Выполнение межблочных соединений.

Наличие сигнальных проводников, соединяющих между собой различные РЭС, а также отдельные блоки в составе некоторого РЭС, приводит к возможности создания помех другим средствам из-за электромагнитных связей между ними и цепями (контурами) других устройств (блоков) Аналогично, указанные соединения могут (из-за наведенных токов от внешних ЭМП) стать причиной воздействия помех на соответствующие рецепторы. Существуют специальные схемные решения, способствующие ослаблению создаваемых полей и подверженности РЭС их действию.

Один из эффективных приемов этого вида - симметрирование соединительных проводников. Симметричными называются такие двухпроводниковые соединенные схемы, в которых оба проводника и все подключенные к ним цепи имеют полные одинаковые сопротивления и равные, но противоположные по знаку потенциалы относительно земли. Цель симметрирования состоит в том, чтобы обеспечить указанную симметрию цепей источника или (и) рецептора. Таким образом, независимо от характера связи (емкостная или индуктивная) степень защиты от действия помех определяется только отличием схемы от полностью симметричной и практически может достигать значений порядка около 60...80 дБ.

Литература

1. Кравченко В.И., Болотов Е.А., Летунова Н.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи. М.: Радио и связь, 1987. - 256 с. ил.

2. Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. М.: Мир, 1979. - 318 с. ил.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

В.В. Сумин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОТОКОВЫХ ВИДЕОДАННЫХ

В статье рассмотрены способы выбора размера оперативной памяти в зависимости от пиковых нагрузок системы с применением аппаратного алгоритма first-fit/

Размер оперативной памяти в системах обработки видеоданных оказывает существенное влияние на пропускную способность системы в целом. Если размер оперативной памяти мал, то в процессе функционирования системы часть времени центрального процессора затрачивается на управление распределением памяти. Увеличение оперативной памяти повышает производительность системы без каких-либо изменений в программах обработки данных. По данным меморандума Дж. фон Неймана от 1946 г. «память будет всегда служить ключом к производительности». [1]

При проектировании систем обработки видеоданных высокой производительности вопросам оценки размера оперативной памяти уделяется внимание практически на всех этапах создания системы. С этой целью создаются сложные имитационные модели, с помощью которых, в основном, исследуется поведение системы при пиковых нагрузках, т. е. в период времени, когда средняя величина потока заданий в системе принимает максимальное значение [2]. Проведение этих исследований требует существенных затрат вычислительных ресурсов на разработку системы и увеличивает время ее создания. Однако такие исследования необходимы, так как именно при пиковых нагрузках система должна оставаться работоспособной.

Следует также заметить, что эффективное функционирование системы в реальном времени невозможно без выполнения одного важного условия: в результате проектирования программное обеспечение должно «соответствовать» аппаратуре, оно должно быть спроектировано так, чтобы не снижалась производительность этой аппаратуры и всей системы в целом [3]. Используемые в настоящее время подходы для решения задачи управления распределением памяти таковы, что окончательное ее решение, как правило, появляется только на этапе эксплуатации системы.

Приведенный краткий анализ требований к методам управления распределением оперативной памяти системы позволяет сделать следующие выводы:

– метод решения задачи проектирования управления распределением оперативной памяти должен минимизировать затраты вычислительных ресурсов и обеспечивать получение теоретически обоснованного алгоритма уже на этапе технического проектирования;

–метод управления распределением памяти должен проектироваться с учетом особенностей структуры программных средств системы;

–метод управления оперативной памятью должен минимизировать затраты процессорного времени на ее распределение и обеспечивать эффективное выполнение функций системы при пиковых нагрузках в системе;

–метод управления оперативной памятью должен накладывать как можно меньше ограничений при удовлетворении запросов на выделение памяти и обеспечивать быстрое освобождение не участвующих в вычислительном процессе занятых сегментов памяти.

Для решения этих задач предлагается использовать ряд комбинаторных моделей. Последовательность представления таких моделей выбираем в соответствии с увеличением количества априорной информации о процессе функционирования оперативной памяти системы. В рассматриваемых моделях будем учитывать и возможность группового удовлетворения запросов, т.е. когда запросы на выделение свободной памяти поступают группами. Преимущество группового метода удовлетворения запросов заключается в наличии дополнительной априорной информации о характере потока запросов на память, которая учитывается здесь путем рассмотрения упорядоченных по размеру групп запросов. Рассматривается также модель процесса распределения оперативной памяти системы при реализации одиночного метода удовлетворения запросов на выделение памяти, т.е. когда запросы удовлетворяются в порядке их поступления.

Рассмотрим функционирование системы обработки потоковых видеоданных, в которой запросы на выделение памяти поступают группами. Пусть размеры запросов группы, поступившие в произвольный момент времени, соответствуют частям разбиения (k₁,…,k_t;r). Свободная память в рассматриваемый момент времени представлена r участками с суммарным размером n. Тогда согласно принципу полного размещения [3] вычисление величины

при условии k₁≥…≥k_t обеспечивает нахождение такого суммарного размера свободной памяти, который, будучи представленным любым разбиением на r непрерывных свободных участков адресного пространства, позволит полностью разместить в ней все (k_i,...,k_t) без ее перераспределения и реорганизации. Из формулы принципа полного размещения видно, что для решения этой задачи не требуется информации о размерах свободных участков памяти, а, следовательно, для каждого из запросов группы не требуется просмотр списка свободной памяти. С этой целью достаточно проверить справедливость неравенства n≥n (k₁,…,k_t;r), где r - количество фрагментов, которыми представлена свободная память размером п.

Если неравенство выполняется, то из доказательства принципа полного размещения следует, что для удовлетворения запросов (k_i,...,k_t) можно использовать любой алгоритм динамического распределения памяти, который учитывает упорядоченность запросов по убыванию их размеров. Иными словами, все запросы величиной (k_i,..., k_t) можно одновременно удовлетворить в свободной памяти (n_i,..., n_t), например, по алгоритму «first-fit», если при выборе запросов из очереди учитывается их упорядоченность по убыванию размера. Следовательно, принцип полного размещения может быть использован при проектировании методов динамического распределения памяти системы.

Расчет оценки сверху необходимого размера оперативной памяти производится на элементах разбиения p'(q) в соответствии с выражением

,

где k_ij Є p'(q),1 ≤ i ≤ l.

В существующих системах хранения и обработки компрессированных и декомпрессированных данных видеокодеки требуют мегабайтов памяти, даже при разрешениях, применяемых в телевидении стандартной четкости. Внутренняя память в недорогих процессорах обычно исчисляется килобайтами, что на порядок меньше необходимого объема. Поэтому возникает необходимость в выделении внешней системной памяти – обычно, SDRAM. Микросхемы SDRAM имеют большой объем при низкой стоимости, однако времена обращения к ним на порядок больше, чем время обращения к внутренней статической памяти. Для снижения времени обращения к внешней памяти в недорогих процессорах обычно имеется две возможности: применение кэш‑памяти данных/команд и прямого доступа к памяти (DMA). На рисунке приведены требования к пропускной способности обработки потоковых видеоданных, а так же к скорости взаимодействия с памятью при обработке видео. Видеокодеки обычно оперируют двумерными областями изображения фиксированного размера. Эти двумерные блоки упорядочены в памяти в линейной (сжатые данные, эталонные изображения) или растровой (выходной видеосигнал) форме.

Кэш‑память данных обычно эффективно работает при последовательных обращениях к данным. При непоследовательных обращениях, которые характерны для операций с растровыми двумерными блоками, скорость будет неоптимальной. По этой причине некоторые процессоры, такие как Blackfin, для транспортировки двумерных блоков между внутренней и внешней памятью поддерживают два направления считывания в операциях DMA “память-память”. Поскольку пересылки в режиме DMA выполняются независимо от работы ядра процессора, их можно конвейеризовать с операциями ядра для обеспечения оптимальной скорости обработки двумерных областей данных.

Приведенные результаты показывают, что требуемый размер памяти системы, необходимый для реализации исследуемой структуры программных средств, в основном определяется элементами экстремального разреза структуры. Учитывая случайный характер процесса функционирования памяти, полагаем, что именно эти элементы и определяют максимальное влияние внешней фрагментации. Следовательно, исследовав все множество состояний адресного пространства памяти, определяемого различными ситуациями одновременного выполнения в ней элементов экстремального разреза структуры программных средств, можно существенно уточнить значение оценки V(Q). Эти исследования могут быть проведены как с помощью метода имитационного моделирования, так и методом экстремального комбинаторного анализа.

Требования к пропускной способности памяти

В заключение следует отметить, что затраты процессорного времени на организацию управления распределением памяти системы обработки видеоданных с высоким динамизмом поступления запросов в процессе их функционирования составляют более трети общего времени решения функциональных задач. Выбор размера оперативной памяти с помощью предлагаемого подхода позволит реализовать в системе наиболее простой метод управления ее распределением. Это обеспечит сокращение непроизводительных затрат процессорного времени на организацию управления распределением оперативной или вспомогательной памяти процессора. Исключив из функций программного обеспечения обработки процессора средства управления оперативной памятью и реализовав аппаратно алгоритм first-fit, можно значительно повысить производительность систем такого класса.

