УСТРОЙСТВО ДЕКОДИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ИНФОРМАЦИИ

Настоящее техническое решение относится к вычислительным комплексам и компьютерным сетям с устройствами для обработки данных с воздействием на порядок расположения данных и на их содержание.
Область применения - центры и комплексы управления робототехническими объектами автоматизированных систем управления организационных систем.
Известное техническое решение - устройство приема данных [1] SU 1478360 A1, содержащее коммутаторы, исполнительные блоки, регистр и анализатор. Технический результат заключается в обеспечении устойчивой работы при приеме сигналов одного и того же блока данных, отправленных с передающей стороны через разные каналы связи.
Известное техническое решение - устройство для приема управляющей информации в системе связи из комплекса решений «Способ кодирования управляющей информации в системе связи, а также способ и устройство для передачи и приема управляющей информации» [2] RU 2498517 C2, содержащее модуль приема для приема кадра, включающего в себя сигнальную информацию, декодер для декодирования двоичной информации, средство вычисления управляющих параметров и контроллер для управления декодером для декодирования одного или более кодированных блоков, принятых в кадре. Технический результат заключается в повышении эффективности использования ресурсов.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является комплекс управления робототехническими объектами [3] RU 140887 U1. В составе данного комплекса и в составе каждого из управляемых им робототехнических объектов (РО) содержится комплекс кодирования информации. В РО данный комплекс решает задачи приема единых сигналов о командах управления, преобразования их в копии команд управления и передачи их в систему управления FU для исполнения. Использование в решении [3] способа передачи единого сигнала без трансляции по каналу связи двоичных данных о командах управления обеспечивает высокую скрытность управления РО. Это достигается за счет: а) введения в систему управления РО базы знаний о сценариях работ, которые надо выполнить РО при получении той или иной команды управления, и б) образования на передающей стороне задержки в передаче единого сигнала, обусловленной алгоритмом сжатия информации в единый сигнал - чем больше объем информации и ниже частота в канале связи, тем длительнее задержка. Поэтому при использовании низкочастотных каналов связи передача в РО единых сигналов о сценариях работ - об управляющей информации большого объема, в оперативном режиме не производится.
Технической задачей настоящего решения является разработка устройства декодирования управляющей информации, обеспечивающего прием информации в условиях ограничений на время ее доставки в робототехнический объект.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее техническое решение, является повышение производительности декодирования.
Сущность технического решения поясняется чертежами:
фиг. 1 - структурная схема устройства декодирования управляющей информации (УДУИ);
фиг. 2 - структурная схема устройства кодирования управляющей информации (УКУИ);
фиг. 3 - структурная схема тракта передачи управляющей информации;
фиг. 4 - структура управляющей информации (примеры);
фиг. 5 - диаграммы при извлечении информации на приеме;
фиг. 6 - диаграммы при сжатии информации на передаче.
На фиг. 1 изображена структура УДУИ, где:
1 - модуль анализа данных;
2 - модуль декодирования данных;
3 - модуль извлечения информации;
4 - внутренняя шина;
5 - маршрутизатор;
6 - информационный выход;
7 - канальный вход;
8 - вход/выход настройки;
9 - вход электропитания.
Техническое решение - устройство декодирования управляющей информации (УДУИ) содержит (фиг. 1) модуль 1 анализа данных, модуль 2 декодирования данных, модуль 3 извлечения информации, внутреннюю шину 4, маршрутизатор 5, информационный выход 6, канальный вход 7, вход и выход 8 настройки, вход 9 электропитания. При этом входы и выходы внутренней шины 4 соединены соответственно с внутренними выходами и входами модуля 1 анализа данных, модуля 2 декодирования данных, модуля 3 извлечения информации, маршрутизатора 5, входом и выходом 8 настройки. Канальный вход 7 соединен с канальным входом маршрутизатора 5, первый канальный выход которого соединен с канальным входом модуля 2 декодирования данных, а второй канальный выход соединен с канальным входом модуля 3 извлечения информации. Информационный выход 6 соединен с информационным выходом модуля 1 анализа данных, а вход 9 электропитания соединен с входами электропитания модуля 1 анализа данных, модуля 2 декодирования данных, модуля 3 извлечения информации и маршрутизатора 5.
Описание работы УДУИ рассмотрим на примере его промышленного применения в составе робототехнического объекта (фиг. 3) при приеме информации через средства и канал связи из устройства кодирования управляющей информации (фиг. 2), размещенного на передающей стороне в комплексе управления робототехническими объектами (КУ РО), и на примере структуры управляющей информации, приведенной на фиг. 4.
Устройство декодирования управляющей информации в составе тракта передачи управляющей информации работает следующим образом.
