Введение к работе
Актуальность темы. Все возрастающие потребности в передаче больших объемов информации обуславливают необходимость проведения исследований в области улучшения характеристик систем связи, разработки новых методов и средств передачи информации.
Работа посвящена разработке и исследованию устройств восстановления непрерывной информации при передаче её по пакетным каналам связи.
В настоящее время широкое распространение получили сетевые технологии, в основе которых лежит пакетная передача данных, имеющая ряд преимуществ по сравнению с другими методами цифровой передачи: прозрачность, коррекция и автоматическое управление. Работа пакетной станции прозрачна для конечного пользователя: контакт с другой станцией, разбиение информации на пакеты и передача идут автоматически. При приеме пакетов исправляются ошибки, если они есть. Если исправить невозможно, то автоматически осуществляется перезапрос пакета. Если текущее сетевое соединение прервется, то информация начнет передаваться по альтернативному пути. Кроме этого, появляются новые современные радиорелейные станции, работающие в пакетном полудуплексном режиме, когда поочередно одна передает данные, а другая принимает. Эти станции более технологичны, поскольку в них отсутствует дуплексный фильтр.
При этом существуют и продолжают успешно эксплуатироваться системы связи, использующие непрерывные каналы, например, ИКМ-аппаратура, формирующая непрерывный цифровой поток Е1.
Совместная работа этих двух систем имеет важное практическое значение, поскольку при этом могут создаваться дополнительные и недорогие каналы связи на базе уже существующих.
Однако эта идея пока редко применяется на практике. И одна из причин этого заключается в недостаточном исследовании вопросов, возникающих при восстановлении непрерывной информации, принимаемой из пакетной системы связи. Это относится и к оптимизации буферной памяти, и к работе системы тактовой синхронизации.
Таким образом, поставленная в диссертационных исследованиях задача по разработке и совершенствованию устройств восстановления непрерывной информации при передаче её по пакетным каналам связи является актуальной.
Работа выполнена в рамках одного из основных научных направлений ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации» и
ГБ НИР 2010.01 «Автоматизация проектирования электронных и электротехнических устройств».
Цель и задачи исследования.
Целью работы является разработка устройств передачи непрерывной информации по пакетным каналам связи, моделей и алгоритмов их сопряжения, обеспечивающих повышение эффективности систем передачи информации.
Исходя из данной цели, в работе определены следующие задачи исследования:
провести анализ методов сопряжения устройств передачи непрерывной информации и пакетных каналов связи;
разработать алгоритм функционирования устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи;
разработать математическую модель устройства восстановления непрерывной информации с системой тактовой синхронизации первого порядка и второго порядка с идеальным интегратором;
разработать алгоритм функционирования модели для оценки работы устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи, в зависимости от параметров системы тактовой синхронизации и канала связи;
исследовать характеристики устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи, в зависимости от параметров системы тактовой синхронизации;
исследовать характеристики устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи, в зависимости от внешних условий: пропадания пакетов, случайной длины пакетов, случайного периода прихода пакетов.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач использовались методы теории автоматического регулирования, радиотехники, теоретические основы передачи информации, методы вычислительной математики, теории вероятностей, теории массового обслуживания, объектно-ориентированного моделирования на ЭВМ.
Научная новизна.
В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
- математическая модель устройства восстановления непрерыв
ной информации, отличающаяся тем, что в ней учитывается влияние
не только канала связи, но и работа системы тактовой синхронизации;
алгоритм функционирования модели, отличающийся возможностью оценки работы устройства восстановления непрерывной информации в зависимости от параметров системы тактовой синхронизации, длин пакетов: фиксированных или со случайными длинами и периодом, расстройки тактовой частоты между источником информации и управляемым генератором системы тактовой синхронизации, начальных условий, а также качества канала связи: без пропусков пакетов или с пропусками;
аналитическое выражение, позволяющее определить величины паразитной частотной модуляции тактовой частоты следования информационных символов, вносимой системой тактовой синхронизации, при фиксированных длине пакета и периоде передачи;
алгоритм функционирования устройства восстановления непрерывной информации, отличающийся большей точностью восстанавливаемой тактовой частоты благодаря оценке состояния буферной памяти на каждом такте.
Результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальности: 2. Исследование процессов генерации, представления, передачи, хранения и отображения аналоговой, цифровой, видео-, аудио- и мультимедиа информации; разработка рекомендаций по совершенствованию и созданию новых соответствующих алгоритмов и процедур; 3. Разработка эффективных путей развития и совершенствования архитектуры сетей и систем телекоммуникаций и входящих в них устройств.
Практическая значимость работы.
На основе предложенных моделей и алгоритмов разработано информационное и программное обеспечение процедур моделирования систем, реализация которого позволяет определить оптимальные параметры функционирования таких систем в рамках алгоритмов принятия проектных решений, а также выданы два патента на полезную модель, и подана заявка в РОСПАТЕНТ на выдачу патента на изобретение «Устройство тактовой синхронизации для преобразования прерывистой информации в непрерывную».
Внедрение результатов работы.
Результаты исследований использовались для разработки блока синхронизации радио моде мов, входящих в состав изделия «Комплекс полевых помехозащищенных цифровых многонаправленных радиорелейных станций для ТЗУ и ОСЗУ (комплекс Р-430)», прошедшего в 2010 году государственные испытания и рекомендованного к серийному изготовлению (ОАО «Концерн «Созвездие», г. Воронеж). Также результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Воро-
нежский государственный технический университет» по дисциплине «Телекоммуникационные технологии» для бакалавров направления 230400 «Информационные системы и технологии» и по дисциплине «Сетевые информационные технологии» для студентов направления 210400 «Радиотехника».
На защиту выносятся:
математическая модель устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи;
алгоритм функционирования модели для оценки работы устройства восстановления непрерывной информации;
аналитическое выражение для определения величины паразитной частотной модуляции тактовой частоты следования информационных символов, вносимой системой тактовой синхронизации;
алгоритм функционирования устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах» (Сочи 2010, 2011); всероссийских конференциях «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2009, 2010, 2011, 2013), «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2009, 2010, 2011, 2013) и на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (2009-2013гг.).
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены два патента. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1,13] - разработка структурных схем функциональных узлов устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи; [2, 4, 5, 6, 7, 12] - разработка алгоритма восстановления непрерывной информации с СТС первого и второго порядка с идеальным интегратором, разработка программных средств, реализующих процедуры формирования и функционирования математической модели устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи, исследование характеристик устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному ка-
налу связи, в зависимости от её параметров; [3] - реализация на микроконтроллере семейства AVR алгоритма Дейкстры в целях обеспечения маршрутизации пакетов в мобильных сетях пакетной радиосвязи; [8, 14] - разработка и практическая реализация устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи, с использованием микроконтроллеров; [9, 10, 11] - анализ алгоритмов работы функциональных узлов устройства восстановления непрерывной информации, переданной по пакетному каналу связи. При написании патентов [15, 16] лично автором была разработана структурная схема дискриминатора устройства тактовой синхронизации систем связи для работы с действительными и комплексными отсчетами.
Структура и объем работы.
