Способ и система для быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений
METHOD AND SYSTEM FOR FAST MEASUREMENT OF SIGNAL TRANSFER TIME INTERVALS BETWEEN MOBILE OBJECTS AND A RELAY CENTER OF MESSAGES

Изобретение относится к разделу вычислительной техники, в частности к способам и техническим средствам, выполняющим синхронизованные обмены сообщениями между приемо-передатчиками подвижных объектов (далее объектов) и удаленным от них центром ретрансляции цифровых сообщений (далее центром, CRC) в среде с изменяющимися условиями передачи ненаправленных радио и оптических сигналов. Для функционирования подвижных объектов необходимо связанное с перемещением объектов быстрое многократное измерение интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений, так как скорость измерения определяет скорость реакции объектов на события, возникающие в процессе работы объектов, и на возможности выполняемых объектом вычислений.
Известен использованный в качестве прототипа способ измерения времени переноса сигналов между объектами и центром, опубликованный в патенте RU №2454707 С1, дата публикации 27.06.2012, Бюл. №18.
В этом способе стационарные объекты для связи с CRC используют оптические связи и посылку оптических сигналов точно направленных на CRC. Получив эти сигналы, CRC на другой частоте, используя ретрорефлектор, возвращает их только объекту, отправившему сигнал в CRC.
max
max
i
max
i
i
Перед началом взаимодействия с CRC объекты проводят два способа измерения временной удаленности объектов от CRC. В первом из них определяется T - максимальная удаленность объектов от CRC. Выделение объектов со значением времени T осуществляется последовательным опросом объектов для поиска max среди всех T. Результат T сообщается всем объектам, во втором для каждого объекта O одновременно измеряется его удаленность T от CRC.
max
i
Прототип следующим способом использует измеренные интервалы времен T и T.
max
i
i
max
i
i
*
*
Центр CRC кроме возможности определения T и T позволяет объектам обмениваться сообщениями, содержащими данные и команды, управляющие работой объектов. Объекты получают синхросигнал от CRC и с задержкой T=2(T-T) передают свои сообщения в CRC, что обеспечивает одновременное поступление одноименных двоичных разрядов сообщений в CRC. Такое совмещение разрядов сообщений используется для синхронизации сообщений и проведения быстрых распределенных вычислений. Если объектам известны длительности передаваемых сообщений, то объекты, используя T, передают сообщения одно за другим без временных пауз между сообщениями. Все это ускоряет взаимодействие объектов.
max
i
Таким образом, быстрое определение T и T - основа быстрого выполнения процессов синхронизации и распределенных вычислений в системах, использующих CRC.
max
i
max
i
i
max
Быстрое определение T и T - цель данного патента. Но подвижность объектов, функционирование в среде с изменяющимися условиями передачи сигналов, а также использование ненаправленных сигналов потребовали существенно изменить по сравнению с прототипом способ определения T и T, так как для указанных подвижных объектов способ измерения T и T в прототипе замедляет действия объектов.
max
i
max
i
max
i
Недостаток способа прототипа. Подвижные системы из-за изменения положения объектов, влияющего также на возможности передачи сигналов, требуют частого определения T и T. Примененное в прототипе поочередное измерение T - процедура длительная, требующая последовательного опроса объектов, и ее многократное применение существенно замедляет работу подвижной системы. Определение T в прототипе выполняется быстро за счет использования направленных оптических сигналов и ретрорефлекторов. Но такое решение не применимо в условиях работы подвижных систем, рассматриваемых в данном патенте. Таким образом, общий недостаток прототипа состоит в отсутствии для подвижных систем способа быстрого измерения интервалов времени T и T переноса сигналов между объектами и CRC.
max
i
i
i
i
Известна взятая в качестве прототипа система, измеряющая T - максимальную удаленность объектов O от CRC и измеряющая для каждого объекта O его удаленность T от CRC. (патент RU №2454707 С1, дата публикации 27.06.2012, Бюл. №18). Система содержит центр ретрансляции сообщений CRC и объекты O, которые передают по оптическим беспроводным линиям связи сигналы, направленные в центр CRC.
max
i
Недостаток системы в прототипе состоит в том, что она не обеспечивает указанное выше быстрое определение T и T, требуемое для подвижных систем.
