Полный текст статьи (PDF) XML (JATS 1.2)
Авторы / Authors
  • Канаев Андрей Константинович (Kanaev Andrey K.) доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Военной академии связи им. С. М. Будённого, Санкт-Петербург, Россия
    Department of Military Systems of Multichannel Electrical and Optical Communication, Military Academy of Communication named after S. M. Budyonny     kanaevak@mail.ru
  • Субботин Дмитрий Васильевич (Subbotin Dmitry V.) кандидат технических наук, адъюнкт кафедры Военной академии связи им. С. М. Будённого, Санкт-Петербург, Россия
    Department of Military Systems of Multichannel Electrical and Optical Communication, Military Academy of Communication named after S. M. Budyonny     d1sub@yandex.ru
Ключевые слова
теория графовкритерий Калманаматрица достижимостипаросочетаниятопология сетиоптимальное размещение управляющих воздействийдинамические системыматричный анализвоенные системы связинадежность сетей
Keywords
graph theoryKalman criterionreachability matrixmatchingsnetwork topologyoptimal placement of control inputsdynamic systemsmatrix analysismilitary communication systemsnetwork reliability
Аннотация / Abstract
Русский

Цель работы состоит в разработке подхода к структурному анализу управляемости оптических транспортных сетей военного назначения произвольной топологии для обеспечения их эффективного функционирования с учетом внешних воздействий.

Метод исследования: в работе применяется комбинированный подход, сочетающий классический критерий управляемости Калмана для систем с фиксированными параметрами и структурный подход Лина для анализа управляемости в общем случае. Используются методы теории графов, включая анализ достижимости и построение максимальных паросочетаний.

Результаты исследования: разработана методика формирования матриц динамической модели сети: матрицы A, отражающей топологию сети, и матрицы B, определяющей расположение управляющих воздействий. Разработан алгоритм определения минимального количества управляющих узлов, необходимых для обеспечения полной управляемости сети. Установлено, что для сети из n узлов с определенной топологией количество необходимых управляющих воздействий составляет от n/3 до n/2 в зависимости от структуры связей. Выявлены критические топологические конфигурации, требующие особого подхода к размещению управляющих элементов. Показано, что применение графовых методов позволяет снизить вычислительную сложность анализа с O(n3) до O(n2) для разреженных сетей. Определены оптимальные позиции размещения управляющих воздействий, обеспечивающие максимальную устойчивость управления при отказах отдельных элементов сети.

Научная новизна: предложен комплексный подход структурного анализа управляемости для оптических транспортных сетей связи военного назначения, учитывающий специфику их функционирования.

English

Purpose of work is to develop a method for structural analysis of controllability for military optical transport networks with arbitrary topology to ensure their effective operation under external influences.

Method of research: the author uses a combined approach that combines the classical Kalman controllability criterion for systems with fixed parameters and the Lin structural approach for the analysis of controllability in the general case. The methods of graph theory are used, including the analysis of reachability and the construction of maximum pairings.

Results: a method for forming matrices of a dynamic network model has been developed: matrix A, which reflects the network topology, and matrix B, which determines the location of control actions. An algorithm for determining the minimum number of control nodes necessary to ensure full controllability of the network has been developed. It has been established that for a network of n nodes with a certain topology, the number of necessary control actions ranges from n/3 to n/2, depending on structure of connections. Critical topological configurations that require a special approach to the placement of control elements are revealed. It is shown that the use of graph methods makes it possible to reduce the computational complexity of the analysis from O(n3) to O(n2) for sparse networks. The optimal positions for the placement of control actions are determined, which provide maximum stability of control in case of failures of individual network elements.

Scientific novelty: an integrated approach to structural analysis of controllability for optical transport networks for military purposes, taking into account the specifics of their functioning, is proposed.

Финансирование / Funding

Источники финансирования не указаны.

No funding sources reported.

