МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

Алматинский институт энергетики и связи

О.З. Рутгайзер

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

Методические указания к выполнению диссертации.

Макет диссертации для профильной магистратуры и комментарии.

Алматы-2010

СОСТАВИТЕЛЬ: О.З.Рутгайзер. Магистерская диссертация.

Методические указания к выполнению диссертации. Макет диссертации для профильной магистратуры и комментарии.

- Алматы: АИЭС, 2010.- 27с

В методических указаниях представлен макет основного раздела диссертации и сформулированы комментарии (как положительные, так и отрицательные) к написанию диссертации. Методические указания (комментарии к разделам) могут быть полезны магистранту и научному руководителю.

Библиогр.- 2 назв.

РЕЦЕНЗЕНТ: канд. техн. наук, профессор С.В. Коньшин

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2010г.

© Алматинский институт энергетики и связи, 2010г.

Предисловие

Если Вы договорились с руководителями выпускающей кафедры и деканата относительно темы диссертации и выбора научного руководителя, то Ваши дальнейшие действия в отношении выполнения диссертации могут быть следующими. Прежде всего, необходимо ознакомиться с общей схемой выполнения диссертации и теми требованиями, которые необходимо реализовать в процессе подготовки Вашей научной работы, необходимо ознакомится со схемой взаимодействия с научным руководителем и с возможными элементами помощи Вам со стороны института. Схемы ответов на эти вопросы и порядок их решения можно найти в различной литературе, например¹ . После этого можно ознакомиться с содержанием данных методических указаний. В этих указаниях рассматривается макет диссертации (существенно сокращенный вариант текста диссертации² ). В макете представлены несколько частей диссертации - «основная часть», «приложение». Эти части диссертации представлены таким образом, чтобы изложить читателю основную идею диссертации, а также представить материалы, которые необходимы для того, чтобы убедить диссертационную комиссию принять то или иное решение об оценке результатов выполнения Вашей научной работы. Содержание макета выполнено специально так, чтобы сформировать возможные типовые замечания к структуре, тексту и оформлению результатов научной работы. Макет можно рассматривать как « программу максимум» при написании диссертации.

В методичке после каждого раздела представлены также комментарии (типовые замечания) к содержанию раздела макета.

Ясно, что большая часть выбранных тем диссертаций магистрантов, отличается от темы, рассматриваемой в данной методичке. Поэтому предлагается следующий вариант работы с настоящими методическими указаниями:

- ознакомиться с общей схемой диссертации и теми требованиями, которые необходимо реализовать в процессе подготовки Вашей научной работы ¹; - первоначально подробно ознакомиться с содержанием макета диссертации (прочитать все разделы, исключая замечания и комментарии);

_______________________

¹ Рутгайзер О.З. Магистерская диссертация. Методические указания к выполнению диссертации. - Алматы: АИЭС, 2006.-11с ²Тубекбаева К.А. Повышение эффективности обработки информации при воздействии помех в компьютерных системах. Автореферат диссертации.- Алматы, 2004.- 28с

- далее необходимо вернуться к рассмотрению замечаний и комментариев для каждого раздела макета и представить себе процедуру (логику) появления таких замечаний. Если процедура появления замечаний для Вас понятна, то написать грамотно и профессионально разделы Вашей диссертации будет проще.

Для профильной магистратуры основная часть диссертации (которая представлена в макете) может включать, по крайней мере, 5 разделов:

- состояние проблемы, цели и задачи исследования;

- экспериментальные исследования (модель физическая или виртуальная);

- исследование предложений по улучшению свойств системы (аналитические исследования;

- технические решения рассматриваемой проблемы;

- заключение.

Требуемые объемы каждого из разделов диссертации трудно фиксировать в методичке. Для каждой диссертации эти объемы могут быть различными. Вместе с тем, важнейшей частью диссертации следует считать раздел, связанный с экспериментальными исследованиями. Этот раздел действительно представляет самостоятельную работу магистранта, а не адаптированные материалы компьютерных сайтов.

Важной частью диссертации является первый раздел: «Состояние проблемы, цели и задачи исследования ». Этот раздел должен существенно отличаться от аналогичного раздела дипломного проекта (при подготовке инженеров). Количество ссылок на цитируемую литературу должно превышать 15 и задачи исследования должны логически вытекать из материалов анализа цитируемой литературы.

Название диссертации: «ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМАХ»

Макет диссертации

1. Состояние проблемы, цели и задачи исследования

В современных локальных компьютерных системах, в качестве передающей среды широко используются каналы на основе кабельной продукции. Кабели служат средой передачи информации между пользователями, серверами, принтерами, коммутаторами и маршрутизаторами. Кабельные каналы представляют собой достаточно сложную конструкцию [1-13].