max
i
Задача настоящего изобретения для способа состоит в устранении недостатка прототипа, ведущего к большой затрате времени определения T и оперированию только направленными оптическими сигналами для коррекции T в процессе работы системы.
max
i
Техническим результатом способа является уменьшение времени определения T и расширение набора применяемых при коррекции T сигналов, включающего ненаправленные оптические и радиосигналы.
i
i
max
1
1
1
i
i
i
1
i
i
i
1
i
1
i
1
i
max
1
0
0
max
*
*
*
*
*
*
Технический результат способа достигается тем, что в способе быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений CRC, в том числе T - интервала для любого объекта O и T - интервала для наиболее удаленных от CRC объектов для этих измерений выполняют процесс Р измерения интервала времени между завершением посылки объектом в CRC сигнала ƒ и завершением приема объектом возвращенного от CRC ответного сигнала ƒ и сохранения в объектах значение отсчета времени в момент завершения приема сигнала ƒ, причем для измерения T каждым объектом O в процессе передачи сообщения объект O в сообщении посылает в CRC сигнал ƒ, до и после которого в заданных временных интервалах отсутствуют сигналы, и выполняет процесс Р, сохраняющий значение 2T, или для измерения T по команде объекта O последний через CRC посылает объектам O команду измерения K и каждый объект O при завершении приема K поочередно в соответствии с порядковым номером объекта O посылает в CRC сообщение, состоящее из сигнала ƒ, до и после которого в заданных временных интервалах отсутствуют сигналы, и выполняет процесс Р, сохраняющий в объекте значение 2T, причем для измерения T в объектах произвольный объект O через CRC посылает всем объектам команду K, а каждый объект при завершении приема K посылает в CRC сигнал ƒ и выполняет процесс Р, а объект O завершает измерение посылкой в CRC сигнала ƒ, в ответ на который CRC посылает объектам сигнал ƒ, и для объекта сохраненное процессом Р значение интервала времени равно 2T.
Задача настоящего изобретения для системы - устранить указанный недостаток системы устройств прототипа путем ввода в систему новых устройств и связей между ними.
max
i
Технический результат для системы устройств состоит в том, что она соединяет объекты и CRC беспроводными связями, передающими ненаправленные радио или оптические сигналы, причем объекты и CRC содержат технические устройства для ускорения измерения интервалов времени T и T переноса сигналов между объектами и центром CRC.
i
i
max
i
max
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
*
*
*
*
*
*
Технический результат для системы достигается тем, что в системе быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений CRC, в том числе T - интервала для любого объекта O и T - интервала для наиболее удаленных от CRC объектов для измерения T и для измерения T в объектах она содержит в CRC приемники получаемых от объектов сигналов ƒ, ƒ и передатчики посылаемых объектам сигналов ƒ, ƒ, соединенные линиями связи в пары для сигналов ƒ-ƒ и ƒ-ƒ, при этом объекты содержат передатчики посылаемых объектами сигналов ƒ, ƒ, приемники получаемых объектами от CRC сигналов ƒ, ƒ, таймер, блок управления, причем в объекте выход каждого приемника и вход каждого передатчика соединены линиями связи с блоком управления объекта, который также соединен с таймером линиями связи включения таймера и считывания его показания.
Техническая сущность и принцип действия предложенной системы устройств поясняются чертежами.
max
Фиг. 1. Способ быстрого измерения T.
Фиг. 2. Система взаимодействия объектов с CRC.
Фиг. 3. Приемо-передатчики CRC.
Фиг. 4. Приемо-передатчики, блок управления и таймер объекта.
Приведенные на чертежах устройства следует рассматривать как примеры реализации предлагаемых в патенте устройств.
max
i
Краткое описание предложенного способа. В способе одновременно для всех объектов между каждым объектом и CRC выполняются обмен сигналами и посылка команды от одного из объектов через CRC другим объектам, позволяющие в совокупности ускорить измерение T и T.
Краткое описание предложенной системы устройств.