Литература

1. Уилсон Дж. Программное обеспечение и его обработка. М.: Мир, 1985.

2. Блекман М. Проектирование систем реального времени. М.: Мир, 1977.

3. Зиглер Л. Методы проектирования программных систем. М.: Мир, 1985.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

П.В. Заенчковский

Перспективы применения керамических

материалов в радиоэлектронной промышленности

В статье рассматриваются свойства и возможные области применения керамических материалов AlN, BeO, Al₂O₃ и SiC/Si в конструкциях радиоэлектронных устройств

Развитие радиоэлектроники на современном этапе, повышение надежности, уменьшение габаритов и массы устройств тесно связано с разработкой, изучением свойств и применением новых материалов. К ним можно отнести новые керамические и композиционные материалы, способные выдерживать высокие температуры и успешно работать в условиях агрессивных сред. Они являются перспективными для развития и совершенствования конструкций радиоэлектронных устройств. В данной статье рассмотрены и проанализированы свойства современных керамических материалов [1-3, 8-13].

Карбид кремния и нитриды третьей группы в настоящее время являются наиболее перспективными материалами для современной микроэлектроники [1].

Для защиты различных элементов электронной техники в условиях воздействия ударных механических нагрузок наиболее перспективны тонкопленочные покрытия на основе AlN. Выбор AlN обусловлен его высокой твердостью (7-8 по шкале Мооса) и теплопроводностью (140…280 Вт/(м∙К)), а также химической инертностью и, в частности, стойкостью к воздействию щелочей и кислот [2].

Пленочные покрытия AlN могут быть сформированы эпитаксией из паровой фазы, реактивной молекулярно-лучевой эпитаксией, магнетронными ВЧ- и на постоянном токе распылением, диодным реактивным ВЧ-распылением, распылением ионным пучком, а также ионной имплантацией азота в алюминиевое пленочное покрытие [2-5].

Для формирования защитного покрытия, стойкого к воздействию ударных нагрузок, пригодны методы магнетронного или диодного распыления, а также распыления ионным пучком. Данные методы характеризуются направленностью потока пленкообразующих частиц и равновесными условиями формирования пленочного покрытия. При определенных параметрах данного процесса это приводит к образованию аксиальных текстур пленочных покрытий, проявляющихся у веществ с алмазоподобной решеткой в виде волокнистого строения [6-8].

Устойчивость текстурированных пленочных покрытий AlN к истирающим нагрузкам выше, чем у защитного покрытия на основе SiO₂+Al₂O₃.

Высокая теплопроводность данных материалов (сопоставимая с теплопроводностью алюминия и меди) также дает возможность эффективного отвода тепла от нагретых поверхностей. Значения коэффициента теплопроводности в зависимости от температуры приведены на рис. 1 (http://www.ivtec. ru). Коэффициент теплового расширения (КТР) подложек на основе AlN равен 4.1 10^-6/⁰С, что соответствует КТР кремния (4.0 10^-6/⁰С). Зависимость линейного теплового расширения от температуры представлена на рис. 2 (http://www.ivtec.ru). Таким образом, минимизируется напряжение в кристалле и слое припоя при термоциклировании интегральных схем и полупроводниковых приборов. Компания «Curamik Electronics» производит серию герметичных корпусов для силовых приборов, применяемых в аэрокосмической электронике (http://www.curamik. com). Такие корпуса, как правило, содержат несколько проводящих слоев и переходные отверстия. В Европе и США керамика из нитрида алюминия AlN, заменяет керамику BeO по экологическим причинам. Ограничение на производство и применение BeO не распространяется на керамику AlN, которая имеет сравнимую с BeO теплопроводность, и коэффициент теплового расширения ближе к кремнию, чем у BeO.

Таким образом, нитрид алюминия AlN является перспективным материалом для использования в изготовлении подложек для печатных плат, испытывающих большие механические и термоциклические нагрузки.

Вторым перспективным материалом является карбид кремния SiC/Si. Биоморфные композиты SiC/Si, которые в литературе также называются экокерамикой (ecoceramics – environment conscious ceramics), в последние годы вызвали большой интерес у технологов, физиков и инженеров после обнаружения в них необычных физических свойств, а также в связи с весьма заманчивой перспективой практического применения [9].

Биоморфные композиты конструируются на основе «канальных» углеродных матриц. Они получаются путем пиролиза (обугливания) различных сортов дерева (сосны, эвкалипта, манго, дуба, бука, клена и др.), с последующей инфильтрацией в пустые сквозные каналы этих матриц (с диаметрами каналов от ~4 до ~100 µm) расплавленного Si.

Экокерамики SiC/Si характеризуются набором разнообразных свойств, которые делают их перспективными и более рентабельными для практических приложений по сравнению с классическими керамиками. Они обладают большой механической прочностью, противостоят окислению и коррозии, имеют малый вес (их плотность составляет ~ 2.3 г/см³). К их технологическим преимуществам относятся большая скорость получения керамики при не очень высокой температуре и достаточно низкая себестоимость производства [8, 10].

Рис 1. Зависимость теплопроводности от температуры. 1 – AlN, 2 – BeO, 3 – Al₂O₃

Рис. 2. Зависимость линейного теплового расширения от температуры. 1 – AlN, 2 – BeO, 3 – Al₂O₃

Уникальной особенностью биоморфных композитов является возможность изготовления керамических изделий с заранее выбранной формой, которая первоначально задается путем несложной механической обработки дерева. После проведения пиролиза и инфильтрации Si в такие заготовки образуются высокопрочные, трудно поддающиеся механической обработке керамические изделия, которые сохраняют при этом первоначально заданную форму. Твердость биоморфного композита кремния составляет 9,2-9,3 по шкале Мосса. Уступает он по этому показателю лишь алмазу и нитриду бора (BN) [8].

Высокая теплопроводность карбида кремния может обеспечить эффективный отвод тепла. Это свойство в сочетании с высокими допустимыми рабочими температурами и большими скоростями насыщения носителей делает SiC-приборы весьма перспективными для использования в силовой электронике. Так, например, компания Toyota применяет силовую электронику в гибридных автомобилях при температуре 300-500⁰С (http://www.electronics.ru/ issue/2006/5/4).

Наличие высокого пробивного напряжения в сочетании с высокой теплопроводностью дает возможность использовать SiC–корпуса в электронике, которые могут обеспечить надежную изоляцию и увеличить эффективность отвода тепла от нагреваемых модулей радиоэлектронных средств.

Биоморфная керамика SiC/Si может использоваться в качестве легких сверхпрочных материалов в приборостроении для изготовления корпусов радиоэлектронных модулей. Данное применение позволило бы увеличить срок службы приборов при эксплуатации их в условиях больших механических и температурных нагрузок. Это особенно актуально при проектировании электронных бортовых систем аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Экспериментальные результаты по исследованию теплопроводности SiC/Si приведены на рис. 3 [10].

Из рис. 3 видно, что теплопроводность SiC/Si максимальна именно в области рабочих температур бытовых радиоэлектронных средств (300–400 К). Данное обстоятельство делает пригодным SiC для изготовления корпусов радиоэлектронных модулей, обладающих такими важными характеристиками как: высоким отводом тепла, износостойкостью, прочностью, малым весом, высоким удельным сопротивлением.

На рис. 4 показана зависимость без учета его пористости. Видно, что в области низких температур (5–20 К) , но при T > 20 K удельное сопротивление возрастает с повышением температуры и при T > 150 K выходит на зависимость [9]. Это свойство особенно важно при создании теплопроводящих подложек, которые благодаря высокому удельному сопротивлению обеспечивают надежную изоляцию.

Несмотря на то, что в настоящее время в общей структуре производства керамических материалов большую часть составляет функциональная керамика, максимальные темпы роста прогнозируются для керамических материалов конструкционного назначения. Об этом свидетельствуют результаты анализа оценок специалистов 100 ведущих фирм Японии, согласно которому перспективы применения керамических материалов на 70 % связаны с их механическими, тепловыми и химическими свойствами (http://www.electronics.ru/issue/2006/5/4).

Рис. 3. Температурные зависимости

Рис. 2 показывает емпературные зависимости теплопроводности кристаллической решетки биоморфного композита кремния SiC/Si (1), измеренной в направлении роста дерева, поликристаллических образцов 3C-SiC (3 – [11]), 2 – теплопроводность образца биоморфного композита SiC/Si, 4 – гипотетическая кривая, связывающая имеющиеся в литературе низко- и высокотемпературные данные для теплопроводности 3C-SiC.

Конструкционные керамические материалы разделяют на две группы: оксидную керамику (включая силикаты и стеклокерамику) и бескислородную (карбиды, нитриды, бориды). Долгое время материаловеды не рассматривали керамику как возможный конструкционный материал. В первую очередь это было обусловлено основным ее недостатком - хрупкостью. Действительно, ведь по другим основным эксплуатационным параметрам (термостойкости, твердости, коррозионной стойкости, плотности, доступности и дешевизне сырья) она существенно превосходит металлы и сплавы.

