Устройство для оценки времени обмена информацией

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована для научных исследований, в которых необходимо проведение оценки времени обмена информацией между источником и получателем.
Устройство предназначено для непосредственного вычисления значения времени обмена информацией для систем обмена информацией, использующих пакетные протоколы, а также для проведения сравнительной оценки значений заданного времени и времени, полученного в результате моделирования процесса обмена информацией.
Известно устройство для оценки времени приема радиосигнала, прошедшего приземный канал распространения радиоволн (Патент РФ на полезную модель №111371, опубликовано 10.12.2011, бюл. №34). Данное устройство позволяет проводить оценку времени приема радиосигнала при проектировании радиоприемных устройств, работающих в условиях многолучевого распространения сигнала. Однако данное устройство не позволяет проводить оценку времени обмена информацией для систем, использующих при обмене информацией пакетные протоколы.
Известно устройство для оценки времени приема сигналов системы со множеством входов и множеством выходов (Патент РФ на полезную модель №131258, опубликовано 10.08.2013, бюл. №22). Данное устройство позволяет с высокой точностью проводить оценку времени приема сигналов для системы связи, имеющих множество входов и выходов. Однако в данном устройстве не реализована возможность оценки времени обмена информацией для систем, использующих пакетные протоколы, с учетом необходимого количества повторов не доставленных информационных пакетов.
Цель создания полезной модели - создание технического средства, определенного назначения (оценка времени обмена информацией между источником и получателем, для систем, использующих при обмене информацией пакетные протоколы).
В общем виде типовое сообщение состоит из нескольких информационных пакетов. Пакеты могут быть двух типов: текстовые и смешанные. Упорядоченность и целостность доведения информационных пакетов поддерживается средствами протокола канального уровня. Упорядоченность обеспечивается последовательной нумерацией передаваемых пакетов. Целостность доведения обеспечивается кодированием помехоустойчивым циклическим кодом, обнаруживающим ошибки, и восстановлением принимаемой с ошибками информации методом решающей обратной связи с адресным переспросом.
В составе типового сообщения присутствуют 2 смешанных информационных пакета. Смешанный пакет, имеющий в своем составе адресную и текстовую часть, является первым пакетом, отправляющимся в канал, и открывающим сеанс обмена информацией между источником и получателем. Смешанный пакет, имеющий в своем составе текстовую часть и контрольную сумму, отправляется в канал последним. Контрольная сумма используется для проверки целостности переданных данных. Приняв отправленное источником сообщение, получатель формирует и отправляет квитанцию, содержащую информацию о состоянии принятой информации.
Для описания алгоритма функционирования устройства сформулирована совокупность критериев, детально и объективно характеризующих результативность процесса обмена информацией между источником и получателем.
Комплексный критерий реализации процесса обмена информацией сформулирован следующим образом: процесс обмена информацией между источником и получателем считается реализованным, если за заданное время источником получена квитанция, не требующая повторов информационных пакетов сообщения.
Частный критерий получения сообщения сформулирован следующим образом: сообщение считается полученным, если считается полученным каждый его информационный пакет.
Частный критерий получения текстового пакета сформулирован следующим образом: пакет считается полученным, если в нем содержится не более k битовых ошибок.
Частный критерий получения смешанного пакета сформулирован следующим образом: пакет считается полученным, если в его адресной части и контрольной сумме отсутствуют битовые ошибки, а в текстовой части не более k битовых ошибок.
Указанная совокупность критериев проверяется в процессе моделирования процесса обмена информацией.
Для моделирования процесса обмена информацией используются следующие исходные данные:
ЗАД
Т - заданное время, за которое необходимо осуществить процесс обмена информацией между источником и получателем;
П
L - длина информационного пакета сообщения;
АДР
L - длина адресной части сообщения;
КС
L - длина контрольной суммы сообщения;
КВ
L - длина квитанции;
ОЖ
Т - время ожидания источником квитанции от получателя (по истечении данного времени источник отправляет сообщение заново);
ЗАД
Т - заданное время, за которое необходимо осуществить процесс обмена информацией между источником и получателем;
V - скорость передачи данных в канале.
В процессе моделирования получаются следующие выходные данные:
ОИ
Т - время обмена информацией между источником и получателем;
А - общее количество адресных частей сообщения, переданных от источника получателю в рамках обмена информацией;
K - общее количество контрольных сумм сообщения, переданных от источника получателю в рамках обмена информацией;
М - общее число пакетов, переданных от источника получателю (включая пакеты, переданные повторно);
I - общее количество квитанций, переданных от получателя источнику в рамках обмена информацией;
S - количество превышений времени ожидания источником квитанции от получателя;
АДР
Т - время передачи от источника получателю адресной части сообщения;
КС
Т - время передачи от источника получателю контрольной суммы сообщения;
п
Т - время передачи от источника получателю одного пакета;
КВ
Т - время передачи от получателя источнику квитанции.
