Показатели эффективности системы передачи со старением информации. Использование решающей обратной связи. Влияние старения информации на выбор методов передачи. Системы передачи с разрядно-цифровым кодированием и таймерными сигнальными конструкциями.
При низкой оригинальности работы "Повышение качественных показателей передачи данных при влиянии процесса "старения информации"", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Информационно-управляющие системыДано оцінку показникам ефективності системи передавання зі старінням інформації, в якій використовується вирішальний зворотний зв’язок. Дана оценка показателям эффективности системы передачи со старением информации, в которой используется решающая обратная связь. Рассмотрено влияние старения информации на выбор методов передачи при заданном качестве. Показаны возможности систем передачи с разрядно-цифровым кодированием и таймерными сигнальными конструкциями Ключевые слова: старение информации, таймерные сигнальные конструкции, разрядно-цифровые коды, система передачи, решающая обратная связьДля различных объектов, например, спутник, самолет, атомная станция, ракета или обычный пользователь сети передачи данных и т. д., передаваемая информация в зависимости от цели своего назначения может обладать той или иной ценностью и стареть с различной скоростью. Экстенсивный подход реализуется в основном за счет дополнительных капитальных или накладных затрат, предполагая ввод в эксплуатацию более скоростных каналов связи или передачу одного сообщения по уже имеющимся параллельным каналам связи. Рассмотрим систему ПД со старением информации (СИ), использующую линейный (n, k) код для защиты от ошибок и заданных параметрах[6]:Тст - предельное время старения;Р о(n) - вероятность необнаруженной ошибки;Тд - время доставки сообщения; k - число информационных элементов в кодовом блоке n. н Очевидно, что это условие может ограничивать время передаваемого сообщения Тп и с учетом потерь в канале и длительности самого сообщения должно выполняться условие ние Тст , которое может потребоваться для передачи полезного сообщения с учетом неизбежно возникающих при этом потер Тп (рис. Если значение nмин обеспечит передачу нужного объема информации с учетом возможных потерь в канале за время менее Тст , тогда задача считается решенной.Информационно-управляющие системы вии оптимального выбора длины кодовой комбинации и качественных показателей передачи не всегда может быть реализован на основе позиционного кодирования. Применение в этих условиях ТСК конструкций позволяет более эффективно использовать канал связи за счет использования рациональных структур сигналов.
Введение
Введение К. Шенноном количественной меры информации и установление фундаментальных ограничений на скорость ее передачи по каналам связи явились первым этапом в изучении информационных потоков. К сожалению, в теории Шеннона отсутствовали два важнейших компонента, во-первых, цель, с которой получается информация, и, во-вторых, время, в течение которого она возникает, передается и используется.
Уяснение цели получаемых сведений позволяет приписывать сообщению ту или иную « ценность». Наличие связи между моментом появлением какого-то сообщения и временем его использования позволяет делать выводы о целесообразности использования принимаемой информации, признавая за ней способность «стареть».
Понятие «старение информации» отражает свойство информации утрачивать со временем свою практическую ценность, что обусловлено изменением состояния отображаемой ею предметной области. Старение информации неразрывно связано с ценностью информации и влияет на ее потребительскую стоимость [1].
Для различных объектов, например, спутник, самолет, атомная станция, ракета или обычный пользователь сети передачи данных и т. д., передаваемая информация в зависимости от цели своего назначения может обладать той или иной ценностью и стареть с различной скоростью.
Поэтому актуальной является задача выбора метода передачи с учетом влияния фактора старения информации. Можно выделить два основных подхода к решению этой задачи: экстенсивный и интенсивный. Экстенсивный подход реализуется в основном за счет дополнительных капитальных или накладных затрат, предполагая ввод в эксплуатацию более скоростных каналов связи или передачу одного сообщения по уже имеющимся параллельным каналам связи. Более экономичным является интенсивный подход к решению проблемы за счет использования таких методов передачи, которые позволяют более эффективно использовать уже имеющиеся ресурсы канала связи [2, 3].
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Проблеме обеспечения достоверности передачи информации по каналам связи посвящено много работ [1-5]. По-разному решается эта задача в односторонних системах передачи данных (ПД) и системах ПД с
51 ? Н. В. Захарченко, М. М. Гаджиев, В. В. Корчинский, А. Н. Рябуха, 2014
Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 5/9 ( 71 ) 2014
обратной связью. К сожалению, в существующей литературе по системам ПД отсутствует соответствующий теоретический материал, обосновывающий выбор метода передачи с учетом фактора старения информации. Этот пробел и послужил основой по рассмотрению данного вопроса.
