УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ СВЯЗИ Российский патент 2006 года по МПК G06G7/62 H04B7/24 

Изобретение относится к области моделирования работы систем связи.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей путем обеспечения моделирования процесса обмена сообщениями между двумя абонентами по одному из N каналов в условиях отказов и восстановлений связи.

Известно устройство [1], моделирующее работу циркулярной системы связи в условиях различной помеховой обстановки. Его недостатком является отсутствие режима моделирования процесса восстановления системы связи после отказов.

Известно также устройство [2], моделирующее работу системы радиосвязи с незакрепленными каналами при различных степенях взаимовлияния поступающих сигналов в режиме организации очереди заявок в случае отсутствия свободного канала. Его недостатком также является отсутствие режима моделирования процесса восстановления после отказов.

Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство [3], имитирующее дискретные каналы связи, содержащее блок синхронизации, генератор Марковской последовательности, сдвигающий регистр, генератор пачки импульсов, датчик случайных чисел, коммутатор, шифратор, блок промежуточной памяти, пороговый блок и m сумматоров 10 по модулю два. Однако данное устройство не обеспечивает возможность моделирования режима обмена сообщениями по одному из N каналов в условиях возникновения отказов и их восстановлений в каждом канале связи, а также в условиях отказов и восстановления всей системы связи.

Устройство для моделирования системы связи, содержащее блок синхронизации, первый вход которого является управляющим входом устройства, выход блока синхронизации подключен ко входу генератора Марковской последовательности, 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, генератор пачки импульсов, шифратор, коммутатор и сдвигающий регистр, причем первый выход генератора Марковской последовательности подключен к первому входу сдвигающего регистра и ко входу генератора пачки импульсов, выход которого соединен со вторым входом сдвигающего регистра, входом датчика случайных чисел и входом коммутатора, выход которого подключен ко входу блока промежуточной памяти, второй выход генератора Марковской последовательности соединен со входом шифратора, m выходов которого подключены к m входам коммутатора, выход порогового блока соединен с третьим входом сдвигающегося регистра, m выходов которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что в него введены генератор отказов, последовательно соединенный с входом RS-триггера, выход которого параллельно соединен с первым и вторым элементами И, генератор сигналов, подключенный ко входам первого элемента И и второго элемента И, выход первого элемента И соединен с первой линией задержки, а выход второго элемента и выход первой линии задержки соединены с первым элементом ИЛИ, выход которого соединен с третьим и четвертым элементами И, входы которых подключены к выходам второго RS-триггера, и соответственно выход третьего элемента И соединен со входом второй линии задержки, выход которой совместно с выходом четвертого элемента И соединены со входом второго элемента ИЛИ, также выход первого элемента ИЛИ соединен с счетчиком по модулю два и шестым элементом И, счетчик по модулю два подключен ко второму элементу НЕ, который, в свою очередь, подключен к шестому элементу И, вход первого генератора случайных чисел подключен к выходу шестого элемента И, а его выход подключен ко второму блоку промежуточной памяти, m выходов которого подключены ко входам седьмых элементов И, также ко входам седьмых элементов И подключены m выходов сдвигающего регистра, помимо этого к m выходам сдвигающего регистра подключены m входов пятого элемента И, выход которого соединен с первым таймером через первый элемент НЕ и вторым таймером, первый и второй таймеры подключены к блоку индикации, выходы седьмых элементов И подключены к третьему элементу ИЛИ, выход которого подключен ко второму RS-триггеру и первому генератору случайных чисел.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей путем обеспечения моделирования процесса обмена сообщениями между двумя абонентами по одному из N каналов в условиях отказов и восстановлений связи. Этот результат достигается тем, что в устройство [3], содержащее блок синхронизации, генератор Марковской последовательности, сдвигающий регистр, генератор пачки импульсов, датчик случайных чисел, коммутатор, шифратор, блок промежуточной памяти, пороговый блок и m сумматоров 10 по модулю два. Введены генератор сигналов 1, генератор отказов 2 [4] (стр.183-184), первый элемент И 4, второй элемент И 5, третий элемент И 9, четвертый элемент И 10, пятый элемент И 22, шестой элемент И 29, седьмые элементы И 33.1...33.N [4] (стр.47-50), первый RS-триггер 3, второй RS-триггер 8 [4] (стр.140-143), первую линию задержки 6, вторую линию задержки 11 [4] (стр.192-194), первый элемент ИЛИ 7, второй элемент ИЛИ 12, третий элемент ИЛИ 32 [4] (стр.51-52), счетчик по модулю 2 27 [4] (стр.212-213), первый генератор случайных чисел 30 [5] (стр.28), второй блок промежуточной памяти 31 [4] (стр.256-258), первый элемент НЕ 23, второй элемент НЕ 28 [6] (стр.361-365), первый таймер 24, второй таймер 25 [4] (стр.174-176), блок индикации 26 [7] (стр.393-394), и из прототипа [3] исключены m сумматоров 10 по модулю два.

