BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VN
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HỆ THỐNG VÀO
BÀI TOÁN PHÁT HIỆN,
ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG QUẢN LÝ VIỄN THÔNG

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ : 60.52.70 8

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: ĐỖ VĂN PHÁT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH. NGUYỄN
NGỌC SAN

HÀ NỘI - 2010

1
Luận văn được hoàn thành tại:
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

đồng thời với sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn, xong với sự
hạn chế chủ quan, một số vấn đề cần được đặt ra trong hướng
nghiên cứu tiếp theo để nhằm hoàn thiện hơn cho chủ đề nghiên
cứu. Sau đây có thể nêu ra các hướng tiếp theo :
 Luận văn mới nêu ra việc phát hiện và định vị sự cố
nhưng chưa thực hiện việc giải trừ sự cố. Khi phát
hiện và định vị sự cố xong, cần phải đưa ra quyết định
đúng đắn để giải trừ sự cố như tự phục hồi sự cố, sửa
chữa hoặc thay thế các thiết bị có sự cố…
 Để thực hiện bài toán, cần đưa các bộ cảm biến vào
các thiết bị trong TN để có thể cung cấp thông tin cho
TMN. Các cảm biến này lấy các tham số hoạt động
của thiết bị vì vậy sự hoạt động của các cảm biến rất
có thể ảnh hưởng đến mạng. Hướng nghiên cứu tiếp
theo cần phải xem xét đến việc đưa bộ cảm biến này
vào mạng nhưng không ảnh hưởng đến hoạt động của
mạng.
2

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam đang sở hữu mạng lưới viễn thông với công nghệ
hiện đại ngang tầm với các nước trên thế giới và đang đi những
bước chuyển đổi, phát triển mạnh mẽ nhằm vào tính đa dạng hoá
các loại hình dịch vụ, nâng cao hiệu quả sử dụng cơ sở hạ tầng
mạng và mềm dẻo trong cung cấp chất lượng dịch vụ để đáp ứng
nhu cầu ngày càng cao của khách hàng.

3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
HỆ THỐNG.
1.1. Định nghĩa, các khái niệm và thuật ngữ cơ
bản.
Ngày nay các thuật ngữ “hệ thống”, “lý thuyết hệ thống”,
“khoa học hệ thống” và “kỹ thuật hệ thống” trở nên khá phổ biến
và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điều khiển, xử
lý số liệu, công nghệ sinh học…. và khiến chúng được hiểu theo
hàm nghĩa liên quan đến lĩnh vực được sử dụng.
1.2. Các định nghĩa.
Có nhiều cách định nghĩa hệ thống. Tuỳ theo mục đích
nghiên cứu, cách tiếp cận trong nghiên cứu mà người ta mô tả hệ
thống theo các cách khác nhau
1.3. Tuyến tính hoá hệ thống phi tuyến.
Trong thực tế không có một hệ thống vật lý nào có thể mô
tả tuyệt đối chính xác bằng phương trình vi phân hệ số hằng tuy
nhiên nhiều hệ phi tuyến có thể xấp xỉ hoặc coi như tuyến tính
trong từng đoạn làm việc. Có nhiều phương pháp được áp dụng cho
việc tuyến tính hoá hệ thống phi tuyến như: Phương pháp trung
bình gần điểm làm việc, phương pháp tuyến tính hoá điều hoà và
phương pháp sai lệch nhỏ.
1.4. Tính ổn định của hệ thống tuyến tính.
1.4.1. Khái niệm chung.
1.4.2. Khái niệm ổn định và các định nghĩa chính.
Đối với hệ thống tuyến tính, ổn định của hệ thống có mối
liên hệ tới ma trận A của hệ thống. Có thể nói đại khái rằng ổn định
của các hệ thống này là tính chất của ma trận hệ thống A. Đối với
hệ thống liên tục hay gián đoạn khi không có đầu vào (đầu vào
bằng không).