1.1 Характеристики каналов

Ниже приводится соотношение между категорией канала, диапазоном частот и максимальной скоростью передачи информации, а также основные характеристики кабелей [17].

Таблица 1.1 - Соотношения между категорией канала, диапазоном частот и максимальной скоростью передачи информации.

Категория канала	3	4	5	6
Диапазон частот, х106 Гц	16	20	100	200
Максимальная скорость передачи данных, х106 бит/с	100	100	155/1000	Нет протоколов

Таблица 1.2 - Основные электрические характеристики кабелей категорий 3, 5, 6, 7.

	Категория 3	Категория 5	Категория 6	Категория 7
Смещение задержки (max), х10-9 с	35	35	25	25

Из таблицы 1.2 следует, что одна из основных электрических характеристик – смещение задержки по времени передаваемой информации, для категорий 6 и 7 меньше на 10*10^-9 с, чем для категории 3 и 5. За счёт снижения смещения задержки по времени удаётся увеличить достоверность передаваемой информации [5,11,12].

1.2 Классификация помех, действующих в каналах передачи информации

При передаче информации в каналах возникают помехи, среди которых основными видами являются перекрёстные помехи и помехи от сигналов внешних источников информации. Перекрёстные помехи оказывают существенные негативные воздействия на передаваемый сигнал и являются собственными шумами канала [1,5-13,17-20,23,26-28,30-35].

Воздействие помех приводит к возникновению ошибок в передаваемой информации, вследствие которых снижается эффективность обработки информации, в том числе пропускная способность каналов.

Для решения указанной выше проблемы необходимо применять более дорогие кабели, уменьшать или скорость передаваемой информации или длину каналов компьютерной системы, или применять сложные способы кодирования, или увеличивать полосу пропускания каналов. Одним из методов снижения уровня воздействия помех является фильтрация [5,37]. В работах [17-20] приводятся сведения о существующих методах, позволяющих уменьшить влияние перекрёстных помех на ближнем конце канала кабеля.

Таблица 1.3 - Значения показателя NEXT в зависимости от частоты передаваемого сигнала для каналов передачи информации кабелей категорий 3,5,6,7.

Частота, х106 Гц	Максимальные потери NEXT, дБ
	Категория 3	Категория 5	Категория 6	Категория 7
10,0	26	47	59	80
100,0	-	32	40	71
300,0	-	-	-	64
600,0	-	-	-	60

Из результатов, представленных в таблице 1.3, видно, что в каналах кабеля категории 7 уровень перекрёстных помех на ближнем конце (NEXT) самый низкий.

Последствия влияния перекрёстной помехи в процессе передачи информации в каналах кабеля могут приводить к частичной или полной потере передаваемой информации, вследствие этого может возникнуть резкое снижение пропускной способности канала (таблица 1.4) [5].

Таблица 1.4 - Потери передаваемой информации и последствия влияния перекрёстных помех в зависимости от уровня перекрёстных помех.

Уровень перекрёстных помех	Потери передаваемой информации	Последствия влияния перекрёстных помех
По уровню не превышающих уровня полезного сигнала	до 25 %	Не снижает работоспособности сети передачи данных
По уровню соизмеримых с уровнем полезного сигнала	не менее 50 %	Существенно снижает работоспособность сети передачи данных
По уровню превышающих уровень полезного сигнала	выше 75 %	Приводит к полному сбою работоспособности сети передачи данных

В зависимости от мощности компьютерных систем могут применяться разные методы, из числа перечисленных выше. Может быть применена и комбинация этих методов. При этом использование предлагаемых методов приводит к появлению других проблем, например, применение сложных способов кодирования в небольших локальных компьютерных системах является причиной увеличения времени обработки информации и усложнения аппаратуры и требует дополнительных капиталовложений. Стоимость использования известных методов по уменьшению возникновения ошибок в небольших локальных компьютерных системах может иметь существенное значение.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности обработки информации при воздействии помех в небольших локальных компьютерных системах.

В рамках сформулированной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

• исследовать влияние перекрёстных помех при передаче информации в каналах коммуникационного кабеля в локальных компьютерных системах, в том числе с помощью математических моделей;

• оценить потенциальную пропускную способность каналов при воздействии перекрёстных помех;

• разработать метод повышения эффективности обработки информации при наличии перекрёстных помех в отношении увеличения предельно допустимой длины кабеля в локальных компьютерных системах;

• представить техническое решение подавления перекрёстных помех.

