Наземный комплекс приёма информации на основе хронологической файл-трансляции
GROUND-BASED COMPLEX FOR RECEIVING INFORMATION BASED ON CHRONOLOGICAL FILE TRANSLATION

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах космической связи.
Из уровня ехники известна группа изобретений, описанных в патенте RU 2481720 «Потоь эвая передача данных в режиме реального времени или в режиме, близком к реальному времени». Группа изобретений относится к области передачи данных. Технический результат заключается в обеспечении выполнения потоковой передачи, используя непотоковые протоколы. В способе и в устройстве для потоковой передачи содержания в режиме реального времени или в режиме, близком к реальному времени, используют протоколы передачи, например, HTTP совместимый протокол. В одном из вариантов осуществления способа разделяют поток данных и представляют непрерывное содержание программы на основе времени (например, широковещательная передача видеоданных в режиме реального времени) в виде множества различных мультимедийных файлов, и генерируют файл списка воспроизведения, имеющий множество тэгов и универсальных индикаторов ресурса (URI), обозначающих порядок представления множества различных мультимедийных файлов. Множество мультимедийных файлов и файл списка воспроизведения могут быть сделаны доступными для передачи в устройство клиент, которое может получать мультимедийные файлы, используя файл списка воспроизведения.
Однако, недостатком известного технического решения, является то, что для получения информации устройство клиента использует сохраненный файл списка воспроизведения, содержащий множество тегов. Таким образом, даже для получения информации и для дальнейшей работы с ней, требуется специальное программное обеспечение. Недостатком также является ограниченный набор альтернативных потоков, представляющих то же самое содержание, но различные параметры воспроизведения. Следовательно, устройству клиента предлагается выбрать один из доступных вариантов списков воспроизведения, лишая возможности выбора определять их самому.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению можно выделить комплекс приема и обработки информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), в котором кроме средств приема неотъемлемой частью наземного комплекса приема является подсистема структурного восстановления информации до уровня целевой информации в соответствии со структурой кадров, принятой в бортовой аппаратуре. Подсистема структурного восстановления информации, как правило, уникальна для различных типов космического аппарата (КА) (Р.Б. Шевчук «Комплексы приема информации с российских спутников ДЗЗ», Геоматика №2, 2012; В.В. Бутин «Организация наземного комплекса приема и обработки данных ДЗЗ» Геопрофи №1 2012; В.В. Ромашкин, П.А. Лошкарев, В.В. Шевчук, Ю.В. Клепов «Комплекс приема и обработки информации ДЗЗ в военно-космической академии им. А.Ф. Можайского», Геоматика №3 2012). На рис. 1 представлена блок схема данного наземного комплекса приема. При такой схеме информация источника (высокоскоростной радиолинии КА ДЗЗ), в виде символ-кодов от демодуляторов каналов А и Б, поступает на интерфейсный блок сопряжения, где она смешивается друг с другом в темпе поступления и поступает одновременно на синхронизатор и на первичный регистратор. В синхронизаторе информация проходит полный цикл структурного восстановления и снятие криптографического шифрования с помощью аппаратуры средств криптозащиты информации. Восстановленная целевая информация (ЦИ) записывается вторичным регистратором и готова к дальнейшей обработке.
Однако данное техническое решение имеет свои недостатки, такие как:
наличие требований по непосредственному соединению короткими кабелями аппаратуры средств криптозащиты информации с синхронизатором, синхронизатора с интерфейсного блока сопряжения, интерфейсный блок сопряжения с демодуляторами, которые обязывают аппаратуру находиться в непосредственной близости друг от друга, а аппаратуру средств криптозащиты информации (СКЗИ) в защищенном помещении;
наличие требований по наличию дополнительного регистратора при котором информация, записанная первичным регистратором, воспроизводится через интерфейсный блок сопряжения и повторно может быть обработана синхронизатором;
наличие в схеме самого устройства интерфейсного блока сопряжения, которое может являться источником сбоев в работе наземного комплекса приема, причем эти сбои могут распространяться как на основную линию, так и на резервную, при этом, повторное воспроизведение не приводит к устранению возникших сбоев;
избыточность аппаратных средств наземного комплекса приема, из-за отсутствия унификации систем структурного восстановления информации для КА различного типа.
