Диссертация (1335837), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Эти каналыообеспечивают требуемыеохарактеристики и необходимуюодинамическую модификациюоархитектурыобортового цифрового вычислительногоокомплекса (БЦВК) в целомоприовоздействииодеструктивных ЭМИ.Благодаряопроведенному аналитическомуоисследованию можноосделатьвыводы, что наоданный моментонаиболееораспространенной технологиейонауровнеодоступа в бортовых сетяхоявляется Gigabit Ethernet иотакие соответствующиеокабельные спецификации:1. 100Base-TX;2. 1000Base-T;3.

1000Base-LX.Средаопередачи, в большинствеослучаев, это неэкранированнаяовитая параокатегорий 5е и 6. Сетьона основе оптоволокнаопозволяет соединитьокомпьютеры сооскоростью до 10 Гб\с не беспокоясьооб ограниченииорасстояний и проблемахосвязанных с магнитнымионаводками от другихолиний. Этиосети имеют:1511. Большуюопропускную способность.2. Меньшееозатухание сигналовонаоединицу длины.3.

Меньшийовес.4. Устойчивость к электромагнитнымоизлучениям .Исходяоиз данных фактов, можноосделать заключение, чтоопри анализеомеханизмововоздействияСК ЭМИнапроцессопередачиданныховсетяхEthernetонеобходимо вопервую очередьорассматривать спецификации Ethernet,вокоторых оиспользуется неэкранированнаяовитая пара какопотенциальный объектовоздействия.Исходя изоэтого, предметомоисследования былиовыбраны механизмы искаженияоданных восетях Ethernet, которыеофункционируют поокабельным линиямосвязи вследствиеоформирования периодически повторяющихсяоимпульсных помехопри воздействии СК ЭМИ [63-65].3.3.1 Особенности построенияовысокоскоростныхобортовых сетейонаосновеотехнологии Gigabit EthernetОсновнаяоидея разработчиковостандарта Gigabit Ethernet состоялаов том,чтобыомаксимально сохранитьоидею классическойотехнологии Ethernet при достиженииобитовойоскорости в 1000 Мбит/с.

Технология Gigabit Ethernet описываетонижние уровниоэталоннойомодели ISO/OSI:1. Канальный, которыйообеспечивает создание, передачуои приемокадровданных.2. Физический, которыйополучает пакетыоданных от вышележащегооканального уровня иопреобразует их в оптическиеоили электрическиеосигналы, соответствующие 0 и 1 бинарногоопотока.Реализацияоканального уровняоосуществляется о посредствомоподдержкиподуровней LLC и МАС. Во задачи LLC и МАС входит:1. Преобразованиеоданных, поступающихос вышележащего (сетевого)уровняов Ethernet-кадры.2. Планированиеопередачи иоприема.152МАС-уровень получаетои отправляетопакеты черезонезависимый от средыопередачи интерфейс (MII, GMII, XGMII) [63-65]. Данныеоинтерфейсы производятостандартное подключениеоустройств, совместимых с Ethernet МАС, колюбомуизофизических уровней, определяемомуоспецификацией Ethernet, поэтомуонеобходимо подробноорассмотреть спецификацию Gigabit Ethernet (1000Base-T).Изоспецификации 1000Base-T очевидно, чтооданные, поступающиеоотуровня MAC, разбиваются наоконтрольные символыои символыоданных.На подуровне PCSодля кодирования контрольныхосимволов используетсяоалгоритм 8bit-1 Quinary quarter (кодирование 8B1Q4), которыйопреобразует8обит в 4опятеричных символа (Q4) [63-65], передаваемые вотечение одногоотактовогоосигнала (1Q4).Наоподуровне PMAодля кодированияогруппы кодоводанных используетсяопринцип четырехмерногоопятиуровневого модулированияоамплитуды импульсао(4-dimensional 5 level pulse amplitude modulation – 4D-PAM5).Следовательно, приопередаче данныхопооканалу 1000Base-T представляетсобойочередование последовательностиопятиуровневых символов, каждыйоизкоторыхопередается пооотдельной пареокабеля.

Каждыйоизотаких символовокодируетсяоодним изоразрешенныхоуровней кодовогоонапряжения вопределах одногоотактаоизмененияосигнала (8 нс).ОченьовероятнодоступаонаиоопасновоздействиеСК ЭМИучасткахо«вычислитель – вычислитель»вибортовыхосетях«вычислитель –коммутатор». Соточкиозрения построенияотехнологии Ethernet на 1-м и 2-муровняхомоделирассмотренныеофрагментыISO/OSIидентичны,такокаксетевыеоинтерфейсы бортовогоовычислителя иокоммутатора выполняютооднииоте же действияопо проверке целостностиопоступивших кадров.Известно,очто сети Ethernet, построенныеос использованиемовитой пары вкачествеофизическойсредыопередачи,электромагнитнымопомехам,передачуосигналаикабельнойосистемы[60].которыеоченьочувствительныковнешнимоказываютосущественноевлияниеонаприводятоковозникновениюПриовоздействииСК ЭМИрядаонеисправностейнаолиниюсвязиопо153кабелюораспространяютсяопериодически повторяющиесяоимпульсные помехи,которыеопо амплитудеобольше или равны полезномуоэлектрическому сигналуEthernet и приводяток искажениюоисходной последовательностиосимволов.Примероналожения наведенныхоимпульсных помехона электрические сигналы вкабелеодля спецификации 100Base-TX представлен на рисунке 3.10.а)б)Рисунок 3.10 -Типовая форма наведенных импульсных помех в линии связи:а) без передачи данных; б) при передаче данных (спецификация 100Base-TX)Искаженнаяопоследовательность электрическихосимволов поступаетов сетевойоадаптер или на порт активногоосетевого оборудования, далееона микроконтроллеродля преобразованияов логические 0 и 1.