При подготовке к работе УДУИ (фиг. 1).
В модуле 1 анализа данных:
- формируют и запоминают состояние Sудуи устройства декодирования управляющей информации, равное единице
при этом состоянии поступающая в маршрутизатор 5 управляющая информация в виде единого сигнала должна быть подвержена извлечению в виде данных в модуле 3 извлечения информации;
УКУИ
- формируют и запоминают служебную команду, предназначенную для установления состояния S, равное нулю (zero), при котором поступающая в маршрутизатор 5 управляющая информация в виде кодированных данных должна быть подвержена декодированию в модуле 2
В маршрутизаторе 5 настраивают внутренний тракт передачи сигналов из средства связи через канальный вход 7 и информационный вход маршрутизатора 5 на информационный вход модуля 3 извлечения информации, что соответствует условию (1).
При подготовке к работе УКУИ (фиг. 2).
В модуле 10 анализа данных:
УКУИ
- формируют и запоминают состояние S устройства кодирования управляющей информации, равное единице
при этом состоянии управляющая информация должна быть подвержена кодированию и сжатию в модуле 12 сжатия информации;
УКУИ
- формируют и запоминают служебную команду, предназначенную для установления состояния S, равное нулю (zero), при котором управляющая информация должна быть подвержена кодированию без сжатия в модуле 11 кодирования данных
Служебную команду определяют из условия несовпадения ее ни с одной из возможных команд управления в составе управляющей информации, при этом служебная команда тождественна по кодам аналогичной служебной команде в модуле 1 анализа данных УДУИ.
При промышленной эксплуатации выполняются следующие действия.
На передающей стороне в устройстве кодирования управляющей информации (фиг. 2):
Модуль 10 анализа данных принимает с информационного входа данные об управляющей информации, которые сформированы в вычислительном комплексе КУ РО (фиг. 3) [4], запоминает их и передает их в модуль 12 сжатия информации.
Модуль 12 сжатия информации:
- принимает данные об управляющей информации;
- если в составе управляющей информации принята команда управления, но отсутствует сценарий работ, то выполняет действия в соответствии с техническим решением [3] по формированию и передаче единого сигнала о команде управления в РО;
- если в составе управляющей информации принята команда управления и сценарий работ (фиг. 4), то формирует запрос модуле 10 и принимает из него копию хранящихся в этом модуле данных о служебной команде, после чего выполняет действия в соответствии с техническим решением [3] по формированию и передаче единого сигнала о служебной команде в РО;
- передает сообщение в модуль 10 анализа данных об исполнении приведенных выше действий.
На фиг. 5 приведены диаграммы, поясняющие действия технического решения [3] по формированию и передаче единых сигналов о команде управления и о служебной команде в РО.
Модуль 10 анализа данных по получении из модуля 12 сообщения об исполнении назначенных ему действиях передает в модуль 11 кодирования данных управляющую информацию - данные о команде управления и о соответствующим ей сценарии работ (фиг. 4).
Модуль 11 кодирования данных принимает из модуля 10 данные об управляющей информации и выполняет следующие действия:
- производит кодирование данных об управляющей информации, что может быть выполнено на базе одной из известных технологий кодирования, основывающейся на коде с коррекцией ошибок [5] или на более сложных, например, [2, 6];
- передает кодированные данные об управляющей информации на канальный выход (к этому времени он будет свободен после передачи сигнала о служебной команде) и далее в РО.
При этом (фиг. 2):
- обмен данными между модулями 10, 11, 12 и канальным выходом осуществляется с помощью внутренней шины 13;
- настройка модулей УКУИ осуществляется с помощью рабочей станции администратора, подключаемой через внутреннюю шину 13 к внутренним входам/выходами модулей;
- электропитание модулей УКУИ осуществляется от устройства электропитания, соединенного с входами электропитания модулей;
- модули 10, 11, 12 могут быть выполнены на основе известных вычислительных средств, путем программного (по записанной или по замонтированной программе) исполнения приведенных в описании операций, например, на базе микро-ЭВМ, в частности:
- модуль 11 кодирования данных может быть реализован в виде микро-ЭВМ с компьютерными алгоритмами, выполняющими операции в соответствии с известным решением [2] или [5] или [6] или другим, в части действий по кодированию данных об информации;
- модуль 12 сжатия информации может быть реализован в виде микро-ЭВМ с компьютерными алгоритмами, выполняющими операции по формированию единого сигнала об управляющей информации в соответствии с решением [3], на фиг. 5 приведены временные диаграммы, поясняющие работу модуля 12 сжатия информации в этом случае.
