Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ЛИНИИ СВЯЗИ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

Власов В.И. 1 Власов С.В. 2
1 Институт сервиса и технологий (филиал) Донского государственного технического университета
2 Московский государственный университет информационных технологий
Цель работы – построение модели автоматизированного контроля линии связи канала передачи данных локальной вычислительной сети. Для достижения поставленной цели необходимо первоначальное разделение модели канала передачи данных вычислительной сети на цифровую в оконечной аппаратуре и кодированную с выхода цифрового модема в линию связи канала передачи данных, с дальнейшим «совмещением» по параметрам цифрового сигнала с выхода оконечной аппаратуры и многоуровневого сигнала с выхода цифрового модема. Построение модели является весьма актуальной задачей для автоматизации обнаружения сбоев информационных систем в результате ошибок кодовых структур сигналов в оконечной аппаратуре.
линия связи канала передачи данных
цифровой модем
модель
сигнал
1. Беллами Дж. Цифровая телефония. – М.: Эко – Трендз, 2004. – 640 с. Илл.
2. Власов В.И., Власов С.В. Модель оперативного контроля и диагностирования информационной системы передачи данных. Журнал UNIVERSUM: Технические науки № 3 (16) 10. Информатика, вычислительная техника и управление, 2015, www//7 universum.com.
3. Дмитриев А.К., Юсупов Р.М. Идентификация и техническая диагностика. Учебник. – МО СССР, 1987.
4. Лагутенко О.И. Современные модемы. – М.: Эко-Трендз, 2002.
5. Патент на изобретение RU №2304847 от 22. 01.2007 г. авт. Власов В.И., Власова О.В.
6. Романов Б.Н., Краснов С.В. Теория электрической связи. Сообщения, сигналы, помехи, их математические модели. Учебное пособие. – Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2008. – 125 с.

Причинами сбоев работы информационной системы может быть воздействие внешних дестабилизирующих факторов на линию связи канала передачи данных, вызывающие отклонение параметров уровней кодированного сигнала в среде передачи данных линии связи локальной вычислительной сети с выхода цифрового модема, функциональные нарушения в декодирующих системах, а также ошибки непосредственно в оконечных устройствах (сетевой карте, компьютере, концентраторе и т.д.).

Цель работы – построение модели автоматизированного контроля линии связи канала передачи данных локальной вычислительной сети.

В работе [2] модель оперативного контроля была построена на основе анализа параметров цифровых видеосигналов и аналоговых сигналов, модулированных многоуровневой квадратурной амплитудной фазовой модуляцией [4].

Цифровое преобразование сигналов подразумевает двоичное кодирование сигналов. Когда же нужно получить высокую скорость передачи данных в условиях ограниченной полосы, прибегают к методам повышения информационной емкости передаваемых символов. Одним из таких методов является многоуровневая система, когда каждый сигнал может принимать несколько уровней амплитуды в зависимости от значения исходного символа [1] (рис. 1).

Сложность синтеза модели автоматизированного контроля линии связи канала передачи данных локальной вычислительной сети заключается в том, что необходимо произвести «совмещение» в единой системе уравнений параметры сигналов с цифровой амплитудной модуляцией (рис. 1) [6] в линии связи канала передачи данных (ЛСКПД) и цифровые сигналы оконечных устройств [4].

Решение данной задачи возможно, если использовать функциональную модель информационной системы. В функциональной модели автоматизированного контроля и диагностирования линии связи канала передачи данных локальной вычислительной сети (рис. 2) особенностью построения и работы является наличие двух входов контролирующей системы, один из которых является одновременно выходом анализируемой системы – ЛСКПД и одновременно выходом анализируемой динамической системы – сетевой карты, а другой вход контролирующего объекта является выходом оконечного устройства [5].

Объектом исследования будет являться цифровой модем, в качестве которого может использоваться сетевая карта персонального компьютера.

Так как параметры ЛСКПД подвержены воздействию дестабилизирующих факторов и не статичны, а параметры анализируемой системы квазидетерминированы, необходимо «расщепление» модели объекта, причем с дальнейшим «совмещением» по параметрам сигналов с выхода оконечной аппаратуры и сигналов с выхода цифрового модулятора.