đổi tức thời trên mạng (trạng thái mạng). Từ các số liệu thu nhận
được giúp cho nhà quản lý điều hành mạng có thể chọn lọc số liệu
để so sánh tìm ra mối tương quan giữa các thành phần mạng và
tương quan theo thời gian, phân tích và cần thiết thì dùng các
phương tiện đo kiểm tra mạng để xác định nguyên nhân gây ra lỗi,
vị trí xảy ra lỗi và sự cố trên mạng. Nhà quản lý điều hành cũng có
thể kiểm tra được thực trạng và mức độ nguy hiểm của lỗi, phạm vi
ảnh hưởng của lỗi và xử lý lỗi bằng các phương tiện như hiệu chỉnh
các chỉ tiêu, khôi phục hoặc khởi tạo lại cấu hình hệ thống nếu cần
thiết.
19
lịch sử của tín hiệu lỗi). Các phần dư được thiết kế theo một tập mã
riêng biệt gọi là cấu trúc các phần dư. 4

Định nghĩa 2: Một hệ thống là xu hướng ổn định nếu x(t)0
khi t .
1.5. Tính điều khiển được và tính quan sát được
của hệ thống.
* Điều khiển được của một hệ thống là với một tác động
vào liệu có thể chuyển được trạng thái của hệ từ thời điểm đầu t
o

0
0
t
x t t x t Bu d
       

(1.54)
Phương trình đặc trưng:


0
sI A
 
(1.55)

1.6.3. Nghiệm rời rạc của phương trình vi phân vectơ
trạng thái.










1
x k T A T x kT B T u kT
 

 
2 2 3 1

2! 3! ( 1)!
k k
AT A T A T
B T IT B
k

 
    
 

 
(1.63)
1.7. Điều khiển hệ thống đa biến.
1.7.1. Tính điều khiển được và quan sát được.
Nếu một hệ thống được mô tả bởi phương trình (1.30) và
(1.35) thì điều kiện đủ cho khả năng điều khiển trạng thái hoàn
thiện là ma trận n
x
n:
1
[ : : : ]
n
M B AB A B

 (1.65)
gồm n vector hàng hoặc cột độc lập tuyến tính, tức là có bậc
n (không phải là ma trận duy nhất, tức định thức khác không).

x 0 0
(t) ( ) (t) ( ) (t)
ˆ
(0)
   
 
e A LC e E LG f
e x x
(3.30)
y x f
(t) (t) (t)
 
e Ce G f
(3.31)
Sau khoảng thời gian ngắn do các điều kiện ban đầu không
còn, e
y
(t) có thể được sử dụng để phát hiện ra lỗi trong hệ thống.
Thực vậy, trong điều kiện không có lỗi, e
y
(t) tiến dần đến không và
sẽ khác không khi có lỗi xảy ra. Vì vậy, có thể xem e
y
(t) như một
nguồn tín hiệu dư và hệ các biểu thức (3.26), (3.28) và (3.29) là bộ
tạo dư kết hợp. Chú ý rằng e
y
(t) bây giờ phụ thuộc vào y(τ), u(τ)
với τ


Xem xét hệ thống LTI hoạt động ở chế độ lý tưởng (không
có đầu vào không xác định và không có lỗi). Nó được mô tả bởi mô
hình không gian trạng thái như sau:
.
x(t) = Ax(t)+Bu(t)
(3.24)
y(t) = Cx(t)+ Du(t)
(3.25)
Một bộ quan sát trạng thái là một bộ lọc nhận các tín hiệu
đầu vào u(t) và y(t) và tạo ra một giá trị ước lượng
ˆ
(t)
x
của trạng
thái x(t). Bộ quan sát trạng thái Luenberger được mô tả bằng công
thức vi phân sau:
0
ˆ ˆ ˆ
(t) (t) (t) ( (t) (t) (t))
ˆ ˆ
(0)
    

x Ax Bu L y Cx Du
x x

(3.26)
trong đó, L là ma trận hằng số kích thước n x p, có các giá
trị được lựa chọn sao cho sau khoảng thời gian ngắn lỗi quan sát
x

ˆ ˆ
(t) (t) (t)
 
y Cx Du
(3.28)
Lỗi ước lượng giá trị đầu ra:
y
ˆ
(t) (t) (t)
 
e y y
(3.29)
Từ biểu thức (3.25), (3.28) và (3.29) suy ra:
y x
(t) (t)

e Ce
.

