Моделирование и оптимизация процессов передачи информации в спутниковом доступе

установки с тепловым насосом являются (значение 8МЕЯ составило 1.16.): • время 1-й стадии сушки - 3 ч, • время 2-й стадии сушки - 2.5 ч.

Таким образом, результаты анализа энергоэффективности с использованием критерия 8МЕЯ и динамического критерия эффективности аЕ совпадают.

В результате проведенных исследований, на основании экспериментальных данных, а также при помощи математической модели процесса и найденных функциональных зависимостей качественных параметров продукта (цвет, насыпная плотность) от времени стадий сушки были отобраны возможные варианты условий процесса, при которых качество получаемого продукта является максимальным. Данный набор условий процесса был дополнительно оценен с точки зрения энергоэффективности при помощи динамического критерия эффективности аЕ, а также при помощи критерия 8МЕЯ.

Таким образом, наиболее рекомендуемыми условиями проведения атмосферной двухстадийной сушки (продукт протеин) в псевдоожиженном слое с тепловым насосом являются: время 1-й стадии сушки (-5°С) - 3 ч, время 2-й стадии сушки (25 °С) - 2.5 ч.

УДК 681.324:621.398

М.Л. Фёдорова, А.В. Силин, Нгансоп Нгуепкап Серж

Новомосковский институт (филиал) Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Новомосковск, Россия

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СПУТНИКОВОМ ДОСТУПЕ

Have been created simulate of satellite communication with the object of optimization specification of receiving-earth station. To propose a model to estimate bandwidth of receiving-earth station for quality of service.

Ставится и решается задача моделирования работы системы спутниковой связи с целью оптимизации технических характеристик наземных станций. Предлагается модель, позволяющая рассчитать ширину полосы пропускания при обеспечении заданного уровня качества обслуживания.

В работе рассматривается система спутниковой связи, состоящая из определенного количества наземных станций и спутника. Спутник принимает вызов от наземной станции и передает ответ на приемную станцию. Известны технические характеристики оборудования спутника, среднее время обработки одного вызова t, пропускная способность, уровень обслуживания щ, который является вероятностью блокировки вызова BER (Bit Error Rate). Авторы данной работы ставят перед собой задачу смоделировать работу указанной системы с целью оптимизации технических характеристик наземных станций. Таким образом, необходимо определить ширину полосы пропускания и количество станций передающих одновременно при обеспечении заданного уровня обслуживания, т.е. значение BER должно быть меньше пороговой величины щ (обычно 0,5%) . При определении величины пропускной способности станции уже учитываются условия передачи (идеальные или нет), отношение символьной энергии канала к плотности мощности шума, и другие параметры. Рассмотрим систему передачи информации от клиента к наземной станции, и дальше спутнику. Эту систему можно условно разделить на два этапа. Первый это передача информации от клиента станции, в этом случае в системе есть буфер, и возможна задержка неудачного вызова. Второй этап - передача информации от станции спутнику, в этом случае происходит очистка неудачного вызова. В результате рассматривается система типа источник-приемник и её можно классифицировать как двух фазную систему массового обслуживания. Первую фазу можно

классифицировать какМ\М\Ытса\$^. Где Ытса - количество вызовов, которые посылает станция одновременно. Q(i-> - объём буфера /-станции. Вторую фазу - передачу спутнику М\М\Ы1, причём Ытах= N1, т.е. количество вызовов принятых от станции равно количеству обработанных спутником. Так как вызовы, поступающие от разных станций на спутник не связанны между собой, то они распределены показательно и вероятность блокировки для них вычисляется согласно В-формуле Эрланга для N1 одновременных подключений:

РВ ЧО =

Z (р(0 У / П

n=0

где р{1) ) - коэффициент загрузки трафика /-ой станции, ti'-1 - интенсив-

/ ß

ность поступления запросов, у (г-) - средняя продолжительность каждого подключе-

/ ß

ния.

Так как в модели задан уровень обслуживания, то пропускная способность трафика в реальном времени может быть рассчитана согласно (2) для каждой наземной станции.

С? = min {г« : PB\Iy

где В - скорость соединения, r^ - уровень избыточности.

Для упрощения задачи считаем, что уже заданы ограничения на пропускную способность наземной станции С(/. Их находят из технических характеристик станции.

r^L (t) = К?(о N, ßßld (t) - фактор сокращения пропускной способности для

/ ßlevel

станции / за время t, n((/(t) - число одновременных подключений необходимое для передачи мультимедийного трафика, C^(t) = С(l) ßßllel(t) -B n(l)(t) пропускная способность асинхронного трафика. Таким образом, число одновременных подключений можно рассчитать по формуле (4):

'С)/(в * ^ (t))_ с(i)/(в * г£)е1 (t))_

Несмотря на то, что пакеты поступают независимо, фреймы в них очень сильно зависят от передачи первого фрейма, т.е. на лицо поток с долгосрочной зависимостью (long range dependent) или еще эту зависимость называют самоподобием (self similarity). Процесс такого рода носит пачечный (bursty) характер. Следовательно, для расчета частоты появления ошибочных битов справедливы соотношения (5) и (6):

N

-(i) "max г \

P

N(mL(c(i))=

if С

J Crt <C

if Ct > С

i=0

c * ti * Ra } jf Y(i) ^ 2(i )*R* Tm

min<!--*

' a*(a- 1)*(XW-ting*R*Tm) \ иначе

1

где Рг{п(г)({) = 7} стационарной вероятность обслуживания вызова] от станции / в момент времени Для расчета частоты появления ошибочных битов Рож используются следующие параметры: с, а -параметры дискретного распределения Парето, тт -среднее время передачи одного т-го фрейма, Я - кодовая скорость (скорость передачи

фрейма), L, H - количество бит служебной и полезной информации в пакете, - интенсивность передачи пакетов асинхронного трафика /-ой станции для интервала времени равного T, Q(j) емкость буфера станции i в пакетах, В - максимальная (реальная) скорость передачи информации по сети [bits/s].

