147025 (Достоверность передачи сообщений и надежность систем), страница 4

При использовании РОС или ИОС избыточность в сигналах оказывается меньше, чем в корректирующих кодах.

На электрифицированных линиях железных дорог в каналах систем ДЦ могут действовать гармонические помехи, сосредоточенные по спектру. Защита от их действия особенно актуальна на участках с электротягой на переменном токе.

В современных компьютерных системах ДЦ помехоустойчивость при действии гармонических помех может быть повышена следующими способами:

применением режекторных фильтров, настроенных на сосредоточенные помехи и уменьшающих их влияние на приемник;

использованием шумоподобных сигналов (ШПС), представляющих собой цифровые последовательности определенной длины, перемножаемые с информационными сигналами для введения избыточности и искусственного расширения полосы частот информационного цифрового сигнала. В этом случае применение на приеме метода ШОУ и обратное преобразование ШПС позволяют получить требуемую достоверность информации.

2. Способы повышения достоверности передачи и приема сообщений

При передаче телемеханических сигналов под воздействием мешающих факторов (помехи, неисправности, изменение параметров и т.п.) происходят определенные изменения в форме и числе импульсов, ведущие к ошибкам в приеме. Для уменьшения общего числа ошибок, а иногда и для исключения ошибок определенного типа (чаще всего ) применяют различные меры.

Способы, связанные с повышением помехоустойчивости сигналов, были рассмотрены в п. 1. Остановимся на более важных дополнительных мероприятиях, уменьшающих вероятность исполнения искаженных телемеханических команд.

Любая защитная проверка на приемном конце может происходить только на основе контроля постоянных признаков получаемых сигналов. Такими признаками могут быть: число импульсов в спорадическом сигнале или цикле; число импульсов с определенными импульсными признаками; временные параметры отдельных импульсов и серии в целом; порядковый номер импульса с определенным признаком; правило чередования импульсов с определенными свойствами и т.д.

Нетрудно заметить, что некоторые проверки (например, число импульсов) могут быть реализованы в системах с неизбыточными сигналами, но большая часть возможна лишь при наличии избыточности в элементах сигнала или числе передач.

Сигнал построен по определенному правилу (коду) и содержит элементы, отражающие это правило. Проверяя эти правила, приемник может обнаружить искажения, а если избыточность, предусмотренная в системе сигналов, достаточна, то и исправить обнаруженные ошибки.

В спорадических системах телемеханики, используемых для диспетчеризации железнодорожного транспорта, обязательными являются проверки следующих постоянных признаков: общего числа импульсов сигнала (числовая защита); числа импульсов с активным качеством (защита по качеству); временных параметров сигнала (контроль непрерывности сигнала).

Устройства, выполняющие этот контроль, исключают возможность реализации искаженных сообщений.

Обычно указанные защиты реализуются следующим образом. Демодулятор содержит элементы, определяющие длительность импульсов и их чередование. При перерыве в поступлении импульсов контрольная схема приводит приемные устройства (чаще всего приемный регистр и распределитель) в исходное состояние.

Распределитель ведет отсчет числа поступивших импульсов сигнала, и если их число отличается от установленного, блокируются цепи переноса информации из приемного регистра в дешифратор комбинаций и реализации не происходит.

Защита по числу импульсов с активным качеством проводится в дешифраторах комбинаций, так как по своему назначению эти узлы проверяют комплектность кода, т.е. соотношения 0 и 1 в принятом сообщении.

В циклических системах телемеханики, используемых на железнодорожном транспорте, избыточность в элементах сигналов минимальна или отсутствует, так как это системы с распределительной селекцией. Однако время существования ошибки в приеме ограничено длительностью цикла, и поэтому даже при отсутствии защитных проверок последствия от ошибок в таких системах значительно меньше, чем в спорадических.

Обычными для циклических систем являются проверки синфазного окончания цикла и длительности цикла.

В системах ДЦ «Нева» и «Луч» используются стартовые и стоповые импульсы для групповых сигналов, передаваемых циклически. Это позволяет контролировать в демодуляторе непрерывность группового сигнала ТС.