ЗАМЕЧАНИЯ и комментарии к макету диссертации ( раздел 1 «состояние проблемы»)

Положительные моменты:

Замечание 1. Обзор литературы в тексте макета, сделан с выделением подразделов (1.1,1.2 ,…). Имеется достаточное количество ссылок на использованные источники информации. Имеется подраздел, в котором формулируются цель и задачи исследования.

Отрицательные моменты

Замечание 2. Исходная проблема, (это отрицательное, нежелательное явление, которое существует в исследуемой системе) сформулирована в названии диссертации и соответствует требованиям только гипотетического заказчика. Отрицательное явление в рассматриваемой теме и макете диссертации более конкретно - не сформулировано. Замечание 3. Обзор состояния проблемы в тексте макета, хотя и сделан с выделением подразделов, но выполнен без сравнительного анализа влияния различных факторов (характеристик) в подразделе на окончательный результат.

Что необходимо сделать дополнительно в диссертации?

Замечание 4.

Необходимо в этом разделе текста перед формированием цели научной работы выполнить уточнение формулировки исходной проблемы: расширить или углубить перечень вопросов, влияющих на проблему.

Для того чтобы обосновано представить уточнение формулировки проблемы, которую необходимо решить в диссертации, в тексте этого раздела диссертации должны быть отражены (частично), отсутствующие в макете характеристики следующих вопросов (желательно их представить в виде подразделов):

А)1.3 Влияние помех от сигналов внешних источников;

В)1.4 Методы, предпринимаемые по уменьшению влияния помех;

С)1.5 Фильтрация сигналов при наличии помех;

D) 1.6 Возникновение ошибок и их обнаружение в каналах передачи информации;

E)1.7 Цифровое кодирование и помехи;

F)1.8 Методы вычисления потенциальной пропускной способности каналов передачи информации;

G)1.9 Экономическая эффективность известных вариантов каналов передачи информации.

Замечание 5. Необходимо после каждого подраздела сделать сравнение степени важности характеристик (фактора) системы или фиксировать замечания относительно возможного вклада этого фактора на качество системы.

Замечание 6. По всем факторам, на основе сравнения, необходимо выделить класс подпроблем, которые оказывают решающее воздействие на эффективность системы. Предположим, что наиболее существенное воздействие на систему оказывает фактор - «помехи». В этом случае следует сформулировать и записать расширенную формулировку проблемы: «НЕДОСТАТОЧНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В НЕБОЛЬШИХ ЛОКАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМАХ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОМЕХ».

Замечание 7. После выделения проблемы необходимо определить, что необходимо сделать для повышения качества системы. Таким образом, фактически необходимо сформулировать цель. Цель является как бы антиподом проблемы. «Цель» в предлагаемом макете сформулирована достаточно полно.

Замечание 8. Перечень исследований и расчетов, необходимых для решения цели – это фактически перечень задач исследования. «Задачи исследования » в макете сформулированы достаточно полно.

2. Исследование математических моделей влияния перекрёстных помех при передаче сигналов в каналах

Известно большое количество различных методов исследования влияния помех на передачу информации в телекоммуникационных кабелях [5]. Существуют методы исследования, основанные на физическом и математическом моделировании [5]. Физическое моделирование не всегда даёт возможности для исследования предлагаемой проблемы. Преимущество математической модели заключается в том, что процессы влияния перекрёстных помех могут рассматриваться в зависимости от частоты передаваемых сигналов, уровня сигналов помех, от расположения каналов в коммуникационном кабеле, по которым осуществляется передача информации, и от многих других факторов.

2.1 Экспериментальное исследование модели влияния перекрёстных помех при передаче сигналов в каналах

В кабеле пара медных жил является каналом распространения сигналов. В процессе исследования каналы рассматриваются в виде параллельно расположенных или в виде витых каналов. Известно, что каналы можно моделировать, как однородные каналы, состоящие из индуктивностей и емкостей, с распределёнными параметрами [1,5]. При этом существующие емкостные связи между каналами кабеля, в которых осуществляется передача сигнала, способствуют проникновению активных помех из первого канала во второй.

Процессы, протекающие в каналах, могут быть представлены, как совокупность математических уравнений на основе частных производных, которые в дальнейшем преобразовываются в разностные уравнения. На предлагаемой математической модели были проведены исследования уровня перекрёстных помех в каналах в диапазоне частот (0,4 – 40)*10⁶ Гц. Каналы разбивались на отдельные фрагменты. В процессе моделирования изучались процессы прохождения сигнала в каждом фрагменте параллельно расположенных каналов, а также в каждом фрагменте витых каналов.

Модель сигнала, передаваемого по каналу:

, (2.1)

где - входной сигнал;

- выходной сигнал;

- коэффициент передачи;

- шаг дискретизации передаваемого сигнала;

– постоянная времени.