6

.
x Ax Bu
y Cx


 

hay các giá trị riêng.

1.7.3. Bộ quan sát trạng thái.
Trong mục 1.6.2, việc thiết kế phản hồi đã được thảo luận,
với giả thiết rằng tất cả các biến trạng thái đều có giá trị với
phương trình điều khiển cho quy tắc:
( )
u r Kx
 

Khi r=0
u Kx
 
(1.73)
Bộ quan sát trạng thái bậc đầy đủ sẽ ước lượng tất cả các
biến trạng thái của hệ thống. Tuy nhiên, có thể ta chỉ cần đo đạc
một số biến trạng thái thôi. Điều này dẫn đến việc giảm bậc của bộ
quan sát trạng thái. Tất cảc các bộ quan sát đều sử dụng mô hình
toán để tạo ra một ước lượng
x

của vecto trạng thái x.
Do các động học quan sát sẽ không thể bằng một cách chính
xác động học của hệ thống, sự dàn xếp vòng hở này có nghĩa rằng x
7
và
x

là
vector sai số e thì:
 
e
e A K C e
 
•
(1.77)
và từ phương trình (1.76), phương trình quan sát trạng thái
bậc đầy đủ là:
( )
e e
x A K C x Bu K y
 
   
•
(1.78)
Do đó từ phương trình (1.77), hoạt động động học của
vector sai số phụ thuộc vào giá trị (A-K
e
C).
1.7.4. Giảm bậc bộ quan sát trạng thái.
Một bộ quan sát trạng thái bậc đầy đủ ước lượng tất cả các
trạng thái, bất kể chúng được đo hay không. Trong thực tế, có lẽ
theo lô gíc sử dụng một kết hợp các trạng thái đo được từ y=Cx và
các trạng thái quan sát được (đối với những biến trạng thái mà hoặc
có thể không đo được, hoặc đo được mà không có độ chuẩn xác
đầy đủ). Nếu véc tơ trạng thái có bậc n và véc tơ đầu ra đo được có
bậc m, thì chỉ cần thiết kế một bộ quan sát trạng thái bậc (n-m).


Hình 3.2: Cấu trúc tổng quát của bộ tạo dư bằng ước
lượng tín hiệu ra

3.4.3. Phương pháp tạo dư dựa vào bộ quan sát trạng
thái
3.4.3.1 Bộ quan sát trạng thái Luenberger trong điều kiện
không có lỗi
Hệ thống
H
y
(s)
H
u
(s)
Đầu vào
u(s)
Đầu ra
y(s)
Nguồn dư
+
+
15
diễn trong (3.20), (3.21) có thể được coi như là một thiết bị quan
sát trong hệ giả định:
0 h
(t) (t) (t)
 

tra phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của quá trình. Ngược lại,
lượng các tín hiệu phần dư biểu diễn sự mâu thuẩn giữa sự thay đổi
hệ thống thực tế và mô hình toán học. Chúng độc lập với trạng thái
hoạt động hệ thống và chỉ phản ứng đối với lỗi, dẫn đến việc phát
triển trực tiếp của phương pháp kiểm tra giới hạn.

