УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА СИСТЕМЫ СВЯЗИ Российский патент 2021 года по МПК H04L29/02 H04W28/02 

Изобретение относится к технике электросвязи, в частности к устройствам оценки эффективности информационного обмена (информационной эффективности) систем связи. Оно может быть использовано при создании новых и совершенствовании существующих каналов связи, узлов коммутации, автоматизированных систем управления, локальных вычислительных сетей, сетей связи с коммутацией сообщений, сетей связи с коммутацией пакетов, в том числе быстрой коммутацией пакетов.

Известно устройство, используемое для реализации способа оценки информационной эффективности системы связи и представленное в патенте RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8, которое взято в качестве прототипа.

Прототип содержит блоки измерителя-вычислителя универсального параметра для оценки информационной эффективности системы связи: блок измерения количества сообщений в системе связи, блок измерения производительности системы связи, вычисления кибернетической мощности, блок измерения емкостей буферов, блок измерения пропускных способностей, блок вычисления полной кибернетической мощности и блок вычисления КПД. Недостатком прототипа является низкая точность оценки КПД передачи информации, так как при ее определении не учитывают количество потерянных информационных сообщений (пакетов) и интенсивность потока повторных передач.

Предлагаемое устройство предназначено для достижения технического результата, заключающегося в повышении точности оценки КПД передачи информации, за счет измерения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) и интенсивности потока повторных передач путем определения на их основе мощности информационных потерь системы связи и уточнения с ее помощью значений кибернетической мощности и КПД передачи информации.

Технический результат достигается тем, что в устройстве оценки эффективности информационного обмена системы связи, содержащем блоки вычисления кибернетической мощности и полной кибернетической мощности системы связи, согласно изобретению, дополнительно введены последовательно соединенные первый счетчик, первый делитель, сумматор, перемножитель, вычитающее устройство и четвертый делитель, выход которого является третьим выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик и второй делитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, последовательно соединенные третий счетчик и третий делитель, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, кроме того, блок управления измерениями, первый и второй выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами устройства, при этом первый выход блока управления измерениями соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, второй вход вычитающего устройства соединен с выходом блока вычисления кибернетической мощности, а второй вход четвертого делителя соединен с выходом блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи.

Отличительный признак, касающийся дополнительного введения последовательно соединенных: первого счетчика, первого делителя, сумматора, перемножителя, вычитающего устройства и четвертого делителя; второго счетчика и второго делителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора; третьего счетчика и третьего делителя, выход которого соединен со вторым входом перемножителя; а также блока управления измерениями, первый выход которого соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, поясняется следующим. Из блока управления измерениями в систему связи (с первого и второго выходов устройства) выдают информацию о выбранном интервале времени измерений Τ и количестве необходимых измерений n за данный интервал. После чего из системы связи на счетчики за выбранный интервал времени Τ с периодичностью n измерений подают информацию об ошибочно принятых, недоставленных пакетах и повторных передачах пакетов, соответственно. В первом счетчике осуществляют подсчет количества ошибочно принятых пакетов Ν_{οп Τ}, во втором - количества недоставленных пакетов N_{нд T}, в третьем - количества повторно переданных пакетов Ν_{пп Τ}. Полученные в первом и втором счетчиках количества пакетов Ν_{οп Τ} и N_{нд T} направляют на первые входы первого и второго делителей, соответственно, где производят операцию деления на количество измерений n, поступающее на вторые входы делителей со второго выхода блока управления измерениями, и находят средние количества ошибочно принятых Ν_οп и недоставленных пакетов N_нд. Определенные в первом и втором делителях значения N_оп и N_нд, соответственно, подают на сумматор, где производят операцию сложения и определяют общее среднее количество информационных потерь (пакетов) в системе связи N_оп+N_нд=Ν_пот. Найденное значение Ν_пот направляют на первый вход перемножителя. Посчитанное в третьем счетчике количество повторно переданных пакетов Ν_{пп Τ} подают на первый вход третьего делителя, где производят операцию деления на величину интервала времени измерений Τ в секундах, поступающую на второй вход третьего делителя с первого выхода блока управления измерениями, и находят значение интенсивности потока повторных передач γ_пп, которое подают на второй вход перемножителя. В перемножителе производят перемножение значений Ν_пот и γ_пп, поступающих на его входы, в результате чего получают значение мощности информационных потерь системы связи KW_ип. Полученное значение KW_ип направляют на первый вход вычитающего устройства, на второй вход которого подают значение кибернетической мощности KW из блока вычисления кибернетической мощности системы связи, выполненного по схеме, представленной в прототипе [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]. В вычитающем устройстве путем выполнения операции вычитания определяют «реальную» кибернетическую мощность системы связи KW_реал=KW-KW_ип. Вычисленное значение KW_реал направляют на первый вход четвертого делителя, на второй вход которого подают значение полной кибернетической мощности KW_полн из блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи, выполненного по схеме, представленной в прототипе [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]. В четвертом делителе производят операцию деления значения KW_реал на значение KW_полн, поступивших на его входы. В результате чего получают значение КПД передачи информации системы связи с учетом информационных потерь η_ип, которое выдают на его выход, являющийся третьим выходом устройства.

