УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04B7/00 G06F17/00 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для моделирования системы радиосвязи, функционирующей в режиме незакрепленных каналов (в режиме радио-АТС).

Известно устройство для моделирования системы связи, содержащее блок синхронизации, первый вход которого является управляющим входом устройства, выход блока синхронизации подключен к входу генератора заявок, первый выход которого соединен со вторым входом блока синхронизации, блок промежуточной памяти, выход которого подключен к первому входу порогового блока, второй вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, первый сумматор по модулю два, выход которого является первым выходом устройства, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности формирования информации об ошибках в m каналах, в него дополнительно введены генератор пачки импульсов, шифратор, коммутатор, сдвигающий регистр и m-1 сумматоров по модулю два, причем первый выход генератора заявок подключен к первому входу сдвигающего регистра и к входу генератора пачки импульсов, выход которого соединен со вторым входом сдвигающего регистра, входом датчика случайных чисел и входом коммутатора, выход которого подключен к входу блока промежуточной памяти, второй выход генератора заявок соединен со входом шифратора, m выходов которого подключены к m входам коммутатора, выход порогового блока соединен с третьим входом сдвигающего регистра, m выходов которого подключены соответственно к первым входам m-1 сумматоров по модулю два, вторые входы которых являются m информационными входами устройства, выходы m-1 сумматоров по модулю два являются m-1 выходами устройства [1].

Однако данное устройство не обеспечивает возможности исследования функционирования системы радиосвязи с незакрепленными каналами при различных степенях зависимости входных сигналов друг от друга в режиме организации очереди заявок, не получивших радиоканала для обслуживания.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для моделирования систем связи, содержащее генератор импульсов, счетчик кратности сообщений, счетчик переданных сообщений, счетчик правильно принятых сообщений, счетчик импульсов, триггер и последовательно соединенные генератор случайного потока импульсов, элемент НЕ и первый элемент И, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования систем связи с переспросом сообщений, оно дополнительно содержит второй элемент И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик и схему сравнения, причем выход генератора импульсов соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика кратности сообщений, другим входом первого элемента И и с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента И, разрядные выходы реверсивного счетчика подключены соответственно к информационным входам первой группы сравнения, информационные входы второй группы которой являются установленными входами устройства, вход разрешения схемы сравнения подключен к выходу переполнения счетчика кратности сообщений, счетному входу счетчика переданных сообщений, входу считывания реверсивного счетчика и нулевому входу триггера, прямой выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а единичный вход триггера соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов и выходу "Больше" схемы сравнения, выход "Меньше или равно" которой соединен со вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом счетчика правильно принятых сообщений.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает возможность изменения параметров входного потока сигналов, а следовательно, обладает низкой точностью моделирования в условиях организации очереди заявок, не получивших радиоканала для обслуживания при различных степенях зависимости входных сигналов друг от друга.

Цель изобретения - повышение точности моделирования системы радиосвязи за счет представления входного потока сигналов в виде нормированного потока Эрланга и воспроизведения режима организации очереди заявок, не получивших радиоканала для обслуживания.

Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования системы радиосвязи, содержащее два элемента И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик и элемент НЕ, причем второй вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента НЕ, введены генератор простейшего пуассоновского потока сигналов (ГПППС) с управляемой частотой следования, управляемый делитель, пять элементов И, два элемента НЕ, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И является входом датчика случайных потоков импульсов, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу первого реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются входами первого элемента ИЛИ и входами второго элемента И, выход которого соединен со входом первого элемента НЕ и со вторым входом четвертого элемента И, третий вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ, первый вход четвертого элемента И соединен с выходом управляемого делителя, информационный вход которого подключен к выходу управляемого генератора ПППС, а на управляющий вход подаются управляющие импульсы и первым входом первого элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, выход четвертого элемента И соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются входами второго элемента ИЛИ и входами пятого элемента И, выход которого соединен со входом второго элемента НЕ, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом третьего элемента НЕ, выход которого подключен ко второму входу седьмого элемента И, и первому входу шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом датчика случайного потока импульсов, а выход подключен к вычитающему входу второго реверсивного счетчика. Введение в прототип новых отличительных признаков - управляемого генератора ПППС, управляемого делителя, датчика случайного потока импульсов, генераторов тактовых импульсов, реверсивного счетчика, двух элементов НЕ, пяти элементов И, элемента ИЛИ и их новых связей, позволяет устройству моделировать работу системы радиосвязи с незакрепленными каналами при организации очереди заявок, не получивших радиоканала для обслуживания, и проводить исследование данной системы при различных степенях зависимости входящих заявок друг от друга.