Вычисление времени обмена информацией в представленном устройстве реализовано в соответствии с формулой:
где
На рисунке фиг. 1 представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый регистры 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, первый, второй, третий и четвертый блоки деления 13, 14, 15, 16, блок увеличения на единицу 17, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения 18, 19, 20, 21, 22, блок элементов И 23, блок сумматоров 24, компаратор 25, первый и второй счетчики 26, 27, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый информационные входы 28-40, первый и второй информационные выходы 41, 42.
Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый информационный входы 28-39 соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым, восьмым, девятым, десятым, одиннадцатым и двенадцатым регистрами 1-12 соответственно, тринадцатый информационный вход 40 соединен с блоком элементов И 23, выход первого регистра 1 соединен со входом первого блока деления 13, выход второго регистра 2 соединен со входом второго блока деления 14, выход третьего регистра 3 соединен со входом третьего блока деления 15, выход четвертого регистра 4 соединен со входом четвертого блока деления 16, выход пятого регистра 5 параллельно соединен со входами первого, второго, третьего и четвертого блоков деления 13-16, выходы шестого, седьмого и девятого регистров 6, 7, 9 соединены со входами первого, второго и четвертого блоков умножения 18, 19, 21 соответственно, выход восьмого регистра 8 соединен со входом блока увеличения на единицу 17, выход блока увеличения на единицу 17 соединен со входом третьего блока умножения 20, выходы десятого и одиннадцатого регистров 10,11 соединены со входами пятого блока умножения 22, выход первого блока деления 13 соединен со входом первого блока умножения18, выход второго блока деления 14 соединен со входом второго блока умножения 19, выход третьего блока деления 15 соединен со входом третьего блока умножения 10, выход четвертого блока деления 16 соединен со входом четвертого блока умножения 21, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков умножения 18-22 через блок элементов И 23 соединены с блоком сумматоров 24, выходы блока сумматоров 24 и двенадцатого регистра 12 соединены со входами компаратора 25, выходы компаратора 25 соединены со входами первого и второго счетчиков 26 и 27, выход первого счетчика 26 является первым информационным выходом устройства 41, выход второго счетчика 27 является вторым информационным выходом устройства 42.
ОЖ
ЗАД
АДР
КС
КВ
П
ОИ
ОИ
ЗАД
Устройство функционирует следующим образом. На первый, второй, третий и четвертый информационные входы 28-31 поступают данные о длине адресной части сообщения, длине контрольной суммы сообщения, длине квитанции и длине информационного пакета сообщения, которые записываются в первый, второй, третий и четвертый регистры 1-4 соответственно. На пятый, одиннадцатый и двенадцатый информационные входы 32, 38 и 39 поступают данные о скорости передачи данных в канале, максимальном времени ожидания квитанции (значение этих данных соответствует переменной Т в формуле (1)) и заданном времени, за которое необходимо осуществить процесс обмена информацией между источником и получателем (значение этих данных соответствует Т) и записываются в пятый, одиннадцатый и двенадцатый регистры 5, 11, 12 соответственно. На шестой информационный вход 33 поступают данные об общем количестве адресных частей сообщения, переданных от источника получателю в рамках обмена информацией (значение этих данных соответствуют переменной А в формуле (1)). На информационный вход 34 поступают данные об общем количестве контрольных сумм сообщения, переданных от источника получателю в рамках обмена информацией (значение этих данных соответствует переменной K в формуле (1)). На информационный вход 35 поступают данные об общем количестве квитанций, переданных от получателя источнику в рамках обмена информацией (значение этих данных соответствует переменной I в формуле (1)). На информационный вход 36 поступают данные об общем количестве контрольных сумм сообщения, переданных от источника получателю в рамках обмена информацией (значение этих данных соответствует переменной K в формуле (1)). На информационный вход 37 поступают данные о количестве превышений времени ожидания источником квитанции от получателя (значение этих данных соответствует переменной S в формуле (1)). С выходов первого, второго, третьего и четвертого регистров 1-4 данные в качестве делимого поступают на входы первого, второго, третьего и четвертого блоков деления 13-16 соответственно. С выхода пятого регистра 5 данные в качестве делителя поступают на входы первого, второго, третьего и четвертого блоков деления 13-16 соответственно. С выхода первого блока деления 13 данные поступают на вход первого блока умножения 18 (значение этих данных соответствует переменной Т в