книги из ГПНТБ / Лоскутов В.И. Основы современной техники управления

сотнями и тысячами километров. Источники информации и пункты ее переработки связаны линиями связи. Канал связи состоит из ряда технических средств для передачи сигналов, несущих в себе соответствующие сообщения. Принимаемая ин­ формационная схема проектируемой системы и выбор для нее технических средств должны обеспечить передачу наиболь­ шего количества сообщений наиболее экономным способом и при максимальном сохранении их достоверности. Это тре­ бует наилучшего использования канала связи и принятия мер по защите информации.

При отсутствии помех передаваемые сообщения не иска­ жаются, и основное условие в такой передаче состоит в том,

V = — ' где т — длительность импульса, количество передавае­

Подставляя полученную зависимость в выражение, опреде­ ляющее емкость канала связи для бинарного канала связи,

В реальных условиях отдельные элементы системы связи подвержены действию помех, которые усложняют передачу информации. Поэтому при передаче сообщений через канал с помехами возникает проблема повышения достоверности передаваемой информации.

281

В качестве каналов могут использоваться как обычно ли­ нии связи (телефонные и телеграфные линии, радиоканалы и др.), так и специальные линии, создаваемые в качестве от­ дельных частей управляющей системы.

По типу взаимодействия с сигналом помехи делятся на

аддитивные и мультипликативные. При наличии аддитивных помех на вход приемника действует сумма сигнала и помех. В случае мультипликативных помех входной сигнал равен произведению полезного сигнала и помехи. Среди аддитивных помех наиболее часто приходится сталкиваться с импульс­ ными и флюктуационными помехами.

Первые из них характеризуются случайными амплитудами и длительностями воздействия, чаще всего вызываются источ­ никами индустриального прохождения (коммутация, электро­ сварка и т. д.).

Флюктуационные помехи определяются наличием в пере­ даче непрерывнодействующих шумов, связанных с тепловым движением носителей зарядов, дробовым эффектом и другими причинами.

В условиях функционирования больших систем управле­ ния производится передача как дискретной, так и непрерывной информации.

Передача дискретной информации через канал без помех осуществляется с помощью соответствующих символов и пауз между ними. При этом передаваемые символы должны обла­ дать равновероятностью их возникновения.

С помощью одной из теории американского ученого Шен­ нона доказывается, что при выборе надлежащих методов ко­ дирования можно осуществлять передачу по каналу без помех

рактера, искажающие передачу и вызывающие ошибки в при­ еме информации.

Для повышения достоверности передаваемых данных по реальным каналам связи широко используются помехозащит­ ные и самоисправляющие коды. Их применение увеличивает объем передаваемой информации. Таким образом, проблема

282

увеличения достоверности передаваемых сведений находится в прямом противоречии к проблеме повышения эффективности передачи.

Поэтому при проектировании системы передачи данных следует искать оптимальное решение между этими взаимопро­ тиворечивыми требованиями.

Пропускная способность канала с шумами определяется максимальной скоростью передачи информации на символ или в единицу времени при условии, что канал связи без шумов согласован с источником информации.

Разность между принятой и потерянной информацией под

ной и потерянной информацией, отнесенной к одному символу. При передаче непрерывной информации наличие помех и шумов уменьшает достоверность получаемых сведений. Пе­

редача непрерывно изменяющихся величин с неограниченно малой погрешностью потребовала бы канала с бесконечно большой емкостью.

Пропускная способность или емкость канала средней мощ­ ности при передаче непрерывных сообщений определяется формулой

C = f l o g ( l + ^ ) ,

где F — полоса частот канала;

Wc — средняя мощность сигнала;

В — средняя мощность белых шумов.

При наличии существенного превышения сигнала над по­ мехой единицей в формуле можно пренебречь, и тогда макси­ мальную скорость передачи информации определяют из соот­

283

Максимальное ж е количество непрерывной информации, которое можно передать за отрезок времени, выражается фор­ мулой

V m e x = F74og^ .

