книги из ГПНТБ / Цалиович А.Б. Методы оптимизации параметров кабельных линий связи

А. Б. ЦАЛИОВИЧ

МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Под редакцией Н. А. С е ц к о

ИЗДАТЕЛЬСТВО «СВЯЗЬ» МОСКВА 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА

Расширение сети связи страны является неотъемлемым элементом научно-технического прогресса нашего общества, важным фактором повышения культурного уровня жизни народа. По девятому пяти­ летнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. намечается почти вдвое увеличить протяженность междугородных телефонных каналов, расширить сеть каналов междугородного теле­ визионного вещания, существенно расширить и усовершенствовать сеть местной телефонной связи в городах, совхозах и колхозах.

Осуществление широкой программы развития средств связи со­ провождается огромным размахом строительства сооружений связи, непрерывным совершенствованием оборудования и внедрением новой техники. При этом, учитывая, что строительство сети проводной связи сопряжено с большими долгосрочными капиталовложениями, особое значение приобретают задачи технико-экономического обосно­ вания применяемых конструкций и проектных решений.

нения методика технико-экономического обоснования и поиск опти­ мальных решений осуществляются путем расчета и сравнения систе­ мы технико-экономических показателей для нескольких возможных вариантов. Например, в работах [1—3] рассмотрены технико-эконо­ мические решения при проектировании кабельных магистралей даль­ ней связи, линий городских и сельских телефонных сетей как опре­ деление наиболее целесообразного варианта из сравнения несколь­ ких возможных вариантов на базе имеющихся конструкций кабелей, типовых систем уплотнения и станционных сооружений городских телефонных сетей (ГТС). При таком подходе технико-экономическая оптимальность выбранного решения в значительной мере зависит от опыта и интуиции разработчика, так как выбор делается из несколь­

метры. Методы технико-экономического обоснования и поиск опти­ мальных решений путем перебора вариантов оказываются недоста­ точно эффективными при анализе систем связи с учетом большого числа факторов, при разработке нового оборудования, в частности кабелей связи, когда для поиска оптимальных конструкций необхо­ димо исследовать технико-экономические показатели в ходе непре­ рывного изменения нескольких основных конструктивных парамет­ ров.

В настоящее время благодаря прогрессу в области электронной техники, широкому внедрению пластмасс и прогрессивной техноло-

4

В работе А. Б. Цалиовича сделана попытка исследования во­ просов оптимизации кабельных линий связи с единых теоретических позиций на базе общих принципов исследования технико-экономичес­ кой эффективности капитальных вложений и новой техники в хо­ зяйстве связи. При этом определение оптимальных проектных и конструктивных решений для кабельных магистралей и отдельных ее элементов: кабелей и аппаратуры уплотнения •— производится по оценке технико-экономических показателей сети или магистрали в целом. Так, например, для магистрали дальней связи общего поль­ зования оптимальной будет такая конструкция кабелей связи, кото­ рая позволит организовать требуемое количество каналов, удовлет­ воряющих техническим нормам, и обеспечит минимум приведенных затрат (учитывающих совместно капитальные вложения и эксплуа­ тационные расходы) на линейные сооружения, аппаратуру уплотне­ ния и пр.

Предлагаемая методика базируется на представлении конструк­ тивных п других исследуемых параметров кабелей и аппаратуры связи в виде аналитических зависимостей от технико-экономических показателей кабельных магистралей. Определение оптимальных па­ раметров в этом случае можно производить традиционными матема­ тическими методами, например методом частных производных. При­ чем в отдельных конкретных задачах оптимизации кабельных ли­ ний автору удается получить достаточно простые аналитические за­

дить условия формирования оптимальных соотношений и «глубину» оптимумов.

ментов: аппаратуры и кабелей — и приводятся соображения о по­ строении математических моделей исследуемых объектов и выборе критериев оптимальности.

Учитывая высокую стоимость линейно-кабельных сооружений, в первую очередь определяются пути решения задачи выбора опти­ мальных конструкций кабелей связи, а также некоторых, наиболее важных с точки зрения системы связи в целом, параметров аппара­ туры уплотнения и усиления. Для этого предварительно выводятся аналитические зависимости между стоимостью кабеля, аппаратуры уплотнения и усиления, их конструктивными и электрическими ха­ рактеристиками. Приводятся примеры ирименения методики оптими­ зации к решению ряда конкретных задач для сетей дальней и мест­ ной связи. Эти примеры актуальны сами по себе и вместе с тем показывают рациональные пути упрощения общей задачи оптимиза­ ции в конкретных ситуациях. Представляют интерес в работе и не­ которые результаты промежуточных исследований: зависимости гео­ метрических размеров кабельных цепей от вторичных параметрой, анализ составляющих затрат на кабельные магистрали различного назначения и некоторые др.