При моделировании сигналы перекрёстных помех представлены, как результаты применения процедуры дифференцирования.

Модель сигнала перекрёстной помехи, возникающей при передаче сигналов по каналам:

, (2.2)

где - выходной сигнал фрагмента модели канала, поступающий на вход блока дифференцирования;

- сигнал на выходе блока дифференцирования;

- шаг дискретизации передаваемого сигнала;

– постоянная времени.

Моделирование влияния перекрёстных помех при передаче информации в каналах организованы в виде программ, выполненных на компьютере (Приложение А).

3

4

1

2

Длительность перекрестных помех, х 10^-9 с

1, 2 - каналы расположены параллельно, состоящие из трёх и четырёх фрагментов, соответственно; 3, 4 - витые каналы, состоящие из трёх и четырёх фрагментов, соответственно.

Рисунок 2.1 - Зависимость уровня перекрёстных помех, переключающих триггер, от их длительности.

На рисунке 2.1 представлены зависимости уровней перекрёстной помехи от их длительности. Из рисунка 2.1 видно, что в каналах, представленных в виде витых каналов (графики 3 и 4), фиксатор наличия перекрёстной помехи срабатывает при более высоких уровнях импульсов помех. Из графиков видно, что уровень помех уменьшается с увеличением

числа моделируемых фрагментов каналов кабеля. При подаче на вход канала сигнала с длительностью меньше, чем 25*10^-9 с воздействие перекрёстных помех резко уменьшается. Из анализа литературы следует, что определение перекрёстных помех на ближнем конце (NEXT) в многоканальном

Расстояние между каналами, х10^-3 м

коммуникационном кабеле в реальном масштабе времени без отключения всей системы не изучено. Показатель NEXT исследовался в зависимости от расстояния между к аналами, от различных длительностей нарастания и спада фронта сигнала, о

2

4

1

3

т различных частот.

1 - Т=20*10^-9 с, f=400*10³ Гц; 2 - Т=3*10^-9 с, f=400*10³ Гц; 3 - Т=20*10^-9 с, f=40*10⁶ Гц; 4 - Т=3*10^-9 с, f =40*10⁶ Гц.

Рисунок 2.2 – Зависимость показателя NEXT от расстояния между каналами кабеля при изменении частоты и длительности фронта импульса передаваемого сигнала.

Из рисунка 2.2 видно, что существенное влияние на значение показателя NEXT может оказывать изменение расстояния между каналами, которое может происходить в процессе эксплуатации.

Временная характеристика выходного сигнала, передаваемого в канале 2 , с учетом влияния перекрестной помехи, возникающей за счет сигнала в канале 1, представлена на рисунке 2.3

Время, х10^-6 с

По оси вертикали 1 клетка – 1 В; по оси горизонтали 1 клетка – 0,1*10^-6 с.

Рисунок 2.3 - Временная характеристика выходного сигнала в канале 2 при наличии перекрёстной помехи.

ЗАМЕЧАНИЯ к макету диссертации( раздел 2 « Исследование математических моделей…»)

Положительные моменты:

Замечание 10. Математические уравнения, представляющие модель системы, можно рассматривать как выполнение обязательного требования для диссертации: использование элементов высшей математики.

Замечание 11.Результаты исследования моделей представлены в виде таблиц и графиков.

Замечание 12. Определено влияние возможных вариантов формирования моделей на точность метода исследования: определено влияние числа дискретных отрезков для модели кабеля. Установлено, что с увеличением числа отрезков точность модели увеличивается.

Отрицательные моменты

Замечание 13. Выбор уравнений математической модели необоснован, не представлено влияние изменения физических параметров на коэффициенты усиления канала и на постоянные времени.

Замечание 14. Нет ссылок на литературу, которая рекомендует, именно эти, уравнения для расчетов.

Замечание 15. Результаты расчетов на математической модели всегда должны быть подтверждены другими источниками. Сравнительная точность работы представленной модели не определена.

Что необходимо сделать дополнительно в диссертации?

Замечание 16. Дополнительно необходимо определить минимальное число отрезков, которое обеспечит заданную точность приближения к непрерывному распространению сигнала.

Замечание 17. Представить влияние изменения физических параметров на коэффициенты усиления и на постоянные времени канала.

Замечание 18. Представить ссылки на литературу, которая рекомендует конкретные уравнения для расчетов.

Замечание 19. Должны быть представлены результаты исследований базовой части модели другими авторами или результаты моделирования, полученные самим автором диссертации, но с использованием другой общеизвестной модели.

Замечание 19*. Если экспериментальные исследования проводятся с использованием физических моделей, то в диссертации следует представить список и характеристики приборов, методику проведения эксперимента, характеристики точности приборов и эксперимента.