СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H04L1/00 

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и систем сбора и передачи информации в вычислительных сетях.

Известны способы передачи дискретной информации (см., например, [1] стр.395-427, [2], [3]).

В известных способах передаваемые по каналам связи данные разбивают на блоки. При наличии искажений передаваемых данных используют одну или несколько дополнительных передач блоков данных. При этом по каналу обратной связи передают либо принятые сообщения (системы с информационной обратной связью), либо решение о правильном или ошибочном приеме сообщений (системы с решающей обратной связью).

Использование обратной связи обеспечивает высокую достоверность передаваемой информации. Однако в ряде применений систем сбора и передачи информации в вычислительных сетях известные способы передачи имеют существенные недостатки. Например, при сборе и передаче значительных объемов данных телеизмерений по большому числу параметров сложных технических комплексов необходимы, с одной стороны, каналы связи со спутниковыми сегментами (в том числе и с передачей данных через один или несколько спутников на геостационарной орбите). С другой стороны, часть данных, необходимых для репортажа о поведении сложного технического комплекса и экспресс-анализа данных телеизмерений наиболее значимых параметров, должна передаваться в реальном времени. Гарантированная передача всех данных телеизмерений параметров целесообразна для полного анализа поведения сложного технического комплекса, проводимого после выполнения репортажа и экспресс-анализа. Для указанного применения характерна также избыточность частоты выполняемых телеизмерений параметров сложных технических комплексов, обусловленная циклической структурой измерительной информации, что допускает проводить репортаж и экспресс-анализ по части измерений значимых параметров. Спутниковый сегмент канала связи в указанном применении обуславливает значительную задержку сообщений по обратной связи и повышенную интенсивность искажений передаваемых данных. При задействовании каналов обратной связи значительное время ожидания сообщений о правильном или ошибочном приеме сообщений и существенная вероятность неоднократных повторов для достижения достоверной передачи блоков данных не позволяют реализовать передачу в реальном времени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [4], несмотря на то, что способ применяется в области передачи аудио- и видеоданных в сети Интернет. В данном способе на передающей стороне данные кодируются для возможности контроля и коррекции ошибок. На каждом уровне протокола связи к полезным данным добавляются заголовки. Для решения проблемы задержек, которые препятствуют реализации передачи в реальном времени, по одному из заявленных в [4] вариантов, полезные данные и заголовки передаются отдельно друг от друга. Полезные данные передаются по протоколу UDP (протокол пользовательских дейтаграмм), который представляет собой протокол передачи без подтверждения. Заголовки пакетируются отдельно и передаются по протоколу UCP (протокол управления передачей), который представляет собой протокол передачи с подтверждением или, по другому заявленному в [41 варианту, также по протоколу без подтверждения.

Недостатком этого способа при использовании в указанном применении является большое количество передаваемых блоков и соответственно заголовков. В условиях существенной вероятности искажений сообщений в одном из сегментов связи (в указанном применении через связные спутники на геостационарной орбите) большое число передаваемых с подтверждением заголовков не позволяет реализовать передачу в реальном времени. В варианте передачи и полезных данных и заголовков пакетов по протоколу без подтверждения невозможно получить необходимый уровень достоверности передачи данных, искажение (потеря) заголовков приводит к невосполнимым потерям полезной информации.

Целью предлагаемого способа является: в период регистрации - обеспечение передачи части данных в реальном времени с выполнением при этом требований по достоверности передачи, а после периода регистрации - гарантированная доставка всех зарегистрированных данных.

Цель достигается реализацией заявляемых способа передачи информации по каналам связи в реальном времени и системы для его осуществления.

Для решения задачи передачи данных в реальном времени в заявляемом способе по транспортному протоколу без подтверждения передаются только значимые для использования в этот период данные. Все зарегистрированные данные запоминают на приемной стороне.

Сокращением данных передаваемых в реальном времени создается временной резерв, который используется для повышения достоверности передач данных. Для решения задачи выполнения требований по достоверности передачи данных помимо использования помехоустойчивого кодирования блоков данных для каждого передаваемого блока данных формируются и передаются один или несколько резервных блоков.