Известно, что в первом приближении системы связи с незакрепленными каналами, в том числе и системы с радиоканалами (радио-АТС), моделируются как системы массового обслуживания. При этом не учитывается степень взаимозависимости поступающих сигналов в режиме организации очереди заявок, не получивших свободного радиоканала для обслуживания. Учет приведенных факторов важен на этапе проектирования систем радиосвязи, что и обуславливает важность введения рассматриваемого режима в приведенное устройство.

В связи с тем, что предлагаемое устройство имеет отличительные от прототипа признаки, оно удовлетворяет критерию "новизна".

Введенные отличительные признаки - управляемый генератор ПППС, управляемый делитель, датчик случайного потока импульсов, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, элементы НЕ, элементы И и элемент ИЛИ встречаются в других аналогах, однако там они служат для достижения других целей. Поставленная в предлагаемом устройстве цель достигается только благодаря введению предложенных отличительных признаков. Следовательно, заявляемое устройство удовлетворяет критерию "существенное отличие".

Промышленная воспроизводимость датчика случайного потока импульсов известна и описана в [3]. Промышленная воспроизводимость элементов И, ИЛИ и НЕ, генераторов тактовых импульсов и реверсивных счетчиков обусловлена наличием элементной базы.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для моделирования системы радиосвязи.

На фиг. 1 обозначено:
1 - управляемый генератор простейшего пуассоновского потока сигналов;
2 - управляемый делитель;
3,4,5,6,7,8,9 - соответственно 1,2,4,5,3,6,7-й элементы И;
10, 11, 12 - соответственно 1, 2, 3-й элементы НЕ:
13, 14-й - соответственно 1, 2-й элементы ИЛИ:
15, 16-й - соответственно 1, 2-й реверсивные счетчики;
17 - датчик случайного потока импульсов;
18 - генератор тактовых импульсов.

На фиг. 2 представлена структурная схема управляемого генератора простейшего пуассоновского потока сигналов.

На фиг. 2 обозначено:
19, 20, 21, 22, 23, 24 - управляемые генераторы тактовых импульсов с частотами следования соответственно f₁, f₂, f₃, f₄, f₅, f₆, причем f₁ < f₂ < f₃ < f₄ < f₅ < f₆, но f₆ < 2f₁.

25 - элемент ИЛИ.

В устройстве для моделирования системы радиосвязи выход генератора ПППС 1 соединен с информационным входом управляемого делителя 2, на управляющий вход которого подаются управляющие импульсы, а выход соединен соответственно через первый 3 элемент И с суммирующим входом первого реверсивного счетчика 15, а через четвертый 5 элемент И с суммирующим входом второго реверсивного счетчика 16. Второй вход первого 3 элемента И через последовательно соединенный первый 10 элемент НЕ подключен к выходу второго 4 элемента И. Выходы первого реверсивного счетчика 15 соединены с соответствующими входами второго 4 элемента И и через первый 13 элемент ИЛИ с первым входом третьего 7 элемента И. Выход генератора тактовых импульсов 18 соединен со вторым входом 7 элемента И, выход которого через последовательно соединенный датчик случайного потока импульсов 17 подключен к первому входу седьмого 9 элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика 15. Выход второго 4 элемента И соединен со вторым входом четвертого 5 элемента И, третий вход которого через последовательно соединенный второй 11 элемент НЕ подключен к пятому 6 элементу И. Выходы второго реверсивного счетчика 16 соединены с соответствующими входами пятого 6 элемента И и через второй 14 элемент ИЛИ со входом третьего 12 элемента НЕ, выход которого подключен ко второму входу седьмого 9 элемента И. Первый вход шестого 8 элемента И соединен с выходом второго 14 элемента ИЛИ, второй вход шестого 8 элемента И подключен к выходу датчика случайного потока импульсов 17, а выход является вычитающим входом реверсивного счетчика 16.

