книги из ГПНТБ / Смирнов, К. А. Сбор, передача и обработка данных АСУ

ll'PИ ручном способе переприема телеграфист дол­ жен был для запоминания -сообщения наклеивать ленту с текстом на бланк, записывать номер, иремя приема в спе­

пределение по направлениям дальнейшей передачи. Толь­ ко затем в соответствии с очередностью телеграмма пе­ редавалась адресату. Для ускорения переприема тран­ зитных телеграмм, доля которых иногда составляет 80— 90%, стали создаваться специальные системы автомати­ зированного переприема сообщений.

В нашей стране была разработана и введена в экс­ плуатацию система полностью автоматического пере­ приема телеграмм с кодовой коммутацией типа «Лиман». В этой системе переприем телеграмм осуществляется с помощью автоматических передатчиков (трансмиттеров)' и приемников (реперфораторов), а управление комму­ тацией телеграмм —при помощи отециальиых маршрут­ ных индексов, передаваемых в начале каждой телеграм­ мы. В комплексе аппаратуры для автоматизированной регистрации поступившей телеграммы и ее временного хранения предусмотрены специальные устройства: нуме­ ровальное (для автоматической передачи порядковых номеров); часы |(для передачи текущего времени); вы­ равниватели нагрузки (для запоминания телеграммы при занятости канала и перед последующей ее переда­ чей) и т. д.

Сеть с КС имеет важные преимущества по сравне­ нию с сетью с КК. Так, в сети с КС требуется примерно в три раза меньшее число каналов связи, поскольку ис­ пользование каналов лучше и возможна двусторонняя работа по ним. Кроме того, в сети с КК возможно толь­ ко соединение однотипных абонентских установок, рабо­ тающих на равных скоростях. Сеть с КС позволяет про­ изводить обмен данными между разнотипными абонент­ скими установками, работающими с разными скоро­ стями.

Сеть с КК, допускающая отказы на заявки, не пол­ ностью автсвдатизярована. В ней ш-ерат.О(р оконечного пункта сам добивается связи с требуемым адресатом. Поскольку установить связь в часы пик трудно, то при коротких сообщениях затраты времени на соединение в сети КК могут значительно превысить время полезной работы. Сеть с КС обеспечивает максимальную автома­ тизацию работы в оконечном пункте: после заготовки

160

сообщения и передачи его в коммутационный узел опе­ ратор полностью освобождается от забот по дальнейшей передаче сообщения по сети связи.

Развитие вычислительной техники позволило разра­ ботать станции коммутации сообщений на базе ЭВМ. Кроме автоматизации процессов адресации сообщений, ЭВМ станции переприема дает возможность автомати­ зировать ведение журналов и архивов, поиск сообщений в архиве при их запросе, накопление и обработку ста­ тистической информации, определение номера городско­ го отделения связи по логическому адресу телеграммы и ряд других операций. Накопленная программа ЭВМ позволяет в случае необходимости легко менять сущест­ вующие функции и добавлять новые. Все эти качества систем коммутации с ЭВМ обеспечили их быстрое раз­ витие во всех промышленно развитых странах: США, Англии, Франции, ФРГ, Бельгии, Японии, Швейцарии. Причем в Швейцарии создана пока единственная в мире общегосударственная система автоматической 'коммута­ ции сообщений с использованием ЭВМ (АТЕСО)1).

К преимуществам сети с КК можно отнести следую­ щее: 1) она, в отличие от сети с КС, предоставляет воз­ можность вести двусторонние переговоры между або­ нентами и 2) аппаратура коммутации на этой сети зна­ чительно проще и дешевле. Именно простота аппарату­ ры коммутации и обусловила ее преимущественное (на первых этапах) использование в системах передачи данных.

В нашей стране примером сети с КК является або­ нентский телеграф (АТ). Абонентские установки сети АТ установлены на многих промышленных предприя­ тиях, складах, базах и в ведомствах. Соединение (ком­ мутация) осуществляется набором номера на диске вы­ зывного прибора и с помощью коммутационного обору­ дования. Время на передачу сообщений по сети АТ опре­ деляется лишь скоростью установления соединений с вызываемым абонентом и скоростью, с которой ведется передача с телетайпа.

Эффективность абонентской установки (содержащей телетайп и вызывной прибор) для отдельного абонента зависит от количества переговоров, которые он (абонент) осуществляет в течение определенного периода времени. Средняя стоимость одного переговора на сети АТ без

') А Т Е С О о п и сы в ает с я в п р и л о ж ен и и .