Hình 3.1: Cấu trúc tín hiệu bộ tạo nguồn dư
Hệ thống
F
1
(u,y) F
2
(u,y)
z(t)
Đầu vào
u(t)
Đầu ra
y(t)
Nguồn dư
r(t)


2.3 Mô hình chức năng TMN.
TMN cho phép các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đạt
được kết nối liền với nhau và truyền thông qua các hệ thống khai
thác và các mạng viễn thông. Kết nối liền với nhau được các giao
diện chuẩn thực hiện, sao cho tất cả các nguồn được điều hành như
là các đối tượng.
9
2.3.1 Chức năng quản lý hiệu năng.
Cung cấp hoạt động với khả năng kiểm soát và tiêu chuẩn
để đánh giá sự liên tục của tài nguyên mạng để phân tích sự đánh
giá đó và tạo ra sự điều chỉnh để cải thiện hoạt động mạng. Quản lý
hiệu năng bao gồm 4 nhóm chức năng cơ bản: giám sát, điều khiển
quản lý, phân tích và đảm bảo chất lượng đặc tính.
2.3.2 Chức năng quản lý sự cố.
Quản lý sự cố là tập hợp các chức năng cho phép phát hiện,
cô lập và sửa các sự cố những hoạt động không bình thường của
mạng viễn thông và môi trường của mạng. Bao gồm 3 chức năng
chính: giám sát cảnh báo, định vị và cô lập sự cố, giải trừ sự cố và
đo thử kiểm tra.
2.3.3 Chức năng quản lý cấu hình.
Quản lý cấu hình thực hiện việc lập kế hoạch và cài đặt NE,
liên kết NE với mạng và hình thành những dịch vụ khách hàng sử
dụng mạng. Theo khuyến nghị M3400 (1992) của ITU-T việc quản
lý cấu hình được chia làm 3 nội dung chính: cung cấp; trạng thái và
điều khiển NE; và cài đặt NE.
2.3.4 Chức năng quản lý tài khoản.
Cung cấp việc thiết lập các chức năng cho phép việc sử

m

  

x Ax Bu L
(3.18)
y(t) (t)

Cx
(3.19)
với, các ma trận A, B, C có kích thước phù hợp và L
i
dùng
để tạo tổ hợp tuyến tính tín hiệu từ các đầu đo biến.
Rõ ràng là từ thiết bị mô tả bởi (3.18) và (3.19), qua tín
hiệu đầu ra y(t), có thể phát hiện được liệu hệ thống đang hoạt động
bình thường hay đã có sự cố nhưng chưa định vị được sự cố. Để
định vị được sự cố xảy ra, trước tiên phải mã hoá các vị trí đặt đầu
đo biến và tạo ra một tập các vector dư r
i
(t), i  p với các đặc tính
sau:
- Khi không có sự cố, tất cả số dư r
i
(t) giảm tiệm cận tới 0,
r
i
(t) = 0, i  p.
- Khi có sự cố ở vị trí thứ i thuộc tập mã j, các số dư tại vị
trí đó sẽ khác không, r

0
C) sao cho sự cố do
cơ cấu chấp hành thứ hai phản ánh không hiện diện trong số dư.
Tiếp đó, bằng cách đưa số dư r(t) trở lại vào bộ lọc, có thể thay đổi
phổ của nguồn tạo dư như mong muốn. Nguồn tạo dư được biểu
13
Hãy cấu trúc mô hình toán học


nnn
,, CBA
, mô tả gần
đúng động học của TMN để quản lý


mmm
,, CBA
của mạng TN
sao cho:
- Đáp ứng yêu cầu quản lý theo tiêu chuẩn trong khuyến
nghị M.3400,
- Không làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và hiệu
năng của mạng TN.
Bài toán đã cho như trên chứng tỏ rằng mạng TMN quản lý
mạng TN thông qua việc quản lý các động học xảy ra trên mạng
TN.
3.3. Xây dựng bài toán phát hiện và định vị sự cố.