Проведенные исследования [Межуев A.M., Пасечников И.И., Коренной А.В. Тензорная ортогональная модель с учетом влияния помеховой обстановки при оценке информационной эффективности инфокоммуникационных сетей. - М: Радиотехника, 2018. - №10. - С. 96-108] на основании требований Международного союза электросвязи по допустимым потерям пакетов в процессе информационного обмена [ITU-T Recommendation G. 1010 End-user multimedia QoS categories // November 2001; ITU-T Recommendation Y.1541 Network Performance Objectives for IP-Based Services // May 2002; ITU-T Recommendation E.802 Overall network operation, telephone service, service operation and human factors // February 2007] показывают, что получаемые оценки η_ип одновременно учитывают влияние помех и в целом дестабилизирующих факторов (совокупность воздействий, которые возникают случайно или преднамеренно в процессе функционирования системы и приводят к нежелательным воздействиям на отдельные элементы и систему в целом: ошибки при передаче информации, сбои и отказы в работе узлов коммутации, побочные эффекты и т.д.) на информационный обмен в системе связи. Учет информационных потерь в системе связи на сетевом уровне путем дополнительного определения мощности информационных потерь системы связи, позволяет существенно повысить точность оценки КПД передачи информации (до 20% от максимального значения КПД η_max). Поэтому использование уточненной оценки КПД передачи информации с учетом информационных потерь позволяет реализовать процедуры комплексной многоконтурной адаптации системы связи к изменениям условий функционирования в реальном масштабе времени, обеспечивающие поддержание высокой эффективности информационного обмена [Межуев A.M., Пасечников И.И., Коренной А.В. Методологические основы организации многоконтурной адаптации в сетевых информационных системах. - М.: Электромагнитные волны и электронные системы, 2019. - №4. - С. 35-45].

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором фигура изображает схематический чертеж устройства оценки эффективности информационного обмена системы связи, согласно изобретению.

Устройство оценки эффективности информационного обмена системы связи (фигура) содержит:

блок вычисления кибернетической мощности 1, предназначенный для определения значения кибернетической мощности системы связи KW (включающий блоки измерения количества сообщений и производительности системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]);

блок вычисления полной кибернетической мощности 2, предназначенный для определения значения полной кибернетической мощности системы связи KW_полн (включающий блоки измерения емкостей буферов блока запоминающих устройств и пропускных способностей блока устройств передачи информации системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]);

блок управления измерениями 3, предназначенный для задания интервала времени измерений Т и количества необходимых измерений n;

счетчик ошибочно принятых пакетов 4.1, предназначенный для подсчета количества ошибочно принятых пакетов N_{оп Т};

счетчик недоставленных пакетов 4.2, предназначенный для подсчета количества недоставленных пакетов N_{нд Т};

счетчик повторно переданных пакетов 4.3, предназначенный для подсчета количества повторно переданных пакетов N_{пп Т};

делитель 5.1, предназначенный для определения среднего количества ошибочно принятых пакетов N_оп путем выполнения операции деления количества ошибочно принятых пакетов N_{оп Т} за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n;