Повышенная склонность керамики к хрупкому разрушению связана с исключительно низкой подвижностью дефектов, обусловленной, прежде всего, специфическим (ионно-ковалентным) характером связи в керамических структурах. Поэтому усилия исследователей направлены в первую очередь на устранение таких микроскопических дефектов керамики, которые выступают в роли центров зарождения трещин. Один из способов достижения этой цели состоит в тщательной очистке и очень тонком размоле исходного порошка и плотной его упаковке перед спеканием. Следует отметить, что идея применения тонкого помола порошков для интенсификации спекания была выдвинута впервые в России академиком П.А. Ребиндером еще в 50-х годах (http://www.electronics.ru/issue/2006/5/4).

Рис 4. Температурная зависимость удельного электросопротивления исследованного образца биоморфного композита SiC/Si без учета его пористости, измеренная на образце, вырезанном вдоль оси роста дерева белого эвкалипта, для интервала 100–300 К. На вставках – зависимости для низкотемпературного участка кривой (5–80 К) (a) и в логарифмическом масштабе для интервала 50–300 К (b).

Путем горячего прессования получают наиболее высокопрочные материалы из карбида кремния, однако изделия из них дороже получаемых другими методами, что обусловлено невозможностью изготовления деталей сложной конфигурации без дорогостоящей механической обработки алмазным инструментом (http://www.electronics.ru/issue/2006/5/4).

В ближайшем будущем ожидается применение принципиально новых керамических материалов. Примером служит полученная сравнительно недавно в Японии сверхпластичная керамика на основе тетрагональной модификации диоксида циркония, легированного 3 мол. % оксида иттрия (http://www.electronics.ru/issue/2006/5/4).

При специфических условиях подготовки сырья и спекания получается поликристаллический материал с размером кристаллитов 0,3 мкм, который способен деформироваться, вытягиваясь под действием внешних нагрузок вдвое по сравнению с первоначальной длиной. Характерно, что после такой вытяжки керамика имеет прочность, превышающую прочность нитрида кремния, считающегося наиболее перспективным конструкционным материалом. Более того, нитрид и карбид кремния могут деформироваться без разрушения не более чем на 3 %, что в 40 раз меньше, чем созданный сверхпластичный материал на основе твердого раствора диоксида циркония и оксида иттрия. Это создает исключительные перспективы применения последнего, делая доступной обработку его такими традиционными в металлообработке приемами, как экструзия, волочение, ковка (http://www.electronics.ru/issue/ 2006/5/4).

Экокерамики SiC/Si характеризуются набором разнообразных свойств, которые делают их перспективными и более рентабельными для практических приложений. Они обладают большой механической прочностью [8, 10], противостоят окислению и коррозии, имеют малый вес. Использование их при создании корпусов радиоэлектронных модулей позволит увеличить теплоотвод за счет высокой теплопроводности данных материалов, что в свою очередь позволит избежать применения дополнительного оборудования (радиаторов и вентиляторов) для охлаждения радиоэлектронных средств. Это способствует уменьшению потребляемой энергии прибором (в случае использования принудительного охлаждения), а также минимизации его габаритов и массы.

Подложки на основе оксида бериллия (BeO), хотя обладают и отличными теплопроводящими свойствами, и высоким электрическим сопротивлением, дороги и весьма токсичны. Незаменимыми они пока являются при изготовлении СВЧ-транзисторов, так как их потери на высоких частотах очень низки. Но и здесь, при производстве приборов на основе SiC, намечается более перспективное решение. Если транзистор или диод имеют планарную конструкцию, тончайшая пленка AlN, выращенная на обратной стороне SiC-подложки, благодаря высокому пробивному напряжению обеспечивает надежную изоляцию, практически не препятствуя отводу тепла. Работа SiC-полупроводниковых приборов при температуре более 200–250°С даже на подложках из BeO невозможна из-за значительной разницы в коэффициенте линейного расширения (http://www.electronics.ru/issue/-2006/5/4).

Поэтому, сегодня самый востребованный продукт на рынке SiC-приборов – подложки из карбида кремния. С каждым годом улучшается их качество и увеличивается диаметр. Сейчас он составляет 100 мм. По данным фирмы Cree (http://www.cree.com/), около 89% поверхности подложек с плотностью дефектов 22 см^-2 пригодны для изготовления приборов площадью 1 см². Подложки SiC используются как для роста собственно карбида кремния, так и для формирования гетероэпитаксильных структур GaN/AlGaN. Хотя SiC дороже сапфира, его рассогласование по кристаллической решетке с GaN меньше, а теплопроводность выше, чем у сапфира. Уже разработана и технология производства полуизолирующих подложек, которые необходимы для изготовления высокочастотных транзисторов. Наибольших успехов в области производства подложек достигли фирмы Cree (http://www.cree.com/) и Intrinsic Semiconductor

(http://www.intrinsicsemiconductor.com/). На протяжении последних лет плотность дефектов неуклонно снижалось с более 100 см^-2 до менее 5 см^-2. В начале 2006 г. компания Intrinsic Semiconductor объявила о начале коммерческих поставок полностью свободных от дефектов подложек (Zero Micropipe – ZMP) диаметром до 100 мм [13].

Таким образом, новые керамические материалы перспективны для изготовления корпусов радиоэлектронных модулей и подложек для печатных плат, испытывающих большие термические и механические нагрузки. Разработка данных конструкций поможет снизить как габариты и массу изделий, так и повысить надежность и эффективность энергопотребления.

Литература

1. Белянин А.Ф., Самойлович М.И. Пленки алмаза и алмазоподобных материалов: формирование, строение и применение в электронике / В кн.: Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства электронной техники). М.: ОАО ЦНИТИ «Техномаш», 2003. С. 19-110.

2. Белянин А.Ф., Самойлович М.И., Житковский В.Д., Каменева А.Л. Ударостойкие защитные пленочные покрытия на основе AlN в электронной технике // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2005, № 5.

3. Белянин А.Ф., Житковский В.Д., Пащенко П.В. Пленки нитрида алюминия: получение, строение и применение в устройствах электронной техники // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. – 1998. Вып. 1. С. 29-37.

4. Белянин А.Ф., Буленков Н.А., Тер-Маркарян А.А. и др. Структурные особенности пленок нитрида алюминия, полученных высокочастотным магнетронным распылением // Техника средств связи. Сер. ТПО.- 1983.- Вып 1.-С. 41-45.

5. Белянин А.Ф. Применение в электронной технике легированных пленок AlN, выращенных ВЧ-магнетронным распылением // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2002. № -2. С. 74-82.

6. Каменева А.Л., Житковский В.Д., Александров Д.В., Самойлович М.И. Изучение физико-химического взаимодействия на границах раздела фаз в слоистых материалах и покрытиях / Тр. XI междунар. науч.-техн. конф. «Высокие технологии в промышленности России». Москва. 2003. – С. 158-167.

7. Камнева А.Л., Александров Д. В., Белянин А.Ф. и др. Пленки AlN, ZrN, TiZrN: технологические особенности формирования / Тр. II Межрегион. семинара «Нанотехнологии и фотонные кристаллы». – Калуга. – 2004. – С.232-249.

8. Каменева А.Л., Александров Д.В., Белянин А.Ф. и др. Структурные и морфологические особенности упрочняющих покрытий, получаемых методами магнетронного распыления и вакуумного испарения / Там же. С. 126-168.

9. A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, P. Gonzalez, C. Dominguez, V. Fernandez-Quero, M. Singh. Int. J. Appl. Cer. Tehnol. 1,l,1 (2004).

10. Парфеньева Л.С., Орлова Т.С., Картенко Н.Ф. и др. Теплопроводность биоморфного композита SiC/Si – новой экокерамики канального типа. ФТТ 47, 7 (2005).

11. Кардашев Б.К., Буренков Ю.А., Смирнов Б.И., A.R. de Arellano-Lopez, J. Martinez-Fernandez, F.M. Varela-Feria. ФТТ 46, 10, 1811 (2004).