3.4. Giải bài toán
3.4.1. Cơ sở lý luận
Ta giới hạn việc tìm nghiệm của bài toán định vị sự cố.
Định vị sự cố đã được nghiên cứu, ứng dụng trong các hệ thống
điều khiển và thường sử dụng bộ tạo nguồn dư sao cho có giá trị 0
10
là quản lý các động học của CPU và các thiết bị kèm theo. Như
vậy, để nhìn nhận và đánh giá TMN, một số vấn đề liên quan đến
các động học cơ bản đối với các chức năng của TMN cần được xác
định trên cơ sở lấy CPU của nút mạng làm hạt nhân.
2.4.1. Vấn đề thu nhận các dữ liệu
Các tham số đặc trưng cho sự hoạt động của nút mạng và
đặc trưng cho sự hoạt động của các phần tử khác hợp thành tài
nguyên mạng.
2.4.2. Vấn đề xác định vị trí và nhận dạng tín hiệu
thu nhận
Tất cả các tham số thu nhận đều được TMN xác định vị trí
xuất phát. Khi dữ liệu nhận được từ các vị trí thuộc lĩnh vực quản
lý bảo an thông tin thì TMN tiến hành nhận dạng khoá bảo mật một
cách thích hợp. Đôi khi TMN còn có thể tìm hiểu chi tiết nội dung
thông tin.
2.4.3. Vấn đề điều khiển và bộ điều khiển giảm bậc
Trên cơ sở các tham số dữ liệu thu nhận sau khi đã được
xác định vị trí và nhận dạng thông tin, bài toán yêu cầu TMN ra
quyết định thích hợp để điều khiển mạng TN về việc phân bố tài
nguyên, xác định tuyến kết nối mạng, tính ưu tiên trong dịch vụ

cố và đo thử. Như vậy, phát hiện và định vị sự cố mạng viễn thông
đóng vai trò rất quan trọng đối với việc xây dựng cấu trúc mạng
quản lý viễn thông (cung cấp các thông tin về trạng thái hoạt động
của mạng, nhất là trạng thái hoạt động không bình thường) nhằm
phục vụ công tác quản lý điều hành, khai thác sử dụng, khắc phục
sự cố để nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng mà
mạng quản lý TMN hướng tới.

CHƯƠNG III: THỰC HIỆN BÀI TOÁN PHÁT
HIỆN, ĐỊNH VỊ SỰ CỐ

Trên quan điểm của lý thuyết hệ thống, có thể thực hiện mỗi
chức năng quản lý của mạng TMN theo khuyến nghị M.3400 của
ITU-T một cách độc lập hoặc thực hiện tích hợp các nhóm nhu cầu
quản lý, tùy thuộc vào qui mô của mạng TN. Một vấn đề quan
trọng trong quá trình nghiên cứu, triển khai TMN là việc mô hình
hoá các phần tử tài nguyên mạng TN dưới dạng các đối tượng động
học cần quản lý. Vì thế chương này trình bày phương pháp áp dụng
lý thuyết hệ thống trong việc xây dựng mô hình toán học mô tả
mạng TN để trợ giúp cho việc xây dựng bài toán đánh giá tham số
TMN. Việc xây dựng mô hình toán học mô tả mạng TN thành việc
xây dựng các bài toán điển hình mô tả động học trong các nút mạng
và trên các đường truyền.
12
3.1. Một số định nghĩa, bổ đề và định lý liên
quan.
3.2. Lựa chọn các biến số mô tả động học.

y f x u
(3.13)
Các biến số được chọn để mô tả động học của dòng thông
tin u
i
(t) tại cửa vào i của mạng TN qua cơ chế xếp hàng chờ để
được xử lý và bị trễ do quá trình truyền thông và điều khiển của
mạng cho tới khi được chuyển đến đầu ra j trở thành y
j
(t) tương
ứng gồm các biến trạng thái, biến kích thích và các hàm f
1
(.), f
2
(.).
3.2. Phát biểu bài toán mô hình hoá mạng TN.
Giả sử mô hình toán học mô tả gần đúng (tuyến tính hoá)
động học xảy ra đối với


mmm
,, CBA
, một mạng TN có K nút và L
đường kết nối các loại được cho bằng mô hình toán học như sau:
.
m
m m m m
(t) (t) (t)
 x A x B u
(3.14)