При этом в управляемом генераторе ПППС 1 выход 25 элемента ИЛИ подключен к информационному входу управляемого делителя 2, а входы соответственно соединены с выходами первого 19 - шестого 24 управляемых генераторов тактовых импульсов, на управляющие входы которых подаются управляющие импульсы, позволяющие увеличивать частоту следования импульсов в N раз (N = 1, 2, 3,...), причем величина N соответствует коэффициенту деления управляемого делителя 2.

Устройство 1 работает следующим образом.

С 19 - 24 - управляемых генераторов тактовых импульсов поступают сигналы на входы 25 элемента ИЛИ, на выходе которого обеспечивается наличие простейшего пуассоновского потока, т.е. потока импульсов, обладающего свойствами отсутствия последействия, ординарности и стационарности [4] по следующим соображениям:
1. В соответствие с предельной теоремой для суммарного потока [4] можно допустить, что суммарный поток с шести генераторов тактовых импульсов 19-24 с частотами соответственно f₁, f₂, f₃, f₄, f₅, f₆, причем f₁ < f₂ < f₃ < f₄ < f₅ < f₆; f₆ < 2f₁ будет характеризоваться отсутствием последействия и интенсивностью, равной

где М - количество генераторов тактовых импульсов (М=6). Заметим, что при увеличении М достоверность предположения об отсутствии последействия в суммарном потоке усиливается.

2. Ординарность потока на выходе устройства 1 обеспечивается 25 элементом ИЛИ, т. к. при появлении на его входах одновременно нескольких импульсов с тактовых генераторов, на выходе данного элемента будет присутствовать импульс в единственном числе.

Устройство для моделирования системы радиосвязи работает следующим образом.

Общее количество имеющихся в системе радиосвязи рабочих каналов определяется емкостью RS - реверсивного счетчика 15. Количество заявок, не получивших радиоканала для обслуживания и организующих очередь, определяется емкостью RS - реверсивного счетчика 16. Степень взаимовлияния поступающих заявок (последействия входящего потока) задается коэффициентом деления управляемого делителя 2.

При управляющем сигнале на входе управляемого делителя 2, соответствующем коэффициенту деления, равному единице, частота управляемого генератора ПППС 1 соответствует f_Σ, а на выходе управляемого делителя 2 присутствует поток Эрланга 0-го порядка, соответствующий простейшему пуассоновскому потоку. При увеличении коэффициента деления до величины N частота управляемого генератора ПППС 1 устанавливается в Nf_Σ, на выходе же управляемого делителя 2 присутствует нормированный поток Эрланга (N- 1)-го порядка, чем вносится некоторая степень последействия (взаимозависимости входящих заявок) относительно потока при N = 1. Нормирование потока достигается уменьшением времени между двумя соседними сигналами в N раз. При достаточно большой величине N поток на выходе управляемого делителя 2 можно считать близким к регулярному, т.е. обладающим свойством полного последействия [4].

Кроме этого, в предлагаемом устройстве могут моделироваться две возможные ситуации, имеющие место в моделируемой системе радиосвязи при приходе запроса на соединение двух абонентов:
1. В системе радиосвязи имеется хотя бы один свободный рабочий канал связи. Приходящий запрос на соединение поступает на обслуживание.

2. В системе радиосвязи отсутствуют свободные рабочие каналы связи. Приходящий запрос на соединение поступает в очередь. При появлении свободного рабочего канала связи запрос поступает на обслуживание, при этом количество запросов в очереди уменьшается на единицу, а количество занятых каналов остается неизменным. Тем самым моделируется освобождение одного рабочего канала и занятие его запросом из очереди.