12. Properties of SiC / Ed. G.L. Harris. N 13 MSPEC Publ. 1, 3. Thermal Conductivity of SiC (1995). P. 5.

13. Wicht Technologie Consulting – PRESS RELEASE. Silicon Carbide Electronics Markets 2004–2009: New Horizons for Power Electronics.– PRESS RELEASE – Wicht Technologie Consulting.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

К.А. Китаева

Технологии электронного бронирования

Данная работа посвящена применению Интернет-технологий в туристическом бизнесе. В ней рассказывается о технологиях бронирования электронного авиабилета и гостиничного номера, рассматриваются плюсы и минусы он-лайн – бронирования, а также состояние и перспективы использования Интернета в туристском бизнесе России. Целью работы является комплексное и всестороннее изучение технологии электронного бронирования авиабилетов и гостиничных номеров

Широкое применение интернет-технологий становится одной из актуальнейших задач в индустрии туризма. Создание мощных компьютерных систем бронирования средств размещения и транспорта, экскурсионного и культурно-оздоровительного обслуживания, информация о наличии и доступности тех или иных туров, маршрутов, туристского потенциала стран и регионов - весь комплекс этих вопросов становится актуальным для организации текущей и будущей деятельности туристских предприятий. Использование современных разработок позволяет клиенту работать в системе бронирования с любого компьютера, имеющего доступ к Интернету и оснащенного стандартным программным обеспечением MS. Как правило, подтверждение брони занимает от нескольких минут до 24 часов. В периоды высокого спроса эта процедура может потребовать до трех дней. В большинстве случаев для оплаты требуется кредитная карта. Услуги по бронированию также можно оплатить в офисах уполномоченных турагентств или через банк. На сервере указываются контрактные цены. Они действительны только в указанный период. Обычно в стоимость номера уже включены все сервисные услуги и госпошлины. При бронировании групповых заказов вступают в силу особые условия и тарифы. Очень часто на сайтах по бронированию гостиниц представлены дополнительные услуги: бронирование туров, авиа- и железнодорожных билетов, аренда яхт, автомобилей, экскурсии, страхование.

Электронный билет или e-ticket - это электронный документ, удостоверяющий договор воздушной перевозки между пассажиром и авиакомпанией. В отличие от бумажного авиабилета, электронный билет представляет собой цифровую запись в базе данных авиакомпании.

Эта новая технология позволяющая сделать перелёт удобнее, это современная замена бумажному билету.

Технологии применения традиционных бумажных авиабилетов создавались в первой половине XX века с учетом возможностей применявшихся в то время технологий хранения, передачи и обработки информации. В частности, для хранения информации применялись бумажные носители, для передачи - телеграфные и телефонные голосовые каналы, для поиска информации большие хранилища бумажных носителей просматривались глазами. Используемые технологии не позволяли проводить в массовом порядке за приемлемо короткое время даже выборочную проверку авиабилетов, предъявляемых пассажирами для получения услуг перевозки или для возврата денег при отказе от перевозки. Таким образом, выписанный авиабилет должен был быть сам по себе носителем полной информации, которая необходима для предоставления услуг и соответствующих денежных расчетов. Вместе с тем, на различных стадиях процесса продажи билетов и перевозки пассажира теоретически возможны намеренные злоумышленные действия по фальсификации информации о заключенных договорах перевозки с целью незаконного получения какой-либо финансовой выгоды. (Например, в законно купленном билете исправлялась информация о маршруте и цене билета на более высокую, после чего такой билет предъявлялся к возврату. Также известны случаи оформления поддельных билетов на похищенных бланках и другие виды махинаций). В результате этих и многих других факторов были выработаны специальные меры по проведению процедур продажи авиабилетов. В частности, существовали следующие ограничения:

1. Авиабилет должен быть выпущен на специальном бланке, который снабжен средствами защиты от подделок (например, бумага с водяными знаками).

2. Бланки авиабилетов должны быть бланками строгой отчетности, в отношении которых действуют специальные правила учета, хранения, передачи для использования, утилизации.

3. Процедура выпуска авиабилета должна была подразумевать копирование информации с билета на другие носители информации (например, отрывные купоны билета) и передачу этих носителей в другие предприятия для учета, использования, приема к исполнению, архивирования и других целей.

Все это делало процедуру выпуска авиабилета достаточно дорогостоящей. Есть сведения, что затраты авиакомпаний на выпуск бланков билетов и другие затраты, связанные собственно с организацией продажи билетов на бумажных бланках, достигали 10 долларов за каждый проданный билет.

Технология электронных билетов появилась в 1996 г. в США. Сейчас она широко распространена в большинстве стран мира. Начиная с 2008 г. все члены Международной Ассоциации воздушного транспорта обязаны использовать такие билеты.

В конце XX века ситуация с хранением, передачей, обработкой и поиском информации существенно изменилась. Существенно возросли скорость передачи и обработки информации, а также емкость информационных хранилищ и скорость поиска информации. Все это сделало возможным появление технологии электронных билетов. В отличие от бумажного билета, электронный билет представляет собой совокупность записей в базах данных различных компьютерных систем. Для электронного билета не требуется специальный бланк - вся информация хранится в памяти компьютеров и при необходимости быстро передается с одного компьютера на другой. Соответственно, снижаются затраты авиакомпаний на изготовление бланков и их обращение. Далее, с развитием средств электронной коммерции и электронных платежей появляется возможность оплаты авиабилета с помощью автоматизированных устройств (банкоматы, платежные терминалы, банковские компьютерные системы). Таким образом, сокращаются затраты авиакомпаний и агентов по продаже билетов на организацию денежного оборота. Кроме того, внедрение технологий электронного билета позволяет снизить и некоторые другие затраты.

Преимущества интернет-покупки билета заключаются в том, что бронирующий получает полную информацию о всех возможных перелётах, предложенных авиакомпаниями на данном маршруте, а также видит структуру образования цены авиабилета, с указанием платы за саму перевозку и сборов аэропорта. Покупка производится гораздо быстрее стандартной покупки через турбюро. Покупка и оплата электронного билета осуществляется на сайтах, которые подключены к ресурсам продаж билетов авиакомпаний. Для оплаты принимается кредитная карта. Подтверждение о покупке высылается на электронный адрес.

Чем подтверждается приобретение Электронного билета?

В качестве подтверждения факта приобретения электронного билета выдается маршрутная квитанция. Маршрут-квитанция - это информация о факте бронирования и оплаты электронного билета, распечатанная на бумаге. Если Вы купили билет на сайте, то после оплаты авиабилета, вы получите маршрутную квитанцию по электронной почте. По маршрутной квитанции Вы всегда можете сверить данные о Вашем перелёте. Маршрутная квитанция содержит полную информацию о маршруте, форме и деталях оплаты перевозки, аналогично бумажному билету. Рекомендуем Вам иметь её при себе на протяжении всего путешествия. Маршрутная квитанция (itinerary receipt), которая высылается при покупке авиабилета на сайте, немного отличается от той, которую Вам выдадут при покупке в кассе. Для всех покупок на сайте, в составе маршрута которых присутствует пункт за пределами Российской Федерации, маршрутные квитанции, в случае покупки электронного авиабилета, направляются на двух языках (на языке, на котором происходит бронирование, а также копия на английском языке). Это позволяет облегчить прохождение аэропортовых формальностей за пределами Российской Федерации.

Что удостоверяет Электронный билет?

Электронный билет, наряду с обычным авиабилетом, является документом, удостоверяющим договор воздушной перевозки, заключённый между пассажиром и авиакомпанией.

Регистрация на рейс.

Регистрация пассажиров на рейс производится через компьютерную систему управления отправками пассажиров, установленную в аэропорту. Предварительно в эту систему передается из систем бронирования информация о выпущенных билетах (электронных и бумажных). При регистрации пассажира по электронному билету предъявлять маршрут-квитанцию не обязательно - вся необходимая информация уже есть в системе. При регистрации вне зависимости от типа билета пассажиру выдается посадочный талон, который является основным документом для пропуска пассажира в зону предполетного досмотра и посадки в самолет. Такой подход унифицирует работу сотрудников аэропорта на этапе от регистрации пассажира до его посадки в самолет.

Для оформления возврата авиабилета вам потребуется сообщить следующие данные: Фамилию, Имя, Дату Рождения, паспортные данные, первые и последние четыре цифры пластиковой карты, которая была использована для покупки авиабилета. Для того, чтобы произвести изменения максимально быстро, желательно указать маршрут перевозки, и номер бронирования.

Вы также можете обратиться в один из офисов продаж S7, однако примите во внимание, что возвраты в офисах продаж производятся исключительно утром с 9 до 13 часов.

Для изменения вашего маршрута вам потребуется сообщить следующие данные: Фамилию, Имя, Дату Рождения, паспортные данные, первые и последние четыре цифры пластиковой карты, которая была использована для покупки авиабилета. Для того, чтобы произвести изменения максимально быстро, желательно указать маршрут перевозки, и номер бронирования.

Всё большее число российских отелей используют современные технологии для расширения рынков сбыта, увеличения загрузки и доходности.

Мировой опыт показывает, что любой отель стремится к минимизации количества посредников на пути гостя. Решением этой проблемы занимаются специализированные организации - провайдеры гостиничных услуг. Провайдер позволяет отелю выбирать оптимальные каналы продаж и самостоятельно решать, каких гостей он хотел бы видеть в качестве своих клиентов, и, какие каналы продаж, в какое время использовать для их привлечения.

Главное отличие провайдера от туристической организации - это свобода действий отеля. Провайдер не навязывает квот, процентов комиссии турагентств, методов работы с каналами продаж, не берет процент от реализованной брони. Задача провайдера - предоставить отделу продаж отеля инструмент для самостоятельной работы в электронных системах бронирования.