Для решения задачи гарантированной доставки всех данных (после завершения периода регистрации данных и сопровождающей этот период передачи части данных в реальном времени) выполняют передачу данных по транспортному протоколу с подтверждением.

В ряде применений систем сбора и передачи информации в вычислительных сетях, например при сборе и передаче значительных объемов данных телеизмерений по большому числу параметров сложных технических комплексов данный подход позволяет:

- существенно повысить достоверность данных, передаваемых в реальном времени для проведения репортажа о поведении сложных технических комплексов и экспресс-анализа значимых параметров;

- обеспечить гарантированную доставку всех зарегистрированных данных для полного анализа параметров сложных технических комплексов.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

На передающей стороне осуществляется многократная передача текущих блоков измерительной информации, регламентированная временным ограничениям реального времени.

На принимающей стороне осуществляется:

- прием блоков данных, регламентированный временными ограничениями реального времени;

- выбор блока, содержащего неискаженную информацию или, при условии отсутствия такого блока, восстановление наименее искаженного блока данных.

Предложенный способ и система для его осуществления поясняется чертежом.

На передающей стороне реализуются следующие компоненты:

1 - источник данных;

2 - первое запоминающее устройство;

3 - первый мультиплексор;

4 - первое кодирующее устройство;

5 - первое устройство управления;

6 - первый передатчик;

7 - первый приемник;

8 - первое устройство декодирования;

9 - первое устройство коррекции.

Компоненты передающей стороны соединены следующим образом:

выходы 10 источника данных 1 соединены с входами первого запоминающего устройства 2, с первыми входами первого мультиплексора 3 и первыми информационными входами первого устройства управления 5;

выходы 11 первого запоминающего устройства 2 соединены со вторыми входами первого мультиплексора 3;

информационные выходы 12 первого устройства управления 5 соединены с третьими входами первого мультиплексора 3;

первые управляющие выходы 13 первого устройства управления 5 соединены с входами первого мультиплексора 3;

вторые управляющие выходы 14 первого устройства управления 5 соединены с входами управления первого кодирующего устройства 4;

третьи управляющие выходы 15 первого устройства управления 5 соединены с управляющими входами первого запоминающего устройства 2;

выходы 16 первого кодирующего устройства 4 соединены со входами первого передатчика 6;

выходы 17 первого передатчика 6 являются входами прямого канала связи «передатчик-приемник»;

выходы первого мультиплексора 3 являются входами первого кодирующего устройства 4.

выходы канала обратной связи «передатчик-приемник» являются входами 18 первого приемника 7;

выходы 19 первого приемника 7 соединены со входами первого устройства декодирования 8;

информационные выходы первого устройства декодирования 8 являются входами первого устройства коррекции 9;

выходы 20 первого устройства коррекции 9 соединены со вторыми информационными входами первого устройства управления 5;

управляющие выходы 21 первого устройства декодирования 8 соединены с управляющими входами первого устройства управления 5.

На передающей стороне реализуются следующие компоненты:

22 - второй приемник;

23 - второе запоминающее устройство;

24 - второе устройство декодирования;

25 - второе устройство коррекции;

26 - второй мультиплексор;

27 - устройство передачи данных пользователю;

28 - второе устройство управления;

29 - второе кодирующее устройство;

30 - второй передатчик.

Компоненты передающей стороны соединены следующим образом:

выходы прямого канала связи «передатчик-приемник» являются входами 31 второго приемника 22;

выходы 32 второго приемника 22 соединены со входами второго запоминающего устройства 23;

первые выходы 33 второго запоминающего устройства 23 соединены со входами второго устройства декодирования 24;

информационные выходы второго устройства декодирования 24 являются входами второго устройства коррекции 25;

вторые выходы 34 второго запоминающего устройства 23 соединены с первыми входами второго мультиплексора 26;

управляющие выходы 35 второго устройства декодирования 24 соединены с входами второго устройства управления 28;

