УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА СИСТЕМЫ СВЯЗИ
APPARATUS FOR EVALUATING EFFICIENCY OF DATA EXCHANGE OF COMMUNICATION SYSTEM

Изобретение относится к технике электросвязи, в частности к устройствам оценки информационного обмена (информационной эффективности) систем связи. Оно может быть использовано при создании новых и совершенствовании существующих каналов связи, узлов коммутации, автоматизированных систем управления, локальных вычислительных сетей, сетей связи с коммутацией сообщений, сетей связи с коммутацией пакетов, в том числе быстрой коммутацией пакетов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство, используемое для реализации способа оценки информационной эффективности системы связи и представленное в патенте RU №2477928, МПК H04L 29/00, 20.03.2013. Бюл. №8. Устройство содержит блоки измерителя-вычислителя универсального параметра для оценки информационной эффективности системы связи: блок измерения количества сообщений в системе связи, блок измерения производительности системы связи, вычисления кибернетической мощности, блок измерения емкостей буферов, блок измерения пропускных способностей, блок вычисления полной кибернетической мощности и блок вычисления КПД.
Недостатком прототипа является низкая точность оценки информационной эффективности системы связи при изменении входного трафика.
Предлагаемое устройство предназначено для достижения технического результата, заключающегося в повышении точности оценки эффективности информационного обмена системы связи при изменении входного трафика за счет определения скорости и направления изменения информационной эффективности системы связи, а также режима работы системы связи в смысле информационного обмена.
Технический результат достигается тем, что в устройстве оценки эффективности информационного обмена системы связи, содержащем блок измерителя-вычислителя КПД передачи информации системы связи, согласно изобретению дополнительно введены, последовательно соединенные, первый управляемый ключ, первое запоминающее устройство, первый вычислитель разности, первый вычислитель модуля, первая схема сравнения, первый выход которой является вторым выходом устройства, а также последовательно соединенные второе запоминающее устройство, второй вычислитель разности, второй вычислитель модуля, вторая схема сравнения и коммутатор, выход которого соединен с управляющими входами блока измерителя-вычислителя КПД передачи информации системы связи, второго вычислителя разности и первого управляемого ключа, кроме того, введены вычислитель порогового значения приращения входного трафика, соединенный со вторым входом второй схемы сравнения, и последовательно соединенные делитель, выход которого является первым выходом устройства, второй управляемый ключ и третья схема сравнения, выходы которой являются третьим и четвертым выходами устройства, причем выходы первого и второго вычислителей разности соединены соответственно с первым и вторым входами делителя, а второй выход первой схемы сравнения с управляющим входом второго управляемого ключа.
1
1
вх 1
1
зад
вх
2
вх 1
вх
вх2
вх1
вх
вх
вх пор
kan
вx min
kan
вx min
вх
вх пор
2
вх
2
2
1
1
2
2
1
вх
вх
доп
Отличительный признак, касающийся дополнительного введения вычислителя порогового значения приращения входного трафика, последовательно соединенных первого управляемого ключа, первого запоминающего устройства, первого вычислителя разности, первого вычислителя модуля, первой схемы сравнения и последовательно соединенных второго запоминающего устройства, второго вычислителя разности, второго вычислителя модуля, второй схемы сравнения и коммутатора, а также последовательно соединенных делителя, второго управляемого ключа и третьей схемы сравнения, поясняется следующим. На вход первого управляемого ключа с выхода блока измерителя-вычислителя КПД передачи информации системы связи, выполненного по схеме, представленной в прототипе [RU №2571917, H04L 29/00, 27.12.2015 Бюл. №36], подают первое значение КПД передачи информации системы связи - η. При этом ключ замкнут в первом положении. С выхода первого управляемого ключа направляют значение η, в первое запоминающее устройство, где осуществляют его запоминание. Одновременно с этим подают первое значение входного трафика γ в системе связи (при котором вычислено η) на второе запоминающее устройство, которое также запоминают. После чего через заданный интервал времени t, определяемый условиями информационного обмена [Пасечников И.