Сигнал S(t) – оригинал, которому соответствует функция S(p), называемая изображением

vl01.wmf. (1)

Переменная в этой формуле имеет смысл комплексной частоты p = α + jω.

Для сигналов, которые подчиняются условию (1), можно применить метод Лапласа [6]. Например, одиночный прямоугольный импульс, длительностью τ может быть представлен в виде:

vl02.wmf. (2)

Используя свойства линейности и запаздывания для преобразования Лапласа, изображение S(p) сигнала S(t) можно записать в виде

vl03.wmf (3)

Тогда спектральная плотность видеоимпульса будет иметь вид

vl04.wmf, (4)

а ее модуль

vl05.wmf. (5)

vlas1.tif

Рис. 1. Осциллограмма многоуровневого цифрового сигнала

vlas2.tif

Рис. 2. Функциональная модель автоматизированного контроля и диагностирования линии связи канала передачи данных локальной вычислительной сети

В самом общем виде модель объекта может быть представлена упорядоченным множеством [3]:

vl06.wmf

где T – множество моментов времени t, в которые наблюдается объект;

X, Y – множество входных и выходных сигналов X<m> Y<l> соответственно.

Элементы вектора X<m> в зависимости от его природы являются переменными управления или возмущениями;

z – множество состояний Z<n> объекта. Элементы вектора Z<n> являются переменными состояниями объекта или фазовыми координатами, а сам вектор Z<n> – вектор состояний. Множество векторов динамической системы составляет пространство состояний (фазовое пространство). Всякое состояние (не как вид технического состояния, а положение объекта как абстрактной динамической системы в некотором пространстве в рассматриваемый момент времени) объекта Z<n> характеризуется в каждый момент времени t∈T набором переменных vl07.wmf, изменяющихся под влиянием воздействий и внутренних возмущений, обусловленных, например, отказами отдельных элементов объекта.

F – оператор переходов, отражающий механизм изменения объекта под действием внутренних и внешних возмущений, то есть vl08.wmf; vl09.wmf, или в векторной форме vl10.wmf. В явном виде оператор F не определяется, а оценивается принадлежность состояния объекта, характеризуемого оператором F, к одному из априорно заданных видов технического состояния:

vl11.wmf; vl12.wmf; vl13.wmf.

Состояние объекта как динамической системы и его техническое состояние не являются эквивалентными понятиями. Техническое состояние объекта – это совокупность таких признаков, по которым можно судить о функциональной пригодности объекта, т.е. установить, является ли в данный момент объект исправным или неисправным, работоспособным или неработоспособным, правильно функционирующим или неправильно функционирующим и т.д. [3].

Состояние же объекта есть набор таких переменных, которые хотя и полностью определяют положение объекта как абстрактной динамической системы в некотором пространстве в рассматриваемый момент времени, но сами по себе не позволяют установить, правильно ли функционирует объект и исправен ли он. Для того, чтобы вынести такое суждение, необходимо сопоставить каждую переменную состояния объекта с некоторым конкретным значением, характеризующим уровень работоспособности (исправности) объекта или вид наблюдаемого в нем дефекта. Только на основании результатов сопоставления всех переменных состояний объекта с априорно заданными их значениями можно отнести это состояние к тому или иному виду его технического состояния. Однако такое сопоставление не всегда осуществимо, так как переменные состояния vl14.wmf в общем случае являются некоторыми абстрактными переменными, физическая природа которых не всегда оказывается известной, а их измерение не всегда возможно.

В отличие от них выходные переменные vl15.wmf можно наблюдать и измерять, поскольку они являются вполне конкретными физическими величинами (токами, напряжениями, угловыми и линейными перемещениями и т.д.). В этом отношении выходные сигналы являются более удобными для использования их в качестве признаков при определении технического состояния объекта, т.е. в качестве диагностических признаков. Иными словами, определение технического состояния объекта практически осуществимо не в пространстве переменных состояния vl16.wmf, а в пространстве выходных сигналов vl17.wmf или других переменных, являющихся конкретными физическими величинами (например, параметров объекта).