До недавнего времени в России не существовало доступного механизма работы с множеством каналов продаж в режиме реального времени. Сейчас же практически все большие отели крупных городов нашей Родины могут предложить своим потенциальным клиентам такую услугу, как on-line бронирование номеров. Для этого у них в штате работают специалисты, занимающиеся исключительно предоставлением такого рода услуг. К сожалению, большие системы, работающие в таком режиме, просто не в состоянии следить за точностью и достоверностью предоставляемой информации. Посетив непосредственно сайт интересующей вас гостиницы, вы можете не сомневаться в том, что находящаяся там информация является самой точной и правдивой, так как заносится всегда вовремя. Так как, каждая уважающая себя организация, в том числе и гостиница, имеет собственный сайт, теперь нет необходимости покидать офис и тратить уйму времени на поиск жилья, скажем, в Санкт-Петербурге. Достаточно всего лишь ввести нужный адрес, ознакомиться с уровнем сервиса, стоимостью, и, связавшись с определенным человеком (контактную информацию вы также найдете на том же сайте), забронировать интересующий номер.

Отплата также производится в безналичной форме, с помощью пластиковой карты или электронных денег. Когда операция завершена, гостиница присылает официальный документ, выступающий в роли гарантии того, что вы действительно будете поселены в выбранном номере. Таким образом, процедура бронирования on-line не только существенно сокращает длительность этой процедуры, но и значительно упрощает ее, поэтому время, сэкономленное в процессе бронирования, сотрудники отеля могут потратить на повышение уровня обслуживания или организацию дополнительных услуг.

Бронирование гостиничных номеров через Интернет приобретает все большую популярность и возможно в двух вариантах: собственная Интернет-страница отеля и (или) членство в той или иной системе Интернет-бронирования. Последние («WEM International», «Nota Bene», «Алеан» и др.) Эффективность способа привлечения клиентов из Интернета тем выше, чем меньше время получения подтверждения на запрос о бронировании. В обоих вариантах бронирования через Интернет необходимым условием является наличие в гостинице собственной АСУ.

В первом варианте реакция на поступающие заявки является функцией службы резервирования самой гостиницы и требует от нее определенных затрат на оборудование, программное обеспечение и кадры, обслуживающие систему. Второй вариант требует объединения АСУ гостиницы и системы Интернет-бронирования. Гостиница и система получают возможность оперативного обмена информацией о свободном номерном фонде, предлагаемых гостиницей категориях номеров, а также о текущих тарифах, скидках, специальных программах для гостей, услугах и т.д. Получив возможность сколь угодно частого обновления тарифов, отель сможет вести более гибкую ценовую политику и адекватно реагировать на спрос.

Если раньше для связи с GDS использовалось дорогостоящее оборудование, то сегодня с развитием Интернета связь и передача информации стали доступны каждому. Интернет-технологии используются и самими системами бронирования, что заставляет их создавать собственные Интернет-серверы, через которые обеспечивается доступ в GDS. Интернет-технологии используются самими гостиницами, которые имеют благодаря этим технологиям мощную рекламу и невысокие накладные расходы.

Системы бронирования авиабилетов и гостиничных номеров стали активно развиваться в последние годы на российском рынке. Аналитики предсказывают, что в скором будущем пользователи будут больше обращаться к тем сайтам, где наиболее полно представлены возможности комплексного бронирования поездки. Уже сегодня можно говорить о преимуществах крупных специализированных туристских сайтов. На порталах можно забронировать тур через специально разработанную форму (feedback) или заказать информацию о подходящем предложении по электронной почте. Обычно такие предложения выглядят в виде строчек с указанием фирмы-продавца, курорта, категории отеля, вида транспорта, дополнительных услуг в туре, минимальной или максимальной цены и т.п. Примечательно то, что сотрудник турфирмы может сам в режиме реального времени заносить и изменять свои туры. Некоторые ресурсы предлагают механизм заказа тура в режиме онлайн, возможность вставлять прайс-листы или программы туров, писать развернутые комментарии и т.п. Причем фирмам-рекламодателям в этом случае необязательно иметь свою страничку в сети, а достаточно указать свой е-mail или телефон. Компьютерные системы резервирования оказывают огромное влияние на всю туристическую отрасль. Около 90 % турагентов в США и Великобритании связаны в компьютерные системы бронирования. Компьютерные системы бронирования предоставляют не только авиауслуги, но также ночевки в гостиницах, аренду автомобилей, круизные поездки, информацию о месте пребывания, курсы валют, сообщения о погодных условиях, автобусное и ж/д сообщение. Такие системы позволяют резервировать все основные сегменты тура - от мест в гостиницах и авиаперелетов до билетов в театр и страховых полисов. Фактически они составляют всеобщую информационную систему, предлагающую важнейшие распределительные сети для всей туристической торговли. Одним соединением через модем с серверами, имеющими соответствующую базу данных, турагенты получают доступ к информации о наличии возможных услуг, стоимости, качестве, времени прибытия и отправления по разнообразному ряду туристических услуг от своих поставщиков. Более того, турагенты могут связаться с этими базами данных для того, чтобы сделать и подтвердить свой заказ. Функционирование и эффективность этих систем требуют, чтобы поставщики туристических услуг усвоили, по крайней мере, минимальный уровень технологии (например, навыки работы с персональными компьютерами и использования сетевых ресурсов в турагентствах), чтобы получать доступ к таким системам и быть на них представленными.

К сожалению, сегодня система on-line платежей еще не столь популярна, люди попросту боятся потерять свои деньги, поэтому система бронирования номера на расстоянии может использоваться с целью получения точной и достоверной информации о “загруженности” отелей и количеству свободных комнат. Уже во время первого звонка оператор ознакомлен с требованиями клиента и готов предложить ему несколько вариантов. В это время люди, ранее занимающиеся общением с туроператорами и разрешением всех важных вопросов бронирования, могут выполнять иные функции.

Литература

1. Морозов М.А. Информационные технологии в социально-культурном сервисе и туризме.

2. Томас Кеглер, Пол Доулинг, Бренд Тейлор, Джошуа Тестерман. Реклама и маркетинг в Интернете.

3. Подлипалина Н. Онлайн-общение на службе вашей компании. Чат как инструмент маркетинга, рекламы и PR.

4. Гуляев В.Г. Новые информационные технологии в туризме.

5. Официальный сайт департамента туризма минэкономразвития России - http://www.russiatourism.ru.

6. Единая туристическая информационная система - http://www.etis.ru.

Воронежский институт высоких технологий (ВИВТ)

УДК 681.3

Д.В. Комков

Методы моделирования беспроводных сетей

В работе проведен анализ методов моделирования беспроводных сетей. Сетевые технологии являются одной из наиболее бурно прогрессирующих областей науки и техники

Быстрый рост количества сетей передачи данных различного типа сопровождается использованием в них боле совершенных методов передачи (протоколов, методов кодирования и т.д.), изменением архитектуры сетей и, в конечном итоге, более высоким уровнем обслуживания абонентов. Особенно большие возможности открываются в случае применения беспроводных сетей. Несмотря на сравнительно небольшой срок эксплуатации и принятые совсем недавно стандарты, регламентирующие беспроводную передачу данных, такие сети повсеместно активно развиваются. На их стороне экономичность и простота установки. Кроме того, такие сети позволяют предоставить принципиально недоступный кабельным сетям сервис в виде мобильного доступа.

Наблюдаемое повсеместно увеличение количества беспроводных сетей различного типа требует тщательного подхода к их проектированию и частотно-территориальному планированию. Только таким образом можно решить встречающуюся в настоящее время практически повсеместно проблему электромагнитной совместимости сетей, означающую в данном случае способность различных компонентов разных сетей одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством, не создавая недопустимых помех друг другу.

Оптимальное решение этой и других задач проектирования беспроводных сетей в условиях сложной обстановки в эфире, складывающейся практически повсеместно в больших и средних городах, невозможно без использования компьютерных автоматизированных систем. Качество автоматизированной системы планирования беспроводной сети определяет положенная в ее основу математическая модель распространения и преобразования информации. Известные математические модели и базирующиеся на них компьютерные пакеты либо недостаточно полно описывают сеть и не позволяют с приемлемой точностью рассчитать ряд важнейших ее характеристик, либо сложны в реализации. Таким образом, проблема построения математической модели распространения и преобразования информации в современных беспроводных сетях, решению которой посвящена данная работа, является актуальной в настоящее время. Основные количественные параметры, характеризующие качество функционирования беспроводной сети - это скорость передачи данных в канале R , ширина полосы излучаемого сигнала Af, устойчивость к помехам, вероятность появления ошибок на бит, коэффициент использования спектра, емкость сети, максимальный радиус ячейки. Качество передачи данных в сети определяется стандартами и рекомендациями регламентирующих органов, предписывающими предельные значения основных характеристик используемых сигналов параметрами оборудования и частотно-территориальным планом сети.