В ситуации 1 предлагаемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии значение первого реверсивного счетчика 15 равно нулю. Количество занятых рабочих каналов радиосвязи в системе отображается двоичным числом в первом реверсивном счетчике 15. При этом на соответствующих данному числу прямых входах счетчика 15 имеется уровень логической единицы, т. к. есть занятые каналы радиосвязи. Т.к. есть и свободные каналы радиосвязи, то на выходе 4 элемента И будет уровень логического нуля, а соответственно на выходе 10 элемента НЕ и на входе 3 элемента И будет уровень логической единицы. Таким образом, пришедший запрос на соединение пройдет через открытый 3 элемент И и поступит на суммирующий вход реверсивного счетчика 15, значение которого увеличится на единицу, тем самым моделируется занятие одного рабочего канала. Моделирование процесса обслуживания заявок осуществляется следующим образом. Генератор тактовых импульсов 18 через открытый 7 элемент И выдает с большой частотой на вход датчика случайного потока импульсов 17 импульсы, при этом первый поступающий импульс запускает датчик 17, а последующие обеспечивают его работу.

Через случайное количество импульсов, равное времени обслуживания запроса на соединение, датчик случайного потока 17 формирует на своем выходе импульс, который свидетельствует, что обслуживание завершено и один из занятых каналов радиосвязи освободился. Этот импульс через открытый 9 элемент И поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 и емкость последнего уменьшается на единицу. Таким образом произойдет освобождение одного занятого канала радиосвязи. Заметим также, что процесс обслуживания занятых каналов радиосвязи осуществляется по описанному выше алгоритму даже в случае отсутствия нового пришедшего запроса на соединение.

В ситуации 2 предлагаемое устройство работает следующим образом.

Количество заявок, получивших отказ в обслуживании в системе связи и образовавших очередь, отображается двоичным числом во втором реверсивном счетчике 16. В исходном состоянии значение реверсивного счетчика 16 равно нулю. На выходе 6 элемента И будет присутствовать уровень логического нуля, а соответственно на выходе 11 элемента НЕ и третьем входе 5 элемента И будет уровень логической единицы. Т.к. в системе радиосвязи отсутствуют свободные каналы, то на всех входах 4 элемента И будет присутствовать уровень логической единицы, а следовательно, на выходе 10 элемента НЕ и входе 3 элемента И будет уровень логического нуля. На втором входе 5 элемента И будет присутствовать уровень логической единицы. Таким образом, пришедший запрос на соединение пройдет через открытый 5 элемент И и поступит на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 16, значение которого увеличится на единицу, тем самым моделируется организация очереди. На выходе 8 элемента И и 14 элемента ИЛИ будет присутствовать уровень логической единицы, а следовательно, на выходе 12 элемента НЕ и входе 9 элемента И будет присутствовать уровень логического нуля. Моделирование процесса обслуживания заявок, находящихся в очереди, осуществляется следующим образом. Если в системе радиосвязи освободился один рабочий канал, то через случайное количество импульсов, вырабатываемых генератором тактовых импульсов 18, равное времени обслуживания заявок из очереди, датчик случайного потока импульсов 17 формирует на своем выходе импульс, который свидетельствует о том, что обслуживание завершено и поступает через открытый 8 элемент И на вычитающий вход второго реверсивного счетчика 16. Таким образом производится уменьшение длины очереди на единицу, а количество занятых каналов в системе останется неизменным. Тем самым моделируется освобождение одного рабочего канала и занятие его заявкой из очереди. По окончании обслуживания заявок, находящихся в очереди, второй реверсивный счетчик 16 вернется в исходное состояние. На выходе 14 элемента ИЛИ будет присутствовать уровень логического нуля, при этом 8 элемент И будет закрыт, а 9 элемент И - открыт. В системе радиосвязи будет происходить моделирование режима обслуживания занятых каналов радиосвязи вышеописанным образом.

Подключая к соответствующим элементам данного устройства для моделирования системы радиосвязи различные счетные устройства, можно получить численные характеристики качества обслуживания абонентов с незакрепленными каналами при различных степенях взаимозависимости поступающих заявок.

