Введение к работе
Актуальность темы. Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) являются в настоящее время одними из наиболее перспективных и быстрорззвнвагсщихся средств связи из-за больших скоростей передачи данных, малых габаритов и массы , некритнчности к электромагнитным возмущениям, решаемости проблемы электромагнитной совместимости, отсутствия дефицитных материалов.
Наиболее бурно развиваются высокоскоростные локальные вычислительные сети (ЛВС), требующие скоростей передачи данных до 2 Гбпт/с и выше. Такие ЛВС создаются на основе высокоскоростных ВОСП с одномодовым волокном, полупроводниковыми лазерами и p-i-n фотодиодами на основе InGaAs структуры.
При создании ЛВС в волоконных линиях используют специальные избыточные коды, удовлетворяющие требованиям к этим системам. В соответствии со сложившейся терминологией такие коды называют линейными.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что в высокоскоростных ВОСП применяются различные линейные коды. Многообразие* используемых кодов (простейшие типа AMI, позиционные, блочные) свидетельствует о том, что проблема Еыбора линейного кода в настоящее время до конца не решена. Сложность задачи выбора кода состоит в том, что требования к линейным кодам разнообразны и противоречивы.
О незавершенности проблемы выбора линейного кода ВОСП свидетельствует отсутствие Рекомендаций МККТТ и отечественных ГОСТов, как это сделано, например, для кодов кабельных систем передачи данных.
Анализ литературы показывает, что систематическое исследование количественных характеристик линейных кодов отсутствует. В отдельных публикациях (Гроднев И.И., Бутусов М.М., ВерникС.Л., Галкин С.Л, Порохов О.Н., Котиков И.М., Kasai Н., Ohuo Т. и др.) приводится в основном качественный анализ кодов по отдельным параметрам, что затрудняет проведение количественного сопоставительного сравнения линейных кодов, а имеющиеся результаты носят разрозненный, а порой и противоречивый характер.
Из изложенного следует, что ряд вопросов, касающихся актуальной задачи сравнительного анализа и выборз линейного кода для высокоскоростных ВОСП, рассмотрены в литературе недостаточно
полно. Это и определило направление исследования, заключающееся в разработке экспортной системы выбора линейного кода для ВОСП о учетом всей совокупности разнообразных требований, предъявляемых к ним.
Состояние вопроса. Большой объем передаваемой информации, необходимость обрзботки данных в режиме реального времени привели к построению и интенсивному развитию высокоскоростных локальных вычислительных сетей. Для обеспечения скорости обмена информацией в таких сетях до 2 Гбит/с и выше в качестве среды распространения используют оптический кабель, а созданные на его основе ЛВС принято называть оптическими (ОЛВС).
МККТТ уже принял отдельные протоколы ОЛВС, например FDDI, интенсивно разрабатываются другие протоколы. Однако, в документах МККТТ нет конкретных Рекомендации по типам используемых кодов в таких сетях, в связи с чем в ОЛВС применяют различные линейные коды.
Несмотря на важность проблемы выбора кода для высокоскоростных ВОСП в отечественной и зарубежной литературе отсутствует анализ всей совокупности частных показателей качества кодов для таких систем. В ряде работ авторы выбирают код, основываясь на анализе 1-2 показателей качества без учета остальных характеристик кодов. Как правило, авторы производят качественное сравнение отдельных характеристик кодов, что затрудняет сопоставительный анализ кодов между собой. Игнорирование всей оовокупности частных показателей качества кодов может привести к неэффективному функционированию системы ь целом. Кроме того, среди рассматриваемых частных показателей качества кодов отсутствуют такие важные для высокоскоростных ВОСП характеристики, как вадержка распространения сигнала в кодеке и неточность синхронизации из-за колебаний фронтов синхроимпульсов.
Исходя из изложенного следует, что задача выбора кода для высокоскоростных ВОСП полностью не решена.
Цель работы и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключается в разработке экспертной системы ьыСора линейного кода для высокоскоростных ВОСП. В соответствии с поставленной целью основными задачами диссертационной работы являются:
1. Определение совокупности частных показателей качества
кодов, учитывающих основные особенности функционирования высокоскоростных ВОСП.
-
Определение количественных характеристик выбранных частных показателей качества для линейных кодов.