Коэффициентом использования передающего канала назы­ вается отношение числа фактически пропускаемых сообщений к предельно возможному числу сообщений:

' max

Общим коэффициентом полезного действия передачи изме­ ряемой величины называется отношение потока информации к пропускной способности передающего канала:

S

В развернутом виде указанную величину можно предста­

Превращение информации в сигналы для передачи их по соответствующим каналам связи связано с преобразованием исходных данных в единый электрический параметр, их ко­ дированием и модуляцией.

При передаче сообщений наибольшее распространение по­ лучают различные виды импульсной модуляции, при которой передаваемая информация заключена в амплитуде импульсов, посылаемых регулярно в канал связи.

Широкое применение получают многоканальные системы передачи, позволяющие одновременно передавать по одной ли ­ нии связи несколько независимых друг от друга сообщений. Наибольшее распространение при этом получили частотные и временные способы разделения каналов.

При частотной модуляции передаваемая информация за­ ключена в частоте следования импульсов. В этом случае ча­ стота импульсов пропорциональна изменению модулирующего сигнала.

При временном разделении каналов сообщения передаются последовательно во времени. Количество каналов в системе с временным разделением передаваемых сообщений обыкно­ венно превосходит количество их в системах передачи инфор­ мации с частотным разделением.

284

Выделение соответствующего сигнала из общего передаю­ щего канала осуществляется с помощью селекции (разделе­ ния). Для этого перед приемниками в системе связи приме­ няется специальная аппаратура — селекторы, обеспечивающие выделение сигналов на основе частотных, временных или ка­ ких-либо других признаков. В многоканальной связи возникает новый вид помех, обусловленных взаимодействием соседних каналов, благодаря несовершенству самого процесса разде­ ления.

В больших системах обмен информации между источни­ ками информации и ЭВМ чаще всего производится по теле­ графным и телефонным каналам связи. При обнаруженной ошибке по требованию получателя соответствующая порция сообщений передается повторно.

При территориальной разбросанности отдельных объектов управляемого комплекса должна быть создана сложная сеть каналов связи между ними, объединенных в единую инфор­ мационную систему одноканальных или многоканальных пе­ редач.

Информационная сеть должна обеспечивать эффективный обмен информации для функционирования системы в соответ­ ствии с заданными для этого количественными и качествен­ ными показателями.

Источниками, потребителями и ретрансляторами информа­ ции в системе являются объекты управления и управляющие устройства, образующие как бы некоторые информационные узлы. Таким образом, система связи является совокупностью информационных узлов, линий связи между ними и некото­ рых технических средств, обеспечивающих заранее обуслов­ ленную передачу и управление потоками информации.

Управление циркулирующей информацией осуществляется с помощью средств передачи и повышения достоверности пе­ редаваемых сообщений, средств контроля и коммутации кана­ лов связи, оконечных устройств источников этих средств для оборудования ими информационной сети. Особое внимание сле­ дует уделять повышению скорости передачи информации. Это достигается как за счет использования наиболее эффектив­ ных методов самой передачи, так и за счет применения опти­ мальных методов избыточного кодирования для обеспечения заданной достоверности передаваемых сведений.

Обычные требования к достоверности передаваемых сведе­ ний должны обеспечивать на выходе вероятность искажения не более Ю - 6 — Ю - 7 , т. е. ошибки в одном знаке на 106 —101 переданных символов.

285

Информационные системы должны также обладать воз­ можностью сопряжения каналов связи с широким классом вводно-выводных устройств и терминального оборудования.

Рациональное функционирование сложных систем управ­ ления во многом зависит от правильного выбора аппаратуры передачи данных. К числу такого рода устройств относятся: аппаратура преобразования сигналов (модемы); устройства для повышения достоверности передачи и проведения коррекции; аппаратура уплотнения передаваемых данных; аппаратура со­ пряжения с источниками информации; аппаратуры засекре­ чивания и рассекречивания; устройства распределения и ком­ мутации дискретных сообщений; вводно-выводные устрой­ ства; сервисная аппаратура.

