بخشی از مقاله
چکیده
بدون شک یکی از ویژگی های مهم در طراحی شبکه سنسوری C4I ، قابلیت بقا پذیری ، مداومت کاری و عملکرد بدون نقص آنها در شرایط حساس بحرانی است، به گونه ای که با خرابی یا انهدام گروهی از تجهیزات، عملکرد کل شبکه مختل نگردد. در این مقاله نظام فرماندهی غیر متمرکز برای مقابله با نقطه بحرانی خرابی طوری طراحی می گردد که در هنگام بحران خرابی ، هر گره از شبکه سنسوری از وضعیت کاری دیگر گره ها مطلع شده و در صورت برقرار نشدن ارتباطات عادی بین گره های این شبکه، به صورت خودکار گره و مسیر ارتباط دیگری جایگزین شده و در نتیجه بقاپذیری و قوام شبکه حفظ می گردد.
شکل دهی اجزای شبکه درهر دو مود عادی و بحرانی با استفاده از روش کنترل توزیع شده مبتنی بر شکل دهی موقعیت در سیستم های چند عاملی بر طبق ساختار های از پیش تعیین شده، انجام می گیرد. در شکل دهی مبتنی بر موقعیت هر گره موقعیت خود را نسبت به دستگاه مرجع حس کرده و با گره های دیگر نیز در تعامل است. در این ساختار پیشنهادی ابعاد شبکه فرماندهی و فواصل مجاز بین اجزاء آن در حالت پدافند موضعی، متناسب با محدوده ناحیه کار طوری انتخاب می گردند که شکاف بین اجزاء آن از جهت عملیاتی وجود نداشته باشد
تعداد اجزاء و سنسور ها، فاصله مجاز آنها از یکدیگر در ساختار شبکه و نحوه چیدمان آن در حالت عادی و بحرانی با توجه به معیارهای حداکثر کارایی، عدم ایجاد شکاف عملیاتی و لحاظ هزینه های ساخت اجزاء و... مشخص می گردد. در ادامه این تحقیق ورودی و خروجی های هریک از اجزاء و نحوه تبادل اطلاعات بین آنها در شبکه در دو مود کاری عادی و بحرانی مورد بحث قرار می گیردو در نهایت ، بقاء پذیری و قوام شبکه در نظام فرماندهی پیشنهادی در صورت خرابی یک یا چند از اجزاء و خارج شدن جزء معیوب شبکه بررسی و فواصل مجاز اجزاء آن در آرایش جدید تعیین می گردد.
.1 مقدمه
در ساختار شبکه سنسوری سلسله مراتبی، خرابی یک جزء بسته به موقعیت گره آن در سلسه مراتب، به همان نسبت شبکه را مختل و بقا پذیری و مداومت کاری آنرا تحت تاثیر قرار می دهد. در نتیجه در صورت خرابی و انهدام بخشی از اجزاء در این ساختار قسمتی از سنسورها از شبکه سنسوری جدا شده و از اینرو شبکه سنسوری به شدت آسیب پذیر خواهد بود. لذا با توجه به ماموریت شبکه سنسوری، ساختار ، نحوه استقرار و چیدمان شبکه فرماندهی و کنترل سنسورها و اجزاء آن بایستی طوری در نظر گرفته شود که در حالت عادی و شرایط بحرانی شکاف بین اجزاء آن از جهت عملیاتی وجود نداشته باشد و قابلیت بقا پذیری و عملکرد بدون نقص آن حفظ گردد.
تعداد قابل توجهی از پژوهش ها به دلیل توانایی های عملی و کاربردهای متنوع سیستم های چند عاملی و نیز چالش های تئوری در کنترل و هماهنگی آنها به این سیستم ها متمرکز شده است. اصلی ترین چالش برخاسته از کنترل سیستم های چند عاملی بر مبنای اطلاعات نسبی عامل ها است که بدون دخالت کنترل کننده مرکزی استفاده می گردد.کنترل شکل دهی ، یکی از موضوع های مطالعه مهم در سیستم های چند عاملی است که به موجب آن عامل ها به دستیابی به قیودی از حالت - موقعیت، وضعیت ،فاصله - مقید می گردند. در [1] کنترل شکل دهی بر مبنای اجماع برای سیستم ها ی چند- خودروی انجام گرفته است.[2] کنترل شکل دهی برای ربات های متحرک و [3] به شکل دهی رفتار برای گروه ربات ها که در آنها گروهی از ربات ها در ساختار و شکل معین باقی می مانند، می پردازد.