Для выполнения способа быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений CRC система содержит в CRC приемники сигналов объектов, поступающих по беспроводным ненаправленным связям, содержит также передатчики сигналов, посылаемых от CRC к объектам. При этом выход каждого из этих приемников соединен в CRC проводной связью с входом соответствующего приемнику передатчика. В каждом объекте находятся источники посылаемых в CRC сигналов и приемники получаемых от CRC сигналов. Выходы приемников и входы источников этих сигналов соединены линиями связи в объекте с блоком управления, который, используя сигналы приемников и внутреннюю информацию объекта, формирует и посылает сигналы источникам, управляющие передачей сигналов источниками.
i
max
Подробное описание предложенного способа определения T и T.
i
max
1
1
1
*
*
При определении T и T используется процесс Р, который измеряет интервал времени между завершением посыпки объектом в CRC сигнала ƒ и завершением приема объектом возвращенного от CRC ответного сигнала ƒ. Результат измерения процесс Р сохраняет в объекте, как значение отсчета времени в момент завершения приема сигнала ƒ.
i
i
i
i
i
Предложенный способ при измерении T в процессе работы системы (текущего значения T) действует следующим образом. Начальное измерение T выполняется для объектов O как в прототипе. Для коррекции T при перемещении объектов выполняются два варианта действий: независимо каждым объектом и под управлением выделенного для этой операции объекта.
i
1
Первый вариант. Объект корректирует T, используя для этого сигналы разрядов ƒ своих сообщений. Для этого объект выполняет следующие действия.
i
1
1
1. В своем сообщении объект выделяет двоичный разряд коррекции интервала T и помещает в него сигнал ƒ, при этом должно быть свободное от сигналов место в начале и в конце разряда. Это достигается применением более короткого, чем обычно сигнала ƒ или увеличением размера разряда коррекции.
1
1
*
2. Модуль CRC переведет этот сигнал ƒ в сигнал ƒ и возвратит объекту.
*
*
1
1
1
i
i
3. Если объект сместился, то возвращенный от CRC сигнал ƒ сместится в пределах разряда. Объект измеряет интервал времени между посылкой сигнала ƒ и приемом сигнала ƒ и сохраняет измеренное значение как 2T (выполняет процесс Р), что позволяет скорректировать T.
i
*
Второй вариант. Инициатором определения T является выделенный объект O, выполняющий следующие действия.
*
i
1
i
1
i
1
i
Объект O он через CRC посылает объектам O команду измерения K и каждый объект O при завершении приема K поочередно в соответствии с порядковым номером объекта O посылает в CRC сообщение, состоящее из сигнала ƒ, до и после которого в заданных временных интервалах отсутствуют сигналы, и выполняет процесс Р, сохраняющий в объекте значение 2T.
1
1
Двоичную последовательность этих, состоящих из единственного сигнала ƒ, сообщений далее для краткости назовем шкалой. Шкалу объекты синхронно посылают в CRC. Достижение синхронности не является предметом изобретения и аналогично способу, примененному в прототипе. Сообщению каждого объекта в шкале выделено соответствующее место - разряд шкалы. Объект помещает в свой разряд шкалы сигнал ƒ с сохранением свободных от сигналов мест в начале, и в конце разряда.
1
1
1
1
1
i
*
*
*
Модуль CRC переводит в шкале сигналы ƒ в сигналы ƒ и возвращает шкалу объектам. Если объект сместился, то возвращенный от CRC сигнал ƒ сместится в пределах разряда шкалы. Объект измеряет и сохраняет значение интервала времени между посылкой сигнала ƒ и приемом ƒ, (выполняет процесс Р), что позволяет скорректировать T.
i
Таким образом, посылкой одной шкалы корректируются T для всех объектов. Ускорение коррекции достигается за счет того, что вместо организации посылки многих сообщений, требуется организовать посылку единственного короткого сообщения.
1
i
i
i
i
i
1
i
Посылка команды K дает дополнительную возможность. После того, как для объекта O выполнено начальное определение T, шкала позволяет регулярно корректировать T, не ожидая завершения начального определения T для всех O. Кроме этого наличие в шкале сигналов ƒ позволяет обнаружить все работающие объекты O.
max
Предложенный способ при измерении T действует следующим образом.
*
*
*
max
0
1
max
0
1
0
i
i
1
max
i
max
Один их объектов O, имеющий право инициировать измерение T, посылает в CRC сигналами ƒ и ƒ сообщение-команду K - начать определение T. Эту команду CRC одновременно посылает всем объектам О сигналами ƒ и ƒ соответственно. Код команды K покидает модуль CRC в момент времени T=0. В момент T код команды K покидает объект O, который начинает отсчет времени и одновременно отправляет в CRC сигнал ƒ. Так действуют все объекты, включая наиболее удаленные объекты O, для которых положим T=T.