Рассмотрим систему ПД со старением информации (СИ), использующую линейный (n, k) код для защиты от ошибок и заданных параметрах[6]:Тст - предельное время старения;Р о(n) - вероятность необнаруженной ошибки;Тд - время доставки сообщения; k - число информационных элементов в кодовом блоке n. н
В такой системе задача нахождения оптимальной длины кодовой комбинации уже не может быть решена без учета выполнения условия по доставке сообщения [4].
Тд ? Тст . (1)
Очевидно, что это условие может ограничивать время передаваемого сообщения Тп и с учетом потерь в канале и длительности самого сообщения должно выполняться условие ние Тст , которое может потребоваться для передачи полезного сообщения с учетом неизбежно возникающих при этом потер Тп (рис. 1). Заданное время по доставке сообщения Тд обеспечивается за счет использования более эффективных алгоритмов и методов передачи. Представляет интерес задача по уменьшению времени Тп с целью увеличения доли передачи полезного сообщения [10]. Если рассматривать двоичный канал, то в качестве такой задачи может быть задача по определению оптимального значения длины кодового блока для стационарного состояния канала с целью минимизации возможных потерь в той или иной системе передачи [5]. Поэтому для времени Тд требуется нахождение оптимального значения длины кодового блока, при котором выполняется условие (2) и (4). С учетом потерь в канале связи длина блока n должна быть по возможности минимизирована, т. е. n®nмин . Если значение nмин обеспечит передачу нужного объема информации с учетом возможных потерь в канале за время менее Тст , тогда задача считается решенной. В противном случае следует использовать более эффективные методы кодирования или модуляции.
Тст Тп ? Тд . (2)
Уменьшение длины кодовой комбинации, с одной стороны, может быть, и обеспечит выполнение поставленной цели по доставке в пределах заданного Тст , однако, с другой стороны, вступает в силу противоречие, которое заложено именно в самой фундаментальной теореме кодирования К. Шеннона [1-3]. Из этой теоремы следует, что требуемое качество как раз и можно обеспечить за счет увеличения длины кодовой комбинации. При этом гарантируется достижение высоких скоростей передачи при пренебрежимо малом значении вероятности ошибок. С учетом свойств корректирующих кодов при n®? значение проверочной части r®0 , тогда кодовая скорость [1] g = lim k ®1. (3) к n n®?
Обеспечение предельных показателей Р (n)®0 и g ®1 достигается за счет ухудшения такого важного параметра, как время доставки, т. е. Тд ®? . Ограничение параметра Тд согласно условию (1) не позволяет использовать в реальной системе передачи сообщения большой длины. Невыполнение условия (1) делает систему передачи со старением информации неработоспособной.
НО к
На рис. 1 показаны гипотетические функции изменения параметра РНО(n) в зависимости от времени доставки Тд . Различный ход кривых РНО(n) (зависимости 1...3, рис. 1) объясняется меньшей или большей эффективностью того или иного метода передачи (способа кодирования, вида модуляции и т. д.). Для заданного значения Тст по этим зависимостям можно определить метод передачи, при котором обеспечивается заданное качество передачи сообщения, т. е. [5]
РНО(n)<P О(n)зад . (4)
Н
Обратный характер зависимостей Тд и РНО(n) позволит определить максимально возможное значе-
Рис. 1. Зависимость между вероятностью Р О(n) временем Тд
Н
Таким образом, даже при выполнении условия (4) данная задача не считается решенной, если за время Тд ? Тст система не обеспечит передачу заданного объема информации Vад. з
Следовательно, задача следующего этапа сводится к поиску более эффективного метода передачи, обеспечивающего с одной стороны, требуемое качество передачи, а, с другой, - передачу бoльшего объема информации.
3. Цель и задачи исследования
Цельюисследованияявляетсяоценкаэффективно-сти использования таймерных сигнальных конструкций в системах передачи со старением информации.
Задачами, решение которых может считаться необходимым для достижения поставленной цели, были выбраны: 1) исследование эффективности системы передачи с решающей обратной связью с учетом обеспечения качества передачи и выбора оптимальной длины кодового блока;
52
Информационно-управляющие системы c
2) сравнительный анализ эффективности использования в системах передачи разрядно-цифровых кодов и таймерных сигнальных конструкций.
4. Особенности передачи информации в системах с обратной связью
Рассмотрим аналогичное противоречие с точки зрения теоремы Шеннона, которое характерно также и для системы ПД с обратной связью (ОС). Покажем это на примере системы ПД с решающей обратной связью (РОС) и непрерывной передачей (НП). Относительная эффективнаяскоростьпередачи R для нее определяется с учетом двух основных сомножителей [6]
R = gk ?gэ , (5) где g - коэффициент приема. э
На рис. 2 показаны зависимости R, GK и GЭ от длины n . В табл. 1 приведены расчетные значения исследуемых показателей. Единица определяет максимальное теоретическое значение эффективности использования канала для разрядно-цифровых кодов (РЦК). С увеличением n параметр g увеличивается, однако другой параметр GЭ при этом уменьшается изза роста числа запросов на повторение искаженных кодовых комбинаций. С ростом n увеличивается вероятность стирания кодового блока P (n) , что приводит к уменьшению скорости, т. е. R®0 . Следовательно, в системе ПД с ОС осуществлять передачу с большим значением n не представляется возможным.