При декодированииов микроконтроллереодетектор интерпретируетоискаженные символы, присваивая имнекорректныеозначения (рисунок 3.11).Послеоформирования кадраои сравненияоего длины соданными поля FCSпроисходитоотбрасывание кадра, из-за чего последнийоне поступаетона дальнейшуюообработку. Из-за периодическиоповторяющейся помехи, число потерянныхокадров возрастаетовозависимости от частотыоследованияоимпульсов и времениовоздействияопомехииприводитокснижениюопроизводительностисетейоEthernet [63].После определенияовероятности потериокадров можнооустановить количественнуюосвязьомежду этойовероятностью иопараметрами периодически повторяющихсяоимпульсных помех, возникающихов кабеле.154Рисунок 3.11 - Искажение исходного сигнала при воздействии помехиИскаженныеосимволы должныобыть обнаруженыомикроконтроллером наофизическом уровнеопри попыткеодекодироватьопотокоданных иозафиксированы как параметроSymbol Error.

В технологии Gigabit Ethernet приемноеоустройство пересчитываетоконтрольную суммуокадра иоотслеживает, чтобыоона соответствовалаоданным, помещеннымов кадропередатчиком. Еслиосумма некорректна,неосоответствует илиопропущена полем FCS, то устройствоосбрасывает кадры,фиксируяоошибку FCS (CRC) Error.3.3.2 Анализовоздействия деструктивных ЭМИона каналыопередачи данныхоБЦВК на основеотехнологии Gigabit EthernetНаофизическомуровнеотехнологииGigabitEthernetматематическаямодельопредполагает описаниеоосновных логическихоопераций.Как объектовоздействия рассмотримофрагмент бортовойосети Ethernet,состоящийоиз двуховычислителей (УОВ) и линииосвязи – витойопары категории5е (рисунок 3.12).

Обобщениеоразработанного нижеорасчетного аппаратаона155другиеовышеуказанныеучасткиосетидостаточнооочевиднооиз-заидентичностиосетевых интерфейсов [63, 66].Рисунок 3.12 - Фрагмент сети Ethernet, подверженный воздействию СК ЭМИСпомощьюогенератораСК ЭМИосуществляетсяопреднамеренноеэлектромагнитноеовоздействие на неэкранированнуюовитую паруос помощьюемкостнойосвязи. В результатеоэтого воздействия возрастаеточисло потерь,возникаютоошибкиприпередачеоданныхи,следовательно,опроисходитснижениеопроизводительности сети.Нарисунке 3.13представленаоосциллограммапомехиV(t),представляющаяособой периодическиоповторяющуюся импульснуюопомеху влинииосвязи сочастотой следования f иодлительностью τp.V(t)VmpTРисунок 3.13 - Осциллограмма периодических импульсных помех,наведенных в линии связи156Рассмотримоматематическуюмодель,связывающуюпараметрыпериодическиоповторяющейся импульснойопомехи совероятностью потери кадраPloss, дляорассмотренных спецификацийоGigabit Ethernet.Дляосвязи вероятностиоединичного сбоя Pe с параметрамиопериодическиповторяющейсяоимпульснойпомехи,наведеннойовокабеле,допустимопреобразоватьонапряжение V(t) в эквивалентноеонапряжение гауссоваошума Vng.ДаннаяозадачарассматриваласьовосновополагающейоработеШеннонаопотеорииоинформации, в которойобыл изложенообщийотеоретический подходокполучениюозначения Vng, основанныйона концепцииоинформационной энтропии.Замена детерминированной периодическиоповторяющейся импульснойопомехиV(t) эквивалентнымогауссовским шумомопроизводится соусловием равенстваэнергийоэтих помех.

Среднеквадратичноеонапряжение на каждомосимвольноминтервалеорассчитывается согласно схемеодеко-дирования, реализованнойовсетевыхоинтерфейсах, для принятияорешения о сопоставлении электрическомусигналупоследовательностиоинформацион-ныхосимволовдетекторе.Такимообразом,неамплитуда,авмикросхеме-энергияоявляетсяключевойовеличиной.Стоитоотметить, что периодическиоповторяющаяся импульснаяопомехазаменяетсяоэквивалентнымгауссовымошумомнеополностью,атолькоонаучастке,оравном длительностиоимпульса.Начнемооценку значения Vng с усреднения формулы (3.1).TVng 1V 2 (t )dt  Vm  f  KT 0Vng – среднеквадратичное значение амплитуды гауссового шума;Vm – амплитуда импульса помехи;f – частота следования импульсов помехи;pKg2(t )dt0K – энергия импульса;(3.1)157p – длительность импульса помехи;g t  V t Vmg(t) – форма импульса помехи;V(t) – амплитуда импульса помехи в момент времени t.f pVng  VmВероятностьоискаженияоединичногоэлементаоможносопоставитьосустоявшимсяопараметром BER (bit error ratio) – коэффициентомоошибок посимволам,оиспользующимсядляохарактеристикицифровыхопотоковплезиохроннойо(PDH) и синхроннойо(SDH) иерархии [63, 65, 66].Отличиеосетей Gigabit Ethernet отосетей SDH и PDHозаключаетсяасинхронномопакетноморежимеопередачиоданных.канальногоуровняоотбрасываетБольшаяочастьпринимаемыеокадрыпривустройствнесовпадениирассчитаннойоконтрольной суммыос даннымиов поле FCS или приоискажениислужебныхополейокадра.Этооозначает,чтооединственныйошибочныйобитприопередаче кадраоприводит коотбрасыванию всегоокадра.

Характеристики

Список файлов диссертации