-
Формирование обобщенных критериев эффективности использования линейных кодов ВОСП и разработка методики выбора кода для ВОСП.
-
Разработка алгоритмов и программ для создания экспертной системы для сопоставительного анализа различных кодов ВОСП на базе ПЭВМ.
-
Выбор кода для высокоскоростных ОЛВС на базе разработанной методик;!.
Методы исследования. Для достижения цели исследования в диссертационной работе использованы методика векторной многоцелевой структурной и параметрической оптимизации о применением безусловного и условного критериев предпочтения, теории принятия решений, теории цифровых автоматов, разделов теории вероятности и математической статистики, методы имитационного моделирования на ПЭВМ, методы спектрального анализа.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты.
-
Сформирована и обоснована задача выбора линейного кода для высокоскоростной ВОСП как многокритериальная задача. Определен перечень основных показателей качества линейных кодов для высокоскоростных ВОСП.
-
Разработаны методы расчета количественных характеристик частных показателей качества линейных кодов высокоскоростных ВОСП. В частности предлагаются методы для:
расчета энергетического спектра сигналов линейных кодов на основе вычисления корреляционной функции кода. Разработанный алгоритм вычисления корреляционной функции применим как для двоичных , так и для многоосн^вных кодов.и требует меньшего объема вычислений по сравнению с классическим алгоритмом расчета корреляционной функции;
оценки задержки распространения сигналов в кодеке для различных кодов ВОСП; '
оценки помехоустойчивости линейных кодов ВОСП при исполь-
еовании различных способов выявления ошибок;
- оценки влияния неидеальности синхронизации на потери по
мехоустойчивости приема.
-
Разработана методика выбора линейного кода для высокоскоростных ВОСП на основе решения многокритериальной задачи с использованием различных критериев эффективности.
-
Разработаны алгоритм и программа для создания экспертной системы для сопоставительного анализа различных кодов ВОСП на базе ПЭВМ.
Практическая ценность. В диссертационной работе разработана инженерные методы расчета частных показателей качества кодов ВОСП:
энергетического спектра;
характеристик кодека (задержка распространения сигнала в кодеке);
помехоустойчивости.
Разработанная экспертная систем на базе ПЭВМ позволяет оперативно проводить выбор кода для высокоскоростных ВОСП.
Предложенная методика сопоставительного анализа кодов для высокоскоростных ВОСП позволяет сократить обьем вычислительных процедур, требуемых при выборе кода.
Обосновано использование для высокоскоростных ОЛВС линейного кода 4В5В.
Положения, выносимые на защиту.
-
Методика выбора кода для высокоскоростных ВОСП, основанная на решении многокритериальной задачи.
-
Универсальный метод расчета энергетического спектра кодов ВОСП, позволяющая сократить обгем вычислений.
-
Метод определения задержки времени распространения сигнала в кодеке кодов ВОСП.
-
Метод расчета помехоустойчивости кодов высокоскоростных ВОСП. Для обнаружения ошибок в высокоскоростных ВОСП целесообразно использовать контроль по диспарптетности принятых кодовых комбинаций.
6. Метод оценки влияния параметров синхронизации на помехоустойчивость приема.
в. Для ОЛЕС, функционирующей со скоростью до 2 Гбнт/с, це-4
лесообразно применять блочный код 4В5В. -
Внедрение результатов работы. Проведенные исследования яв ляются частью НИР, ведущейся на кафедре "Теоретические основы радиотехники", ее результаты использованы в отчетах НИР. Полученные автором результаты внедрены в ОКР, проводимых. Институтом технической кибернетики АН Беларуси, о чем имеются соответствую щне акты.
Материалы диссертационной работы использованы в учебном по собии "Волоконно-оптические системы передачи".
Апробация работы. Основные результаты диссертационной рабо ты были доложены и получили одобрение на 16 международной конференции (секции радиосвязи н радионавигации), г.Санкт-Петербург (1992г.); на 17 научно-технической конференции (секции радиосвязи и радионавигации), г.Санкт-Петербург (1994 г.) и на науч но-технических конференциях профессорско-преподавательского сое тава ГМА им. адм. С.О.Макарова (1992 - 1995 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 научных публикациях, 2 отчетах НИР и учебном пособии.
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит страниц машинописного текста, рисунков и таблиц, в списке литературы работ, общий обьем страниц.
