Диссертация (1137104), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Информационныепотоки СТС (ИПС) включают:144а) внутренние информационные потоки: V сообщения, поступающие i пользователям (беспроводным модулям - БМ) из связного процессора (СП)посредством технических средств СТС, для дистанционного управления,установки режимов работы БМ и контроля системы передачи данных; Iсообщения,информация,осостояниисенсоровидругихатрибутов,идентифицирующих её (в т. ч.
и результат контроля приема-передачи),поступающая от i – пользователей;б) внешние информационные потоки (расчеты данных потоков широкоосвещены в научной литературе): W сообщения – информация из АРМ«Оператора СТС», обеспечивающая работу СП, наполнения V – сообщения,контроля работоспособности СТС.V сообщение состоит из информации: Vn сообщения, которое содержитданныеобуправленииирежимахработыБМиVk,сообщения,использующегося для контроля передачи данных в БСС в виде тестовых кодов,соответственно, V=Vn +Vk.(3.8)Цикл обмена информацией T0 (цикл передачи данных в СТС), дляувеличения степени достоверности передаваемой информации, цикл передачиразбивается, как минимум, на два периода: первый Tn - период передачиинформации в сеть; второй Tk - время контроля технического состояния сети иприема информации от i - пользователей, т.е. данных от сенсоров, такжеT0 = Tn + Tk .(3.9)Поскольку в СТС за период Tn i - пользователю предъявляется Vn сообщение: основная информация в виде сообщения и вспомогательнаяинформация-ввидепоясненияпосредствомБССиp-заявки–характеризующие работу автоматизированного рабочего места операторасистемы, в терминах системы массового обслуживания это матрица Pnl.
Vkинформация, циркулирующая в сети в Tk периоде, участвует в режиме контроля145передачи данных в виде набор тестового кода, который необходим для контроляработоспособности СТС. В этот же период формируются t-заявки, т.е.измеряемая информация от сенсоров сети (или информация из перспективныхустройств), в виде матрицы Rпk. Количественные характеристики ИПСсущественно влияют на параметры технических средств СТС, поэтомупредставляет интерес определить объемы этих массивов и их влияние напараметры СТС.Согласно теории Шеннона энтропия событий – это убывающая функция,естественно с отрицательным знаком. Однако, учитывая, что информация –убыль неопределенности, а величина энтропии (из формулы Больцмана)Шеннономбылаинтерпретирована,какколичествоинформации,ноколичество информации не может быть отрицательным, поэтому в выражениеШеннона вносим корректировку – убираем отрицательный знак и получаетзначение T ′ , которое определяет объем ответной информации - ответов (Vkсообщение) на Vn сообщение объемом T 0 , из работы [106] получим:T0T ′ = ∑ P( xi) log 2 P( xi).(3.10)i =1В случае T 0 равновероятных исходов P ( xi ) =1T0, получаем формулу0Хартли, тогда T ′ = log 2 T , где логарифм с основанием 2 означает, чтоинформация T 0 измеряется в двоичных единицах (битах).
Нетрудно заметить,что T ′ в данном случае означает, столько информации будет в ответе насообщение T 0 , или то же самое, применительно к системе контроля, дляпроверки состояния сети, которому предъявлено сообщение объемом T 0 ,достаточно передать и проанализировать информацию, объем которой равенT ′.Однако, из T ′ информации, в идеальном случае может быть Rп достоверныхсообщений, т.е.: Rn = log 2 T ′,(3.11)146конечно, при условии, если вероятность достоверных сообщений Pn = 1, вRn = Pn log 2 T ′.противном случае:Длядостиженияабсолютного(3.12)результатаконтроля(тестированиясистемы), т.е.
100% достоверности, при известной вероятности Pn необходимопровести несколько циклов контроля, тогда для всех блоков Tj приметcnc −1sзначение: T ′ = ∑ Ti + ∑∑ T j Рn .(3.13)i =1 s =0i =1Первый член - общее количество тестовой информации, введенной вЭВМ; второй член - объем информации, используемый во время конкретногоt ′′ цикла тестового контроля и при необходимом количестве таких циклов.Важным условием является, как формируется информация в T ′ , приc −10однозначном ответе на сообщение T : Pn log 2 T ′ ≤ 1 .(3.14)На объем T ′ существенно влияет значение параметра количество c,требуемых тестовых кодов, для достижения абсолютного результата. Приразложении второго члена выражения (3.13) имеем, для одного любогоeзначения:c −1∑∑ T Pi =1 s = 0sj n= T j + PnT j + Pn2T j + + Pnc −1T j .(3.15)c −1исходя из (3.15) имеем Pn Tj ≤ 1, или, подставив аналогично, как (3.12),c −1получим Pn 2RnR ln 2≤ 1, тогда C ≤ 1- n.PnPn ln Pn(3.16)Из условия (3.16) следует, что наш интересующий ответ, поступающий свероятностью Pn , будет правильным в пределах ошибки размерностью неболее одного бита.
Для повышения достоверности результата тестированияСТС, с можно увеличить на единицу с+1 (оптимально, при использованиимажоритарного кодирования-декодирования, эта сумма равна 3), т.е. двапоследних теста закрепят правильность ответа. В практике вариант абсолютноправильногоответа,конечно,недостижим,поэтомулучшезадать147определенный процент правильной передачи сообщения, который примем вотносительных единицах S. Тогда выражение (3.13) примет вид, с учетомn(3.12): T ′ = ∑ 2si ⋅log 2 Tii =1при условииec −1+ ∑ ∑ Pns × 2 s × log 2 Ti ,i(3.17)j =1 s = 0c ≤ 1−Rn Sln 2.Pn ln Pn(3.18)Второй член выражения (3.17) есть объем информации, который будетучаствовать по условию (3.16), т.е. V сообщение.