делитель 5.2, предназначенный для определения среднего количества недоставленных пакетов N_нд путем выполнения операции деления количества недоставленных пакетов N_{нд Т} за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n;

делитель 5.3, предназначенный для определения значения интенсивности потока повторных передач γ_пп путем выполнения операции деления количества повторно переданных пакетов N_{пп Т} за выбранный интервал времени измерений Т на величину этого интервала в секундах;

сумматор 6, предназначенный для определения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи N_пот путем выполнения операции сложения полученных в делителях 5.1, 5.2 значений N_оп, N_нд, соответственно;

перемножитель 7, предназначенный для перемножения значений общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи Ν_пот и значения интенсивности потока повторных передач γ_пп с целью получения значения мощности информационных потерь системы связи KW_ип;

вычитающее устройство 8, предназначенное для определения значения «реальной» кибернетической мощности системы связи KW_реал путем выполнения операции вычитания из значения кибернетической мощности системы связи KW мощности информационных потерь KW_ип;

делитель 9, предназначенный для деления значений «реальной» кибернетической мощности системы связи KW_реал на значения полной кибернетической мощности системы связи KW_полн с целью получения на выходе устройства значения КПД передачи информации с учетом информационных потерь η_ип.

Все операции, выполняемые в блоках 1-9, могут быть реализованы, например, на основе цифровых устройств и быстродействующих микроконтроллеров [Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. - С.-Пб.: Наука и Техника, 2008. - 544 с.; Микушин А.В., Сажнев A.M., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. - С.-Пб.: БХВ - Петербург, 2010. - 832 с.].

Работа устройства (фигура) осуществляется следующим образом. В блоке управления измерениями 3 осуществляют выбор интервала времени измерений Τ и количества необходимых измерений n, которые с первого и второго выходов блока, являющихся, соответственно, первым и вторым выходами устройства, выдают в систему связи. После чего из системы связи в счетчики 4.1, 4.2 и 4.3, соответственно, получают информацию об ошибочно принятых, недоставленных и повторно переданных пакетах. В счетчике 4.1 производят подсчет количества ошибочно принятых пакетов Ν_{οπ Τ}, в счетчике 4.2 - количества недоставленных пакетов Ν_{ид Т} в системе связи за выбранный интервал времени измерений Т. Посчитанные в счетчиках 4.1 и 4.2 количества пакетов N_{оп T} и N_{ид Т} направляют, соответственно, на первые входы делителей 5.1 и 5.2, где путем выполнения операции деления на количество измерений n, поступающее на вторые входы делителей со второго выхода блока управления измерениями 3, и находят средние количества ошибочно принятых N_оп и недоставленных пакетов N_нд. Далее с выходов делителей 5.1 и 5.2, соответственно, выдают Ν_оп и Ν_нд на первый и второй входы сумматора 6. В сумматоре 6 выполняют операцию сложения посчитанных значений Ν_оп, Ν_нд и выдают полученное значение общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи Ν_пот на первый вход перемножителя 7. В счетчике 4.3 производят подсчет количества повторно переданных пакетов Ν_{пп Τ} за интервал времени измерений Т. После чего выдают его на первый вход делителя 5.3, где путем выполнения операции деления на величину интервала времени измерений Τ в секундах, поступающую на второй вход делителя 5.3 с первого выхода блока управления измерениями 3, находят значение интенсивности потока повторных передач γ_пп, которое подают на второй вход перемножителя 7. В перемножителе 7 выполняют операцию умножения значения Ν_пот на γ_пп и направляют полученное значение мощности информационных потерь системы связи KW_ип на первый вход вычитающего устройства 8. В блоке вычисления кибернетической мощности 1 на основе входной информации, поступающей из системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8] определяют значение кибернетической мощности системы связи KW, которое с его выхода подают на второй вход вычитающего устройства 8. В вычитающем устройстве 8 выполняют операцию вычитания из значения кибернетической мощности системы связи KW значения мощности информационных потерь системы связи KW_ип и выдают полученное значение «реальной» кибернетической мощности системы связи KW_реал на первый вход делителя 9. В блоке вычисления полной кибернетической мощности 2 на основе входной информации, поступающей из системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8] определяют значение полной кибернетической мощности системы связи KW_полн, которое с его выхода подают на второй вход делителя 9. В делителе 9 производят операцию деления значений KW_реал на KW_полн, поступающих на его входы, в результате чего определяют уточненное значение КПД передачи информации системы связи с учетом информационных потерь η_ип, которое выдают на его выход, являющийся третьим выходом устройства.