И. Методология анализа и синтеза предельно нагруженных информационных сетей: Монография. - М.: Машиностроение-1, 2004. - С. 136 - 141], подают из системы связи второе (текущее) значение входного трафика γ на второй вход второго вычислителя разности, на первый вход которого направляют первое значение входного трафика γ из второго запоминающего устройства. В вычислителе разности определяют приращение входного трафика Δγ=γ-γ и подают его во второй вычислитель модуля, где находят |Δγ|. Полученное значение |Δγ| направляют во вторую схему сравнения, где его сравнивают его с пороговым значением Δγ = N ⋅ Δγ, определяемым в вычислителе порогового значения приращения входного трафика, где N - число каналов связи блока устройств передачи информации системы связи, Δγ - минимальное приращение интенсивности входного трафика в каждом канале связи, равное величине 1 пакет/с [Межуев A.M. Тензорные методы в теории оценки информационной эффективности и анализа элементов цифровых радиосетей (монография). - Тамбов: Интеграция, 2008 г. - С. 144-148]. В случае если |Δγ| ≥ Δγ, то подают сигнал на коммутатор, в противном случае сигнал на коммутатор не подают. При наличии сигнала на входе коммутатора он формирует управляющий сигнал, который направляют на управляющие входы: измерителя-вычислителя КПД передачи информации системы связи, второго вычислителя разности и первого управляемого ключа. При поступлении управляющего сигнала в блоке измерителя-вычислителя КПД передачи информации системы связи вычисляют второе значение КПД передачи информации системы связи η (при текущем значении входного трафика γ) и подают его на первый управляемый ключ, который по тому же управляющему сигналу замыкается во второе положение, направляя η на второй вход первого вычислителя разности. Одновременно с этим на первый вход первого вычислителя разности подают первое значение КПД передачи информации η из первого запоминающего устройства и по поступившим значениям (η, η) вычисляют приращение КПД передачи информации системы связи Δη=η-η. Полученное значение направляют на первый вход делителя и первый вычислитель модуля, где определяют |Δη|. Кроме того, при поступлении управляющего сигнала на второй вычислитель разности, сигнал с его выхода (Δγ) подают на второй вход делителя. В делителе производят операцию деления полученных значений Δη на Δγ и определяют тангенс угла полосовой эффективности системы связи , по значениям которого оценивают скорость (величина параметра), и направление (знак параметра) изменения информационной эффективности системы связи и выдают на его выход, являющийся первым выходом устройства. Кроме того, сигнал с выхода делителя подают на вход второго управляемого ключа, который первоначально находится в первом (разомкнутом) положении. С выхода первого вычислителя модуля значение |Δη| направляют на вход первой схемы сравнения, где его сравнивают с пороговым уровнем приращения КПД Δη=0,1%, который определяется системно-техническими характеристиками системы связи для конкретных условий информационного обмена [Межуев A.M. Интервальная оценка качества информационного обмена в цифровых радиосетях. - Воронеж: Вестник ВИ ФСИН, №2, 2015. - С. 21-26]. В случае если значение |Δη|≤0,1%, то на первый выход первой схемы сравнения, являющийся вторым выходом устройства, выдают сигнал, который определяет, что система связи работает в оптимальном режиме информационного обмена. В противном случае (|Δη|>0,1%), сигнал на первый выход не подают, а формируют сигнал на втором выходе первой схемы сравнения и подают его на управляющий вход второго управляемого ключа, который по его приходу замыкается (переключается во второе положение) и пропускает сигнал tgα с выхода делителя на вход третьей схемы сравнения. В третьей схеме сравнения сравнивают полученное значение tgα с пороговым уровнем 0. Если tgα<0, то на первый выход третьей схемы сравнения, являющийся третьим выходом устройства, выдают сигнал, который определяет, что система связи работает в перенапряженном режиме информационного обмена. В противном случае (tgα>0) на второй выход третьей схемы сравнения, являющийся четвертым выходом устройства, выдают сигнал, который определяет, что система связи работает в недонапряженном режиме информационного обмена.
вх
Проведенные исследования показывают, что определение скорости и направления изменения информационной эффективности системы связи при изменении входного трафика обеспечивает повышение точности оценки эффективности информационного обмена (на величину приращения Δη), а нахождение режима работы системы связи позволяет выработать комплекс практических мероприятий, направленных на повышение информационной эффективности системы связи при текущем значении входного трафика [Межуев A.M., Пасечников И.И. «Тангенс угла полосовой эффективности при решении задачи оценки качества работы информационной сети» Тамбов: Вестник Тамбовского Университета, том 21, вып. 6, 2016. - С. 2340-2346]. Использование уточненной оценки информационной эффективности на основе параметра тангенс угла полосовой эффективности (как показывают результаты многочисленного моделирования) при одномодальном характере зависимости КПД передачи информации от входного трафика, позволяет найти область эффективной работы системы связи в смысле информационного обмена (максимум функции η(γ) при tgα ≈ 0 с учетом принятого допуска Δη ≤ 0,1%) при решении задач адаптации системы связи к условиям информационного обмена [Межуев A.M. Совместное решение задач алгоритмической и структурной адаптации в инфокоммуникационных системах. - С.-Пб.: Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли, Т. 7, №6, 2015. - С. 36-43]. Кроме того, изобретение может быть использовано для оценки степени устойчивости системы связи к изменениям интенсивности входного трафика в условиях высокой информационной нагрузки [Пасечников И.И. Методология анализа и синтеза предельно нагруженных информационных сетей: Монография. - М.: Машиностроение-1, 2004. - С. 32-36].