Известно большое количество систем связи, построенных по принципу переключения каналов связи, в которых обмен информацией между абонентами осуществляется по одному из N каналов связи. Вследствие различного характера факторов, влияющих на надежность линий связи, вероятность возникновения отказов в каждой линии связи и время восстановления каждой линии различные. Определение вероятностных характеристик доведения сообщений в таких системах связи представляет собой сложную задачу, поэтому моделирование таких систем актуально на этапах их разработки, проектирования и эксплуатации.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, тождественные признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности "новизна". Введенные отличительные признаки не встречаются. Следовательно, заявляемое устройство удовлетворяет критерию "существенное отличие". Промышленная воспроизводимость введенных элементов обусловлена наличием элементной базы, на основе которой они могут быть выполнены.

На чертеже обозначено:

1 - генератор сигналов;

2 - генератор отказов;

3 - первый RS-триггер;

4 - первый элемент И;

5 - второй элемент И;

6 - первая линия задержки;

7 - первый элемент ИЛИ;

8 - второй RS-триггер;

9 - третий элемент И;

10 - четвертый элемент И;

11 - вторая линия задержки;

12 - второй элемент ИЛИ;

13 - блок синхронизации;

14 - генератор Марковской последовательности;

15 - генератор пачки импульсов;

16 - шифратор;

17 - коммутатор;

18 - сдвигающий регистр;

19 - первый блок промежуточной памяти;

20 - пороговый блок;

21 - датчик случайных чисел;

22 - пятый элемент И;

23 - первый элемент НЕ;

24 - первый таймер;

25 - второй таймер;

26 - блок индикации;

27 - счетчик по модулю 2;

28 - второй элемент НЕ;

29 - шестой элемент И;

30 - первый генератор случайных чисел;

31 - второй блок промежуточной памяти;

32 - третий элемент ИЛИ;

33.1...33.N - N седьмых элементов И.

Заявленное устройство поясняется чертежом, на котором показана схема устройства для моделирования системы связи.

Устройство моделирования системы связи содержит генератор сигналов 1, подключенный к первому элементу И 4 и второму элементу И 5, генератор отказов 2, подключенный к первому RS-триггеру 3, RS-триггер подключен к первому элементу И 4 и второму элементу И 5, первый элемент И 4, подключенный к первой линии задержки 6, второй элемент И 5, подключенный к первому элементу ИЛИ 7, первая линия задержки 6 с обратной связью на RS-триггер 3 и прямой связью на первый элемент ИЛИ 7, первый элемент ИЛИ 7, подключенный к третьему элементу И 9, четвертому элементу И 10, счетчику по модулю два 27 и шестому элементу И 29, подключенному к первому генератору чисел 30, выход которого подключен к второму блоку промежуточной памяти 31. Вторая линия задержки 11 с обратной связью на второй RS-триггер 8 последовательно соединена с третьим элементом И 9. Второй RS-триггер 8 подключен к третьему элементу И 9 и четвертому элементу И 10. Вход второго элемента ИЛИ 12 соединен с выходами второй линии задержки 11 и четвертым элементом И 10, а его выход - с блоком синхронизации 13.

