Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап научно- технической революции характеризуется широким применением информационно-вычислительных сетей, позволяющих создавать сложные информационные структуры на базе ЭВМ, терминальных станций и эвтоматизироватшх средств сбора информации. Продолжают развиваться информационно-измерительные системы и распределенные системы управления технологическими процессами.
Для передачи данных между элементами распределешных систем применяются системы передачи дискретной информации (СПДИ), использующие различные физические среды (проводная, радиосвязь, волокогаю-оптические линии) и широкий диапазон скоростей передачи (от десятков бит/с до сотен Мбит/с). Значительно различаются уровни помех в каналах связи и, соответственно, потоки ошибок в дискретных каналах. Эти отличия в сочетании с повышением требований к надежности СПДИ и достоверности передачи информации приводят к необходимости разработки новых средств повышения помехоустойчивости систем связи. Учитывая сложность и многообразие разработанных в настоящее время технических решений, а также жесткие требования к качеству и срокам проектирования, возникает потребность в эффективных средствах автоматизации процесса разработки СПДИ с применением зим.
В связи с особенностями задачи исследования помехоустойчивости СПДИ (необходимость расчета мати вероятностей, специфические алгоритмы функционирования) представляется целесообразным разработать ппоцплипированныо средства автоматизации расчета характеристик систем передачи информации. Такие средства должны позволять но только оценивать параметры разрабо-
тайных систем, но и сравнивать альтернативные варианты реализации с целью выбора оптимального решения.
Основным критерием при выборе методов исследования характеристик и проектирования СИДИ, а также при создании специализированных программных средств автоматизации расчетов является минимальный срок разработки при обеспечении требуемого качества работ и возможно меньших материальных затратах. Ускорение процесса проектирования и повышение качества современных средств связи дает возмошюсть создавать конкурентноспособную продукцию, удовлетворяющую требованиям международных.стандартов. Широкое распространение высокопроизводительной вычислительной техники делает привлекательным использование методов имитационного моделирования на ЭВМ технических систем, являющихся наиболее универсальными из существующих методов инженерных расчетов. Однако для успешного использования моделирования необходима разработка структурных, и алгоритмических методов повышения эффективности, так как основным ограничивающим фактором при применении статистического моделирования является большое время расчетов.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной
работы является анализ существующих и разработка новых методов
имитационного статистического моделирования процесса передачи
информации линейными кодами по дискретному каналу, без обратной
связи, создание программ на основе этих методов, а также раз
работка средств автоматизации отладки и тестирования программ
ных кодеров и декодеров, предназначенных для использования в
программах моделирования и в качестве прототипов соответству
ющих элементов СПДИ. ' ;
Для достижения поставленной цели необходимо решить следу-
ющие основные задачи:
исследовать постановку задачи расчета характеристик систем передачи дискретной информации и с учетом поставленной цели вибрать способ декомпозиции этой задачи и требования к выделенным подзадачам;
провести анализ и выбор методов повышения временной еффективпости имитационного моделирования СПДИ и разработать соответствующее программное обеспечение;
- провести исследование алгоритмов декодирования избыточ
ных кодов и разработать библиотеку программ декодеров широкого
класса линейных кодов.
Основные методы исследования. При решении поставленных задач использовались теория случайных процессов, аппарат алгебры конечных полей, теория кодирования, методы системного и структурного программирования.
Основные научные результаты. Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем.
Г. Предложен метод ускорения имитационного моделирования процесса передачи информации по дискретному каналу без обратной связи, оснозаішнй на разделении потока информационных кадров г. помощью фильтров - программ предварительной оценки результата декодирования кодового блока.
'.',. Разработан матод весового синдромного декодирования линейшх кодов; реализованы и апробированы различные способы его реализации.
Я. Предложен способ иерархической организации больших таблиц декодирования, позволяющий уменьшить затраты памяти и ускорить выполнение программ.
1. 11}юдложсп способ ускоренного вычисления малых вероят-
ностей передачи кадра с необнаруженной ошибкой.
Практическая ценность работы. Значение результатов диссертационной работы для практики состоит в следующем.
-
Разработана программа рассчета характеристик помехоустойчивости процесса передачи информации по дискретному кана-.лу без обратной связи линейными кодами, обнаруживающими и исправляющими ошибки. Программа отличается от существующих более полным учетом оообенностей решаемой задачи, позволяющим значительно повысить эффективность рассчетов, и наличием большого числа подпрограмм декодеров и генераторов потока ошибок, делающих программу универсальной и удобной в использовании,
-
Разработан алгоритм генерации случайных чисел, распределенных по полигеометрическому закону, сокращающий время вычисления в 2 раза при наличии в ЭВМ аппаратурной поддержки операций с плавающей запятой и в 25 раз при отсутствии таковой.
3. Разработана универсальная программная оболочка для
отладки, тестирования, анализа функционирования и определения
временных параметров программных кодеров и декодеров любых
кодов.
. 4. Проведена разработка и сравнительное исследование программных реализаций алгоритмов декодирования различных классов линейных кодов: линейных общего вида, -циклических, недвоичных, сверточных. Выработаны рекомендации по использованию алгоритмических приемов при реализации программных кодеков..
5. Составлены таблицы сложности алгоритмов быстрого преобразования Фурье в полях Галуа «р(гг1...ар(г'г>, позволяющие выбрать длину и алфавит кодов Рида-Соломона или Боуза -
Чоудхури-Хоквингсмэ, обеспечивающие максимальную скорость кодирования и декодирования. Обоснована состоятельность получаемых оценок для программных реализаций преобразования.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в хоздоговорной НИР "Байкал", выполненной на кафедре автоматики и' вычислительной техники (ЛГГТУ я 1989-1990 гг. (договор Я80І805 от ).
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на vii Всесоюзной научо-технической конференции "Проблемі комплексной автоматизации судовых технических средств", г. Ленинград, 1989 г. и на семинаре в НПО "Нептун" в 1990 г.
По материалам диссертации опубликовано 7 печатних работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, иллюстраций и таблиц на ЛТ страницах, списка литературы, включающего 107 наименований, и приложений.