выходы 36 второго устройства коррекции 25 соединены со вторыми входами второго мультиплексора 26;

выходы 37 устройства передачи данных пользователю 27 предназначены для выдачи данных пользователю;

первые управляющие выходы 38 второго устройства управления 28 соединены с управляющими входами второго мультиплексора 26;

вторые управляющие выходы 39 второго устройства управления 28 соединены с управляющими входами второго запоминающего устройства 23;

информационные выходы 40 второго устройства управления 28 соединены со входами второго кодирующего устройства 29;

выходы 41 второго кодирующего устройства 29 соединены со входами второго передатчика 30;

выходы 42 второго передатчика 30 являются входами канала обратной связи «передатчик-приемник».

Источник 1 может быть реализован применением известных приемно-регистрирующих телеметрических станций. Первый и второй передатчики 6 и 30, первый и второй приемники 7 и 22 могут быть реализованы применением известных станций спутниковой связи. Остальные компоненты предлагаемой системы могут быть реализованы с помощью ЭВМ на передающей и приемной сторонах. На практике, для обеспечения высокой пропускной способности, часть функций первого устройства управления 5 (прежде всего функция выделения из потока от источника 1 данных по заданным телеметрируемым параметрам), как правило, реализуют с помощью отдельного устройства.

В процессе репортажа о поведении сложного технического комплекса и экспресс-анализа данных телеизмерений наиболее значимых параметров из потока данных с выхода 10 источника данных 1 первое устройство управления 5 выбирает отрезки времени, в течение которых передаются данные телеизмерений по заданным параметрам сложного технического комплекса, и выдает соответствующие сигналы на передачу выбранных данных через первые входы мультиплексора 3 на входы первого кодирующего устройства 4, код с выхода которого передается в качестве основного блока данных через первый передатчик 6 в прямой канал связи «передатчик-приемник». Данные в процессе репортажа и экспресс-анализа передаются по протоколу без подтверждения (например, по протоколу UDP). Правила кодирования могут изменяться в зависимости от сигналов управления с первых управляющих выходов первого устройства управления 5.

Все данные телеизмерений заносят также в первое запоминающее устройство 2.

В зависимости от пропускной способности канала связи и объема данных, передаваемых в период репортажа и экспресс-анализа, формируют и передают для основных блоков один или несколько резервных блоков данных. Кратность передач резервных блоков данных регламентируется временными ограничениями реального времени (все передачи резервных блоков данных должны быть завершены до момента времени начала передачи следующего основного блока данных). Для передачи резервных блоков, вслед за передачей основного блока, из первого запоминающего устройства 2, в соответствии с сигналами на третьих управляющих выходах 15 первого устройства управления 5, зарегистрированные данные, соответствующие основному блоку, выдаются на входы первого кодирующего устройства 4 через вторые входы мультиплексора 3. По одному из вариантов предлагаемого способа кодирование основного и резервных блоков передаваемых данных могут быть различными (для увеличения вероятности коррекции искаженных данных).

На приемной стороне основной блок данных и резервные с выходов 32 второго приемника 22 запоминаются во втором запоминающем устройстве 23. С первых выходов 33 второго запоминающего устройства 23 основной и резервные блоки данных последовательно поступают на входы второго устройства декодирования 24. При отсутствии искажений, что определяется по сигналам с управляющих выходов 35 второго устройства декодирования 24, второе устройство управления 28 выдает соответствующие сигналы на первые 38 и вторые 39 свои выходы управления. В соответствии с ними неискаженные блок данных (основной или один из резервных) со вторых выходов 34 второго запоминающего устройства 23 через первые входы второго мультиплексора 26 и через устройство передачи 27 выдаются потребителю.

При наличии таких искажений в основном или одном из резервных блоков, которые могут быть исправлены при использовании соответствующего корректирующего кода (что определяется соответствующими сигналами на управляющих выходах 35 второго устройства декодирования 24), второе устройство управления 28 управляет передачей одного из блоков (основного или резервного) по другому тракту. Тракт передачи блока данных с коррекцией искажений: первые выходы 33 второго запоминающего устройства 23 - второе устройство декодирования 24 - второе устройство коррекции 25 - вторые входы второго мультиплексора 26 - устройство передачи 27.