На приемной стороне в устройстве декодирования управляющей информации (фиг. 3):
Модуль 3 извлечения информации:
- принимает из средства связи через канальный вход и маршрутизатор 5 единый сигнал об управляющей информации, т.к. исходное состояние УДКУ соответствует условию (3);
- преобразует его в данные об управляющей информации выполняя для этого действия в соответствии с техническим решением [3] по преобразованию единого сигнала в данные об управляющей информации и передает их через внутреннюю шину 4 в модуль 1 анализа данных.
На фиг. 6 приведены временные диаграммы, поясняющие действия технического решения [3] по приему и преобразованию единого сигнала в данные об управляющей информации.
Модуль 1 анализа данных путем сравнения хранящихся в его памяти данных о служебной команде с данными об управляющей информации определяет - является ли управляющая информация служебной командой,
- если не является, то это означает, что принята команда управления и модуль 1 передает данные об управляющей информации через информационный выход 6 в систему управления РО (фиг. 3);
- если в составе управляющей информации принята служебная команда, то модуль 1 устанавливает состояние  и настраивает маршрутизатор 5 в состояние при котором кодированные данные об управляющей информации, которые будут поступать из КУ РО вслед за сигналом о служебной команде на канальный вход 7 из средства связи, будут передаваться через маршрутизатор 5 в модуль 2 декодирования данных. Настройка маршрутизатора 5 в этом случае осуществляется модулем 1 через внутреннюю шину 4.
Модуль 2 декодирования данных принимает поступающие из средства связи на канальный вход 7 кодированные данные об управляющей информации, которые содержат команду управления и сценарий работ (фиг. 4), декодирует их и передает данные об управляющей информации через внутреннюю шину 4 в модуль 1 анализа данных.
Модуль 1 анализа данных передает данные об управляющей информации через информационный выход 6 в систему управления РО и изменяет состояние  на исходное , подготавливая УДУИ к следующему сеансу связи.
При этом:
- обмен данными между модулями УДУИ и канальным входом 7 осуществляется с помощью внутренней шины 4;
- настройка модулей УДУИ осуществляется с помощью рабочей станции администратора, подключаемой через вход и выход 8 настройки и внутреннюю шину 4 с внутренними входами и выходами модулей;
- электропитание модулей УДУИ осуществляется от устройства электропитания, соединенного через вход 9 электропитания с входами электропитания модулей;
- модули УДУИ могут быть выполнены на основе известных вычислительных средств, путем программного (по записанной или по замонтированной программе) исполнения приведенных в описании действий, например, на базе микро-ЭВМ, в частности:
- модуль 2 декодирования данных может быть реализован в виде микро-ЭВМ с компьютерными алгоритмами, выполняющими операции в соответствии с известным решением [2] или [5] или [6] или другим, в части действий по декодированию данных об информации;
- модуль 3 извлечения информации может быть реализован в виде микро-ЭВМ с компьютерными алгоритмами, выполняющими операции по извлечению (преобразованию) из единого сигнала данных об управляющей информации в соответствии с решением [3], на фиг.6 приведены временные диаграммы, поясняющие работу модуля 3 в этом случае;
- маршрутизатор 5 может быть реализован в виде микро-ЭВМ с компьютерными алгоритмами, выполняющими операции по переключению трактов передачи в соответствии с известным решением [7].
Положительный эффект от применения устройства декодирования управляющей информации обусловлен достигнутым техническим результатом и заключается в повышении производительности, за счет выполнения действий по приему и обработке единых сигналов об управляющей информации и действий по приему и обработке двоичных данных об управляющей информации. Например, по сравнению с устройством [3], эффект К в производительности данного устройства на практике качественно может быть эквивалентен соотношению:
где
B1
B1+B2
- в числителе число обрабатываемых в УДУИ за определенный интервал Т времени единых сигналов об управляющей информации, содержащей команду управления (число K) и двоичных данных о команде управления с сценарием работ по ней (число K);
B1
- в знаменателе - число обрабатываемых комплексом [3] за такой же интервал Т времени единых сигналов об управляющей информации, содержащих команды управления (число K).
Источники
[1] SU 1478360 A1, H04J 3/16, опубл. 07.05.89 г., бюл. №17
[2] RU 2498517 C2, H04L 27/2, опубл. 10.11.2013 г., бюл. 31.
[3] RU 140887 U1, G05B 19/00, опубл. 20.05.2014 г., бюл. 14.
Дополнительные источники
[4] RU 127493 C2, G05B 19/00, опубл. 27.04.2013, бюл. 12.
[5] Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / пер. с англ. В.Б. Афанасьева. - М.: Техносфера, 2006. - 320 с.
[6] RU 2224358 C2, Н03М 13/27, опубл. 20.02.2004, бюл. 5.
[7] SU 1481905 A1, Н04В 3/46, опубл. 23.05.89, бюл. №19.