Математическая модель должна включать три основных блока соответственно, для ее построения требуется решить, следующие задачи:

- разработать математические модели каналов связи на основе строгих моделей распространения электромагнитных волн;

- разработать алгоритмы расчета показателей качества сети. Каналы связи являются важнейшим звеном математической модели беспроводной сети. Их основу составляют математические модели распространения электромагнитных волн, которые можно разделить на два класса: статистически и строгие. Статистические модели удобны для оценки усредненных характеристик сетей в типовых условиях, но не позволяют в полной мере использовать географическую базу данных при проведении частотно - территориального планирования беспроводной сети. Поэтому в данной работе рассматриваются строгие модели распространения электромагнитных волн.

Математическая модель является удобным и эффективным инструментом анализа характеристик исследуемого объекта. Хорошая модель, адекватно описывающая объект, позволяет изучить его поведение, как в типовых, так и в критических ситуациях, что сделать физически часто бывает невозможно из-за опасности разрушения объекта.

Хорошая, адекватно описывающая исследуемый объект, математическая модель позволяет с минимальными временными и материальными затратами находить оптимальные технические решения.

Применительно к сетям передачи данных значение и необходимость использования математических моделей многократно возрастают. Объясняется это сложностью таких систем, множеством производителей, большим количеством применяемых методов, огромным количеством используемого оборудования. Неслучайно, разработана и принята семиуровневая модель открытых систем, позволяющая производить моделирование различных сторон таких сетей, с возможностью последующего обмена результатами исследований.

Еще более сложной является задача моделирования беспроводных сетей передачи данных. Особенность таких сетей, выделяющая их из огромного разнообразия сетей передачи данных, состоит в наличии радиоканала – объекта, отсутствующего у проводных сетей и определяющего показатели качества передачи информации в беспроводных сетях. В проводных сетях передачи данных канал связи в рабочем (неповрежденном) состоянии «закрыт» для всех сигналов кроме «полезного», сформированного в передатчике источника информации. Соответственно, помехи в таких сетях возникают в передатчике источника информации и в приемнике получателя информации – устройствах, согласующих эти источник и получатель с каналом связи.

Причинами помех в этом случае могут быть сигналы от других источников информации, подключенных к этому же передатчику, а также неидеальность характеристик передатчика и приемника. Канал связи беспроводных сетей передачи данных (радиоканал) «открыт», вследствие чего в таких сетях к помехам, характерным для проводных сетей, добавляется огромное множество помех, попадающих в приемник через этот открытый радиоканал. Соответственно, к прежним источникам помех добавляются многочисленные источники электромагнитных излучений, расположенные в том же, что и рассматриваемая сеть регионе.

Таким образом, в случае беспроводных сетей передачи информации первостепенную роль играет проблема электромагнитной совместимости (ЭМС), означающая в данном случае способность различных их компонентов одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии непреднамеренных помех, не создавая при этом недопустимых помех друг другу.

Решение данной проблемы связано с оптимальным выбором мест размещения приемопередающей аппаратуры и назначение оптимальных режимов ее работы, в первую очередь мощности и частоты излучения. Этап решения такой задачи в процессе проектирования новой беспроводной сети называется частотно-территориальным планированием.

Помимо частотно-территориального плана, ЭМС различных сетей зависит от применяемых в них принципов и алгоритмов преобразования информации. Все они, а также мощность, частотный диапазон излучаемого сигнала и ключевые параметры радиоаппаратуры (например, частотные характеристики фильтров) регламентированы в соответствующих стандартах.

Моделирование представляет собой мощный метод научного познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом, называемым моделью. Основными разновидностями процесса моделирования можно считать два его вида - математическое и физическое моделирование. При физическом (натурном) моделировании исследуемая система заменяется соответствующей ей другой материальной системой, которая воспроизводит свойства изучаемой системы с сохранением их физической природы. Примером этого вида моделирования может служить плотная сеть, с помощью которой изучается принципиальная возможность построения сети на основе тех или иных компьютеров, коммуникационных устройств, операционных систем и приложений.

Возможности физического моделирования довольно ограничены. Оно позволяет решать отдельные задачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров системы. Действительно, при натурном моделировании вычислительной сети практически невозможно проверить ее работу для вариантов с использованием различных типов коммуникационных устройств - маршрутизаторов, коммутаторов и т.п. Проверка на практике около десятка разных типов маршрутизаторов связана не только с большими усилиями и временными затратами, но и с немалыми материальными затратами.

Но даже и в тех случаях, когда при оптимизации сети изменяются не типы устройств и операционных систем, а только их параметры, проведение экспериментов в реальном масштабе времени для огромного количества всевозможных сочетаний этих параметров практически невозможно за обозримое время. Даже простое изменение максимального размера пакета в каком-либо протоколе требует переконфигурирования операционной системы в сотнях компьютеров сети, что требует от администратора сети проведения очень большой работы.

Поэтому, при оптимизации сетей во многих случаях предпочтительным оказывается использование математического моделирования. Математическая модель представляет собой совокупность соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий), определяющих процесс изменения состояния системы в зависимости от ее параметров, входных сигналов, начальных условий и времени.

Особым классом математических моделей являются имитационные модели. Применительно к вычислительным сетям имитационные модели воспроизводят процессы генерации сообщений приложениями, разбиение сообщений на пакеты и кадры определенных протоколов, задержки, связанные с обработкой сообщений, пакетов и кадров внутри операционной системы, процесс получения доступа компьютером к разделяемой сетевой среде, процесс обработки поступающих пакетов маршрутизатором и т.д. При имитационном моделировании сети не требуется приобретать дорогостоящее оборудование - его работы имитируется программами, достаточно точно воспроизводящими все основные особенности и параметры такого оборудования.

Преимуществом имитационных моделей является возможность подмены процесса смены событий в исследуемой системе в реальном масштабе времени на ускоренный процесс смены событий в темпе работы программы. В результате за несколько минут можно воспроизвести работу сети в течение нескольких дней, что дает возможность оценить работу сети в широком диапазоне варьируемых параметров.

Системы имитационного моделирования обычно включают набор средств для подготовки исходных данных об исследуемой сети - предварительной обработки данных о топологии сети и измеренном трафике. Эти средства могут быть полезны, если моделируемая сеть представляет собой вариант существующей сети и имеется возможность провести в ней измерения трафика и других параметров, нужных для моделирования. Кроме того, система снабжается средствами для статистической обработки полученных результатов моделирования.

Результатом работы имитационной модели являются собранные в ходе наблюдения за протекающими событиями статистические данные о наиболее важных характеристиках сети: временах реакции, коэффициентах использования каналов и узлов, вероятности потерь пакетов и т.п.

Рис. 1. Аппроксимация скорости сети по отношению к количеству задействованных машин

Существуют специальные языки имитационного моделирования, которые облегчают процесс создания программной модели по сравнению с использованием универсальных языков программирования. Примерами языков имитационного моделирования могут служить такие языки, как SIMULA, GPSS, SIMDIS.

Программы имитационного моделирования сети используют в своей работе информацию о пространственном расположении сети, числе узлов, конфигурации связей, скоростях передачи данных, используемых протоколах и типе оборудования, а также о выполняемых в сети приложениях.

Существуют специальные, ориентированные на моделирование вычислительных сетей программные системы, в которых процесс создания модели упрощен. Такие программные системы сами генерируют модель сети на основе исходных данных о ее топологии и используемых протоколах, об интенсивностях потоков запросов между компьютерами сети, протяженности линий связи, о типах используемого оборудования и приложений. Программные системы моделирования могут быть узко специализированными и достаточно универсальными, позволяющие имитировать сети самых различных типов. Качество результатов моделирования в значительной степени зависит от точности исходных данных о сети, переданных в систему имитационного моделирования.

Рис. 2. Аппроксимация сети по количеству потерянных и переданных пакетов

Программные системы моделирования сетей - инструмент, который может пригодиться любому администратору корпоративной сети, особенно при проектировании новой сети или внесении кардинальных изменений в уже существующую. Продукты данной категории позволяют проверить последствия внедрения тех или иных решений еще до оплаты приобретаемого оборудования. Конечно, большинство из этих программных пакетов стоят достаточно дорого, но и возможная экономия может быть тоже весьма ощутимой.

Была поведена аппроксимация на основе полинома Лагранжа по параметрам исследованной сети с требованием выполнения заданной величины ошибки аппроксимации, чтобы ошибка аппроксимации не превышала 2 %.

На графиках аппроксимации сети видно пунктирную кривую, которая построена по координатам полученных на основе параметров исследованной сети.

Литература

1. Рошан. П. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11.: Перевод с англ. – М.: Издательский мод «Вильямс», 2004. 640 с.

2. Столингс В. Беспроводные линии связи и сети.: Перевод с англ. – М.: Издательский мод «Вильямс», 2003. 296 с.

3. Куликов Е.И. Методы измерения случайных процессов. М.: Радио и связь, 1986. 272 с.