Возникает неопределенность в необходимости использования выходных сигналов в качестве диагностических признаков динамических систем и заданием их значений для различных видов технического состояния объекта, в частности, их номинальных значений для различных режимов нормального функционирования. Можно сформулировать, что всякому изменению вектора выхода Y<l> при фиксированном векторе X<m> соответствует определенное изменение вектора состояния объекта, т.е.

vl18.wmf;

vl19.wmf; vl20.wmf.

Задача. Пусть первый контролируемый объект (ЛСКПД) S1 динамической системы S, представляет собой динамическую подсистему, которая в ответ на векторное входное воздействие X<m> вырабатывает выходные сигналы (y1,y2,…,yn), составляющие вектора выходов Y<n>, которые, в свою очередь, являются входными воздействиями на второй контролируемый объект (сетевая карта) S2 динамической системы S, представляющий собой вторую динамическую подсистему, вырабатывающую выходные сигналы (b1,b2,…,b1), составляющие вектора выходов V<l>, цифровой модем осуществляет «обратное» преобразование цифрового сигнала в многоуровневый кодированный сигнал, соответственно на выходе кодера будут присутствовать выходные сигналы (q1,q2,…,qn), составляющие вектора Q<n>.

Требуется построить модель Sk, такую, чтобы ее выходы совместно с выходами объекта S удовлетворяли заданному алгебраическому соотношению вида vl21.wmf, инвариантную к входному воздействию X<m>(t).

Составим эквивалентные матрицы.

Матрица системы S2

vl22.wmf,

где vl23.wmf – матрица кодов; vl24.wmf – матрица приращений уровней амплитуд многоуровневого сигнала в ЛСКПД, обусловленных мультипликативными и аддитивными помехами; vl25.wmf – матрица уровней амплитуд уровней выходных сигналов цифрового модема в ЛСКПД.

Матрица приращений амплитуд уровней:

vl26.wmf;

матрица амплитуд уровней:

vl27.wmf

где dnn – приращение уровней многоуровневого сигнала, а cnn – амплитуда уровней многоуровневого сигнала, соответствующая определенным цифровым кодам, определяемым протоколом кодирования.

Наиболее употребительной моделью динамических объектов являются дифференциальные уравнения (ДУ). Необходимо использовать ДУ в частных производных, так как в дифференциальные уравнения, описывающие информационную систему передачи данных, входят функции нескольких аргументов.

Запишем дифференциальные уравнения модели динамической системы, представленной на рис. 1 в нормальной форме Коши.

vl28.wmf – вид дифференциального уравнения для многомерного динамического линейного объекта (ЛСКПД) S1.

vl29.wmf – вид дифференциального уравнения для многомерного динамического линейного объекта (декодера сетевой карты) S2, причем приращение vl30.wmf будет обозначать изменение кодовой структуры цифрового видеосигнала на выходе декодера сетевой карты.

vl31.wmf – вид дифференциального уравнения для многомерного динамического линейного объекта (кодера) S3.

Исходя из вышеизложенного можно построить систему уравнений модели автоматизированного контроля линии связи канала передачи данных локальной вычислительной сети:

vl33.wmf

с начальными условиями

vl34.wmf.

При использовании данной модели множества входных и выходных сигналов X<m> Y<l> соответственно, можно использовать аналитические выражения 1, 2, 3 в зависимости от необходимости исследования воздействия дестабилизирующих факторов или на уровни амплитуд сигналов в ЛСКПД, или на ошибки кодов на входе оконечной аппаратуры, или на изменение спектральных характеристик сигналов в ЛСКПД.

Полученная математическая модель позволяет при проведении дальнейших исследований учитывать влияние отклонения параметров многоуровневых сигналов в ЛСКПД в результате воздействия мультипликативных и аддитивных помех на изменение кодовых структур сигналов на выходе цифрового модулятора, а также влияние дефектов в цифровом модуляторе и оконечных устройствах канала передачи данных на результаты оперативного контроля.


Библиографическая ссылка

Власов В.И., Власов С.В. МОДЕЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ЛИНИИ СВЯЗИ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 8. – С. 13-17;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35089 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074