Задачей заявляемого изобретения являются обеспечение асинхронной ретрансляции данных от разнородных источников информации к неограниченному числу получателей информации через локальную вычислительную сеть (ЛВС) (Интранет) и/или глобальную вычислительную сеть (Интернет) в режиме «мягкого» реального времени и в режиме ретроспективы с предоставлением активной роли управления ретрансляцией получателю при оптимальном количестве аппаратно-программных средств и минимизации вероятности сбоев при регистрации.
Техническим результатом является создание наземного комплекса приема информации ДЗЗ на основе хронологической файл-трансляции, реализующий возможность асинхронной работы наземного комплекса приема и средств структурного восстановления информации.
Для достижения технического результата наземный комплекс приема информации на основе хронологической файл-трансляции, включает в себя последовательно задействуемые антенно-фидерное устройство 1.1, обеспечивающее прием информации от источника с необходимым усилением и фильтрацией помех, цифровые демодуляторы каналов 1.2, выполняющие выделение информационного модулирующего сигнала из модулированного колебания высокой несущей частоты, оперативное запоминающего устройство 1.3, в котором одна совокупность буферов которых в данный момент открыта для записи поступающей информации, а оставшаяся совокупность, закрытая для записи, образует очередь файлов для записи на диск, а также по меньшей мере, один сервер хронологической файл-трансляции 1.4, который включает в себя интерфейсы сопряжения 1.5, программное обеспечение (СПО) 1.6, а также диски хранения хроно-файлов 1.7, содержащих упорядоченную по хронологии информацию от источника, а также по меньшей мере, один сервер хронологической файл-трансляции, обеспечивающий асинхронную ретрансляцию данных от разнородных источников информации к неограниченному числу получателей информации и программное обеспечение, реализующее технологию хронологической файл-трансляции. При этом антенно-фидерное устройство 1.1, цифровые демодуляторы каналов 1.2, оперативное запоминающее устройство 1.3, а также сервер хронологической файл-трансляции 1.4 функционально объединены в комплекс приема и регистрации 1, а программное обеспечение 2.1, интерфейс сопряжения 2.2 и аппаратные средства 2.3 функционально объединены в комплекс структурного восстановления и синхронизации информации 2.
На рис. 2 представлена блок схема варианта реализации комплекса приема информации на основе хронологической файл-трансляции с одним сервером хронологической файл-трансляции 1.4 и одним комплексом структурного восстановления 2.
Аппаратно сервер хронологической файл трансляции 1.4 эквивалентен первичному регистратору аналога (рис. 1). Отличительной чертой сервера хронологической файл трансляции 1.4 является наличие программного обеспечения 1.6, отвечающего за реализацию информации по стандартам хронологической файл-трансляции. Комплекс структурного восстановления может как входить в состав наземного комплекса приема, так и не являться его частью. В любом случае, комплекс структурного восстановления допускает как совмещенное размещение с наземным комплексом приема, так и удаленное размещение, в том числе на аппаратных средствах дата-центров. Комплекс структурного восстановления состоит из покупных, коммерческих аппаратных средств 2.3, программного обеспечения 2.1 и интерфейсов сопряжения 2.2 (стандартных или специально разработанных). Структурное восстановление выполняется с помощью программного обеспечения 2.1, разработанного для конкретной структуры бортовой целевой информации и размещенного на сервере структурного восстановления. Интерфейсы сопряжения 2.2 используются при необходимости сопряжения комплекса структурного восстановления с дополнительными внешними аппаратно-программными средствами обработки информации (СКЗИ, ускорителями вычислений на базе GPU и др.). Такой способ позволяет минимизировать аппаратные средства структурного восстановления информации, а также минимизировать необходимое количество аппаратуры средств криптозащиты информации. При этом выделенные средства структурного восстановления могут работать с неограниченным числом наземного комплекса приема.