с а )

X (•) = "g *т

L + H

ширина полосы пропускания для /-станции

Рассчитаем, X(') на основе формулы

X» =

C(i)* Peie(t) - J * B

D

] = 0,1,. ...N

(i ) max

где и(г)(0 = j , Б = (Ь + Н)/Т^=0.....N Рг{х(г)(0 = Х<°}= Рг{тс(г)(0 = ]}

В результате расчета получены следующие значения стационарной вероятности обслуживания вызовов наземных станций (таблица 1) для Ытах=10.

Табл. 1. Значения стационарной вероятности обслуживания вызовов наземных станций

Pr{1} Pr{2} Pr{3}

0,121064211 0,00138004 0,416683615

Табл. 2. Зависимость частоты появления ошибки от ширины полосы пропускания

№ Ширина полосы пропускания X

18573 46432 74292 102152 130011 157871 185731 213590 241450 269310 297169

Станц.1 0,02110 0,0130 0,0103 0,0087 0,0077 0,0070 0,0065 0,0060 0,0057 0,0054 0,0051

Станц.2 0,01494 0,0093 0,0073 0,0062 0,0055 0,0050 0,0046 0,0043 0,0040 0,0038 0,0036

Станц.3 0,02475 0,0152 0,0120 0,0102 0,0090 0,0082 0,0075 0,0070 0,0066 0,0062 0,0059

В таблице 2 приведена зависимость частоты появления ошибки от ширины полосы пропускания

ХО

для трёх наземных станций при пропускной способности каждой из станций С=8,75 Мбит/с, пропускная способность передачи со спутника соответствует уровню обслуживания п=0,5%.

Табл. 3. Интенсивность передачи пакетов

Станция №1 Станция №2 Станция №3

t n(/)(t) À(l> [kb/sj n(/)(t) À(l> [kb/sj n(/)(t) À(l> [kb/sj

1 1 2,5 1 2,5 2 3

2 2 2 1 2 1 3

3 1 2,5 2 1 2 3

4 2 3,1 2 2,1 2 3,5

5 1 2,2 2 2 1 2,5

6 2 2,6 2 1,5 2 3,5

7 3 2,5 1 1,5 2 3,9

8 2 2,9 1 2 1 2,9

9 2 2,7 2 2 3 2

10 1 3 2 2 2 3

Зависимость интенсивности передачи пакетов асинхронного трафика /-ой станции от интервала времени приведена в таблице 3. Исходные данные для расчётов приведены в таблице 4.

Таким образом, предложенная модель позволяет для известной пропускной способности станции рассчитать ширину полосы пропускания при обеспечении заданного уровня качества обслуживания.

УДК 661.935 Е.И. Акулинин

Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ПОРТАТИВНЫХ УСТАНОВКАХ КОРОТКОЦИКЛОВОЙ БЕЗНАГРЕВНОЙ АДСОРБЦИИ

In article the urgency of creation of the portable oxygen concentrator basis of pressure swing adsorption technology it is considered. The urgency of mathematical model using at creation pressure swing adsorptions systems is analyzed. The mathematical model of reception oxygen process from air is described. Problems of modelling are formulated. Results of modelling as schedules are resulted. Adequacity of the received results is estimated. The estimation of an opportunity of further use this results is given.

В статье рассматривается актуальность создания портативного концентратора кислорода на основе технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции. Анализируется актуальность использования математической модели при проектировании установок короткоцикловой безнагревной адсорбции. Описывается математическая модель процесса получения кислорода из воздуха. Формулируются задачи моделирования. Приводятся результаты моделирования в виде графиков. Оценивается адекватность полученных результатов. Дается оценка возможности дальнейшего использования результатов.

В последнее время в мире активно развивается направление по созданию малогабаритных установок, применяемых, в первую очередь, в медицинских целях, работающих на основе технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА) [1]. Развитие этого направления связано с тем, что аппараты на основе технологии КБА обладают рядом преимуществ: простота и удобство использования, долговечность и безопасность по сравнению с другими способами получения кислорода для индивидуального использования. В настоящее время предпринимаются попытки создания портативных установок КБА [2, 3]. Однако серийно выпускаемых образцов не существует из-за сложностей, связанных с малоизученностью протекающих в них процессов. Пор-

Табл. 4. Исходные данные для расчётов

Число байт в фрейме Количество служебной информации в фрейме Средняя длина пакетного сигнала в слот, с

Ёмкость буфера в пакетах Пропускная способность, соответственно, при хорошей и плохой мощности сигнала, С(г) Фактор сокращения пропускной способности

Интенсивность передачи вызова, [кЬ/я]

L = 384 байт H = 40 байт тт = 1,945 Q(l) = 8000 8.75 Мбит/с 8 Мбит/с

^ = 0,9 1Л(1) = 4,096