абонентской платы с учетом дополнительных расходов абонентов равна 1,176 руб., а стоимость передачи одной телеграммы, средней по количеству слов, примерно — 0,97 руб., трех телеграмм, эквивалентных одному переговору, — 2,91 руб. Задача сводится к тому, чтобы опре­ делить, при каком количестве исходящих переговоров, проводимых с одной установки АТ в месяц, экономия на оплате услуг 'связи, получаемая при передаче сообще­ ний по АТ, превышает величину абонентской платы, рав­

дим, при х=11,5 переговорам в месяц (35 эквивалент­ ных телеграмм) использование АТ экономически выгод­ но для абонентов.

Существенным недостатком АТ является весьма низ­ кая верность передачи данных. Так, из-за ненадежной работы технических устройств АТ ошибки возникают с вероятностью 10_3—10-4 (одна ошибка на 1000— 10000 переданных знаков). В то же время требования к верности данных сейчас значительно выше (ом.

табл. 1.1).

Из вышесказанного следует вывод: для экономичес­ ких систем необходима сеть, подобная абонентскому те­ леграфу, но передающая данные с меньшим числом ис­ кажений. За рубежом такие сети уже созданы и находят широкое применение. Речь идет о сети передачи данных по каналам автоматической телефонной связи с помощью аппаратуры «Дейтафон». Термин «Дейтафон» условно переводится как «передача данных по телефону» [1]. Этот перевод соответствовал назначению первых аппа­ ратов «Дейтафон», которые эксплуатировались телефон­ ной компанией Белл Систем в США с 1957 г. В настоя­ щее время 1с помощью «Дейтафоиов» передают данные со скоростью от 50 Бод до сотен тысяч '(например, «Дейтафон ЗОЗА»),

Распространение «передачи данных по телефону» происходило в условиях сильно развитой сети телефон­ ной связи '(в США к этому времени в эксплуатации на телефонной сети находилось более 100 млн. телефонных аппаратов). Причем эта сеть была почти полностью ав­ томатизирована и подавляющее большинство абонентов могло связываться друг с другом путем набора номера. Задачу соблюдения норм телефонных передач решала сама компания, создав специальные виды аппаратуры «Дейта фон».

162

Комплект оконечной аппаратуры «Дейтафон» .выпол­ нен в виде 'приставки к обычному телефонному аппара­ ту абонента. Прежде чем осуществить передачу данных с помощью аппаратуры «Дейтафон», абонент обычным способом должен набрать номер с номеронабирателя и установить соединение. Затем по телефону он догова­ ривается с вызванным абонентом о переходе на пере­ дачу данных, для чего нажимает специальную кнопку. Возможен также вызов и передача данных абоненту и в его отсутствие, для чего предусмотрены специальные устройства.

В настоящее время в нашей стране также проводятся работы по созданию общегосударственной единой авто­ матизированной системы связи (ЕАСС). Все звенья сети строятся типовыми в соответствии с Основными положе­ ниями общегосударственной системы передачи данных [2]. Коммутируемая сеть передачи данных предназна­ чается для потребителей, имеющих разветвленные пото­ ки информации небольшого объема, т. е. используется в ■случаях, когда экономически нецелесообразно создавать

.прямые .некоммутвдруемые связи.

Граничные значения экономической целесообразно­ сти использования коммутируемых сетей должны опре­ деляться условиями конкретного проектирования, по­ скольку необходимо уиитьгвать много факторов: затра­ ты на канал, среднее время занятия канала на передачу документа и т. д.

Исходя из требований экономической целесообразно­ сти и требований к срокам передачи данных, организу­ ются две сети связи: 1) среднескоростная на основе ка­ налов тональной частоты (тч) и 2) низкоскоростная на основе телеграфных каналов (абонентского телегра­ фа АТ).

Общегосударственная сеть передачи данных будет обеспечивать потребителям возможность передачи сооб­ щений, ведение переговоров по принципу «■каждый с каж­ дым», преимущественное соединение для передачи сооб­ щений более высокой категории и т. д. Передача данных по каналам АТ первое время будет производиться со скоростью 50 Бод, пока существующие телеграфные ка­ налы не будут заменены каналами, рассчитанными для передачи со скоростью 100 и 200 Бод. Передачу данных по сети коммутируемых каналов тч намечается вести со скоростью 600 или 1200 Бод.

Использование для 'передачи данных сети ком мутируемых каналов тч или сети АТ осуществляется в усло­ виях их обычной работы. Вводятся дополнительно лишь устройства и 'правила для 'переключения всего оборудо­ вания на передачу данных.