формуле (1)). С выхода второго блока деления 14 данные поступают на вход второго блока умножения 19 (значение этих данных соответствует переменной Т в формуле (1)). С выхода третьего блока деления 15 данные поступают на вход третьего блока умножения 20 (значение этих данных соответствует переменной Т в формуле (1)). С выхода четвертого блока деления 16 данные поступают на вход четвертого блока умножения 21 (значение этих данных соответствует переменной Т в формуле (1)). С выходов шестого, седьмого и девятого регистров 6, 7, 9 данные поступают на входы первого, второго и четвертого блоков умножения 18, 19, 21 соответственно. С выхода восьмого регистра 8 данные через блок увеличения на единицу 17 поступают на вход третьего блока умножения 20. С выходов десятого и одиннадцатого регистров 10, 11 данные поступают на входы пятого блока умножения 22. С выходов первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков умножения 18-22 данные поступают на блок элементов И 26. В случае появления на входе 40 управляющего сигнала (данный управляющий сигнал сообщает об окончании одного цикла моделирования процесса обмена информацией), данные с первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков умножения 18-22 попадают на вход блока сумматоров 24. С выхода блока сумматоров 24 данные поступают на первый вход компаратора 25. С выхода двенадцатого регистра 12 данные поступают на второй вход компаратора 25. В случае, когда численное значение данных, поступивших с блока сумматоров 24, окажется меньше данных, поступивших с двенадцатого регистра 12, компаратор выдает сигнал на счетчик 26. В случае, когда численное значение данных, поступивших с блока сумматоров 24, окажется больше данных, поступивших с двенадцатого регистра 12, компаратор выдает сигнал на счетчик 27. Таким образом, устройство осуществляет вычисление времени обмена информацией Т в соответствии с формулой (1), а также осуществляет сравнение времени обмена информацией Т с максимальным временем обмена информацией Т, с сохранением результатов сравнения в счетчики 26 и 27 в количественном соотношении. Со счетчиков 26 и 27 данные поступают на информационные выходы 41 и 42.
Таким образом, при создании полезной модели решена техническая проблема создания средства определенного назначения (оценка времени обмена информацией между источником и получателем, для систем, использующих при обмене информацией пакетные протоколы).
ОИ
ЗАД
ОИ
ЗАД
Кроме того, имея количество экспериментов, в результате которых время обмена информацией Т не превышает максимальное время обмена информацией Т (значение счетчика 26) и количество экспериментов, в результате которых время обмена информацией Т превышает максимальное время обмена информацией Т (значение счетчика 27), можно рассчитать вероятность обмена информацией за заданное время.
Вероятность обмена информацией за заданное время определяется по формуле:
ои
Р=N/F,
где N - общее количество экспериментов, в которых осуществляется моделирование процесса обмена информацией;
ОИ
ЗАД
F - количество экспериментов, в которых время обмена информацией Т не превышает максимальное время обмена информацией Т (значение счетчика 26).
Заявленная полезная модель является техническим решением, относящимся к устройству, т.к. формула полезной модели содержит совокупность относящихся к устройству существенных признаков (а именно, перечень используемых элементов и связей между ними) достаточную для решения указанной задачи и достижения технического результата. Приведенные признаки относятся к существенным, т.к. они влияют на возможность получения технического результата, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Отсутствие одного или нескольких признаков приведет к неработоспособности устройства и не позволит получить заявленный результат.
Реализация и использование предлагаемой полезной модели позволяет проводить непосредственное вычисление времени обмена информацией между источником и получателем для систем, использующих при обмене информацией пакетные протоколы, а также сравнительную оценку значений заданного времени и времени, полученного в результате моделирования процесса обмена информацией.
Технический результат данной полезной модели заключается в том, что при реализации и использовании данного устройства обеспечивается расширение арсенала средств определенного назначения, позволяющих проводить вычисление и оценку времени обмена информацией для систем, поддерживающих пакетные протоколы.
Представленное устройство может также быть использовано для вычисления вероятностно-временных характеристик обмена информацией между источником и получателем в системах, поддерживающих пакетные протоколы обмена информацией.
Описанное устройство для оценки времени обмена информацией может быть осуществлено с применением известных в области радиоэлектроники узлов и блоков, соединенных между собой, обеспечивающих конструктивное и функциональное единство.