В системах с небольшими расстояниями между объектами целесообразно применение низкоскоростной аппаратуры от 50 до 200 бод с последовательным способом передачи данных по каналам связи.

Для низкоскоростной передачи двоичной информации обык­ новенно используется сеть абонентского телеграфа. В черте города телеграфирование обычно осуществляется методом по­ стоянного тока по двухпроводным или четырехпроводным схе­ мам. Существующая сеть абонентского телеграфа позволяет работать со скоростью 50 бод старостопным пятиэлементным кодом МТК-2 (Международный телеграфный код 2).

различных методов модуляции в одном телефонном канале образуется несколько телеграфных связей.

В этих условиях обыкновенно употребляются упрощенные методы защиты информации. Для передачи информации на большие расстояния применяются унифицированные устрой­ ства передачи данных с более надежной защитой от воздей­ ствия помех и с более действенными средствами контроля за работой отдельных элементов передачи.

Среднескоростная передача двоичной информации произ­ водится с помощью коммутируемых и некоммутируемых те­ лефонных каналов. В этом случае передача информации осу­ ществляется по абонентским линиям городских телефонных линий, по неуплотненным телефонным каналам систем высо­ кочастотного телефонирования со скоростями от 600 до 4800 бод.

Для передачи данных со скоростями, превышающими про­ пускную способность одного телефонного канала, можно либо применять сдвоенные или строенные телефонные каналы, либо

286

использовать групповые тракты систем высокочастотного те­ лефонирования со скоростями до 40 ООО бод и более.

Задача совершенствования управления требует решения проблемы наиболее рационального обмена информацией между управляющей системой и управляемым объектом, причем должна учитываться как их территориальная разобщенность, так и структурные и функциональные особенности их экс­ плуатационных характеристик.

В этом случае при работе ЭВМ в режиме разделения вре­ мени информационная система связи должна обеспечить сое­ динение терминальных устройств, измерительных приборов и исполнительных механизмов у потребителей с вычислитель­ ным оборудованием. Для этого поток двоичных знаков, коди­ рующих соответствующее сообщение, с помощью модемов пре­ вращается в сигналы звуковой частоты, которые могут быть переданы через обычные телефонные каналы и обратно пре­ вращены в двоичные знаки на приемном конце.

Такой вид связи хорошо оправдывает себя в условиях тер­ риториальной разобщенности объектов системы в пределах де­ сятков километров. Но для междугородных сообщений такая система становится неэкономичной. Проблема передачи связи до нескольких сотен километров решается с помощью специ­ альных устройств — мультиплексоров, позволяющих делить емкость телефонной линии до 12 самостоятельных каналов, каждый из которых обслуживает свой источник информации. Мультиплексоры расширяют экономичность обслуживания си­ стемы обработки информации и связи.

Проблема дальнейшей экономичности передачи информа­ ции на более значительные расстояния решается с помощью так называемых узлов коммутации сообщений.

Узел коммутации сообщений (УКС) представляет собой комплект аппаратуры, позволяющий обслуживать ряд кана­ лов связи. Он оборудуется каскадом накопителей большой емкости для приема и хранения информации, получаемой от обслуживаемых абонентов. Принимаемые УКС данные имеют

их в центральный узел коммутации сообщений (ЦУКС). Рас­ пределение имеющихся в таком узле ячеек памяти, своевре­ менная выборка хранимой информации и реализация очеред­ ности ее передачи осуществляются с помощью ЭВМ. Узел коммутации сообщений оборудуется соответствующей аппа­ ратурой передачи данных, позволяющей существенно увели­ чить пропускную способность магистрального канала связи

287

и поднять до необходимых требований достоверность передачи информации. Блок-схема узла коммутации сообщений (УКС) показана на рис. 54. Он образуется электронно-вычислительной машиной универсального или специального назначения с кас­ кадом запоминающих устройств большого объема. Для визу­ ального контроля переданной и принятой информации в со­ ставе ЭВМ имеется не менее двух АЦПУ. Ввод и вывод информации осуществляется с помощью обычного вводноговыводного оборудования.