К ст
Нахождение оптимальной длины кодовой комбинации с целью получения максимальной скорости R [6] для некоторого стационарного состояния канала осуществляет при выполнении условия gk = gэ . (6) скорости передачи, а Тст - размерная величина. Это означает, что величины R и Тст необходимо связать с реальной битовой скоростью передачи B в канале. Полученное значение эффективной скорости R для системы передачи со старением информации можно использовать для определения реального времени по доставке Тд с учетом номинальной скорости Вн (бит/с) в канале и проверки выполнения условия (1)
Тд = BНR ? Тст .
1
Показатель 1 R определит коэффициент приращения скорости, необходимое для компенсации потерь в канале. Для практического случая значение скорости B определяется с учетом знака больше или равно.
Таблица 1
Расчетные значения коэффициентов эффективности системы ПД с РОСНП в режиме обнаружения ошибок при ?=0,202, do=4, P О(n)=3 10-6, po=2,645 10-3
Однако, как утверждает практика, решение данной задачи за счет использования только РЦК не всегда может дать положительный результат. Наиболее эффективное использование каналов связи для передачи различных сообщений и необходимая помехоустойчивость систем связи достигается путем выбора рациональных структур сигналов. Выбор видов сигналов в системе определяется применяемым методом кодирования. Примером таких сигналов могут служить таймерные сигнальные конструкции (ТСК) [7].
5. Применение корректирующих таймерных кодов для повышения качества передачи
Рис. 2. Зависимость относительной эффективной скорости передачи R от длины кодового блока в системе ПД с РОСНП
Полученное nопт позволит в пределах его окрестностей значений n1 и n2 (рис. 2) найти длину кодовой комбинации с учетом времени по доставке Тд .
Однако сразу же возникает вопрос . А каким же образом по значению ряда получаемых значений R выбрать требуемую длину кодовой комбинации n? Ведь значение R относительная величина эффективной
Таймерные сигнальные конструкции обеспечива-ютувеличениечислареализацийнаинтервале T = kt0 за счет введения модуляции информационных пара -метров в точках не кратных t0 , а кратных некоторому элементу ? = S (SI1,2...S0 ). Для исключения межсим-
0 t вольных искажений принимается расстояние между моментами модуляции tc ? t0 [8].
Для бинарного канала на рис. 3 показано, что на интервале Тс можно сформировать несколько отрезков tc со своими длительностями и своим положением в пределах кодового слова. Для ТСК характерно, что в длительностях отрезков tc и их взаимном положении или в местах расположения значащих моментов модуляции (ЗММ) и «заложена» информация о передаваемом символе (команде).
53
Восточно-Европейский журнал передовых технологий ISSN 1729-3774 с п опт с
P = ?2F? ? ??i , ? ?
? ?
? ?
? ?
2s п где F(x) - интеграл вероятности.
5/9 ( 71 ) 2014
(10)
6. Анализ результатов исследований пропускной способности канала
Рис. 3. Формирование таймерные сигнальные конструкции
Зависимости пропускной способности СМ каналов с различным уровнем флуктуационных шумов (зада -но h = u u как функции s (кривые 1-3 для h 7,5 и m = 8,6,5 соответственно, кривые 4-6 для h = 5,5 и m = 8;6;5 соответственно)) показаны на рис. 4. По этим зависимостям следует, что для каждого значения h имеется значение зоны, при котором СМ будут максимальными.
В табл. 2 приведено число реализаций сигналов в двоичных сигнальных конструкциях длительностью KI4;5;6;7 -элементов и число реализаций для разрядно-цифрового двоичного кода (Np2 = 2k).
Таблица 2 Число реализаций в ТСК
2k 16 32 k S 4 5 15 816 5000 10 286 103
5 56 286
3 20 84
64 128 6 7
20000 40000 5000 10000 816 2000
220 455
Рис. 4. Зависимости пропускной способности каналов от уровня флуктуационных шумов
Из табл. 2 видно, что, увеличивая S, можно в сотни раз увеличить мощность множества, разрешенных сигнальных конструкций, а число реализаций на интервале из k элементов равно [9] i=const i
N =C , (7) p1 KS?i(S?1) где i - число информационных отрезков или ЗММ. При m > 2 и переменном i числореализацийравно
Оптимальное значение ? на практике определяется среднеквадратичным отклонением s смещения фронта огибающей сигнала на выходе канала
?опт =(3,8...4,5)s = 3,8...4,5. (11)
4h
Также предполагается, что в канале используется частотная модуляция, для которой справедливо соотношение [7]
Np2 = a(m?1)CKS?i(S?1) . i=1 k i s =1 4h, ?