При высоком уровне искажений, которые не могут быть скорректированы, блок данных потребителю не выдается.

Непосредственно после завершения периода регистрации измерений телеметрируемых параметров (регистрация осуществляется в первом запоминающем устройстве 2, в качестве которого может быть использованы, например, жесткие диски ЭВМ) или с некоторой задержкой выполняется передача всех данных из первого запоминающего устройств 2 по протоколу с подтверждение (например, по стеку протоколов TCP/IP). При этом передача резервных блоков не используется, а тракты передачи следующие:

при передаче блоков данных по прямому каналу связи - выходы 11 первого запоминающего устройства 2 - вторые входы мультиплексора 3 - первое кодирующее устройства 4 - первый передатчик 6 - прямой канал связи - второй приемник 22 - первые 33 и вторые 34 выходы второго запоминающего устройства 23; дальнейшее прохождение данных зависит от того характера искажений переданных данных;

при определении наличия искажений - первые 33 выходы второго запоминающего устройства 23 - второе устройство декодирования 24 - управляющие выходы 35 - управляющие выходы 35 второго устройства декодирования 24;

при отсутствии искажений (под действием сигналов с первых 38 и вторых 39 управляющих выходов второго устройства управления 28) - вторые 34 выходы второго запоминающего устройства 23 - первые входы второго мультиплексора 26 - устройство передачи данных пользователю 27;

при наличии искажений, исправление которых возможно (под действием сигналов с первых 38 и вторых 39 управляющих выходов второго устройства управления 28) - первые 33 выходы второго запоминающего устройства 23 - второе устройство декодирования 24 - второе устройство коррекции 25 - вторые входы второго мультиплексора 26 - устройство передачи данных пользователю 27;

при наличии искажений, исправление которых невозможно (определяется соответствующими сигналами с управляющего выхода 35 второе устройство декодирования 24,), передается сообщение по обратному каналу связи о необходимости повтора передачи блока данных - управляющие выходы 35 второго устройства декодирования 24 (сигналы о невозможности коррекции) - второе устройство управления 28 - информационные выходы 40 второго устройства управления 28 (сформированное сообщение) - второе кодирующее устройство 29 (кодирование сообщения) - второй передатчик 30 - канал обратной связи - первый приемник 7 (сообщение о необходимости повтора передачи данных).

Процесс подготовки к испытаниям, эксплуатации сложного технического комплекса проводится заранее. В этот период нет жестких временных ограничений на выполнение подготовительных работ.

В процессе подготовки системы к работе по одному из вариантов из центра контроля, обработки и анализа телеизмерений параметров сложных технических комплексов (приемная сторона) с помощью второго устройства управления 28 формируют данные (исходные данные) о параметрах, необходимых для выделения из потока телеизмерений в период репортажа и экспресс-анализа. В период подготовки исходные данные передаются на передающую сторону по протоколу с подтверждением, чем обеспечивается гарантированная доставка исходных данных (например, по стеку протоколов TCP/IP). Исходные данные разбивают на блоки, кодируют с помощью второго кодирующего устройства 29 и передают через второй передатчик 30 и канал связи на первый приемник 7. Поступившие блоки данных декодируют в первом устройстве декодирования 8 и с его информационных выходов поступают на входы первого устройства коррекции 9. Если блок передан без ошибок, или скорректирован в первом устройстве коррекции 9, данные с выходов 20 первого устройства коррекции 9 поступают на вторые информационные входы первого устройства управления 5. При невозможности коррекции (количество искажений блока данных превышает корректирующие возможности кода) по данным с управляющих выходов 21 первого устройства декодирования 8, передаваемым на управляющие входы первого устройства управления 5, формируется сообщение о необходимости повторной передачи блока данных. Сообщение по информационным выходам 12 первого устройства управления 5 поступает на третьи входы первого мультиплексора 3 и под управлением сигналов с первых 13 и вторых 14 выходов управления первого устройства управления 5 кодируется первым кодирующим устройством 4 и передается через первый передатчик 6 в прямой канал связи «передатчик-приемник». После завершения сеанса передачи исходных данных в первом устройстве управления 5 занесены данные, необходимые для выбора из потока от источника 1 телеизмерений параметров, необходимых для репортажа и экспресс-анализа. По одному из вариантов в составе исходных данных могут быть переданы и данные о разреживании измерений по отдельным телеметрируемым параметрам (например, о передачи только каждого второго, или третьего измерения, или как-либо иначе).