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором фигура изображает схематический чертеж устройства оценки эффективности информационного обмена системы связи, согласно изобретению.
Устройство оценки эффективности информационного обмена системы связи (фигура) содержит:
блок измерителя-вычислителя КПД 1, предназначенный для определения значения КПД передачи информации системы связи, может быть выполнен, например, на микроконтроллере [Микушин А.В., Сажнев A.M., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. - С.-Пб.: БХВ - Петербург, 2010. - 832 с.];
1
2
управляемый ключ 2.1, предназначенный для коммутации полученных в блоке измерителя-вычислителя КПД 1 значений η и η на входы запоминающего устройства 3.1 и вычислителя разности 4.1 (по управляющему сигналу с коммутатора 8) соответственно;
управляемый ключ 2.2, предназначенный для коммутации значения tgα, полученного в делителе 9 (по управляющему сигналу со схемы сравнения 6.1) на вход схемы сравнения 6.3;
1
запоминающее устройство 3.1, предназначенное для запоминания первого значения КПД передачи информации системы связи η;
вх 1
запоминающее устройство 3.2, предназначенное для запоминания первого значения входного трафика γ, поступающего из системы связи;
2
1
вычислитель разности 4.1, предназначенный для определения приращения КПД передачи информации системы связи Δη путем выполнения операции вычитания между двумя значениями КПД передачи информации системы связи η и η;
вх
вх 2
вх 1
вычислитель разности 4.2, предназначенное для определения приращения входного трафика системы связи Δγ путем выполнения операции вычитания между двумя значениями входного трафика γ и γ;
вх
вычислители модуля 5.1 и 5.2, предназначенные для вычисления модулей значений приращений КПД |Δη| и входного трафика |Δγ| соответственно;
доп
схема сравнения 6.1, предназначенная для сравнения значения |Δη| с пороговым уровнем приращения КПД Δη=0,1%, выдачи сигнала о режиме работы системы связи (на втором выходе устройства) и управления коммутацией управляемого ключа 2.2;
вх
вх пор
схема сравнения 6.2, предназначенная для сравнения |Δγ| с пороговым значением Δγ и управления работой коммутатора 8;
схема сравнения 6.3, предназначенная для сравнения значения tgα с пороговым уровнем 0 и выдачи сигнала о режиме работы системы связи (на третьем или на четвертом выходе устройства);
вх пор
вычислитель порогового значения приращения входного трафика 7, предназначенный для вычисления значения Δγ;
коммутатор 8, предназначенный (по управляющему сигналу из схемы сравнения 6.2) для формирования и подачи управляющего сигнала на управляющие входы блока измерителя-вычислителя КПД 1, вычитающего устройства 4.2 и управляемого ключа 2.2;
вх
делитель 9, предназначенный для выполнения операции деления значения Δη на Δγ, с целью получения значения тангенса угла наклона полосовой эффективности системы связи tgα и выдачи его на первый выход устройства, а также на первый вход управляемого ключа 2.2.
Все операции, выполняемые в блоках 2.1-9, могут быть реализованы, например, на основе быстродействующего микроконтроллера [Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. - С.-Пб.: Наука и Техника, 2008. - 544 с.].