(8) h = uc uп.? (12)
?
Так как расстояния между отдельными реализациями используемого множества рассматриваемых сигналов не одинаковы, то для пропускной способности канала можно записать [10]
C? k ?log2 Np P log2 P (1?P )log2 ? Np ?1??, (9)
P
P
P P
? ?
? ?
1?P
? ?
? ?
? ?
1 где P - вероятность верного приема сигнальной конструкции. п
В канале с флуктуационными шумами для случая приема отдельных реализаций методом анализа в средней части каждого элемента ? на интервале T = zt0 ( zt0 - число точек анализа), значение верного приема P реализации с i - моментами модуляции с п равно [8]
Такой подход формирования сигналов позволяет обменивать верность передачи информации на скорость; т. е. за меньшее время передачи Тт передать больший объем информации (алфавит кодовых слов), однако с некоторой потерей качества. Для компенсации потерь помехоустойчивости с целью обеспечения необходимого качества передачи информации полученный выигрыш по числу реализаций можно использовать для создания избыточности, необходимой для обеспечения заданной вероятности ошибочного приема на переданный знак.
Вывод
Выбор метода передачи для современных системы передачиданныхсо«старениеминформации»приусло -
54
Информационно-управляющие системы вии оптимального выбора длины кодовой комбинации и качественных показателей передачи не всегда может быть реализован на основе позиционного кодирования.
Применение в этих условиях ТСК конструкций позволяет более эффективно использовать канал связи за счет использования рациональных структур сигналов.
Результаты проведенных в работе исследований показали, что: 1. Использование ТСК позволит приблизительно вдвое уменьшить время доставки информации по сравнению РЦК практически при тех же качественных показателях за счет существенного уменьшения числа координат в разрешенных сигнальных конструкциях.
2.Полученныйвыигрышпочислуреализацийможет быть использовано для создания избыточности с целью обеспечения заданной вероятности ошибочного приема.
Список литературы
1. Рид, Р. Основы теории передачи информации [Текст] / Р. Рид; пер. с англ. - М.: «Вильямс», 2005. - 320 с.
2. Гусєв, О. Ю. Теорія електричного зв’язку [Текст] : навч. пос. / О. Ю. Гусєв, Г. Ф. Конахович, О. Ю. Пузиренко та ін. - Львів: «Магнолія 2006», 2010. - 364 с.
3. Акулиничев, Ю. П. Теория электрической связи [Текст]: уч. пос. / Ю. П. Акулиничев. - СПБ.: Издательство «Лань», 2010. - 240 с. 4. Рихтер, С. Г. Кодирование и передача речи в цифровых системах подвижной связи [Текст] / С. Г. Рихтер. - М.: «Горячая линия - Телеком», 2010. - 304 с.
5. Прокис, Дж. Цифровая связь [Текст] / Дж. Прокис; пер. с англ. под ред. Д. Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 2000. - 800 с. 6. Васильев, К. К. Теория электрической связи [Текст] : уч. пос. / К. К. Васильев, В. А. Глушков, А. В. Дормидонтов, А. Г. Нестеренко; под общ. ред. К. К. Васильева. - Ульяновск: УЛГТУ, 2008. - 452 с.
7. Захарченко, В. Н. Синтез многопозиционных временных кодов [Текст] / В. Н. Захарченко. - Киев: Техника, 1999. - 281 с. 8. Захарченко, Н. В. Сравнение синдромных методов для корректирующих блоковых позиционных и таймерных кодов [Текст] /
Н. В. Захарченко, М. М. Гаджиев, Б. К. Радзимовский и др. // «Восточно-Европейский журнал передовых технологий». - 2014. - Т. 2, № 9(68). - С. 4-9. - Режим доступа: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/23091/21144
9. Корчинський, В. В. Ефективність j-кратного повторення надлишкових таймерних сигнальних конструкцій [Текст] / В. В. Корчинський, В. Й. Кільдишев, С. В. Хомич, Ю. В. Бєлова // Вестник НТУ «ХПИ». - 2012. - Вип. 26. - С. 36-38.
10. Кільдишев, В. Й. Влияние сосредоточенных во времени помех на искажении таймерных сигналов. [Текст] / В. Й. Кільдишев, А. Ю. Мирошниченко, Н. О. Ніколаєв, Люай Танжи // Телекомунікаційні системи та мережі на залізничному транспорті: Зб. наук. пр. - 2005. - Вип. 71. - С. 52-58.
55
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