■Оконечные абонентские установки передачи данных могут включаться в сеть коммутируемых каналов тч на нравах абонентов городских, сельских, учрежденческих или междугородных телефонных станцийНормы допу­ стимых ошибок в коммутируемых АТ и тч каналах фот одного абонента к другому), не оборудованных устрой­ ствами обнаружения и направления ошибок в основном определяются характеристиками 'каналов связи. В ком­ мутируемых каналах передачи данных общего пользо­ вания, оборудованных устройствааш обнаружения и исправления ошибок, нормы 'ошибок снижаются.

3 .3

СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ПОВЫШЕННОЙ ВЕРНОСТЬЮ

Оценка последствий, к которым может при­ вести использование искаженной информации, позволи­ ла выработать практические требования к качеству пе­ редачи, оцениваемому по допустимой вероятности ошиб­ ки. В табл. 1.1 были уже приведены ориентировочные требования к верности передачи данных в экономичес­ ких системах управления. Сопоставление значений до­

дача данных по телетайпу на сети АТ, показывает, что вероятность ошибки во всех системах управления эко­

1)способы, основанные на повторении передаваемо­ го символа или сообщения с последующим сравнением принятых текстов;

2)способы, основанные на использовании для ис­ правления или обнаружения ошибок избыточного коди­

рования;

164

3) способы 'передачи данных с информационной об­ ратной связью.

Первый способ, основанный на принципе Вердана [3, стр. 12], сравнительно давно используется для повы­ шения качества телеграфной связи. По этому принципу вместо одной кодовой комбинации, обозначающей какойто знак (например, комбинации 00001, соответствующей пятиэлементному телеграфному коду буквы «а»), с пе­ редатчика посылаются три такие комбинации:

00001

00001

00001

Приемник перед фиксированием принятой комбинации запоминает и сопоставляет между собой все три комби­ нации одного и того же символа, после чего принимает решение по каждой из позиций кода «по большинству». Допустим, что все три комбинации передаваемого сим­ вола «а» оказались частично искаженными помехами и вместо 00001 получены следующие три комбинации:

00001

01001

10001

i Приемник рассматривает каждую позицию кода в от­ дельности и принимает решение в зависимости от того, каких элементов («0» или «1») на каждой позиции боль­ ше. Так, например, на первой позиции, где принято 0-0-1, будет зарегистрирован «О» и т. д. В результате комби­ нация символа «а» будет принята правильно: 00001. При трехкратном повторении может иметь место ошибка, но вероятность ее будет много меньше.

В последние годы особенно большое развитие полу­ чили способы избыточного кодирования сообщений (сим­ волов), которые позволяют на приемной стороне уста­ навливать наличие (обнаруживать) «ли устранять неко­ торые ошибки, возникающие вследствие искажений ко­ довых комбинаций помехами. В основе их лежит пере­ дача дополнительных кодовых элементов, но в несколько иной форме, чем это делается с применением принципа Вердана. Для пояснения рассмотрим наиболее простой случай кодирования сообщений, позволяющий обнару­ живать появление нечетного числа искажений в кодовой комбинации.

165

Допишем к известной нам комбинации символа «а» с левой стороны 1. Получим комбинацию 100001, в которой количество единиц — четное число. Все остальное! символы будем кодировать так, чтобы число единиц всегда было четным. Этим самым мы внесем избытоц. ность в кодовые комбинации (лишний элемент): вместо! пяти элементов, единиц и нулей, достаточных для обра­ зования 32 различных кодовых комбинаций, используем шесть элементов. Из шести элементов можно образовать

цессе передачи буквы «а» под действием помех на позации 2—5 появится единица (например, получится 110001), то приемник обнаружит ошибку, поскольку число единиц станет нечетным.

В технике передачи данных, кроме описанного шести­ значного, применяется и семизначный код, из всех воз­ можных комбинаций которого (TV= 27 = 128) использу­ ются только те, которые содержат ровно четыре единицы и три нуля. Таких разрешенных комбинаций насчиты­ вается Л^р=С47=35.

ошибки в принимаемом сообщении. Однако эти способы значительно сложнее и дороже способов с обнаруже­ нием ошибок, поэтому практически они не находят при­ менения в экономических системах.

Исправление обнаруженной приемником ошибки го­ раздо проще осуществить, если по обратному каналу посылать запрос на повторение отдельной комбинации или всего сообщения. Способы передачи данных с избы­ точным кодированием и переспросом по обратному кана­ лу называются способами передачи данных -с пересорюсом или способами с решающей обратной связью (РОС), поскольку приемник как бы принимает решение/искаже на комбинация или принята правильно.