Наиболее важные защитные проверки в циклических системах телемеханики осуществляются на основе сравнения периодически поступающих неизбыточных сигналов. В этом случае реализация команд должна происходить с запаздыванием на время накопления сигналов для сравнения. Изменяя число циклов, необходимых для принятия решения о сигнале на основе накопленной совокупности, можно обеспечить любую степень достоверности в приеме. Нетрудно заметить, что нужный результат достигается на основе избыточной передачи неизбыточных сигналов, т.е. это другой вид избыточности в представлении сигнала.

Однако в циклических системах с распределительной селекцией возможно также использование избыточных временных позиций для дублирования передаваемых сигналов. В этом случае в каждом цикле работы устройств можно сравнивать информацию по временным каналам.

Дублирование сигналов по разным каналам иногда удобнее проводить в прямом и инверсном значениях, например информацию о состоянии двухпозиционного объекта передавать по двум каналам в виде 01 и 10. Такая корреляция сигналов в разных каналах увеличивает возможности обнаружения искажений при приеме, позволяет контролировать исправность общих узлов системы.

Важной особенностью циклических систем телемеханики является возможность проверки исправного состояния всех узлов, участвующих в передаче и приеме сообщений, в каждом цикле.

Системы с использованием обратного канала связи для организации защитных проверок представляют собой альтернативу избыточности передаваемых сигналов.

При наличии обратной связи могут использоваться неизбыточные коды или коды с минимальной избыточностью, что значительно упрощает устройства и повышает эффективность передачи.

В системах с РОС при посимвольном приеме демодулятор прямого канала должен выдавать сигнал на двухпороговое решающее устройство, принимающее решение в соответствии с правилом:

— принят ;

— принят ;

— решение не принято,

где: — напряжение на входе решающего устройства; и — пороговые напряжения решающего устройства ( ).

Если решение не принято (сигнал попал в зону «стирания»), формируется служебный сигнал переспроса, передаваемый по обратному каналу. В ответ на этот сигнал проводится повторение непринятого ранее символа. Этот процесс заканчивается с принятием решения, система переходит к передаче других символов.

Если в системе с РОС код имеет хотя бы минимальную избыточность, позволяющую обнаруживать одиночные ошибки, решение о переспросе целесообразно принимать после дешифрации комбинации, т.е. на выходе ДШК. В этом случае повторение запрашивается, если ДШК отнес комбинацию к неразрешенным.

В системах с ИОС решение о реализации принятого сообщения принимается на передающей стороне на основе сравнения переданного сообщения с информацией о нем, поступившей по обратному каналу. Реализация разрешается специальным сигналом подтверждения, передаваемым по прямому каналу.

Информационные сообщения, поступающие по обратному каналу, часто называют «квитанциями», поэтому такие системы иногда определяют как системы с квитированием.

Сравнительный анализ по достоверности систем с РОС и ИОС показывает:

при симметричных каналах прямой и обратной связей с одинаковым уровнем помех системы РОС и ИОС обеспечивают одинаковую достоверность;

при слабых помехах в канале обратной связи системы с ИОС имеют более высокую достоверность, чем с РОС;

при сильных помехах в обратном канале системы с РОС обеспечивают более высокую достоверность;

при сильных помехах в прямом и обратном каналах с образованием пачек ошибок более высокую достоверность обеспечивают системы с ИОС.

В современных системах передачи данных и компьютерных ДЦ обратная связь обязательно используется в том или ином виде.

Наибольшее распространение получили процедуры с переспросом, т.е. системы с РОС, поскольку в этом случае обратный канал используется более эффективно. Каждому сообщению, передаваемому в виде информационного кадра,

приписывается порядковый номер и вместе с другой служебной информацией организуется кодовая комбинация помехоустойчивого (n, k)-кода.

Если при декодировании на приемной стороне обнаруживается неисправляемая ошибка, информационный кадр стирается и по обратному каналу подается сигнал переспроса для повторной передачи этого кадра.