Идентификаторы / Identifiers
DOI10.21681/3034-4050-2025-5-31-38 УДК621.391 ЖурналТелекоммуникации и связь Год2025 Номер№5 (08) Страницы31–38 ISSNПИ №ФС77-88069
Список литературы / References
  1. Калмыков Н. С., Докучаев В. А.. Применение концепции программно-конфигурируемых сетей для построения территориально-распределенных сетей // Телекоммуникации и информационные технологии. 2020. Т. 7. № 2. С. 51–56.
    Калмыков Н. С., Докучаев В. А.. Primenenie koncepcii programmno-konfiguriruemyh setej dlja postroenija territorial'no-raspredelennyh setej // Telekommunikacii i informacionnye tehnologii. 2020.
  2. Ибрагимов Д. Н., Берендакова А. В.. Метод построения и оценивания асимптотических множеств управляемости двумерных линейных дискретных систем с ограниченным управлением // Труды МАИ. 2022. № 126. С. 408–446.
    Ибрагимов Д. Н., Берендакова А. В.. Metod postroenija i ocenivanija asimptoticheskih mnozhestv upravljaemosti dvumernyh linejnyh diskretnyh sistem s ogranichennym upravleniem // Trudy MAI. 2022.
  3. Ги К., Жорж Б., Брижит Д. Н.. Структурные свойства и классификация кинематических и динамических моделей колесных мобильных роботов // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2011. Т. 7. № 4. С. 733–769.
    Ги К., Жорж Б., Брижит Д. Н.. Strukturnye svojstva i klassifikacija kinematicheskih i dinamicheskih modelej kolesnyh mobil'nyh robotov // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2011.
  4. Воронин Д. А., Фролкина О. С.. Волоконно-оптические системы передачи // Под редакцией Н. В. Яшковой. 2022. С. 211–211.
    Воронин Д. А., Фролкина О. С.. Volokonno-opticheskie sistemy peredachi // Pod redakciej N. V. Jashkovoj. 2022.
  5. Рыжков А. В., Шварц М. Л.. Предпосылки создания когерентной сети связи общего пользования – основы сквозных цифровых технологий // T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. 2021. Т. 15. № 7. С. 14–22.
    Рыжков А. В., Шварц М. Л.. Predposylki sozdanija kogerentnoj seti svjazi obshhego pol'zovanija – osnovy skvoznyh cifrovyh tehnologij // T-Comm-Telekommunikacii i Transport. 2021.
  6. Лапин А. В., Зубов Н. Е., Пролетарский А. В.. Обобщение формулы Аккермана для некоторого класса многомерных динамических систем с векторным входом // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия «Естественные науки». 2023. № 4(109). С. 18–38.
    Лапин А. В., Зубов Н. Е., Пролетарский А. В.. Obobshhenie formuly Akkermana dlja nekotorogo klassa mnogomernyh dinamicheskih sistem s vektornym vhodom // Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. NJe Baumana. Serija «Estestvennye nauki». 2023.
  7. Оморов Р. О.. Модальная чувствительность, робастность и грубость динамических систем (обзорная статья) // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 2. С. 179–190.
    Оморов Р. О.. Modal'naja chuvstvitel'nost', robastnost' i grubost' dinamicheskih sistem (obzornaja stat'ja) // Nauchno-tehnicheskij vestnik informacionnyh tehnologij, mehaniki i optiki. 2021.
  8. Li X. et al.. Sufficient control of complex networks // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2024. Т. 642. С. 129751–129751.
    Li X. et al.. Sufficient control of complex networks // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2024.
  9. Park N. J. et al.. Composition rules for strong structural controllability and minimum input problem in diffusively coupled networks // arXiv preprint arXiv:2405.05557. 2024.
    Park N. J. et al.. Composition rules for strong structural controllability and minimum input problem in diffusively coupled networks // arXiv preprint arXiv:2405.05557. 2024.
  10. Zhang Y., Xia Y., Wang L.. On the reachability and controllability of temporal continuous-time linear networks: A generic analysis // Automatica. 2024. Т. 167. С. 111741–111741.
    Zhang Y., Xia Y., Wang L.. On the reachability and controllability of temporal continuous-time linear networks: A generic analysis // Automatica. 2024.
  11. Ефремов А. А., Козлов В. Н.. Метод синтеза локально допустимых ограниченных управлений для стабилизации программных движений динамических объектов // Информационно-управляющие системы. 2023. № 4(125). С. 47–55.
    Ефремов А. А., Козлов В. Н.. Metod sinteza lokal'no dopustimyh ogranichennyh upravlenij dlja stabilizacii programmnyh dvizhenij dinamicheskih ob'ektov // Informacionno-upravljajushhie sistemy. 2023.
  12. Никонов А. А.. Гибридные подходы к адаптивному управлению организационными структурами многоагентных систем в условиях неполной наблюдаемости и динамичных изменений среды // Вестник науки. 2025. Т. 2. № 1(82). С. 1022–1026.
    Никонов А. А.. Gibridnye podhody k adaptivnomu upravleniju organizacionnymi strukturami mnogoagentnyh sistem v uslovijah nepolnoj nabljudaemosti i dinamichnyh izmenenij sredy // Vestnik nauki. 2025.
  13. Росляков А.. «СЕТЬ-2030»: взгляд МСЭ-Т на будущее сетей фиксированной связи // Первая миля. 2021. № 4. С. 50–59.
    Росляков А.. «SET–2030»: vzgljad MSJe-T na budushhee setej fiksirovannoj svjazi // Pervaja milja. 2021.
  14. Borraccini G. et al.. Local and global optimization methods for optical line control based on quality of transmission // Journal of Optical Communications and Networking. 2024. Т. 16. № 5. С. B60–B70.
    Borraccini G. et al.. Local and global optimization methods for optical line control based on quality of transmission // Journal of Optical Communications and Networking. 2024.
  15. Vujicic Z. et al.. Towards virtualized optical-wireless heterogeneous networks // IEEE access. 2024. Т. 12. С. 87776–87806.
    Vujicic Z. et al.. Towards virtualized optical-wireless heterogeneous networks // IEEE access. 2024.