Выход блока синхронизации 13 подключен к входу генератора Марковской последовательности 14, первый выход которого соединен со вторым входом блока синхронизации 13, первый блок промежуточной памяти 19, выход которого подключен к первому входу порогового блока 20, второй вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел 21. Первый выход генератора Марковской последовательности подключен к первому входу сдвигающего регистра 18 и к входу генератора пачки импульсов 15, выход которого соединен со вторым входом сдвигающего регистра 18, входом датчика случайных чисел 21 и входом коммутатора 17, выход которого подключен ко входу первого блока промежуточной памяти 19, второй выход генератора Марковской последовательности соединен со входом шифратора 16, m выходы которого подключены к m входам коммутатора, выход порогового блока соединен с третьим входом сдвигающего регистра 18, m выходов которого подключены соответственно к пятому элементу И 22 и седьмым элементам И 33.1...33.N.

Пятый элемент 22 соединен с первым элементом НЕ 23 и вторым таймером 25, первый элемент НЕ 23 соединен с первым таймером 24. Выходы таймеров подключены к блоку индикации 26.

К входам седьмых элементов И 33.1, 33.2, ..., 33.N также подключены выходы второго блока промежуточной памяти 31, а выходы этих элементов соединены со входом третьего элемента ИЛИ 32, выход которого соединен со входом второго RS-триггера 8 и входом первого генератора случайных чисел 30, выход которого подключен ко входу второго блока промежуточной памяти 31.

Выход первого элемента ИЛИ 7 подключен к счетчику по модулю два 27 и шестому элементу И 29. Выход счетчика по модулю два 27 соединен со входом второго элемента НЕ 28, выход которого подключен ко входу шестого элемента И 29, а выход шестого элемента И 29 соединен со входом первого генератора случайных чисел 30.

Устройство работает следующим образом.

