Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Регистрация высокоскоростных потоков широко применяется в различных системах, использующих обработку и хранение данных. Сюда входят системы телекоммуникаций, сбора информации, видеонаблюдения, радиомониторинга и др.
Особое значение системы регистрации и воспроизведения потоков имеют при решении задач радиомониторинга телекоммуникационных сетей. В частности, представляет интерес фиксация высокоскоростных информационных потоков, передаваемых в спутниковых и радиорелейных системах.
Стремительное развитие вычислительной техники и
телекоммуникационных технологий привело к необходимости создания сложных систем регистрации и воспроизведения потоков на базе персональных, промышленных и других типов компьютеров.
Такие системы регистрации и воспроизведения высокоскоростных потоков имеют множество звеньев в трактах регистрации и воспроизведения, а следовательно, множество различных преобразований как исходного, так и промежуточных потоков регистрируемых или воспроизводимых данных.
Теоретические аспекты преобразования потоков данных рассмотрены в работах А. Деревянко, М. Гаранина, Д. Ульмана, В. Фейбела и др. Системы регистрации данных от телекоммуникационных сетей раскрыты в работах А. Рембовского, В. Прокиса, М. Стоунбрэкера, У. Сетинмела. Методам преобразования потоков данных и вариантам их реализации посвящены работы Д. Ватолина, А. Серова, В. Евстигнеева, Б. Брауна, Т. Хорнстетда и др.
Несмотря на большой вклад этих ученых, ряд проблем не достаточно разработан, в связи с тем, что эта отрасль бурно развивается. Основная проблема заключается в противоречии между возрастающими скоростями передачи множества потоков данных в телекоммуникационных системах и отсутствием методов и средств их преобразования и регистрации при наличии ограничений на параметры технических средств.
Поэтому актуальной является задача поиска и исследования существующих и разработка новых подходов, принципов и методов преобразования потоков данных для высокоскоростных систем регистрации и воспроизведения. Требуется более сложная методология, которая позволяет проектировать системы регистрации и воспроизведения одновременно удовлетворяющую многим параметрам - скорости регистрируемого и воспроизводимого потока, объему регистрируемой и воспроизводимой информации, стоимости, массе, габаритам, мощности потребления и др.
Объектом исследования является процесс преобразования и
регистрации множества потоков данных в современных
телекоммуникационных системах (ТС).
Предметом исследования являются методы, алгоритмы и программно-аппаратные и методические средства преобразования и регистрации высокоскоростных потоков данных в системах телекоммуникаций.
Цель: сокращение сроков проектирования преобразователей высокоскоростных потоков данных систем телекоммуникаций в условиях изменяющихся требований к их характеристикам.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены задачи:
-
Анализ предметной области и постановка задачи исследования.
-
Классификация методов преобразования потоков данных (МППД), систем регистрации данных (СРД) и СБИС для реализации методов.
-
Разработка МППД для высокоскоростных СРД.
-
Разработка рекомендаций по сокращению числа входов подсистемы ввода данных от телекоммуникационных систем.
-
Разработка универсального устройства ввода одно полярных и дифференциальных цифровых сигналов, устройств перепаковки потоков для ввода и вывода данных в телекоммуникационных системах, и структуры подсистемы ввода данных от телекоммуникационных систем.
-
Разработка алгоритма распределения пропускной способности интерфейса ввода.
-
Создание методики и разработка рекомендаций по проектированию преобразователей потоков данных в телекоммуникационных системах с использованием ПЛИС.
-
Разработка АПК регистрации и воспроизведения высокоскоростных цифровых потоков от телекоммуникационных систем.
-
Апробация и внедрение результатов исследования в промышленность.
Методы исследования. Теория проектирования систем телекоммуникаций, теория объектно-ориентированного программирования, теория систем и системного анализа.
Наиболее существенные научные результаты
При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:
-
МППД для высокоскоростных СРД, основанный на принципах распараллеливания, демультиплексирования, буферизации, мультиплексирования, отличающийся введением расширенной конфигурируемой и распределяемой структуры, что позволяет осуществить многопотоковую регистрацию и уменьшить ресурсозатратность СРД.
-
Рекомендации по сокращению числа входов подсистемы ввода сигналов и определению необходимого размера буферной памяти, основанные на принципах передачи симметричных и несимметричных сигналов, отличающиеся введением функциональной зависимости между уровнями симметричных и несимметричных входных сигналов и уровнем выходного сигнала, что позволяет осуществить ввод этих сигналов на единое устройство и сократить число входных соединителей.
-
Алгоритм распределения пропускной способности интерфейса ввода, основанный на методе весовых коэффициентов, отличающийся введением операций по корректировке масштабированных значений до целочисленного
вида, что позволяет распределить пропускную способность в соответствие со скоростями входных потоков данных.
-
Средства ввода, перепаковки и регистрации потоков данных в ТС, основанные на МППД для высокоскоростных СРД, отличающиеся преобразования множества потоков данных с различными скоростями.
-
Для проектирования преобразователей потоков данных разработана инженерная методика, отличающаяся введением дополнительных процедур по структурно-математическому моделированию объекта.
Практическая полезность состоит в том, что предложенный метод позволяет создать класс устройств преобразования потоков данных в ТС и сократить сроки разработки высокоскоростной СРД в целом.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертации использованы при выполнении НИР и ОКР, выполненных в ЗАО «МНИТИ», а именно при разработке аппаратно-программых комплексов регистрации и воспроизведения высокоскоростных сигналов и разработке базовой технологии создания унифицированных модулей скоростного и сверхскоростного ввода-вывода, обработки и регистрации цифровых данных.
Использование перечисленных результатов в процессе разработки и испытаний изделия Р-307Ц11 позволило реализовать технические решения, обеспечившие регистрацию и воспроизведение высокоскоростных многопотоковых данных в ПЭВМ и создать задел для наращивания характеристик разработанных систем.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и вузовских научных конференциях:
-
3-я международная научно-техническая конференция «Современные телевизионные технологии. Состояние и направления развития», Москва, 2006;
-
4-я международная научно-техническая конференция «Современные телевизионные технологии. Состояние и направления развития», Москва, 2008;
-
Международная научно-техническая школа-конференция « МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ-2008 », Москва, 2008;
-
Международная научно-техническая конференция « INTERMATIC-2008 » , Москва, 2008;
-
11-я международная конференция и выставка «ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ», Москва, 2009;
-
16-я всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов « Микроэлектроника и информатика - 2009 », Москва, 2009;
-
11-я российская научно-техническая конференции «ЭЛЕКТРОНИКА, МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА», Нижний Новгород, 2009;
-
Научно-технический семинар-совещание «Новые отечественные разработки микросхем запоминающих устройств», Москва, 2009;
-
5-я международная научно-техническая конференция «Современные телевизионные технологии. Состояние и направления развития», Москва, 2010.
Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 13 печатных работах, в том числе 4 работы в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК. Получено 3 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Диссертация содержит 130 страниц текста, 40 иллюстраций, 13 таблиц и приложение на 5 страницах. Список литературы и ссылок на ресурсы Internet насчитывает 120 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Метод преобразования потоков данных для высокоскоростных систем регистрации данных.
-
Рекомендации по сокращению числа входов подсистемы ввода сигналов и определению необходимого размера буферной памяти.
-
Алгоритм распределения пропускной способности интерфейса ввода.
-
Средства ввода, перепаковки и регистрации потоков данных в телекоммуникационных системах.
-
Инженерная методика для проектирования преобразователей потоков данных.