На рис. 3 представлен вариант построения наземного комплекса приема с использованием нескольких комплексов приема и регистрации (КПР) 1 и одного комплекса структурного восстановления (КСВ) 2. При таком построении возможно использование различных методов синтеза сохраненной в хроно-файлах информации. В результате получается эффект сложения апертур приемных антенн при одновременном приеме наземного комплекса приема с пересекающимися зонами радиовидимости или эффект сложения зон уверенного приема наземного комплекса приема, при котором зоны радиовидимости КА перекрываются частично, таким образом, что в некоторые моменты времени прием ведет только один из наземного комплекса приема.
Технология хронологической файл-трансляции предусматривает обмен данными реального времени между источником и приемниками через файлы, сохраненные на каком-либо носителе и именованные хронологическим образом, т.е. таким образом, при котором, проведя поиск по именам файлов (или поддиректорий и файлов), можно найти файл, в котором хранится информация, поступившая от источника в заданное время в режиме реального времени. Например, «время начала информации в данном файле в секундах от начала эпохи», где под «началом эпохи» понимается любые заранее оговоренные дата и время.
На рис. 4 представлена схема технологии хронологической файл-трансляции на этапе источник-директория хранения. По технологии хронологической файл-трансляции информация, поступающая от источника в режиме реального времени через любые интерфейсы ввода-вывода, поступает в оперативную память электронно-вычислительной машины и накапливается в буфере в оперативном запоминающем устройстве в течение некоторого интервала накопления, заданного в настройках реализации. По окончании текущего интервала накопления текущий буфер "закрывается" и "открывается" новый буфер, в котором начинает накапливаться вновь поступающая информация, а закрытый буфер встает в очередь на запись в файл. Таким образом, осуществляется «нарезка» информации на интервалы накопления. Интерфейсы могут содержать буфер FIFO для исключения потерь информации при высокой скорости поступления информации от источника при наличии технических интервалов в работе ЭВМ. Процессы записи информации из буфера в хроно-файл на диск и процессы накопления и нарезки информации осуществляются асинхронно, что позволяет исключить потери информации из-за технических ограничений ЭВМ и операционной системы при высоких скоростях поступления информации от источника.
Ключевым элементом технологии хронологической файл-трансляции является хроно-файл, т.е. файл какой-либо файловой системы, содержащий в себе информацию источника за некоторый определенный интервал накопления. Начало и конец интервала накопления однозначно определяются из имени хроно-файлов. В реальных системах, основанных на серверных вычислительных системах, заполнение оперативного архива хроно-файлов осуществляется некоторым программным обеспечением, получающим данные от источника через любой аппаратный интерфейс ввода-вывода, а раздача хроно-файлов получателям осуществляется средствами файловой системы серверной операционной системы.
На рис. 5 представлена схема технологии хронологической файл-трансляции на этапе источник - директория хранения с буфером FIFO. Получателями информации являются программы ЭВМ, имеющие локальный или сетевой доступ к директории хранения. Получатель в режиме реального времени или с задержкой, не большей чем время оперативного хранения, проводит средствами операционной системы ЭВМ хронологический поиск файлов в директории хранения в интервале времен необходимых получателю. Данный способ допускает независимый одновременный доступ неограниченного числа получателей к получаемой информации в режиме «мягкого» реального времени и режиме ретроспективы. Конфликты одновременного доступа к файлам решаются средствами операционной системы. Задержка в поступлении информации от источника к получателю в реальном режиме времени определяется интервалом накопления.
Таким образом, активная роль управления ретрансляцией принадлежит получателю, от желания которого зависит начало ретрансляции и темп передачи, что полностью исключает потери информации из-за запаздывания получателя и создает исключительную гибкость в работе системы ретрансляции. Кроме того, технология хронологической файл-трансляции не нуждается в списке воспроизведения, хранимого в ретрансляторе.
В предлагаемом способе построения наземного комплекса приема информации ДЗЗ на основе хронологической файл-трансляции отсутствуют недостатки присущие наземному комплексу приема, известным из уровня техники. Кроме того, имеются дополнительные возможности, проистекающие из использования технологии хронологической файл-трансляции в схеме наземного комплекса приема, а именно возможность асинхронной работы КПР 1 и КСВ 2, что позволяет свести к нулю межсеансные интервалы.