در این مقاله نظام فرماندهی غیر متمرکز برای مقابله با نقطه بحرانی خرابی طوری طراحی می گردد که در هنگام بحران خرابی ، هر گره از شبکه سنسوری از وضعیت کاری دیگر گره ها مطلع شده و در صورت برقرار نشدن ارتباطات عادی بین گرههای این شبکه، به صورت خودکار گره و مسیر ارتباط دیگری جایگزین می شودو مطابق الگوریتم کنترل شکل دهی موقعیت شبکه سنسوری به یک ساختار معین از پیش تعیین شده تغییر حالت می دهد.
در شکل دهی مبتنی بر موقعیت که هر گره موقعیت خود را نسبت به یک ذستگاه مرجع حس می کند، نیازی به تعامل بین گره ها نیست. اما به منظور مقاوم بودن و افزایش عملکرد کنترل موقعیت در حضور نویز و اغتشاشات محیط و... بین گره های مربوطه تعامل وجود دارد. بدین ترتیب در صورت قطع ارتباط بین هرکدام از اجزاء ، شبکه بصورت خودکار ارتباطات خود را جابه جا کرده و در نتیجه بقاپذیری و قوام شبکه سنسوری حفظ می گردد .
این روش قابل پیاده سازی در لینک بین سنسورهای مختلف است، به این صورت که کافی است پروتکل ارتباطی تبادل داده ها بین گره های شبکه مشخص بوده و با اضافه کردن یک کانال ارتباط رادیویی به هر کدام از تجهیزات، ارتباط اضطراری را برای جابجایی ارتباطات ایجاد کرد. در[4]یک ساختار برای چیدمان برای ساختار سنسوری بدون تبیین تعداد و فواصل اجزاء آن ارائه شده است.
.2 تبیین مسئله
جهت پیاده سازی طرح مورد نظر، یک مدل چیدمان تجهیزات شبکه سنسوری شامل تعدادی سنسور و خودروی فرماندهی سنسور و... در نظر گرفته می شود، در این مدل:
: SV . سنسور که می توان آنها را رادار های کشف ،ردگیر و یا سیستم های الکترو اپتیگ و... فرض کرد.
: LSCC . خودروی فرماندهی و کنترل سنسور است که به تعدادی سنسور متصل است.
:HSCC . خودروی فرماندهی و کنترل مرتبه بالاتر که به تعدادی خودروی فرماندهی و کنترل پایین تر متصل است.
LSCC و HSCC اطلاعات محیط - رادارهای جستجو ، رادارهای ردگیری و... - از منابع اطلاعاتی پایین تر و بالاتر را دریافت می کند و پس از ذخیره سازی اطلاعات دریافتی در کامپیوتر، پردازش و تجزیه و تحلیل آنها را انجام می دهند. وظیفه نمایش اطلاعات پردازش شده برای فرمانده عملیات، تخصیص اهداف، ارسال گزارش وضعیت عملیات به منابع اطلاعاتی بالاتر و... بعهده LSCC و HSCC است. منابع اطلاعاتی شامل رادار های هشدار دهنده، رادار های جستجو و ردگیر، بالگرد و هواپیماهای گشتی و پست های فرماندهی بالاتر هستند. مجموعه تعدادی سنسور متصل به یک خودروی فرماندهی و کنترل سنسور یک زیر مجموعه سنسور است و مجموعه تعدادی زیر مجموعه سنسوری متصل به خودرو فرماندهی و کنترل تشکیل یک مجموعه سنسوری را می دهد.
از بین سنسورها - SV - قبل از عملیات یک سنسور به عنوان SV پایه - SVb - تعیین می شود. این SV در موقعیتی قرار می گیرد که در زمان نبودن LSCC وظیفه جمع آوری اطلاعات SV های دیگر و ارسال آنها به منابع بالاتر را به عهده دارد. در حالت عادیSV1 همان SVb است.در شرایط اضطراری و به هنگام از کار افتادن SV 1،SV با اولویت بعدی عهده دار این وظیفه خواهد شد. مشابهSVها از بین فرماندهی و کنترل سنسورها - LSCC - نیز یک خودروی فرماندهی و کنترل بعنوان LSCC پایه - LSCCb - تعیین می شود.