В результате применения предлагаемого способа, по сравнению с известными способами, достигается первичный эффект, заключающийся в повышении функциональных возможностей систем сбора и передачи информации в вычислительных сетях за счет повышения достоверности передаваемой в реальном времени измерительной информации.

Вышепредставленный подход позволит получить значительный экономический эффект за счет:

- сокращения затрат на испытания и эксплуатацию сложных технических комплексов за счет повышения качества контроля их поведения в реальном времени;

- увеличения вероятности предотвращения аварийных ситуаций за счет повышения достоверности информации, прогнозирующей их начало;

- сокращения затрат на эксплуатацию систем сбора и передачи информации из-за исключения необходимости систематического решения вопросов, связанных с недостаточной достоверностью передаваемых данных.

От использования предлагаемого изобретения следует ожидать и вторичный эффект, заключающийся в уменьшении затрат на создание систем обеспечения испытаний и эксплуатации сложных технических комплексов за счет повышения уровня унификации компонентов этих систем, так как предлагаемый способ обмена универсален для различных информационных обменов между средствами телеизмерений параметров сложных технических комплексов и центрами контроля поведения сложных технических комплексов, обработки и анализа данных телеизмерений параметров сложных технических комплексов. Дополнительный вторичный эффект заключается в сокращении персонала, необходимого для эксплуатации систем сбора и передачи информации за счет реализации возможности телеуправления со стороны центров контроля, обработки и анализа средствами передающих пунктов.

Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все компоненты системы, реализующей способ, известны и используются на практике.

Приложение к чертежу

Обозначения, используемые на чертеже:

1 - источник данных;

2 - первое запоминающее устройство;

3 - первый мультиплексор;

4 - первое кодирующее устройство;

5 - первое устройство управления;

6 - первый передатчик;

7 - первый приемник;

8 - первое устройство декодирования;

9 - первое устройство коррекции;

10 - выходы источника данных;

11 - выходы первого запоминающего устройства;

12 - информационные выходы первого устройства управления;

13 - первые управляющие выходы первого устройства управления;

14 - вторые управляющие выходы первого устройства управления;

15 - третьи управляющие выходы первого устройства управления;

16 - выходы первого кодирующего устройства;

17 - выходы первого передатчика;

18 - входы первого приемника;

19 - выходы первого приемника;

20 - выходы первого устройства коррекции;

21 - управляющие выходы первого устройства декодирования;

22 - второй приемник;

23 - второе запоминающее устройство;

24 - второе устройство декодирования;

25 - второе устройство коррекции;

26 - второй мультиплексор;

27 - устройство передачи данных пользователю;

28 - второе устройство управления;

29 - второе кодирующее устройство;

30 - второй передатчик;

31 - входы второго приемника;

32 - выходы второго приемника;

33 - первые выходы второго запоминающего устройства;

34 - вторые выходы второго запоминающего устройства;

35 - управляющие выходы второго устройства декодирования;

36 - выходы второго устройства коррекции;

37 - выходы устройства передачи данных пользователю;

38 - первые управляющие выходы второго устройства управления;

39 - вторые управляющие выходы второго устройства управления;

40 - информационные выходы второго устройства управления;

41 - выходы второго кодирующего устройства;

42 - выходы второго передатчика.

