группой вспомогательных входов блока формирования значений индикаторов и с группой информационных входов блока коррекции, стартовый вход которого подключен к выходу датчика случайной последовательности, выход блока коррекции соединен с входом блока пороговых устройств, выходы которого подключены к информационным входам блока формирования значений индикаторов, отличающийся тем, что дополнительно введены блок анализа вида исходных данных и блок преобразования вида исходных данных, причем управляющий выход блока управления подключен к управляющему входу блока анализа вида исходных данных, группа пороговых входов которого соединена с группой пороговых выходов блока управления, управляющий выход блока анализа вида исходных данных и управляющий выход блока преобразования вида исходных данных подключены к входам дешифратора и блока формирования значений матрицы, группа пороговых выходов блока анализа вида исходных данных и группа пороговых выходов блока преобразования вида исходных данных подключены к пороговым входам блока коррекции и блока пороговых устройств, нечеткий управляющий выход блока анализа вида исходных данных соединен с нечетким управляющим входом блока преобразования вида исходных данных, группа нечетких пороговых входов которого соединена с группой нечетких пороговых выходов блока анализа вида исходных данных.

2. Автомат по п.1, отличающийся тем, что блок анализа вида исходных данных состоит из сдвигающего регистра и регистра хранения, причем вход сдвигающего регистра является управляющим входом блока, прямой выход сдвигающего регистра является управляющим выходом блока, транзитный выход сдвигающего регистра является нечетким управляющим выходом блока, группа входов регистра хранения является группой пороговых входов блока, группа прямых выходов регистра хранения является группой пороговых выходов блока, группа транзитных выходов регистра хранения является группой нечетких пороговых выходов блока.

3. Автомат по п.1, отличающийся тем, что блок преобразования вида исходных данных состоит из преобразователя вида управляющей информации и преобразователя вида пороговой информации, причем вход преобразователя вида управляющей информации является нечетким управляющим входом блока, выход преобразователя вида управляющей информации является управляющим выходом блока, группа входов преобразователя вида пороговой информации является группой нечетких пороговых входов блока, группа выходов преобразователя вида пороговой информации является группой пороговых выходов блока.

4. Автомат по п.1, отличающийся тем, что блок формирования значений матрицы состоит из запоминающего устройства и счетчика, причем вход счетчика является входом блока, выход счетчика соединен с входом запоминающего устройства, группа выходов запоминающего устройства является группой выходов блока.

5. Автомат по п.1, отличающийся тем, что блок управления состоит из управляющего оперативного запоминающего устройства, порогового оперативного запоминающего устройства и счетчика, причем выходы счетчика подключены к тактовым входам управляющего и порогового оперативных запоминающих устройств, первый и второй входы счетчика соединены со сбрасывающими выходами управляющего и порогового оперативных запоминающих устройств, третий вход счетчика является тактовым входом блока, информационные входы управляющего и порогового оперативных запоминающих устройств соединены между собой и являются вторым входом блока, выход управляющего оперативного запоминающего устройства является управляющим выходом блока, группа выходов порогового оперативного запоминающего устройства является группой пороговых выходов блока.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.03.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2003

Извещение опубликовано: 20.04.2003