Для определения l количестваблоковвоспользуемсярезультатамиисследований,опубликованными в работе [147], в которой показано, что, чтобы обеспечитьвысокуюнадежностьколичественноеилипередачикачественноеинформации,тестирование.необходимоПрипроводитьколичественномтестировании объем Vk , также согласно [106], равен: Vk = Pn log 2 T j .
(3.19)Значение Vk будет незначительным, это связанно с тем, что информация,как правило, передается один раз, однако и мал процент достоверности. Дляповышения процента безошибочной передачи информации, в данном случае,потребуется либо многократно передавать информацию, либо разбивать ее набольшое количество малых блоков, что в условиях ограничения по времени t 0нереально. Если проводится качественное тестирование, то Vkc будет равенmVkc = ∑ Pni × log 2 i −1Ti .i =1(3.20)Это означает, что для достижения оперативного результата необходимоне менее m раз передать Vk сообщение, при условии, что вероятностьправильного решения по предъявленному объему информации Tj и Pn. Однако,одновременно происходит и потеря информации, как V так и I сообщений с148mвероятностью Р3, тогда R′′ = ∑Vk × (1 − P3 )i −1.
Или, подставив Vk и учтя условиеi =1(3.18), получим: R′′ =m(1 − P )∑i−1i −1S i ⋅ Pni ⋅logi2 ⋅Tj3=1mОткуда T ′′ = 2R"=2−1∑ (1− P3 )i−1 S i ⋅ Pni ⋅log i2.(3.21)Tji =1,(3.22)где T ′′ отражает суммарный объем информации, требуемый для достиженияпоставленной задачи контроля СТС, фактически на одно сообщение Vk. Дляпроведения полного контроля всей предъявленной информации потребуется lблоков Tj , т.е.
j = 1, l или объем T ′′′ информации, который поступит в СТС вmejвиде l и Vk информации: T ′′′ = ∑ S × 2Pn ⋅log 2 Tj +∑ (1− P3 )i −1 i−1S Pni logi2 Tji =1.j =1(3.23)При ( S, Pn , P3 < 1 и e = 1) выражение (3.23) характеризует общий объем T ′′′передаваемойинформациивСТС(вбитах)распределения l найдем из условия l = log 2 T 0 ( j )выраженная в двоичных блоках. В связи с тем, чтоИнтервалвозможноговходная информация,T ′′′= t ′′, где M - скоростьMT0= t ′, то исходя из (3.23), имеем t 0 m = T 0 + T ′′′,передачи информации иM0примем t 0 m = Const = b, тогда b = T ′′′ + T (3.24). Произведем вычисления дляразличных значений T ′′′ и T 0 , удовлетворяющих условию (3.24). Значения T ′′′и T 0 достаточно задать в пределах T 0 > T ′′′ и T 0 ≤ 10T ′′′, поскольку в случаеT 0 ≤ T ′′′ в телекоммуникационной сети БСС произошли сбои (из-за помех).Результаты вычисления были отражены на графике, который позволилпоказать оптимальное распределение l , которое в свою очередь имеет границы5 < l < 10 .
Таким образом, задавшись значением l по условию (3.24), можноопределить необходимое значение второго члена в выражении (3.17), а первый149членnn∑i=1S × log 2 илиi2Ti∑i=12S i × Ti , есть некоторый коэффициент избыточностиинформации, который обеспечит комфортный фон, исключающий повторениепри выборе вариантов тестовых кодов.Выражение (3.23) позволяет определить полный объем V информации (вбитах), который будет циркулировать в СТС за время t ′′ контроля. Суммарныйобъем информации, который необходимо ввести в СТС определяетсявыражением (3.13) а оптимальное ее значение выражением (3.17).
Анализпроведен для условий, когда T 0 - сообщение является для СТС дополнительнойинформацией, хотя в реальных условиях необходимо учитывать наличие у i пользователей определенного объема неизменяемой информации, т.е. учесть,что во многих i – пользователях режим работы не будет изменяться.3.7. Разработка системы электропитания беспроводного модуляОдним из важнейших показателей автономной работы элементов СТСКУГ является ее энергопотребление, предлагаемые в данном разделетехнические устройства и решения позволяют увеличить время автономнойработы системы. При разработке системы электропитания беспроводногомодуляиспользовалисьследующиеаппаратныесредства:аккумулятор,солнечная батарея (ветрогенератор), гибридный регулятор. На рисунке 3.29приведен состав и схема подключения данных источников питания.Актуальность расчета потребляемой энергии объясняется тем, что все БМустанавливаются вдоль трассы газопровода, а связь с ними осуществляется порадиоканалу.Эффективнымявляетсяпитаниеприемо-передающегоизмерительного модуля от аккумуляторной батареи с зарядом ее от солнечногоэлемента – это устройство называется солнечной батареей, входящей в системупитания СТС.150Рисунок 3.29 – Автономные источники питания СТС КУГКаждый БМ оснащается такой СБ, поэтому интервал обслуживания ихбудет зависеть от ее срока работы, в основном от АБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