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и систем сбора и передачи информации в вычислительных сетях. Технический результат заключается в повышении достоверности передаваемой в реальном времени измерительной информации. Сущность изобретения заключается в том, что на передающей стороне запоминают все данные, выделяют значимые для передачи в реальном времени данные и передают основными блоками по протоколу без подтверждения, формируют и передают один или несколько резервных блоков данных, после периода реального времени передают все данные по протоколу с подтверждением, на приемной стороне в период регистрации декодируют, выбирают из основного и резервных блок без искажений или корректируют данные в одном из блоков, а после окончания периода регистрации передают все зарегистрированные данные с подтверждением. Для осуществления способа система на приемной и передающей стороне содержит запоминающие устройства, кодирующие, декодирующие и корректирующие устройства, приемники и передатчики, а также устройства управления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ передачи информации по каналам связи в реальном времени, при котором на передающей стороне разбивают данные на блоки, кодируют с использованием предварительно определенного типа кодирования, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, отличающийся тем, что на передающей стороне в период регистрации запоминают все данные, выделяют значимые для передачи в реальном времени данные и передают основными блоками данных по протоколу без подтверждения, с учетом пропускной способности канала связи и объема данных, передаваемых в период регистрации, по возможности формируют и передают для основных блоков один или несколько резервных блоков данных, после окончания периода регистрации выбирают все занесенные в память данные и передают блоками по протоколу с подтверждением, на приемной стороне в период регистрации декодируют, выбирают из основного и резервных блок без искажений или корректируют данные в одном из блоков или при невозможности восстановления отбрасывают блоки, а после окончания периода регистрации по результатам контроля наличия искажений в принятых блоках передают на передающую сторону сообщения о необходимости повторных передач блоков данных.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют тип кодирования при передаче резервных блоков данных.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что исходные данные передающей стороне, необходимые для выделения данных, значимых для передачи в реальном времени, передают с приемной стороны.

4. Система для осуществления способов по п.1, или 2, или 3, содержащая источник данных, на передающей и приемной стороне соответственно первый и второй передатчики и первый и второй приемники, первое и второе устройства кодирования, первое и второе устройства декодирования и первое и второе устройства коррекции, первое запоминающее устройство на приемной стороне, отличающаяся тем, что на передающей стороне выходы источника данных соединены со входами первого запоминающего устройства, первыми входами первого мультиплексора данных, первыми информационными входами первого устройства управления, управляющие входы первого запоминающего устройства соединены с третьими управляющими выходами первого устройства управления, выходы первого запоминающего устройства соединены со вторыми входами первого мультиплексора данных, с третьими входами которого соединены первые информационные выходы первого устройства управления, с управляющими входами первого мультиплексора соединены первые управляющие выходы первого устройства управления, выходы первого мультиплексора данных соединены со входами первого кодирующего устройства, выходы которого соединены со входами первого передатчика, выходы первого приемника соединены со входами первого устройства декодирования, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами первого устройства управления, а информационные выходы соединены со входами первого устройства коррекции, выходы которого соединены со вторыми информационными входами первого устройства управления, входы первого приемника являются выходами обратного канала связи, а выходы первого передатчика являются входом прямого канала связи с принимающей стороной, на которой второй приемник входами соединен с выходом прямого канала связи, а выходами соединен со вторым запоминающим устройством, вторые выходы второго запоминающего устройства соединены с первыми входами второго мультиплексора, первые выходы второго запоминающего устройства соединены со входами второго устройства декодирования, информационные выходы второго устройства декодирования соединены со входами второго устройства коррекции, выходы второго устройства коррекции соединены со вторыми входами второго мультиплексора, управляющие выходы второго устройства декодирования соединены со входами второго устройства управления, первые управляющие выходы которого соединены с управляющими входами второго мультиплексора, а вторые управляющие выходы соединены с управляющими входами второго запоминающего устройства, информационные выходы второго устройства управления соединены со входами второго кодирующего устройства, выходы которого соединены со входами второго передатчика, причем выходы второго передатчика являются входами канала обратной связи, а входы второго приемника являются выходами прямого канала связи.