Генератор сигналов 1 вырабатывает импульсы для передачи по системе связи, в случае отсутствия отказов импульсы проходят без задержки в первой линии задержки 6 через второй элемент И 5 и первый элемент ИЛИ 7. Подобным образом в отсутствии помехи в одном из N каналов импульс сигнала проходит через четвертый элемент И 10 и второй элемент ИЛИ 12 (минуя вторую линию задержки 11, имитирующую задержку при переключении каналов). Первый импульс с первого элемента ИЛИ 7 поступает на первый генератор случайных чисел 30 через шестой элемент И 29. Первый генератор случайных чисел 30 генерирует равномерно распределенное случайное число от единицы до m, определяющее номер N выбираемого канала связи, по которому будет вестись обмен информацией. Информация о значении этого числа поступает на второй блок промежуточной памяти 31, в котором хранятся последовательности разрядности N, состоящие из нулей, а в разряде, соответствующем сгенерированному числу, - единица. Блок синхронизации 13 по приходу сигнального импульса со второго элемента ИЛИ 12, в случае если пришел разрешающий передачу импульс с генератора Марковской последовательности 14, выдает на выходе импульс сигнала. Этот импульс запускает генератор Марковской последовательности 14. После окончания цикла поиска состояния цепи Маркова на выходе генератора Марковской последовательности появляется код состояния цепи Маркова, который шифратором 16 перекодируется в коды состояний цепи Маркова для различных m каналов и запоминается им. Одновременно на втором выходе генератора Марковской последовательности появляется сигнал, который опрашивает сдвигающий регистр 18. Поскольку в исходном состоянии сдвигающий регистр 18 обнулен, то при его опросе на входы седьмых элементов И 33.1...33.N сигналы не поступят. Этим же сигналом с генератора Марковской последовательности подготавливается блок 13 к приему следующего информационного синхроимпульса, по приходу которого через блок 13 запускается генератор Марковской последовательности на следующий цикл поиска состояния цепи Маркова. А, кроме того, тем же сигналом с генератора Марковской последовательности запускается генератор пачки импульсов, т.е. дальше работа генератора Марковской последовательности и всех остальных устройств происходит параллельно во времени и независимо друг от друга. Генератор пачки импульсов вырабатывает m импульсов по числу каналов. Первый импульс с генератора 15 опрашивает коммутатор 17, который пропускает код состояния цепи Маркова для первого канала, с шифратора 16 в первый блок промежуточной памяти 19, в ячейке которого согласно коду состояния хранится соответствующая условная вероятность ошибки. Сигнал на выходе порогового блока появится в том случае, если сумма равномерно распределенного случайного числа и условной вероятности ошибки будет больше единицы. Если это условие выполняется, то в младший разряд сдвигающего регистра запишется единица, что соответствует сигналу ошибки, а если нет - запишется ноль. Второй импульс из пачки импульсов с генератора 15 снова опрашивает коммутатор, который пропускает код состояния цепи Маркова в первый блок промежуточной памяти для второго канала, а также сдвигает информацию об ошибке в первом канале в сдвигающем регистре из младшего разряда в старший, и опрашивает датчик случайных чисел. Если сумма превысит единицу, то на выходе порогового блока появится сигнал, который запишет единицу в младший разряд сдвигающего регистра, а если нет, то ноль. После окончания генерации пачки из m импульсов в регистре 18 сформируется информация об ошибках в m каналах. Причем старший разряд будет соответствовать первому каналу, младший - m-му каналу. После окончания второго поиска состояния цепи Маркова в генераторе Марковской последовательности на втором его выходе появится сигнал опроса сдвигающего регистра. В результате на его выходах появятся сигналы ошибок, которые поступят на седьмые элементы И 33.1...33.N. В случае если в рабочем канале ошибки не произошло, то логическая операция И в соответствующем разряде над единицей, пришедшей со второго блока промежуточной памяти 31, и нулем, пришедшим со сдвигающего регистра 18, даст ноль, а так как в остальных разрядах со второго блока промежуточной памяти записаны нули, то остальные логические операции И также дадут нули. Таким образом, если на выходе третьего элемента ИЛИ 32 будет ноль, то переключение рабочего канала (имитация отказа в канале) и включение второй линии задержки 11, имитирующей время переключения каналов, не произойдет. Если в рабочем канале произойдет ошибка, т.е. уровень сигнал-шум станет ниже допустимого, то логическая операция И в соответствующем разряде над единицей, пришедшей со второго блока промежуточной памяти 31, и единицей, пришедшей со сдвигающего регистра 18, даст единицу, а так как в остальных разрядах со второго блока промежуточной памяти записаны нули, то остальные логические операции И также дадут нули. Таким образом, на выходе третьего элемента ИЛИ 32 будет единица, которая произведет запуск первого генератора случайных чисел 30 для выдачи номера следующего канала для работы и переключение второго RS-триггера 8 для подачи сигнала на третий элемент И 9. Таким образом, в случае отказа в одном из каналов связи импульсы, поступающие из первого элемента ИЛИ 7, будут проходить через третий элемент И 9 и далее через вторую линию задержки 11, имитирующую время переключения рабочего канала связи. После прохождения линии задержки 11 сигнал вновь переключает второй RS-триггер 8 для подачи сигнала на четвертый элемент И 10.

При появлении импульса с генератора отказов 2 сигнал проходит через первый элемент И 4 и первую линию задержки 6 (поскольку первый RS-триггер 3 переключается для подачи сигнала на первый элемент И 4), после прохождения которой импульс сигнала поступает на вход первого элемента ИЛИ 7 и один из входов первого RS-триггера 3, отключая тем самым первую линию задержки 6.

Первый таймер 24 предназначен для подсчета времени работы системы связи Т_р. Второй таймер 25 предназначен для подсчета времени, когда система находилась в нерабочем состоянии по причине внешнего воздействия или шумов на каналы связи Т_н.

Разработанная система обеспечивает доведение информации между двумя абонентами с вероятностью, не менее требуемой. Вероятность доведения информации до каждого абонента с учетом надежности линии связи можно определить как функцию от среднего времени восстановления (t_в) и времени наработки на отказ (Т):

Р=f(t_в, Т).

Расчет вероятности доведения информации по линиям связи между абонентами аналитическим путем представляет собой довольно сложную задачу, так как необходимо учитывать наличие различных факторов, влияющих на надежность каждой линии связи.

С помощью данной модели на основе полученных параметров можно произвести расчет коэффициента готовности системы связи по формуле:

где Т_р - средняя наработка на отказ;

Т_н - среднее время восстановления.