Сигналы обратной связи могут посылаться в составе информационных кадров и специальными служебными кадрами. Они могут содержать информацию о результатах приема отдельного сообщения и их совокупности.

Часто сигналы обратной связи подразделяют на сигналы подтверждения принятых кадров и сигналы запроса на повторение непринятых кадров. Форма представления сигналов обратной связи может быть различна. Широко применяется способ передачи номера последнего правильно принятого сообщения.

Известные системы с РОС могут быть разделены по виду коррекции ошибок на системы с запаздывающей, опережающей или комбинированной коррекцией. При запаздывающей коррекции повторение сообщения идет только после получения сигнала переспроса. При опережающей коррекции ошибок передача каждого сообщения идет до тех пор, пока по обратному каналу не поступит сигнал подтверждения правильного приема. Комбинированная коррекция ошибок предполагает то или иное сочетание запаздывающей и опережающей коррекций в зависимости от условий и вида передачи.

3. Методы обеспечения надежности

Любая система диспетчерской централизации представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих безопасный контроль и управление движением поездов на участке.

Основными составляющими такого комплекса являются: системы электрической централизации на станциях; системы автоблокировки на перегонах между станциями; системы телеуправления-телесигнализации, объединяющие устройства в единую систему управления.

Чаще всего систему ТУ-ТС принято считать собственно системой ДЦ, отождествляя ее с системой управления движением поездов. Поскольку безопасность движения – это главное требование к системе управления, необходимо уточнить с этих позиций требования к системе ДЦ.

Принято считать, что за безопасность движения в комплексе ДЦ отвечают устройства ЭЦ на станциях и автоблокировки на перегонах, поскольку целью их создания являлось обеспечение безопасности. Однако это не совсем так, если система ТУ-ТС может непредусмотренным образом воздействовать на устройства ЭЦ при отказах или действии помех.

При некоторых отказах ЭЦ или АБ система ТУ-ТС должна обеспечивать передачу так называемых ответственных команд управления. Таким образом, трансформация какой-либо команды в ответственную или возникновение ложной команды представляют угрозу безопасности движения и должны исключаться с требуемой вероятностью.

С другой стороны, система ДЦ должна быть не только безопасна, но и безотказна, так как процесс управления движением поездов непрерывен во времени.

В соответствии с ГОСТ 27.002—89 безопасность систем ЖАТ есть свойство системы сохранять исправное, работоспособное и защитное состояния, а безотказность — свойство сохранять исправное и работоспособное состояния. Таким образом, безопасность как составляющая надежности всегда не меньше безотказности.

Построение безопасной системы возможно на основе следующих концепций или их сочетаний: безотказность (reliability); отказоустойчивость (fault-tolerance); безопасное поведение при отказах (fail-safe). По первым двум стратегиям подразумевают, что система, которая правильно выполняет алгоритм функционирования, является безопасной. Третья стратегия подразумевает перевод системы в защитное состояние при появлении любого отказа, а переход в работоспособное состояние осуществляется только с участием человека.

Для безопасных современных систем ЖАТ чаще всего реализуют сочетание отказоустойчивости с переходом системы после предельной деградации в защитное состояние после очередного отказа.

Под отказоустойчивостью понимается свойство или способность системы продолжать выполнять требуемые функции при возникновении или наличии отказов элементов за счет резервных возможностей. Система обладает отказоустойчивостью, если можно выделить непустой набор элементов, повреждение которых не вызовет отказ системы. Отказоустойчивость базируется в основном на резервировании и может быть функциональной, информационной, временной или структурной в зависимости от используемого вида резерва. Существуют дополнительные мероприятия (рис. 10), позволяющие в различных сочетаниях значительно повысить отказоустойчивость: техническое диагностирование, рекон-фигурация архитектуры системы и восстановление резерва. Схема общего случая взаимодействия указанных мероприятий в процессе функционирования МП СЖАТ приведена на рис. 11.

Рассмотрим подробно каждую из этих мер повышения отказоустойчивости.