УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Полезная модель относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначена для моделирования системы связи, функционирующей в режиме незакрепленных каналов.
Известно устройство для моделирования системы радиосвязи связи, содержащее генератор заявок, реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, генератор приоритетных заявок, датчик случайного потока импульсов, четыре элемента И, два элемента НЕ и три элемента ИЛИ, причем выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого является суммирующим входом реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены соответственно с входами первого элемента ИЛИ через второй элемент И - с входом первого элемента НЕ и со вторым входом четвертого элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход третьего элемента И подключен к входу датчика случайного потока импульсов, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого является вычитающим входом реверсивного счетчика, выход генератора приоритетных заявок подключен к первому входу четвертом элемента И, входу второго элемента НЕ и входу элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента НЕ соединен с третьим входом первого элемента И, выход четвертого элемента И подключен ко второму входу третьего элемента ИЛИ. Данное устройство позволяет учесть в системе связи с незакрепленными каналами различный приоритет поступающих запросов (РФ 2142647, 1999).
Недостатком устройства является то, что оно в ряде случаев не обеспечивает требуемую точность определения характеристик информационного обмена, т.к. при обработке запросов на соединение не учитывается возможная занятость вызываемого абонента. Кроме того, устройство предусматривает только абсолютное преимущество одной группы абонентов над другой в предоставлении канального ресурса, которое заключается в освобождении канала для заявки с приоритетом в случае отсутствия свободных каналов.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является устройство для моделирования системы связи, содержащее генератор заявок, реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов, генератор импульсов со случайной длительностью, датчик случайною потока импульсов, четыре элемента И, элемент НЕ и элемент ИЛИ, причем выходы реверсивного счетчика соединены соответственно с входами третьем элемента И и элемента ИЛИ, выход третьего элемента И подключен к входу элемента НЕ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, выход генератора импульсов со случайной длительностью подключен ко второму входу второго элемента И, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входам датчика случайного потока импульсов, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом четвертом элемента И. Данное устройство позволяет учесть в работе системы связи с незакрепленными каналами занятость вызываемого абонента. (РФ 2045775, 1995).
Недостатком устройства является то, что оно не всегда способно обеспечить требуемую точность определения характеристик информационного обмена, т.к. для многих современных систем связи с незакрепленными каналами необходимо учитывать режим обработки запросов с различным приоритетом обслуживания.
Задача предполагаемой полезной модели заключается в повышении точности определения характеристик информационного обмена за счет воспроизведения режима обслуживания с учетом занятости вызываемого абонента в условиях обработки разноприоритетных запросов. При этом учитывается приоритет двух видов: во-первых, если вызываемый абонент занят менее приоритетным соединением, это соединение принудительно разрывается и освободившийся канал предоставляется для обслуживания поступившего запроса, во-вторых, в случае отсутствия свободных каналов приоритетный запрос вытесняет с обслуживания неприоритетную заявку.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для моделирования системы связи включает генератор заявок, три реверсивных счетчика, генератор тактовых импульсов, генератор импульсов со случайной длительностью, два датчика случайного потока импульсов, десять элементов И, четыре элемента НЕ, семь элементов ИЛИ и генератор приоритетных заявок, причем выход генератора заявок последовательно через первый и второй элементы И соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, а также через второй элемент ИЛИ с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, выход генератора приоритетных заявок параллельно через пятый и седьмой элементы И, соединен со входом пятого элемента ИЛИ, через него - со входами третьего и седьмого элементов ИЛИ, а через них с вычитающим входом второго и суммирующим входом третьего реверсивного счетчика соответственно, а также через четвертый элемент НЕ со вторым входом десятого элемента И, кроме того, выход генератора приоритетных заявок соединен через восьмой элемент И с первым входом десятого элемента И, а затем через второй элемент ИЛИ с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, а через седьмой элемент ИЛИ с суммирующим входом третьего реверсивного счетчика, выход первого датчика случайного потока импульсов соединен с вычитающими входами первого и второго реверсивных счетчиков через четвертый и третий элементы ИЛИ соответственно, выход второго датчика случайного потока импульсов соединен с вычитающим входом третьего реверсивного счетчика, а также через четвертый элемент ИЛИ с вычитающим входом первого реверсивного счетчика, выход генератора тактовых импульсов соединен со входами первого и второго датчиков случайного потока импульсов через четвертый и девятый элементы И соответственно, разрядные выходы первого реверсивного счетчика соединены со входами третьего элемента И; выход третьего элемента И соединен со вторым входом седьмого элемента И, а также через первый элемент НЕ со вторыми входами первого и восьмого элементов И, разрядные выходы второго и третьего реверсивных счетчиков соединены со входами первого и шестого элементов ИЛИ соответственно, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторыми входами шестого и четвертого элементов И, а также с третьим входом седьмого элемента И, выход шестого элемента ИЛИ соединен со вторым входом девятого элемента И, выход генератора импульсов случайной длительности последовательно через третий элемент НЕ, шестой элемент И, второй элемент НЕ соединен со вторым входом второго элемента И, выход шестого элемента И, помимо второго элемента НЕ, соединен со вторым входом пятого элемента И.
Введение новых отличительных признаков: шести элементов И, шести элементов ИЛИ, трех элементов НЕ, генератора приоритетных заявок, датчика случайного потока импульсов, двух реверсивных счетчиков, а также новых связей между элементами позволяет устройству моделировать работу системы связи по незакрепленным каналам при обслуживании заявки на соединение с учетом занятости вызываемого абонента и разного приоритета поступающих запросов.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для моделирования системы связи, обозначено:
1 - первый генератор приоритетных заявок;
2 - генератор заявок;
3, 4, 5, 6 - соответственно пятый, восьмой, первый и третий элементы И;
7 - первый элемент НЕ;
8 - первый реверсивный счетчик;
9 - второй элемент ИЛИ;
10 - второй элемент И;
11 - второй элемент НЕ;
12 - шестой элемент И;
13 - третий элемент НЕ;
14 - генератор импульсов случайной длительности;
15 - первый элемент ИЛИ;
16 - второй реверсивный счетчик;
17, 18 - соответственно третий и четвертый элементы ИЛИ;
19 - седьмой элемент И;
20 - пятый элемент ИЛИ;
21 - первый датчик случайного потока;
22, 23 - соответственно четвертый и девятый элементы И;
24 - второй датчик случайного потока;
25 - третий реверсивный счетчик;
26 - четвертый элементы НЕ;
27 - десятый элемент И;
28 - генератор тактовых импульсов;
29, 30 - соответственно шестой и седьмой элементы ИЛИ.
Устройство для моделирования системы связи, содержит генератор приоритетных заявок 1, генератор заявок 2, первый 21 и второй 24 датчики случайного потока импульсов, генератор тактовых импульсов 28, первый 8, второй 16 и третий 25 реверсивные счетчики, генератор импульсов случайной длительности 14, десять: 5, 10, 6, 22, 3, 12, 19, 23 и 27 соответственно, элементов И, семь: 15, 9, 17, 18, 20, 29 и 30 соответственно, элементов ИЛИ и четыре: 7, 11, 13, 26 соответственно, элемента НЕ, причем выход генератора заявок 2 последовательно через первый 5 и второй 10 элементы И соединен с суммирующим входом 16 второго реверсивного счетчика, а также через второй 9 элемент ИЛИ с суммирующим входом первого реверсивного счетчика 8, выход генератора приоритетных заявок 1 параллельно через пятый 3 и седьмой 19 элементы И, соединен со входом пятого 20 элемента ИЛИ, через него - со входами третьего 17 и седьмого 30 элементов ИЛИ, а через них - с вычитающим входом второго 16 и суммирующим входом третьего 25 реверсивного счетчика соответственно, а также через четвертый 26 элемент НЕ со вторым входом десятого 27 элемента И, кроме того, выход генератора приоритетных заявок 1 соединен через восьмой 4 элемент И с первым входом десятого 27 элемента И, а затем через второй 9 элемент ИЛИ с суммирующим входом первого реверсивного счетчика 8, а через седьмой 30 элемент ИЛИ с суммирующим входом третьего реверсивного счетчика 25, выход первого датчика случайного потока импульсов соединен с вычитающими входами первого 8 и второго 16 реверсивных счетчиков через четвертый 18 и третий 17 элементы ИЛИ соответственно, выход второго датчика случайного потока импульсов 24 соединен с вычитающим входом третьего реверсивного счетчика 25, а также через четвертый 18 элемент ИЛИ с вычитающим входом первого реверсивного счетчика 8, выход генератора тактовых импульсов 28 соединен со входами первого 21 и второго 24 датчиков случайного потока импульсов через четвертый 22 и девятый 23 элементы И соответственно, разрядные выходы первого реверсивного счетчика 8 соединены со входами третьего 6 элемента И; выход третьего 6 элемента И соединен со вторым входом седьмого 19 элемента И, а также через первый 7 элемент НЕ со вторыми входами первого 4 и восьмого 5 элементов И, разрядные выходы второго 16 и третьего 25 реверсивных счетчиков соединены со входами первого 15 и шестого 29 элементов ИЛИ соответственно, выход первого 15 элемента ИЛИ соединен со вторыми входами шестого 12 и четвертого 22 элементов И, а также с третьим входом седьмого 19 элемента И, выход шестого 29 элемента ИЛИ соединен со вторым входом девятого 23 элемента И, выход генератора импульсов случайной длительности 14 последовательно через третий 13 элемент НЕ, шестой 12 элемент И, второй 11 элемент НЕ соединен со вторым входом второго 10 элемента И, выход шестого 12 элемента И, помимо второго 11 элемента НЕ, соединен со вторым входом пятого 3 элемента И.
Устройство для моделирования системы связи работает следующим образом.
В системе связи с незакрепленными каналами имеется N рабочих каналов, каждый из которых может быть задействован по запросу для информационного обмена одного абонента с другим. При поступлении очередного запроса на предоставление канала в моделируемой системе можно выделить шесть различных ситуаций:
- ситуация 1, в системе имеется хотя бы один свободный канал, вызываемый абонент не занят, пришедший запрос на соединение поступает на обслуживание;
- ситуация 2, в системе нет свободных каналов, поступившая неприоритетная заявка получает отказ в обслуживании и теряется;
- ситуация 3, в системе имеются свободные каналы, но вызываемый абонент занят другим соединением, поступившая неприоритетная заявка получает отказ в обслуживании и теряется;
- ситуация 4, вызываемый абонент занят соединением по неприоритетной заявке, по запросу от абонента приоритетной группы, текущее соединение принудительно разрывается, а освободившийся канал предоставляется для обслуживания поступившего запроса;
- ситуация 5, в системе нет свободных каналов, часть канальной емкости занята обслуживанием неприоритетных заявок, поступивший запрос с приоритетом прерывает соединение неприоритетного абонента и занимает освободившийся канал;
- ситуация 6, в системе нет свободных каналов, вся канальная емкость занята обслуживанием приоритетных заявок, поступивший приоритетный запрос получает отказ в обслуживании и теряется.
Общее количество имеющихся в системе связи рабочих каналов в устройстве определяется емкостью первого реверсивного счетчика 8. В исходном состоянии содержимое счетчиков 8, 16 и 25 равно нулю. Состояние реверсивного счетчика 8 показывает общее число занятых каналов в системе связи. Состояние реверсивного счетчика 16 показывает число каналов, занятых обслуживанием неприоритетных заявок. Все заявленные случаи осуществления преимущества в занятии канального ресурса приоритетными запросами возможны только при ненулевом содержимом счетчика 16. Состояние реверсивного счетчика 25 показывает число каналов, занятых обслуживанием приоритетных заявок. Количество занятых каналов отображается двоичным числом. При этом на соответствующих этому числу разрядных выходах счетчиков 16 и 25 имеется уровень логической "1", следовательно, на выходах 15 и 29 элементов ИЛИ появляется уровень логической "1" при наличии в системе хотя бы одного запроса данной группы приоритета.
Моделирование процесса обработки запросов, принятых на обслуживание, осуществляется датчиками случайного потока импульсов 21 и 24 в зависимости от группы приоритета. Датчик случайного потока импульсов 21 работает следующим образом. Если в системе имеются на обслуживании неприоритетные заявки, на вход 22 элемента И и 15 элемента ИЛИ подается уровень логической "1". Генератор тактовых импульсов 28 через открытый 22 элемент И выдает с большой частотой на вход датчика случайного потока 21 импульсы, при этом первый поступивший импульс запускает датчик 21, а последующие тактовые импульсы обеспечивают его работу. Через случайное количество импульсов, равное времени обслуживания пришедшей заявки на соединение, датчик случайною потока 21 формирует на своем выходе импульс, который свидетельствует, что обслуживание завершено и один из занятых каналов связи освободился. Этот импульс поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 8 через 18 элемент ИЛИ при этом емкость последнего уменьшается на единицу, а также через 17 элемент ИЛИ на вычитающий вход реверсивного счетчика 16. Таким образом производится освобождение одного занятого рабочего канала и фиксируется, что это был канал, занятый неприоритетной заявкой. Датчик случайного потока импульсов 24 работает аналогично, моделируя процесс обслуживания приоритетных заявок, при наличии уровня логической "1" на выходе 29 элемента ИЛИ.
В ситуации 1 предлагаемое устройство работает следующим образом. Количество занятых каналов связи в системе отображается двоичным числом в реверсивном счетчике 8. При этом на соответствующих данному числу прямых выходах счетчика 8 имеется уровень логической "1". Так как есть и свободные каналы связи, то на выходе 6 элемента И и на входе 19 элемента И будет уровень логического "0", а, соответственно, на выходе 7 элемента НЕ и на входах 5 и 4 элементов И будет уровень логической "1". Состояние "свободности" абонента или его "занятости" моделируется генератором импульсов со случайной длительностью 14, при этом наличие импульса на выходе генератора 14 соответствует "свободности", а отсутствие импульса соответствует "занятости". Цепочка, состоящая из 13 элемента НЕ, 12 элемента И, 11 элемента НЕ, предназначена для фиксации наличия на обслуживании ранее пришедших заявок, поскольку уровень логической "1" на выходе 15 элемента ИЛИ открывает 12 элемент И, что делает в принципе возможным вызов "занятого" абонента. Таким образом, запрос, пришедший с генератора заявок 2 на соединение, пройдет через открытые 5 и 10 элементы И, после чего поступит на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, а также через 9 элемент ИЛИ поступит на суммирующий вход реверсивного счетчика 8, значение которых увеличится на единицу. Тем самым моделируется занятие одного рабочего канала неприоритетной заявкой.
Аналогично, в описываемой ситуации, запрос, пришедший с генератора приоритетных заявок 1 на соединение, пройдет через открытый 4 элемент И, при этом 3 и 19 элементы И закрыты, на выходе 26 элемента НЕ - уровень логической "1", 27 элемент И, через 9 элемент ИЛИ поступает на суммирующий вход реверсивною счетчика 8, а через 30 элемент ИЛИ - на суммирующий вход реверсивною счетчика 25. Тем самым моделируется занятие одного свободного рабочего канала приоритетной заявкой.
В ситуации 2 устройство работает следующим образом. Так как все каналы заняты, на выходе 6 элемента И будет уровень логической "1", следовательно, через 7 элемент НЕ уровнем логического "0" будет закрыт 5 элемент И, блокируя поступление заявок с генератора 2. Поэтому все заявки от абонентов без приоритета будут теряться до тех пор, пока в системе связи не освободится хотя бы один канал.
В ситуации 3 устройство работает следующим образом. Аналогично ситуации 1, 5 элемент И будет открыт. Так как вызываемый абонент занят, то на входе 3 элемента НЕ присутствует уровень логического "0" с выхода генератора импульсов со случайной длительностью 14. Поскольку 12 элемент И открыт уровнем логической "1" с выхода 15 элемента ИЛИ, то на выходе 11 элемента НЕ появляется уровень логического "0", закрывая 10 элемент И и блокируя генератор 2. Таким образом моделируется отказ в обслуживании и потеря неприоритетной заявки вследствие занятости вызываемого абонента.
В ситуации 4 устройство работает следующим образом. Аналогично ситуации 2, на выходе 12 элемента И присутствует уровень логической "1", который открывает 3 элемент И. Независимо от наличия свободных каналов, приоритетная заявка, поступившая с генератора 1, через 20 элемент ИЛИ и 26 элемент НЕ закрывает 27 элемент И, препятствуя реализации алгоритма обычной постановки приоритетной заявки на обслуживание (ситуация 1). С выхода 20 элемента ИЛИ запрос поступит через 17 элемент ИЛИ на вычитающий вход реверсивного счетчика 16, а также через 30 элемент ИЛИ на суммирующий вход реверсивного счетчика 25. Таким образом моделируется прерывание соединения вызываемого абонента по неприоритетной заявке и установление с ним нового соединения согласно приоритетного запроса.
В ситуации 5 устройство работает аналогично ситуации 4, за исключением того, что запрос с генератора приоритетных заявок 1 поступает на 20 элемент ИЛИ через 19 элемент И, который открыт в случае занятости всех доступных каналов системы (ситуация 2). Таким образом моделируется вытеснение с обслуживания неприоритетной заявки для освобождения канала в интересах поступившего приоритетного запроса.
В ситуации 6 устройство работает следующим образом. Поскольку вся канальная емкость занята обслуживанием приоритетных запросов, то, во-первых, 4 элемент И закрыт, аналогично ситуации 2, во-вторых, на выходе 15 элемента ИЛИ будет присутствовать уровень логического "0", закрывая 19 элемент И, а также через 12 элемент И - 3 элемент И. Следовательно, поступление заявок с генератора приоритетных заявок 1 будет заблокировано до тех пор, пока в системе не освободится хотя бы один канал. Таким образом моделируется отказ в обслуживании и потеря приоритетной заявки вследствие отсутствия свободных каналов.
Подключая к соответствующим элементам разработанного устройства различные счетные устройства, можно получить численные характеристики качества обслуживания абонентов системы связи с незакрепленными каналами.
В связи с тем, что предлагаемое устройство имеет отличительные от прототипа признаки, обеспечивающие достижение цели заявленного технического решения, оно удовлетворяет критерию «новизна».
Промышленная воспроизводимость датчика случайного потока импульсов, генератора приоритетных заявок, аналогичного генератору заявок, реверсивного счетчика и генератора импульсов случайной длительности известна из прототипа.
Промышленная воспроизводимость элементов И, НЕ, ИЛИ обусловлена наличием элементной базы.
Известно, что при моделировании систем связи с незакрепленными каналами, важное значение имеет учет различного приоритета запросов на предоставление каналов, а также возможная занятость вызываемых абонентов. Дисциплина обслуживания приоритетных абонентов может быть различной, в частности, при поступлении заявки от абонента с приоритетом в том случае, если все каналы заняты, заявки от абонентов без приоритета блокируются, принудительно завершается информационный обмен по неприоритетной заявке и освободившийся вследствие этого канал выдается на обслуживание заявки с приоритетом. Однако, в современных системах связи, поддерживающих различные классы обслуживания абонентского трафика, такой вид приоритета не является единственным. Может быть предусмотрена возможность принудительного разрыва неприоритетного соединения для освобождения занятого абонента для информационного обмена по приоритетному запросу. Учет совокупности всех перечисленных факторов имеет существенное значение на этапе проектирования систем связи, что и обуславливает важность введения режима обработки запросов с учетом занятости вызываемого абонента и обслуживания разноприоритетных запросов в предлагаемое устройство. Моделирование систем связи на этапе их разработки позволяет сократить сроки разработки при сокращении стоимости самих работ.