Воронежский институт высоких технологий (ВИВТ)

УДК 681.3

Д.А. Корчагин

Технологический процесс изготовления

многокристальных модулей повышенной

эффективности

В статье приводится процесс изготовления многокристальный модулей повышенной эффективности. Рассмотрены подробно основные технологические операции, выбраны соответствующие методы и технологии производства многокристальных модулей

На данном этапе развития технологий, проектирование многокристальных модулей (ММ) радиоэлектронных средств является трудоемким и многоэтапным процессом [1]. В связи с тем, что происходит постоянное увеличение быстродействия и функциональных возможностей аппаратуры, современному конструктору необходимо учитывать множество разнообразных параметров и эффектов при их проектировании. Изготовление многокристальных модулей повышенной эффективности подразумевает под собой получение законченных конструктивов, соответствующих в полном объеме всем критериям, предъявляемым к данного рода изделиям. На сегодняшний день к основным критериям, которые определяют уровень эффективности ММ, следует отнести:

1. Многофункциональность.

2. Высокое быстродействие.

3. Малые габаритные размеры.

4. Надежность.

5. Минимальный уровень сложности технологического процесса изготовления.

6. Низкая себестоимость.

Модуль, обладающий данными параметрами, имеет повышенную эффективность, следовательно, он конкурентоспособен. Для получения заданных характеристик необходимо разработать оптимальный технологический процесс и правильно выбрать используемые материалы и оборудование. Сегодня эта задача является базовой для получения высокоэффективных изделий [1].

Рассмотрим обобщенную структурную схему технологического процесса изготовления многокристальных модулей представленную на рисунке.

Изготовление активных кристаллов сегодня идет по разным технологиям. Наиболее актуально использовать трехмерную технологию получения кристаллов, в этом случае возможно достижение следующих преимуществ:

- повышение функциональности без увеличения занимаемой площади;

- увеличение числа транзисторов на кристалле со скоростью не меньше, чем предусматривает закон Мура в расчете на количество устройств на единицу площади;

- использование традиционных материалов КМОП-технологии [2].

Обобщенная структурная схема технологического процесса изготовления многокристальных модулей

Для изготовления трехмерных элементов базовыми будут технология Chemical-Mechanical Position (CMP) и технология тонкополеночных транзисторов (TFT) [3]. Благодаря технологии Chemical-Mechanical Position каждый слой преобразовывается в оптически плоскую поверхность, которая служит идеальной основой для дальнейшей обработки. А технология тонкополеночных транзисторов реализует их на стеклянных подложках. Совместно две эти технологии создают площадку для появления трехмерных ИМС.

Одним из первых трехмерных транзисторов был Tri-Gate [3]. В его основе лежала трехмерная структура, представляющая собой «микробрусок», который с трех сторон облегают изолятор и проводник затвора. Увеличенная таким образом площадь, доступная для прохождения сигнала, дает возможность пропускать на 20 % больше тока по сравнению с традиционной планарной конструкцией, занимающей аналогичную площадь.

Для изготовления подложки следует использовать технологию низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (Low Temperature Co-fire Ceramic, LTCC). Она применяется для изготовления многослойных плат на керамической основе, и, благодаря относительно низкой температуре обжига (850–875°С) позволяет применять в качестве проводников металлы с низким удельным сопротивлением (серебро, золото или композиции серебра с палладием и платиной) вместо вольфрама или молибдена [4]. Технология LTCC предусматривает изготовление многослойных плат на керамической основе из отдельных листов, на которых предварительно сформированы металлизированные межслойные и теплоотводящие отверстия, элементы полостей и окон и методом трафаретной печати нанесены проводниковые, диэлектрические и резистивные элементы. Технология LTCC позволяет изготавливать внутренние (скрытые) пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности) в объеме многокристального модуля [4]. Резисторы могут быть сформированы как во внутренних, так и на внешних слоях [5].

Далее, для изготовления пассивных элементов следует использовать гибридную технологию и изготовление пленочных элементов. Основной идеей данной технологии является изготовление пассивных и активных элементов в виде пленочных образований, формируемых методом трафаретной печати [6]. Используются толстопленочная и тонкопленочная технологии. Более надежные элементы получают при использовании толстопленочной технологии. Это вызвано тем, что основной метод толстопленочной технологии – трафаретная печать – позволяет применять высокопроизводительное точное автоматизированное оборудование. На сегодняшний день гибридная технология позволяет интегрировать в одном миниатюрном корпусе наибольшее количество элементов. Эквивалентная схема, выполненная на печатной плате, заняла бы в 20 раз больше площади [6].

В связи с тем, что осаждение пленок должно происходить на диэлектрике, критерий выбора оптимального метода получения пленки основывается на тепловом воздействии на диэлектрик. Благодаря этому и была выбрана технология LTCC, так как в ней тепловое воздействие на подложку минимально.

Для выполнения четвертого этапа следует применить технологию «chip-on-board» («чип-на-плате», СОВ). Суть технологии СОВ заключается в отказе от необходимого ранее корпуса для активного кристалла. Выигрыш при этом можно получить по нескольким направлениям, а именно:

- значительная экономия (микросхема в DIP-корпусе стоит в 3 раза больше, чем кристалл, который она несет);

- уменьшение занимаемой элементом площади [4].

В технологии «Чип-на-плате» применяют различные проволоки для разварки кристаллов. Так, например, золотая проволока компании SPM широко используется в производстве микроэлектронных устройств для изготовления электрических соединений, как между чипом и платой, так и между двумя чипами. Проволока для разварки кристаллов компании SPM изготавливается диаметром от 12,7 мкм и выше [5].

Финишным покрытием в данной технологии может быть Gold Flash - покрытие семейства никель-золото (Ni/Au). Толщина никеля в покрытии равна 7мкм, золота – от 0,05 до 0,2 мкм. Покрытие Gold Flash наносится химическим способом. Обладает хорошей сохраняемостью и паяемостью, обеспечивает высокую плоскостность печатных площадок платы, что делает его незаменимым при применении микросхем высокой степени интеграции [5].

Таблица 1

Основные этапы изготовления выскоэффективных многокристальных

модулей

№ этапа	Название	Выбранная технология
1	Изготовление активных кристаллов	Трехмерная технология получения кристаллов с применением технологий CMP и TFT
2	Изготовление подложки	Технология LTCC
3	Изготовление пассивных элементов внутри подложки	Технология LTCC; Гибридная технология.
4	Монтаж активных кристаллов внутрь подложки	Технология COB
5	Получение финишного покрытия	Технология Gold Flash
6	Герметизация активного кристалла	Технология Glob-Top
7	Герметизация многокристального модуля	Технология газофазной пиролитической полимеризации (защита Париленом)
Готовый высокоэффективный многокристальный модуль

В данной технологии активный кристалл покрывают защитным составом, используя технологию glob-top. Материалы Glob Top формируют на поверхности подложки защитную полимерную капсулу, надежно предохраняющую кристалл и его выводы от воздействия окружающей среды [6]. Технологические материалы Glob Top наносятся методом дозирования, обладают высокой вязкостью и при нанесении не растекаются [9]. В то же время, из-за капиллярного эффекта они заполняют зазоры между проволочными выводами кристаллов, надежно защищая кристалл от воздействий окружающей среды. Данный способ широко распространен благодаря низкой стоимости и простоте реализации [7].

В качестве технологии герметизации многокристального модуля целесообразно использовать газофазную пиролитическую полимеризацию [10]. При этом защитным материалом выступает «Парилен» (полипараксилилен). Данное покрытие имеет высокие электроизоляционные свойства; низкую газо- и влаго-проницаемоть; не содержит ионогенных примесей и др. Покрытие одинаковой толщины на всех поверхностях модуля получают при низких температурах (5-25 ºС) за один технологический цикл. Толщина покрытия может быть от единиц ангстрем до 60 мкм.

В качестве итогов приведем в таблице 1 основные этапы изготовления высокоэффективных ММ с указанием применяемой технологии для каждого из этапов.

Все приведенные технологии выполняются на практически одинаковом оборудовании, технически связанны между собой по параметрам и требуемым материалам, следовательно, разработанный технологический процесс позволит получить высокоэффективный многокристальный модуль с относительно низкими производственными затратами.

Литература

1. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. М.: ООО «Группа ИДТ», 2007. 616 с.

2. Томас Ли. Трехмерная электроника. Открытые системы, 2002. № 1. С. 58.

3. Борзенко А. Полупроводники:трехмерное завтра,PC Week, 2005. № 19. С. 32.

4. Егоров Г. Многослойные керамические микросхемы. Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика/ Г. Егоров, С. Капкин, Л. Стельмахович, В. Трофименков, В. Хрипко. Журнал «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес», 2006. № 5. С. 60–65.

5. Сайт фирмы «Оникс». Режим доступа: http://onyxmef.narod.ru/

6. Фарассат Ф., Валев С. «Кристалл-на-плате» (СОВ): новая эра сборочной технологии. Технологии в электронной промышленности, 2005. № 6.