Достоинством предлагаемого устройства для моделирования системы радиосвязи является более адекватное реальным условиям функционирования системы формирование внешних условий воздействия на систему радиосвязи, обеспечивающее повышение точности моделирования системы радиосвязи по отношению к предлагаемым ранее устройствам. Данное обстоятельство обусловлено использованием в качестве потока входных сигналов потока Эрланга N-го порядка, что позволяет задавать определенную степень взаимозависимости входных сигналов, соответствующую реальным условиям функционирования системы, и производить исследования функционирования системы радиосвязи при различных степенях взаимозависимости поступающих сигналов в режиме организации очереди заявок, не получивших радиоканала для обслуживания.

Источники информации, принятые во внимание:
1. А.С. (СССР) N 842827, МПК G 06 F 15/20 "Устройство для моделирования системы связи", 1981;
2. А.С. (СССР) N 1397935, МПК G 06 F 15/20 "Устройство для моделирования систем связи", 1988 (прототип):
3. А. С. (СССР) N 1370736, МПК H 03 F 3/84 "Датчик случайного потока", 1986;
4. Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории массового обслуживания. М: "Машиностроение", 1969, 324 с.

Изобретение позволяет проводить исследования функционирования системы радиосвязи с незакрепленными каналами при различных степенях взаимовлияния поступающих сигналов в режиме организации очереди заявок в случае отсутствия свободного канала, что и является достигаемым техническим результатом. Количество занятых (свободных) каналов в системе связи моделирует реверсивный счетчик 15. Количество заявок, получивших отказ в обслуживании, в системе связи и образовавших очередь, моделирует реверсивный счетчик 16. Степень взаимовлияния поступающих сигналов (последействия входного потока) задается коэффициентом деления управляемого делителя 2, при этом при коэффициенте деления, равном 1, можно считать, что во входном потоке последействие отсутствует, а при коэффициенте деления, большем 6, - полное последействие. Импульсы с управляемого генератора простейшего пуассоновского потока сигналов (ГППС) 1 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 через открытый 3 элемент И. Обслуживание заявок имитируется датчиком случайного потока импульсов 17, импульсы с которого поступают на вычитающий вход реверсивного считчика 15 через открытый 9 элемент И. В случае отсутствия в системе связи свободного канала 3 и 9 элементы И закрыты, 5 элемент И открыт и импульсы с генератора ГППС 1 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 16 через 5 элемент И. Обслуживание заявок, находящихся в очереди, в случае, когда все каналы системы заняты, имитируются датчиком случайного потока импульсов 17, импульсы с которого поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 через 8 элемент И, при этом 8 элемент И открыт при наличии хотя бы одной заявки. 2 ил.

Устройство для моделирования системы радиосвязи, содержащее два элемента И, два элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, первый элемент НЕ, причем второй вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента НЕ, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены управляемый генератор простейшего пуассоновского потока сигналов, управляемый делитель, пять элементов И, два элемента НЕ, реверсивный счетчик, датчик случайного потока импульсов, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И является входом датчика случайного потока импульсов, выход которого соединен со вторым входом шестого элемента И и с первым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу первого реверсивного счетчика, разрядные выходы которого являются входами первого элемента ИЛИ и входами второго элемента И, выход которого соединен со входом первого элемента НЕ и со вторым входом четвертого элемента И, третий вход четвертого элемента И подключен к выходу второго элемента НЕ, первый вход четвертого элемента И соединен с выходом управляемого делителя и первым входом первого элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, выход четвертого элемента И соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом шестого элемента И, а разрядные выходы являются входами второго элемента ИЛИ и входами пятого элемента И, выход которого соединен со входом второго элемента НЕ, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом шестого элемента И и входом третьего элемента НЕ, выход которого подключен ко второму входу седьмого элемента И, на управляющий вход управляемого делителя подаются управляющие импульсы, в управляемом генераторе простейшего пуассоновского потока сигналов выход элемента ИЛИ подключен к информационному входу управляемого делителя, а входы соответственно соединены с выходами первого - шестого управляемых генераторов тактовых импульсов, на управляющие входы которых подаются управляющие импульсы, позволяющие увеличить частоту следования импульсов в N раз (N = 1, 2, 3, ...), причем величина N соответствует коэффициенту деления управляемого делителя.