Подобное моделирование системы на этапе ее разработки позволяет сократить сроки разработки при сокращении стоимости самих работ и задавать требования ко времени восстановления и средней наработки на отказ для каждой линии связи с учетом обеспечения требуемой вероятности доведения информации до абонентов.

Источники информации

1. Изобретение "Устройство для моделирования системы связи": патент RU 2189077 C2, (51) 7 G 06 N 1/00, G 06 G 7/48, опубл. 26.03.1998.

2. Изобретение "Устройство для моделирования системы связи": патент RU 2156032 C2, (51) 7 Н 04 В 7/00, G 06 F 17/00, опубл. 07.07.1998.

3. Изобретение "Имитатор дискретных каналов связи": патент SU 842827, (51) 7 G 06 F 15/20, опубл. 30.06.1981.

4. Р.Токхейм. Основы цифровой электроники, М.: "Мир", 1988.

5. А.Н.Евсеев. Полезные схемы для радиолюбителей: новые технические решения: нестандартные включения UMC; особенности работы с современными UMC, конструкторы для школьной лаборатории и игротеки; бытовая электроника, М., "Солон-Р", 2000.

6. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие., 4-е изд. - Ростов н/Д: изд-во "Феникс", 2004.

7. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы, Справочник / А.В.Баюков, А.Б.Гитцевич, А.А.Зайцев и др. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

Изобретение относится к области моделирования работы систем связи и может быть использовано для моделирования процессов эксплуатации сетей связи. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей путем обеспечения моделирования процесса обмена сообщениями между двумя абонентами. Устройство содержит генератор сигналов, генератор отказов, два RS-триггера, элементы И, две линии задержки, три элемента ИЛИ, блок синхронизации, генератор Марковской последовательности, генератор пачки импульсов, шифратор, коммутатор, сдвигающий регистр, два блока промежуточной памяти, два таймера, счетчик по модулю два, датчик случайных чисел, блок индикации, два элемента НЕ, генератор случайных чисел и пороговый блок. 1 ил.

Устройство для моделирования системы связи, содержащее блок синхронизации, первый вход которого является управляющим входом устройства, выход блока синхронизации подключен ко входу генератора Марковской последовательности, 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, генератор пачки импульсов, шифратор, коммутатор и сдвигающий регистр, причем первый выход генератора Марковской последовательности подключен к первому входу сдвигающего регистра и ко входу генератора пачки импульсов, выход которого соединен со вторым входом сдвигающего регистра, входом датчика случайных чисел и входом коммутатора, выход которого подключен ко входу блока промежуточной памяти, второй выход генератора Марковской последовательности соединен со входом шифратора, m выходов которого подключены к m входам коммутатора, выход порогового блока соединен с третьим входом сдвигающего регистра, m выходов которого являются выходами устройства, отличающийся тем, что в него введены генератор отказов, последовательно соединенный с входом RS-триггера, выход которого параллельно соединен с первым и вторым элементом И, генератор сигналов, подключенный ко входам первого элемента И и второго элемента И, выход первого элемента И соединен с первой линией задержки, а выход второго элемента И и выход первой линии задержки соединены с первым элементом ИЛИ, выход которого соединен с третьим и четвертым элементом И, входы которых подключены к выходам второго RS-триггера, и, соответственно выход третьего элемента И соединен со входом второй линии задержки, выход которой совместно с выходом четвертого элемента И соединены со входом второго элемента ИЛИ, также выход первого элемента ИЛИ соединен с счетчиком по модулю два и шестым элементом И, счетчик по модулю два подключен ко второму элементу НЕ, который, в свою очередь, подключен к шестому элементу И, вход первого генератора случайных чисел подключен к выходу шестого элемента И, а его выход подключен ко второму блоку промежуточной памяти, m выходов которого подключены ко входам седьмых элементов И, также ко входам седьмых элементов И подключены m выходов сдвигающего регистра, помимо этого к m выходам сдвигающего регистра подключены m входов пятого элемента И, выход которого соединен с первым таймером через первый элемент НЕ и вторым таймером, первый и второй таймеры подключены к блоку индикации, выходы седьмых элементов И подключены к третьему элементу ИЛИ, выход которого подключен ко второму RS-триггеру и первому генератору случайных чисел.