7. Материалы с сайта компании Сoorstek. Режим доступа: http://www.coorstek.com

8. Материалы с сайта компании «Остек». Режим доступа: http://www.ostec-materials.ru

9. Элинформ - Информационный портал по технологиям производства электроники. Режим доступа: http://www.elinform.ru/-dictionary_847.htm

10. Сайт ООО "Базальт". Режим доступа: http://bazalt1.ru/

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.А. Лозовой

Методы и средства комплексного анализа

механических и тепловых воздействий

на радиоэлектронные модули

В настоящее время вопросы внедрения в производство радиоэлектронных средств подсистем и пакетов прикладных программ для автоматизации анализов различных характеристик РЭС приобретают все большую актуальность, так как это дает значительный экономический эффект за счет сокращения натурных испытаний и связанного с этим сроком проектирования

Современное состояние САПР в России можно охарактеризовать как время массового перехода промышленности к использованию технологии 3D-проектирования. Рассмотрим одни из основных САПР, осуществляющие 3D- проектирование и инженерный анализ.

Система Nastran обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно - деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, акустических явлений, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок, спектральный анализ и исследование аэроупругости [1]. Предусмотрена возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и гиперупругие. Расширенные функции включают технологию суперэлементов (подконструкций), модальный синтез и макроязык DMAP для создания пользовательских приложений.

Однако в этой системе есть некоторая универсальность и направленность на механическое проектирование. Для использования системы в расчетах узлов на печатных платах, имеющих свою специфику, требуется доработка.

Программный комплекс ANSYS является единой программной платформой для реализации полного цикла разработки нового изделия от технического задания на этапе проектирования до проверки правильности принятых решений.

С помощью ANSYS Mechanical может проводиться расчет термомеханических напряжений в полупроводниках, электронных модулях, печатных платах и замкнутых системах [2,3]. Кроме того, инженеры при проведении модального анализа, изучении ударных нагрузок и вибраций могут учитывать нелинейные явления в конструкции изделия – включая усталость паяных соединений, расслоение и ползучесть. Программный комплекс ANSYS AUTODYN может использоваться для моделирования ударных испытаний с целью оптимизации рабочих характеристик и надежности изделия.

Программный продукт ANSYS Icepak используется для оценки температурного состояния электронных устройств в целом и отдельных узлов в частности. Он позволяет моделировать все виды теплообмена: естественную и вынужденную конвекцию, лучистый теплообмен и теплопроводность. CFD-комплексы используются для акустического анализа, изучения микроканалов, многофазных потоков, фазовых переходов и др. Кроме того, они применяются в процессе производства полупроводников, в частности, при моделировании процессов травления, фотолитографии, химического осаждения из газовой фазы и др.

Анализируя возможности системы ANSYS можно сказать, что она наиболее полно отвечает современным требованиям инженерного анализа и оптимизации печатных узлов РЭС.

Комплекс T-FLEX, разрабатываемый и распространяемый российской компанией «Топ Системы». Позволяет решить практически все задачи конструкторско-технологической подготовки производства — от получения заказа до изготовления изделия. При этом по функциональности каждая из систем комплекса T-FLEX конкурирует с лучшими образцами как западных, так и российских продуктов [4].

Анализируя возможности системы T-FLEX можно выявить достаточно хорошую проработку проектной и технологической составляющих проектирования. Отличительной особенностью является поддержка не только современного, но и более старого оборудования, что немаловажно для ряда российских предприятий.

Однако в этой системе отсутствуют средства анализа и оптимизации печатных узлов РЭС. T-FLEX имеет строгую направленность на механическое проектирование, но некоторые основные прочностные и тепловые расчеты можно провести.

Расширенные возможности модуля Structure and Thermal Simulation системы сквозного проектирования Pro/ENGINEER позволяют решить многие задачи моделирования. Он обладает следующими возможностями[5, 6]:

- статический анализ для расчета напряжений и перемещений, включая контактные нелинейные задачи;

- модальные решения для незакрепленной и закрепленной модели;

- возможности расчета на устойчивость позволяют определить критическую для конструкции нагрузку;

- анализ стационарной теплопередачи для оценки воздействия на модель постоянной тепловой нагрузки и граничных условий.

Анализируя возможности модуля Pro/MECHANICA системы Pro/ENGINEER можно сделать вывод, что это достаточно мощный инструмент механического и температурного анализа конструкций, позволяющий проводить большинство необходимых видов расчетов и оптимизаций. Однако стоит отметить в основном его направленность на решение задач в области механического проектирования и слабую проработку анализа и оптимизации узлов на печатных платах РЭС.

Система обеспечения надежности и качества аппаратуры (АСОНИКА) включает в себя несколько подсистем, каждая из которых направлена на решение конкретной задачи [7].

Автоматизированная подсистема АСОНИКА-В предназначена для анализа механических характеристик конструкций шкафов, стоек и блоков РЭС, установленных на виброизоляторах.

Подсистема АСОНИКА-М предназначена для автоматизации процесса моделирования неамортизированных конструкций РЭС на механические воздействия.

После моделирования конструкций третьего и второго уровней (шкафов, блоков и т.п.) результаты передаются в подсистему АСОНИКА-ТМ для моделирования механических процессов в конструкциях первого уровня РЭС (печатных узлов, кассет и т.п.).

Подсистема АСОНИКА-Т используется для определения тепловых режимов работы всех ЭРИ и материалов несущих конструкций и внесение изменений в конструкцию с целью достижения заданных коэффициентов нагрузки.

Подводя итоги можно отметить следующие общие недостатки, присущие подсистемам АСОНИКА:

- слабая связь с современными системами 3D проектирования, что серьезно ограничивает применяемость системы;

- отсутствие у ряда подсистем собственного решателя, что приводит к необходимости приобретения продуктов сторонних производителей, зачастую дорогостоящих;

- недостаточная реализация средств оптимизации конструкций, увеличивающая затраты на проектирование как временные, так и материальные.

В связи со сказанным выше и по сравнению с рассмотренными системами инженерного анализа система АСОНИКА имеет весьма скромные возможности, что серьезно ограничивает ее применение на современных российских предприятиях.

Подводя итоги обзора современных систем автоматизированного проектирования, инженерного анализа и технологической подготовки производства можно сделать вывод, что в качестве базового программного продукта целесообразно выбрать систему Pro/ENGINEER. Эта система обладает широкими возможностями по обеспечению эффективной разработки и выпуску конкурентоспособной продукции. Однако в этой системе слабо реализованы возможности инженерных расчетов узлов на печатных платах, составляющих основу радиоэлектронного оборудования. В частности, нет возможности анализа электромагнитной совместимости, анализ теплового режима сложных многослойных плат, имеющих собственное тепловыделение, анализа целостности сигнала и др. Для расширения возможностей Pro/ENGINEER целесообразно применить систему ANSYS, достаточно эффективно выполняющую эти виды анализа, которая, кроме того, позволяет свободную интеграцию с современными CAD системами, в том числе и с Pro/ENGINEER.

С использованием в качестве базы инструментальных средств анализа системы Pro/ENGINEER (Structure and Thermal Simulation) общая методика проведения моделирования тепловых и механических характеристик (при интеграции с ANSYS также и ЭМС) включает следующие основные этапы.

1. Создание 3D моделей конструкции.

2. Анализ требований ТЗ и условий эксплуатации, выделение основных типов внешних и внутренних воздействий (механические нагрузки, тепловыделение).

3. Определение конкретной формы воздействующих факторов (вибрация, удары, линейные ускорения, сипы, температура, тепловой поток, температурный градиент и т.д.) и их количественных параметров.

4. Формирование комплекса задач моделирования и их сведения к типовым математическим постановкам (п. 1.2) в форме соответствующих задач математической физики.

5. Определение и задание количественных параметров граничных условий: границы областей с разными типами воздействий, объемные и плоские источники энергии, взаимодействие с окружающей средой и конструкциями более высокого уровня иерархии (например, определение коэффициентов теплообмена) и т.д.

6. Задание параметров, входящих в граничные условия, средствами Structure and Thermal Simulation непосредственно на 3D модели конструкции.

7. Проведение расчетов и анализ результатов.

При этом основным этапом, определяющим адекватность и точность результатов моделирования, является выбор класса решаемой задачи, определяемого видом базового дифференциального уравнения (Лапласа, Пуассона, Фурье и т.д.), формирование и задание граничных условий для 3D модели конструкции с эффективным использованием возможностей, представляемых Structure and Thermal Simulation. Поэтому целесообразным представляется формирование комплекса постановок задач моделирования для всех основных видов анализа и определения типовых характеристик РЭС, наиболее широко применяемых конструкций (с учетом их иерархии) и внешних воздействий (библиотеки моделей). И создание для каждой из таких моделей частных методик и их реализации средствами Pro/ENGINEER (Structure and Thermal Simulation).

Рассмотрим одну из возможностей внедрения таких методик моделирования механических воздействий на предприятии ОАО «Концерн «Созвездие»» (г. Воронеж).

В настоящее время 3D – проектирование на данном предприятии осуществляется в основном для наглядного представления разрабатываемого изделия и для разработки технологии его производства, моделирование механических и тепловых характеристик производится в основном для корпусов изделий.

На рис. 1 представлена блок-схема предложенного метода моделирования механических и тепловых характеристик радиоэлектронных модулей.