На правах рукописи
Беляев Николай Васильевич
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ
ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА ДЛЯ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
НОВОСИБИРСК 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ГОУ ВПО СибГУТИ)
Научный руководитель: кандидат технических наук,
доцент Субботин Е. А.
Научный консультант: доктор технических наук,
профессор Шувалов В. П.
Ведущая организация: Алтайский государственный
университет
Официальные оппоненты доктор технических наук,
профессор Петров В. П.
доктор физико-математических наук
профессор Владимиров С. Н.
Защита состоится «_____» ______________2009 г. в______часов на заседании
Диссертационного совета Д 219.005.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
по адресу: г. Новосибирск, ул. Кирова 86.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СибГУТИ».
Автореферат разослан «____» ________________2009 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д 219.005.01
доктор технических наук, профессор Мамчев Г.В.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. В настоящее время в условиях быстрого развития информационных технологий и совершенствования технических средств обработки, передачи и хранения информации, растет не только количество новых задач в этой области, но и количество технических решений уже известных, традиционных задач. Для этого ведется поиск и создание новых технических средств. Актуальной задачей была и продолжает оставаться, в частности, задача обеспечения конфиденциальности при передаче информации. Одно из направлений решения этой задачи связано с использованием шумоподобных сигналов (ШПС). Техника связи с использованием ШПС достаточно хорошо проработана и в настоящее время продолжает успешно развиваться. Существует еще одно перспективное направление в технике связи, которое способно привести к новым результатам при решении задач конфиденциальности передачи информации. Это направление связано с использованием широкополосных хаотических сигналов (ШХС). Количество работ, посвященных применению в системах связи широкополосных хаотических колебаний, постоянно растет. Это направление появилось после того, как в результате развития нелинейной динамики было открыто явление, названное динамическим или детерминированным хаосом. Было обнаружено, что в некоторых динамических системах, при определенных условиях, возникают особого типа нелинейные колебания, спектр которых не отличается от спектра нормального шумового процесса, но при этом существует определенный алгоритм, используя который, можно эти колебания воспроизвести.
Появление первых работ, положивших начало общей теории хаоса, связано, в первую очередь, с именами таких исследователей, как французский математик А. Пуанкаре и русский математик А. М. Ляпунов. Их работы были посвящены исследованию устойчивости решений дифференциальных уравнений, характеризующих динамические системы, т. е. системы, поведение которых зависит от времени, хотя термин динамический хаос ими не применялся. Возможность появления хаоса в динамических системах было обнаружено при дальнейшем исследовании нелинейных колебаний. Большой вклад в исследование нелинейных колебаний был сделан советскими математиками и механиками А. Н. Крыловым, А. А. Андроновым, Н. Н. Боголюбовым, А. Н. Колмогоровым и др. Однако термин динамический хаос стал широко использоваться, лишь начиная с 1970-х годов, после работ известных зарубежных исследователей в области хаоса Э. Лоренца, М. Файгенбаума, И. Р. Пригожина, и др.
В радиоэлектронных системах возможность появления детерминированных хаотических колебаний была открыта в начале ХХ века. Первым сообщением о наличии нерегулярного шума в ламповом LC – генераторе можно считать сообщение Ван дер Поля, относящееся к 1927 году. Однако возможность использования детерминированных хаотических колебаний в технике связи стала изучаться сравнительно недавно, примерно с 90 – х годов ХХ века. В настоящее время вопросы, связанные с проявлением динамического хаоса в радиоэлектронных системах, в радиофизике, а также проблемы использования хаоса в системах передачи информации нашли свое отражение в работах отечественных исследователей А. С. Дмитриева, В. Я. Кислова, С. О. Старкова, Владимирова С. Н., а также зарубежных специалистов Л. Каданова, Ф. Муна, Д. Швейцера Г. Чена, и др. Ими получены определенные практические результаты по использованию хаоса в радиофизике и в телекоммуникационных системах.
Решение технической задачи создания систем связи на основе детерминированного хаоса является одним из способов обеспечения конфиденциальности передачи сообщений, что уже само по себе является весьма актуальной задачей. Но применение хаотических колебаний в информационных технологиях не ограничивается только системами связи. Существуют данные о том, что процессы обработки информации в живых системах имеют большое сходство с обработкой хаотических колебаний при выделении из них полезной информации. На этой же основе возможна разработка систем памяти нового типа, приближающаяся по своей структуре и по организации работы к системам памяти, используемой биологическими объектами.
Главная особенность детерминированных хаотических колебаний заключается в их большой информационной емкости, а возможность их применения в системах передачи информации связана, прежде всего с тем, что существует вполне определенный детерминированный алгоритм, на основании которого можно воспроизвести необходимые хаотические колебания любое количество раз, необходимое для их технического использования.
Трудности, возникающие при решении технической задачи, связанной с использованием детерминированного хаоса в информационных технологиях, и, в частности, в системах передачи информации, обусловлены необходимостью получения хаотических колебаний с заданными параметрами и вопросами их управляемости. Поэтому создание физических моделей генераторов хаоса и исследование их свойств можно считать необходимым звеном в решении технической задачи создания систем связи, работающих на основе использования детерминированного хаоса.
Таким образом, разработка физических моделей генераторов детерминированного хаоса и исследование их свойств является актуальной задачей, прежде всего для создания телекоммуникационных систем, а также для всех отраслей науки и техники, где возможно в перспективе применение хаотических колебаний.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка физических моделей генераторов детерминированного хаоса, изготовление их действующих макетов и исследование их свойств. Основное внимание при этом уделяется вопросам управляемости режимами работы генераторов и проверке устойчивости их работы в хаотических режимах.