Изобретение относится к электросвязи, в частности к устройствам оценки эффективности информационного обмена в системах связи. Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности оценки КПД передачи информации, за счет измерения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) и интенсивности потока повторных передач путем определения на их основе мощности информационных потерь системы связи и уточнения с ее помощью значений кибернетической мощности и КПД передачи информации. При этом устройстве, содержащем блоки вычисления кибернетической мощности и полной кибернетической мощности системы связи, согласно изобретению для реализации соответствующих функций, дополнительно введены последовательно соединенные первый счетчик, первый делитель, сумматор, перемножитель, вычитающее устройство и четвертый делитель, выход которого является третьим выходом устройства; последовательно соединенные второй счетчик и второй делитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, последовательно соединенные третий счетчик и третий делитель, выход которого соединен со вторым входом перемножителя; блок управления измерениями, первый и второй выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами устройства, при этом первый выход блока управления измерениями соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, второй вход вычитающего устройства соединен с выходом блока вычисления кибернетической мощности, а второй вход четвертого делителя соединен с выходом блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи. 1 ил.

Устройство оценки эффективности информационного обмена системы связи, содержащее блок вычисления кибернетической мощности, предназначенный для определения значения кибернетической мощности системы связи КW путем измерения количества сообщений и производительности системы связи (1) и блок вычисления полной кибернетической мощности, предназначенный для определения значения полной кибернетической мощности системы связи КW_полн путем измерения емкостей буферов блока запоминающих устройств и пропускных способностей блока устройств передачи информации системы связи (2) системы связи, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные первый счетчик (4.1), предназначенный для подсчета количества ошибочно принятых пакетов в интервале Т, первый делитель (5.1), предназначенный для определения среднего количества ошибочно принятых пакетов путем выполнения операции деления количества ошибочно принятых пакетов за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n, сумматор (6), предназначенный для определения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи путем выполнения операции сложения полученных в делителях (5.1), (5.2) значений, перемножитель (7), предназначенный для перемножения значений общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи и значения интенсивности потока повторных передач с целью получения значения мощности информационных потерь системы связи КW_ип, вычитающее устройство (8), предназначенное для определения значения «реальной» кибернетической мощности системы связи КW_реал путем выполнения операции вычитания из значения кибернетической мощности системы связи КW мощности информационных потерь КW_ип и четвертый делитель (9), предназначенный для деления значений «реальной» кибернетической мощности системы связи КW_реал на значения полной кибернетической мощности системы связи КW_полн с целью получения значения КПД передачи информации с учетом информационных потерь η_ип, выход которого является третьим выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик (4.2), предназначенный для подсчета количества недоставленных пакетов в интервале Т, и второй делитель (5.2), предназначенный для определения среднего количества недоставленных пакетов путем выполнения операции деления количества недоставленных пакетов за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n, выход которого соединен со вторым входом сумматора, последовательно соединенные третий счетчик (4.3), предназначенный для подсчета количества повторно переданных пакетов в интервале Т, и третий делитель (5.3), предназначенный для определения значения интенсивности потока повторных передач путем выполнения операции деления количества повторно переданных пакетов за выбранный интервал времени измерений Т на величину этого интервала в секундах, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, кроме того, блок управления измерениями (3), предназначенный для задания интервала времени измерений Т и количества необходимых измерений n, которые с первого и второго выходов блока, являющихся, соответственно, первым и вторым выходами устройства, выдают в систему связи, при этом первый выход блока управления измерениями соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, второй вход вычитающего устройства соединен с выходом блока вычисления кибернетической мощности, а второй вход четвертого делителя соединен с выходом блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи.