УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Полезная модель относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначена для моделирования систем связи, функционирующих в режиме незакрепленных каналов с отказами каналов в условиях наличия помех.
Известно устройство для моделирования системы связи, содержащее два счетчика, генератор импульсов, табло отображения и последовательно соединенные генератор случайного потока импульсов, элемент И [1].
Однако, данное устройство не обеспечивает возможности моделирования работы системы связи по незакрепленным каналам с отказами и обслуживанием потока неординарных вызовов (например, режим «конференцсвязь» в системе связи с радиоканалами), когда пришедшая заявка требует для своего обслуживания более одного канала, а сами каналы могут быть забракованы.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели по технической сущности является устройство для моделирования системы связи, содержащее генератор импульсов, счетчик кратности сообщений, счетчик переданных сообщений, счетчик правильно принятых сообщений, счетчик импульсов, триггер и последовательно соединенные генератор случайного потока импульсов, элемент НЕ и первый элемент И, второй элемент И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик и схему сравнения, причем выход генератора импульсов соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика кратности сообщений, другим входом первого элемента И и с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента И, разрядные выходы реверсивного счетчика подключены соответственно к информационным входам первой группы схемы сравнения, информационные входы второй
группы которой являются установленными входами устройства, вход разрешения сравнения схемы сравнения подключен к выходу переполнения счетчика кратности сообщений, счетному входу счетчика переданных сообщений, входу считывания реверсивного счетчика и нулевому входу триггера, прямой выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а единичный вход триггера соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов и выходу «Больше» схемы сравнения, выход «Меньше или равно» которой соединен с вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом счетчика правильно принятых сообщений. [2].
Недостатком данного устройства для моделирования системы связи является невозможность моделирования работы системы связи по незакрепленным каналам с обслуживанием потока неординарных вызовов в системе связи с ненадежными каналами.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства за счет воспроизведения режима обслуживания потока неординарных вызовов (режим "конференцсвязь"), а так же моделирование ситуации не доведения информации по каналу связи вследствие отказа его под воздействием помех.
1
n
Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования системы связи, содержащее два элемента И, элемент НЕ, элемент ИЛИ, первый реверсивный счетчик, генератор заявок и датчик случайного потока импульсов, причем выход генератора заявок подключен к первому входу первого элемента И, введены два элемента И, элемент НЕ, второй реверсивный счетчик, генератор помех, схема вычитания, генератор тактовых импульсов, размножитель заявок и табло отображения, причем выходы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с входами второго элемента И, входами элемента ИЛИ и входами a, ...a схемы вычитания, выход второго элемента И через первый элемент НЕ соединен со вторым входом первого элемента И и вторым входом размножителя заявок, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход размножителя заявок, соединен с суммирующим входом первого реверсивного счетчика и первым входом четвертого элемента И, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого соединен
1
n
с входом датчика случайного потока импульсов, выход которого подключен к вычитающему входу первого и второго реверсивного счетчика, выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом третьего элемента И, выход генератора помех соединен с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен со вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, выходы второго реверсивного счетчика соединены со входами b, ..., b схемы вычитания, а выходы схемы вычитания соединены с входами табло отображения. Размножитель заявок нестандартный и включает генератор случайных временных интервалов, генератор тактовых, импульсов, RS-триггер, элемент И и элемент НЕ, причем выход генератора случайных временных интервалов подключен одновременно к входу элемента НЕ и к первому входу элемента И, выход которого является выходом размножителя заявок, выход элемента НЕ соединен с R-входом RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу первого элемента И и является первым входом размножителя заявок, прямой выход RS-триггера соединен со вторым входом элемента И, к третьему входу которого подключен генератор тактовых импульсов, четвертый вход элемента И является вторым входом размножителя заявок и соединен с выходом первого элемента НЕ.
Введение в прототип новых отличительных признаков - элементов И, элемента НЕ, генератора тактовых импульсов, генератора помех, схемы вычитания, табло отображения, размножителя заявок, реверсивного счетчика, и их новых связей - позволяет устройству моделировать работу системы связи с обслуживанием потока неординарных вызовов, когда пришедшая заявка требует для своего обслуживания более одного канала и при передаче информации каналы могут выходить из строя под воздействием помех с потерей заявок.
Известно, что в первом приближении системы связи с незакрепленными каналами моделируются как системы массового обслуживания. При этом предполагается, что каждой поступившей заявке выделяется только один канал связи, возможность обслуживания заявок, требующих двух и более каналов связи (например, в режиме «конференцсвязь» при этом не учитывается. Учет этого фактора важен на этапе проектирования систем связи, что и обуславливает
важность введения такого режима в предлагаемое устройство. Но при использовании в системе связи ненадежных каналов (например радиоканалов), может возникать ситуация, когда под воздействием помех качество канала падает настолько, что передача информации по нему невозможна. Эта ситуация соответствует отказу канала связи. Так как каналов связи может быть несколько, то часть из них в зависимости от уровня помех будет находиться в состоянии отказа. В условиях изменения помеховой обстановки важно иметь статистическую информацию о количестве каналов системы связи находящихся в состоянии отказа, что обуславливает важность введения такой функции в предлагаемое устройство
В связи с тем, что предлагаемое устройство имеет отличительные от прототипа признаки, оно удовлетворяет критерию «новизна».
Веденные отличительные признаки - элементы И, элемент НЕ, генератор тактовых импульсов, генератор помех, схема вычитания, табло отображения, размножитель заявок, реверсивный счетчик, и их связи, встречаются в других аналогах, однако там они служат для достижения других целей. Поставленная в предлагаемом устройстве цель достигается только благодаря введению предложенных отличительных признаков, следовательно, данное заявляемое устройство удовлетворяет критерию «существенное отличие».
Промышленная воспроизводимость датчика случайного потока временных импульсов известна и описана [3].
Промышленная воспроизводимость элементов И, НЕ, ИЛИ, RS-триггера, генератора тактовых импульсов, генератора помех, реверсивного счетчика и табло отображения обусловлена наличием элементной базы.
Промышленная воспроизводимость генератора случайных временных интервалов известна и описана в [4].
Промышленная воспроизводимость схемы вычитания известна и описана в [5].
На фиг.1, 2 представлены электрические структурные схемы предлагаемого устройства для моделирования системы связи.
На фиг.1 обозначено:
1 - генератор заявок
2 - 1-й элемент И
3 - 2-й элемент И
4 - 1-й элемент НЕ
5 - реверсивный счетчик
6 - элемент ИЛИ
7 - 3-й элемент И
8 - датчик случайного потока импульсов
9 - 1-й генератор тактовых импульсов
10 - размножитель заявок
11 - табло отображения
12 - схема вычитания
13 - 2-й элемент НЕ
14 - генератор помех
15 - 4-й элемент И
16 - 2-й реверсивный счетчик.
На фиг.2 обозначено:
17 - RS-тригер
18 - элемент НЕ
19 - генератор случайных временных потоков
20 - элемент И
21 - 2-й генератор тактовых импульсов.
В устройстве для моделирования системы связи выход генератора заявок 1 соединен через первый элемент И 2 с первым входом размножителя заявок 10, выход которого подключен: к суммирующему входу первого реверсивного счетчика 5, через четвертый элемент И 15 к суммирующему входу второго реверсивного счетчика 16, выходы первого реверсивного счетчика 5 соединены соответственно со входами элемента ИЛИ 6, входами второго
1
n
1
n
элемента И 3 и входами а, ... а схемы вычитания 12. Выход второго элемента И 3 через первый элемент НЕ 4 соединен с управляющим входом первого элемента И 2 и со вторым входом размножителя заявок 10. Выход элемента ИЛИ 6 подключен к первому входу третьего элемента И 7, ко второму входу которого подключен первый генератор тактовых импульсов 9. Выход третьего элемента И 7 соединен с датчиком случайного потока импульсов 8, выход которого подключен к вычитающему входу первого реверсивного счетчика 5 и к вычитающему входу второго реверсивного счетчика 16. Выход генератора помех 14 через второй элемент НЕ 13 соединен с четвертым элементом И 15. Выходы второго реверсивного счетчика 16 соединены со входами b, ..., b схемы вычитания 12, выходы которой соединены с табло отображения 11. При этом устройство 10 содержит генератор случайных временных интервалов 19, RS-триггер 17, элемент НЕ 18, элемент И 20, второй генератор тактовых импульсов 21, причем выход генератора случайных временных интервалов 19 соединен со входам элемента НЕ 18 и первым входом элемента И 20, второй вход которого является вторым входом размножителя заявок 10. Выход второго генератора тактовых импульсов 21 подключен к третьему входу элемента И 20, выход которого является выходом размножителя заявок. Выход элемента НЕ 18 соединен с R-входом RS-триггера 17, S-вход которого является первым входом размножителя заявок. Выход RS-триггера 17 соединен с четвертым входом элемента И 20.
Размножитель заявок 10 предназначен для формирования пакета случайного числа импульсов.
Размножитель заявок 10 работает следующим образом.
Поступающий на S-вход RS-триггера 17 импульс переводит триггер в единичное состояние, вследствие чего на четвертом входе элемента И 20 появится уровень логической "1". Генератор случайных временных интервалов 19 вырабатывает импульсы со случайной длительностью. В течение длительности этого импульса на первом входе элемента И 20 будет присутствовать уровень логической «1», и при наличии высокого уровня на втором входе через полностью открытый элемент И 20 на выход устройства будут поступать импульсы со
второго генератора тактовых импульсов 21, количество которых будет определяться длительностью импульса с генератора 19. По окончании импульса со случайной длительностью, вырабатываемого генератором 19, элемент НЕ 18 подает на R-вход RS-триггера 17 единичный потенциал, на прямом входе триггера появляется низкий логический уровень, элемент И 20 закрывается. Далее размножитель заявок 10 работает вышеописанным образом. Параметры генераторов 19 и 21 подбираются таким образом, чтобы выходящие из размножителя заявок 10 случайное число импульсов соответствовало параметрам потока неординарных заявок, поступающих в рассматриваемую систему связи.
Таким образом, данный размножитель заявок 10 после прихода на него обычной (ординарной) заявки из генератора заявок 1 формирует неординарную заявку, представляющую собой пакет из случайного числа импульсов (от 1 до i, где i - гораздо меньше общей емкости реверсивных счетчиков 5 и 16), при этом каждая неординарная заявка требует для своего обслуживания i каналов связи, что и соответствует, например, режиму «конференцсвязь».
Предлагаемое устройство для моделирования системы связи работает следующим образом. В системе связи с незакрепленными каналами имеется n рабочих ненадежных каналов (радиоканалов), каждый из которых может быть задействован для обслуживания приходящего запроса на соединение одного абонента с другим. Кроме того, при поступлении неординарных заявок выделяется i каналов связи, необходимых для обслуживания информационного обмена, например, между (i+1) абонентами, один из которых главный, остальные подчиненные. Общее количества имеющихся в системе связи рабочих каналов в устройстве определяется емкостью реверсивного счетчика 5. Часть каналов занятых обслуживанием заявок под воздействием по меховой обстановки, моделируемой с помощью генератора помех 14, второго элемента НЕ 13 и четвертого элемента И 15, выходит из строя, а число оставшихся каналов записывается во второй реверсивный счетчик 16. С помощью схемы вычитания 12 находится разность общего числа занятых каналов находящегося в первом реверсивном счетчике 5 и числа оставшихся рабочих каналов после воздействия помех находящегося во втором реверсивном счетчике 16. И на табло отображения выводится результат в виде числа
потерянных каналов. Задавая различные параметры генератора помех 14 появляется возможность снять статистику во времени по числу каналов вышедших из строя с табло отображения 11.
Таким образом, в устройстве могут моделироваться две возможные ситуации, имеющие место в моделируемой системе связи при приходе запроса на соединение.
Ситуация 1. В системе имеются свободные незакрепленные канал связи. Приходящий запрос на представление одного или нескольких каналов поступает на обслуживание,
Ситуация 2. В системе отсутствуют свободные незакрепленные каналы связи. Приходящий запрос на обслуживание не поступает и теряется.
В ситуации 1 предлагаемое устройство работает так. Количество занятых каналов связи в системе отображается двоичным числом в первом реверсивном счетчике 5, при этом на соответствующих данному числу прямых выходах счетчика 5 имеется уровень логической «1». Так как есть и свободные каналы связи, то на выходе элемента И 3 будет уровень логического «0», а соответственно на выходе элемента НЕ 4, на входе размножителя заявок 10 и на входе элемента И 2 будет уровень логической «1». Таким образом, запрос, пришедший с генератора заявок 1, через открытый элемент И 2 поступает на первый вход размножителя заявок 10, где и будет сформирован пакет случайного числа импульсов, имитирующих количество потребных каналов связи. Эти импульсы поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 5, значение которого с приходом каждого импульса увеличивается на единицу. Таким образам, при приходе i импульсов моделируется занятие i каналов связи. Параллельно с процессом занятия каналов заявки через четвертый элемент И 15 поступают на суммирующий вход второго реверсивного счетчика 16, но проходят они только в том случае, когда от генератора помех 14 нет сигнала, если сигнал помехи есть, то заявка теряется и соответственно во втором реверсивном счетчике 16 число заявок не меняется. На табло отображения высвечивается число потерянных заявок.
Моделирование процесса освобождения канала осуществляется так.
Датчик случайного потока импульсов 8 работает следующим образом. Генератор тактовых
импульсов 9 через открытый элемент И 7 выдает с большой частотой импульсы на вход датчика случайного потока импульсов 8, при этом первый поступивший импульс запускает датчик 8, а последующие тактовые импульсы обеспечивают его работу. Через случайное количество импульсов, равное времени задействования обслуживаемой заявкой канала связи, датчик случайного потока импульсов 8 формирует на своем выходе импульс, который свидетельствует, что один из занятых каналов связи освободился. Этот импульс поступает на вычитающий вход первого реверсивного счетчика 5 и на вычитающий вход второго реверсивного счетчика 16, емкость которых уменьшается на единицу. Таким образом, производится освобождение одного занятого рабочего канала связи.
Заметим также, что процесс обслуживания занятых каналов связи осуществляется по описанному выше алгоритму даже в случае отсутствия нового пришедшего запроса на соединение.
Отметим также, что в заявляемом устройстве моделируется, в частности такое обслуживание режима конференцсвязи, когда после выдачи главным абонентом подчиненным i абонентам некоторого сообщения они поочередно, докладывают о его получении и уяснении, после чего отключаются от связи.
В ситуации 2 предлагаемое устройство работаем так. Так как в системе связи все каналы заняты, то на всех входах элемента И 3 будет присутствовать уровень логической «1», a следовательно, на выходе элемента НЕ 4 и входе элемента И 2 будет присутствовать уровень логического «0», Значит, пришедший запрос на соединение будет потерян. Если же емкость первого реверсивного счетчика 5 была исчерпана при поступлении пакета или части пакета импульсов с размножителя заявок 10, то работа размножителя заявок немедленно прекращается, так как на его втором входе появляется уровень логического «0», В этом случае запрос считается обслуженным частично.
Моделирование режима обслуживания занятых каналов связи будет происходить выше описанным образом.
Подключая к соответствующим элементам данного устройства для моделирования
системы связи различные устройства, можно получить дополнительные численные характеристики качества обслуживания абонентов системы связи с незакрепленными каналами и неординарным потоком вызовов с ненадежными каналами и в условиях помех.
Достоинством предлагаемого устройства для моделирования систем связи является возможность моделирования работы системы связи по незакрепленным каналам с обслуживанием потока неординарных вызовов, когда пришедшая заявка требует для своего обслуживания одного или нескольких каналов, а сами каналы имеют конечную надежность и подвержены влиянию помех.
Литература:
1. А.С. (СССР) №842827, МКИ G 06 F 15/20. Устройство для моделирования систем связи. 1981.
2. А.С. (СССР) №1397935, МКИ G 06 F 15/20. Устройство для моделирования систем связи. 1988 (прототип).
3. А.С. (СССР) №1370736, МКИ Н 03 К 3/84. Датчик случайного потока импульсов. 1988.
4. А.С. (СССР) №1553973, МКИ G 06 F 7/58. Генератор случайных временных интервалов. 1990.
5. Пятибратов, А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П.Пятибратов, Л.П.Гудыно, А.А.Кириченко; под ред. А.П.Пятибратова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 2004. - 512 с.: ил. - 3000 экз. - ISBN 5-279-02301-9.