ГТЛФ

Прием информации от абонентов может производиться как по коммутируемым, так и по некоммутируемым телефонным и телеграфным каналам связи, для чего в схеме УКС имеются соответствующие устройства сопряжения этих каналов с ЭВМ.

Телефонные каналы оборудуются аппаратурой передачи

В системе УКС должны использоваться устройства авто­ матического набора и контроля абонентских пунктов для сое­ динения с ними и выдачи информации через коммутируемые каналы связи, а также коммутаторы прямых абонентских ка-

288

налов, позволяющих сократить число одновременно работаю­ щих линий. В составе оборудования УКС имеется пульт дежур ­ ного инженера, отображающий состояние отдельных устройств УКС и его каналов связи, а также необходимая сервисная ап­ паратура.

Обмен информации между таким узлом и абонентами про­ изводится с учетом состояния каналов связи и абонентских пунктов. Осуществляется это путем периодического опроса абонентских пунктов, включенных в групповые линии пере­ дачи данных, и выбора оптимальных направлений передачи сообщений.

Разработанный алгоритм управления УКС обеспечивает хранение информации в запоминающих устройствах ЭВМ при загруженности линий соответствующих направлений, выбор и постановку хранимых сообщений в очередь перед выбран­ ным каналом в соответствии с их приоритетностью, прерыва­ ние передаваемых сообщений любой категории срочности

иповторную передачу прерванного сообщения.

Спомощью имеющегося оборудования обеспечивается сня­ тие копий с передаваемых сообщений, ведение учета их про­ хождения, проведение статистического контроля состояния каналов связи, реализация расчетов с абонентами за проведен­ ные услуги.

Передаваемые сведения должны быть составлены по опре­ деленной стандартной форме — кодограмме, которая в числе прочих условий содержит шифры адресата и отправителя.

На основе указанного принципа могут быть созданы отрас­ левые системы обмена информации (ОСОИ), обеспечивающие обмен данных в виде одноадресных и многоадресных сообще­ ний между любыми абонентами, подключенными к сети, неза­ висимо от их географического расположения, вида используе­ мых АПД, технических носителей и методов передачи сиг­ налов.

Такого рода системы могут строиться по иерархическому принципу. Они состоят из нескольких уровней передачи обра­ ботки информации, расположенных в Москве, республикан­ ских областных и крупных районных центрах (рис. 55). Они должны базироваться на существующие каналы и средства связи, не требуя их существенного увеличения.

Для обеспечения высокой живучести таких систем в их структуре должна быть предусмотрена достаточная избыточ­ ность, в том числе и пропускной способности как узлов ком­ мутации сообщений, так и каналов связи, что позволит в слу­ чае необходимости образовывать обходные пути передачи

289

сообщений. Основные и особо важные узлы коммутации сооб­ щений резервируются запасными каналами.

Структурная схема отраслевой системы обмена информа­ ции (ОСОИ) показана на рис. 56. В определенных экономи­ чески развитых районах создаются кустовые узлы коммута­

сообщений, сокращений повторений из-за повышения досто­ верности передаваемых сведений.

Информационные сети, построенные по указанному прин­ ципу, легко могут быть объединены в общегосударственную систему связи, обеспечивающую значительно большую мо­ бильность и использование имеющихся и вновь построенных линий связи.

Рациональное функционирование сложных систем управ­ ления связано также с использованием так называемого тер­ минального оборудования, с помощью которого соответствую-

290