5

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОПТИМИЗАЦИИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

1.1. Основные определения

Понятию оптимальности оборудования связи часто придается различный смысл. Оптимальными считают конструкции симметричных цепей кабелей связи, обладающих .наименьшей вели­ чиной сопротивления потерь, обусловленных эффектом близости, конструкции коаксиальных цепей, обладающих минимальным зату­ ханием, промежуточные усилительные пункты минимальной стоимо­ сти и пр. Общим моментом во всех этих примерах является опти­ мальность конструкции лишь по какой-либо частной характеристике.

лом их применение оправдывается не всегда. Например, увеличение коэффициента затухания высокочастотных кабелей в определенных

расположением промежуточных усилителей. Если окажется, что при

лиза эффективности систем связи в целом с учетом всего многооб­ разия существенных зависимостей между ее элементами, условий применения оборудования, существующего уровня и тенденций раз­ вития соответствующих направлений науки и техники. При этом эффективность системы связи должна оцениваться с точки зрения соответствия результатов и целей ее функционирования. Решение задачи оптимизации кабельных линий связи может быть получено на основе общих положений системного анализа методами системо­

могут выступать как различные технические и экономические показа­ тели системы связи и ее элементов, так и некоторые обобщенные параметры, определенным образом объединяющие все или часть этих показателей.

7

Для выявления наиболее общих свойств объектов исследования и критериев оптимальности целесообразно воспользоваться некоторыми представлениями и понятиями, заимствованными из кибернетики.

Если представить объект исследования в виде некоторой кибер нетической системы — «ящика», то выходы этой системы, характери­

раметров, при которых значения частных критериев оптимальности будут наилучшими.

мальности и управляемые параметры, что соответствует связи выхо­

Из общего назначения математических моделей логично следуют два основных требования к ним: простота и адекватность объекту

Целесообразно ввести также понятия общности и сложности мо­

например, исследовать последовательно сеть связи в целом, отдель­

ных объектов будет сеть связи, а наименее общими — отдельные об­ разцы оборудования или их элементы.

Сложность модели определяется количеством учитываемых пари-

мальным образом лишь некоторые, наиболее важные для рассматри­ ваемой задачи, параметры. Можно также сузить задачу до выбора

по одной цепи и да линии в целом, ширина и расположение линей­

8

во оптимизируемых параметров и влияющих на них факторов, учет которых имеет решающее значение. Поэтому при решении задач тех­ нико-экономической оптимизации кабельных линий связи становится целесообразным выделить и рассмотреть ряд характерных частных случаев для сетей дальней и местной связи, выбор которых подска­ зывается требованиями практики проектирования линий связи.

Отметим два важных требования к оптимизируемым параметрам: совместимость и независимость, т. е. возможность установления в пределах областей определения любого значения каждого из пара­ метров независимо друг от друга.

Наиболее важным требованием к критерию оптимальности явля­ ется эффективность его с точки зрения достижения конечной цели исследования. При этом для формализации исследований и 'исполь­ зования методов математического программирования критерий оптимальности должен быть выражен скалярной величиной, что соответствует единственной общей цели функционирования системы.

К сожалению, в общем случае при решении задач оптимизации

В качестве примера рассмотрим выбор конструкции кабеля из усло­ вия получения минимальных затрат на магистраль связи. Если в ка­ честве критерия оптимальности принять стоимость кабеля, то с точ­ ки зрения затрат на магистраль в целом этот критерий может ока­

тельно будут минимальными), но и затратами на аппаратуру уплот­ нения и усиления, вводные устройства, на строительство и пр., а также расходами на эксплуатацию. Поэтому в качестве критерия оптимальности необходимо выбрать не стоимость кабеля, а один обобщенный показатель, относящийся к магистраля в целом и учи­ тывающий все существенные виды затрат и расходов. Как будет показано «иже, в данной эадаяе в роли обобщенного критерия опти­ мальности может попользоваться показатель приведенных затрат.

Важной представляется возможность количественной оценки кри­ терия оптимальности, позволяющей численно оценить результат ис­ следования. Если для какого-либо параметра нет способа количест­

гового подхода можно привести оценку разборчивости речи по сло­ говой артикуляции.

К критерию оптимальности предъявляются также требования простоты вычисления или измерения. Критерий оптимальности дол­ жен иметь физический смысл, что необходимо для интерпретации полученных результатов.

Пользуясь кибернетической и математической моделями системы связи, можно сформулировать определение ее оптимальности: опти­ мальной с точки зрения некоторого критерия является система, дающая наименьшее (наибольшее) значение принятого критерия оптимальности в областях определения параметров и при задан­ ных ограничениях. (Выбор параметров системы, обеспечивающих ее

9