.3 تعیین تعداد اجزاء و فواصل مجاز بین اجزاء درشبکه سنسوری
پس از تعیین نوع اجزاء شبکه این پرسش مطرح می گرد که تعداد هر جزء ،نحوه استقرار ، چیدمان و فواصل بین اجزاء چقدر می تواند باشد. اگر مطابق شکل - SV - 1 ها در رئوس N ضلعی منتظم و LSCC در مرکز آن قرار گیرند هر زاویه N ضلعی منتظم بصورت رابطه - 1 - خواهد بود:
α = 180 - 1 − 2 - - 1 -
رابطه بین شعاع دایره محاطی N ضلعی منتظم نیز از رابطه - 2 - بدست خواهد آمد که در آن D فاصله بین دو سنسور و R برد ناحیه کار سنسور می باشد.
شکل.1 آرایش قرارگیری اجزاء در حالت های N=3 و N=4
همانگونه که در شکل - - 1 دیده می شود فاصله بین دو سنسور بایستی مطابق رابطه زیر از دو برابر ناحیه کار هر سنسور برای بحرانی ترین هدف، کوچک تر باشد. معیار بحرانی بودن می تواند جهت حرکت، مانور پذیری،سطح مقطع راداری کم و ... باشد.
اگر مطابق شکل - N=3 - 1 فرض گردد Rmax max = √ خواهد بود و در نتیجه RW 2 max = است. به همین ترتیب برای 6...وN=4 می توان پارامتر های Rmax وDmax را بدست آورد.
جدول -1 فواصل مجاز سنسورها در ساختار زیر مجموعه
آنچه در این چیدمان عملیاتی زیر مجموعه، مطلوب است آنست که به ازای RW مشخص و ثابت، فواصل Rmax وDmax حداکثر باشند. مطابق جدول - - 1 با افزایش تعداد سنسور ها ، Rmax که به معنی افزایش محدوده پوشش دهی مجموعه سنسور هاست، افزایش می یابد اما از سوی دیگر افزایش سنسورها موجب افزایش هزینه ساخت و پیچیده تر شدن فرایند تخصیص و نرم افزار آن می گردد . بنابراین باید مصالحه ایی بین عملکرد - افزایش - Rmax و هزینه صورت پذیرد. بدین منظور اگرN تعداد سنسور ها فرض گردد.
با افزایش تعداد سنسور ها هزینه نیز افزایش می یابد و درN=3 کمترین مقدار رادارد. اما به دلایلیN= 3 را نمی توان انتخاب گردد، بدین صورت که اگر در ساختار پیشنهادی یکی از SV ها آسیب ببیند کاهش سنسورها از سه به دو، ناحیه پوشش دهی مجموعه سنسورها و کیفیت آنرا به شدت کاهش می دهد. بنابراین به نظرمی رسدN=4 حالت انتخابی مناسب تری است. اما دقت شود افزایش سنسورها به 6 و8 همچنان پارامتر مهم حداکثر برد درگیری - افزایش - Rmax افزایش می یابد اما کمتر از دو برابر به ازای افزایش دو برابری تعداد سنسورها است.
باید توجه داشت این افزایش دوبرابری تعداد سنسورها، خود متناظر با هزینه حداقل دو برابری به سبب افزایش سنسورها و همچنین پیچیدگی نرم افزار تخصیص درفرماندهی سنسورها می گردد - LSCC - است. به همین ترتیب در ساختار مجموعه سنسوری ، اگر LSCC های هر زیر مجموعه سنسور در رئوس N ضلعی منتظم و HSCC در مرکز آن قرار گیرند. تحلیل های گفته شده در مورد سنسورهای زیر مجموعه سنسورها را می توان به مجموعه سنسورها و تعداد فرماندهی و کنترل مجموعه سنسور ها تعمیم داد و در نتیجه تعداد N= 4 نیز برای تعداد فرماندهی زیر مجموعه سنسورهای موجود - LSCC - انتخاب می شود.
مطابق جدول - - 1 درصورتی که بدلیل خرابی، یکی از SV ها از شبکه خارج گردد فاصله بین المان ها - در اینجا SV ها - بایستی به حالت N=3 در جدول - 1 - کاهش یابد.در غیر این صورت شکاف عملیاتی در زیر مجموعه سنسوری ایجاد می گردد