1
вх 1
1
вх 1
зад
вх
2
вх 1
вх 1
вх
2
вх
вх
вх
kan
вх пор
вх
вх пор
вх
вх пор
вх
зад
2
вх 2
2
1
1
2
вх
вх
доп
Работа устройства (фигура) осуществляется следующим образом. В блоке измерителя-вычислителя КПД 1 на основе входной информации, поступающей из системы связи, формируют оценку КПД передачи информации системы связи η (при первом значении входного трафика γ), которая с его выхода поступает на вход управляемого ключа 2.1, который первоначально замкнут в положении 1. С выхода управляемого ключа 2.1 направляют η в первое запоминающее устройство, где осуществляют его запоминание. Одновременно с этим из системы связи подают первое значение входного трафика γ в запоминающее устройство 3.2 и также его запоминают. Далее через заданный интервал времени t из системы связи на второй вход вычислителя разности 4.2 подают второе (текущее) значение входного трафика γ. Одновременно с этим считывают из запоминающего устройства 3.2 первое значение входного трафика γ, которое направляют на первый вход вычислителя разности 4.2. В вычислителе разности 4.2 путем выполнения операции вычитания γ из γ определяют приращение входного трафика Δγ. После чего подают его в вычислитель модуля 5.2, где осуществляют операцию взятия модуля и находят |Δγ|. Полученное значение |Δγ| направляют на первый вход схемы сравнения 6.2. В блоке 7 с использованием значения N, которое получают из системы связи определяют пороговое значение приращения входного Δγ и подают его на второй вход схемы сравнения 6.2. В схеме сравнения 6.2 производят сравнение |Δγ| с Δγи в случае, если |Δγ| ≥ Δγ, подают сигнал на вход коммутатора 8. В противном случае сигнал на коммутатор 8 не подают и повторяют операции по вычислению |Δγ| через заданный интервал времени t. После прихода сигнала со схемы сравнения 6.2, коммутатор 8 формирует управляющий сигнал, который одновременно направляют на управляющие входы: измерителя-вычислителя КПД передачи информации системы связи 1, вычислителя разности 4.2 и управляемого ключа 2.1. При поступлении управляющего сигнала в блоке измерителя-вычислителя КПД 1 вычисляют второе значение КПД передачи информации системы связи η (при текущем значении входного трафика γ) и подают его на управляемый ключ 2.1, который по тому же управляющему сигналу замыкается в положение 2, направляя η на второй вход вычислителя разности 4.1. Одновременно с этим считывают из запоминающего устройства 3.1 и подают на первый вход вычислителя разности 4.1 первое значение КПД передачи информации η. В вычислителе разности 4.1 путем выполнения операции вычитания η из η определяют приращение КПД передачи информации системы связи Δη. Полученное значение направляют на первый вход делителя 9 и вычислитель модуля 5.1, где определяют ||Δη|. При поступлении управляющего сигнала на вычислитель разности 4.2, сигнал с его выхода (Δγ) подают на второй вход делителя 9. В делителе 9 определяют тангенс угла полосовой эффективности системы связи tgα путем выполнения операции деления Δη, на Δγ, после чего выдают его на «выход 1» устройства и на вход управляемого ключа 2.2, который первоначально находится в разомкнутом положении 1. С выхода вычислителя модуля 5.1 значение |Δη| направляют на вход схемы сравнения 6.1, где его сравнивают с пороговым уровнем приращения КПД Δη=0,1%. В случае если значение |Δη|≤0,1%, то на первый выход схемы сравнения 6.1, являющийся «выходом 2» устройства выдают сигнал, который определяет, что система связи работает в оптимальном режиме информационного обмена. В противном случае (|Δη|>0,1%), сигнал на первый выход схемы сравнения 6.1 не подают, а формируют сигнал на втором выходе и подают его на управляющий вход управляемого ключа 2.2, который по его приходу переключается в положение 2 и пропускает сигнал tgα с выхода делителя 9 на вход схемы сравнения 6.3. В схеме сравнения 6.3 сравнивают полученное значение tgα с пороговым уровнем 0. Если tgα<0, то на первый выход схемы сравнения 6.3, являющийся «выходом 3» устройства выдают сигнал, который определяет, что система связи работает в перенапряженном режиме информационного обмена. В противном случае (tgα>0), на второй выход схемы сравнения 6.3, являющийся «выходом 4» устройства, выдают сигнал, который определяет, что система связи работает в недонапряженном режиме информационного обмена.
Таким образом, в результате работы устройства одновременно формируют сигналы на двух его выходах: на «выходе 1» (значение tgα), а также на одном из «выходов 2 - 4» в зависимости от полученной оценки режима работы системы связи в смысле информационного обмена. Сигналы с выходов устройства могут быть отображены, например, на типовых устройствах индикации с использованием микроконтроллеров [Прокопенко B.C. Программирование микроконтроллеров ATMEL на языке С. - С.-Пб.: Корона-Век, 2012. - с. 286-298].