Используя способ передачи данных с РОС, можно строить аппаратуру передачи данных (АПД), принцип работы которой заключается в следующем i[4], Инфор­ мационная комбинация, содержащая п разрядов, посту­ пает в кодирующее устройство. Кодирование информа­ ции может осуществляться любым кодом, рассчитанный на обнаружение ошибок. Полученная «-разрядная кодо-

166

вая 'Комбинация передается в канал связи я одновремен­ но «запоминается» в накопителе. Элементы этой комби­ нации поступают на декодирующее устройство прием­ ной станции и накапливаются в приемном накопителе. Если декодирующее устройство не обнаруживает ошиб­ ки в принятой кодовой комбинации, то ее информацион­ ные разряды с накопителя вводятся в приемник. Если

.принятая комбинация искажена и это обнаружено деко­ дирующим устройством, то в схему управления посту­ пает сигнал об ошибке. Передача информации преры­ вается и повторяется искаженная часть текста или ком­ бинации.

Аппаратура, построенная по такому принципу, повы­ шает верность принятой информации примерно на три порядка. МККТТ рекомендует использовать аппаратуру передачи данных с РОС на телефонных связях (АПД-ТФ).

Принцип информационной обратной связи (ИОС) за­ ключается в том, что каждый переданный разряд (или сообщение в целом) прежде, чем быть окончательно принятым в ‘пункте приема, транслируется обратно в пункт передачи для сравнения. Только после принятия подтверждающего сигнала сообщение (обычно оно в на­ чале заносится в устройство памяти) выдается на пе­ чать. Этот способ требует одновременного использова­ ния прямого и обратного каналов связи, но зато обеспе­ чивает достаточно высокую верность передачи (вероят­ ность сшибки уменьшается до 10~8).

На рис. 3.2 и 3.3 показаны соответственно структур­ ные схемы передающего и приемного устройств систем передачи данных с информационной обратной связью,

Каждая переданная в прямой канал информационная комбинация одновременно подается в накопитель блока памяти, где хранится до поступления ее :по обратному каналу. На приемной станции комбинация также запо­ минается и хранится до поступления третьего знака. Одновременно с приемной станции принятая комбина­ ция транслируется по обратному каналу. На передаю­ щей станции переданная и принятая комбинации срав­ ниваются и, если при этом ошибка не обнаруживается, аннулируются из схемы накопления. Если при сравне­ нии обнаружится несовпадение хотя бы одной из иосы-

167

лок в переданной и принятой комбинации, то включаете} блок сигнализации об ошибке. Последний останавливает передачу по прямому каналу, запускает коррек-

Рис. 3.2. Структурная схема передающего устройства системы передачи данных

Рис. 3.3. Структурная схема приемного устройства системы передачи данных

ционный датчик, подключает к нему прямой канал и включает схему знака стирания. На приемную станцию вместо третьего знака поступает знак стирания, по ко­ торому комбинация первого знака стирается из памяти, а передача к ЭВМ приостанавливается. После знака стирания передающая станция повторно передает повто­ ряемый знак, который уже не транслируется по обрат­ ному каналу, а заранее считается неискаженным и пере­ дается в ЭВМ.

Устройства обнаружения знака стирания и знака начала сообщения при работе системы постоянно под­ ключены к накопительному устройству принятой комби­ нации и сверяют каждый знак.

Аппаратура передачи данных с ИОС может найти широкое применение на низовых связях АСУ, в которых

168

из практических соображений часто бывает целесообраз­ нее использовать для передачи данных каналы телеграф­ ной связи. В результате не так дорого обходится потеря обратного, канала. Вместе с тем устройства передачи данных получаются довольно простыми и, самое глав­ ное, появляется возможность получить надежную связь при большом количестве помех.

Дело в том, что в любой системе с НОС при блочной защите и безадресным повторением местоположение ошибки не указывается и для обнаружения ее надо по­ вторять целую группу знаков, образующих блок. Если учесть при этом необходимость реверса (возврата) к началу сообщения для осуществления повторения, то придем к выводу, что каждый запрос влечет за собой как бы два повторения. Таким образом, совершенно оче­ видно, что при 'большой вероятности ошибок, например, при /7Ош~ 10-2 'Идостаточно большой длине блока может наступить такое критическое положение, при котором

ность которого -обозначают через р0тк- В этом случае вероятность поражения сообщения при каждой передаче

пропорциональной зависимости от рош и т.

На рис. 3.4 представлена зависимость числа передач р на один блок для различной длины сообщения т при

Рис. 3.4. График зависимости числа передач одного блока в зависимости от его длины т

разных величинах р0ш- На рис. 3.5 приведена зависи­ мость ротк от вероятности ошибок в каналах и длины сообщения. Кривая / на рисунке характеризует условие

169