1
1
1
1
i
max
1
1
i
max
1
i
1
0
0
0
max
max
max
max
max
*
*
*
*
*
*
*
*
Сигналы ƒ от объектов поступают в CRC, который преобразует их в сигналы ƒ и отправляет эти сигналы объектам. Фиг. 1 показывает, что для сигнала ƒ, посланного от CRC в ответ на поступление сигнала ƒ от наиболее удаленных от CRC объектов, его приход к объекту O завершается через время 2T после завершения отправки сигнала ƒ этими объектами. Для сигналов остальных объектов ƒ приходят к объекту O раньше момента 2T. При завершении прихода каждого сигнала ƒ объект O сохраняет время его прихода, заменяя им предыдущее значение прихода ƒ. Объект О завершает операцию посылкой в CRC сигнала ƒ, который CRC переводит в ƒ и отправляет объектам. Последнее сохраненное перед приходом сигнала ƒ, значение интервала времени равно 2T. В результате каждый объект определит значение T. В отличие от прототипа время определения T для группы объектов равно времени измерения T для одного объекта, что дает ускорение в определении T.
1
1
*
Отметим, что измерение и сохранение интервала времени между посылкой объектом ƒ и приемом сигнала ƒ и есть процесс Р.
*
*
*
1
max
1
1
Следует добавить объяснение. Количество сигналов ƒ может быть меньше количества участвующих в определении объектов и даже равно единице. Это возможно, так как сигналы разных объектов могут совмещаться во времени, что не мешает определению T. Для этого достаточно фиксировать момент завершения сигнала ƒ и (или) вычитать из этого времени известную длительность сигнала ƒ.
i
max
Предложенные способы определения T и T дают существенное ускорение в определении этих интервалов времени.
Подробное описание предложенной системы устройств.
Структура взаимодействия устройств предложенной системы приведена на фиг. 2. Здесь CRC (1) соединен беспроводными связями (2) с группой объектов (3). Беспроводные связи выполняются передачей ненаправленных радио или оптических сигналов в пространстве. Взаимодействие объектов выполняется в соответствии со способом, предложенным в патенте. Для этого CRC и объекты содержат следующие технические средства.
i
max
0
1
0
1
0
0
1
1
*
*
*
*
Техническое устройство компонент модуля CRC, участвующих в измерении T и T, но непосредственно не измеряющих их, показано на фиг. 3. Здесь треугольниками 4, 5 показаны приемники, на входы которых 6, 7 от передатчиков объектов поступают соответственно сигналы ƒ, ƒ, направляемые объектами в CRC. Треугольниками 8, 9 показаны передатчики, с выходов которых 10, 11 посылаются объектам соответственно сигналы ƒ, ƒ. Выходы приемников и входы передатчиков соединены линиями связи в пары так, что входной сигнал приемника формирует выходной сигнал передатчика в следующем соответствии: ƒ-ƒ, ƒ-ƒ.
i
max
0
1
0
1
0
1
0
1
*
*
*
*
Техническое устройство средств объекта, выполняющих измерение T и T, показано на фиг. 4. Здесь треугольниками 12, 13 показаны соответственно передатчики сигналов ƒ, ƒ, направляемых объектом в CRC, треугольниками 14, 15 показаны соответственно приемники сигналов ƒ, ƒ, поступающих в объект от CRC. На входы 16, 17 передатчиков поступают от 18 - блока управления объекта сигналы, формирующие на выходах передатчиков направляемые в CRC сигналы ƒ, ƒ. Поступающие от CRC радио или оптические сигналы ƒ, ƒ приемники преобразуют в электрические сигналы и по линиям 19, 20 направляют в блок 18.
i
max
Устройство блока управления 18 здесь не рассматривается, так как в его организации нет специфики, характерной для измерения T и T. Блок 18 действует одинаково для всех требуемых объекту действий - он принимает от приемников сигналы CRC, расшифровывает передаваемую ими инструкцию и посылает управляющие сигналы в компоненты объекта. В частности блок 18 вырабатывает и принимает все приведенные на фиг. 4 сигналы.
Кроме указанных средств объект имеет таймер 21, который блок управления, используя линию 22, включает для выполнения отсчетов времени, требуемых способом, и с которого блок управления, используя линию 23, считывает выполненный отсчет времени.