3 Исследование потенциальной пропускной способности каналов передачи информации

В сетях компьютерных систем воздействие перекрёстных помех может вызывать значительное снижение пропускной способности каналов. В известных методах вычисления потенциальной пропускной способности канала сигналы представлены в виде символов, передаваемых в одном двоичном канале. При этом каждый переданный символ может быть принят ошибочно с вероятностью и правильно с вероятностью .

3.1 Исследование потенциальной пропускной способности каналов при возникновении ошибок, вносимых перекрёстными помехами от одного активного канала, при наличии дополнительного пассивного канала

Рассмотрим вариант исследования оценки потенциальной пропускной способности каналов при передаче информации по двум каналам и при наличии дополнительного пассивного канала. При этом учитывается вероятность ошибки от сигналов перекрёстных помех, возникающих от передачи сигнала в одном канале. На рисунке 3.1 схематически показаны вероятности переходов в такой модели.

Матрица состояний каналов (рисунок 3.1) представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Матрица состояний активных каналов и дополнительного пассивного канала при возникновении вероятности ошибки, вносимой перекрёстной помехой от одного активного канала.

	у1	у2	у3
х1	p	qc	q
х2	0	0	p

х₁

х₂

у₁

у₂

у₃

р

р

q_с

q

- вероятность безошибочной передачи информации в активных каналах; - вероятность ошибки, вносимая сигналами перекрёстных помех, возникающих от сигналов, передаваемых в активных каналах; - вероятность ошибки, фиксируемая в дополнительном пассивном канале, вносимая сигналами перекрёстных помех, возникающих от сигналов передаваемых в активных каналах; - источник информации; - приёмник информации.

Рисунок 3.1 – Вероятности переходов в двух активных каналах и дополнительном пассивном канале при возникновении вероятности ошибки, вносимой перекрёстными помехами от одного активного канала.

Энтропия передатчиков вычисляется по формуле

(3.1)

Условная энтропия вычисляется по формуле:

(3.2)

Для варианта, когда вероятности источников информации равны, т.е. , энтропия передатчиков и условная энтропия будут иметь следующий вид:

(3.3)

(3.4)

Информация, передаваемая по каналам, будет определена следующим образом:

(3.5)

Соответственно пропускная способность каналов равна

,

где ;

;

- коэффициент пропорциональности.

На рисунке 3.2 представлена зависимость пропускной способности активных каналов от вероятности ошибки при различных коэффициентах пропорциональности , при наличии дополнительного пассивного канала от вероятности ошибки.

Из результатов, представленных на рисунке 3.2, видно, что при исследовании пропускной способности каналов с дополнительным пассивным каналом пропускная способность каналов уменьшается с увеличением вероятности ошибок. Вместе с тем, пропускная способность каналов увеличивается при условии, что в дополнительном пассивном канале фиксируются сигналы перекрёстных помех от сигналов, передаваемых в одном активном канале.

1

2

3

4

1 - =1; 2 - =0,9; 3 - =0,5; 4 - =0,1.

Рисунок 3.2 – Зависимость пропускной способности активных каналов от вероятности ошибки при различных коэффициентах пропорциональности , при наличии дополнительного пассивного канала.

3.2 Исследование повышения потенциальной пропускной способности каналов при возникновении ошибок, вносимых перекрёстными помехами от одного активного канала, при наличии дополнительного пассивного канала

Анализ предыдущей схемы позволяет предложить способ, позволяющий увеличить потенциальную пропускную способность каналов. Рассмотрим вариант исследования оценки потенциальной пропускной способности каналов при передаче информации по двум активным каналам и при наличии дополнительного пассивного канала. При этом учитывается влияние перекрёстной помехи от сигнала, передаваемого в одном активном канале. На рисунке 3.3 схематически показаны вероятности переходов в такой модели.

х₁

х₂

у₁

у₂

у₃

р

р

q_с

q

ВУ

- вероятность безошибочной передачи информации в активных каналах; - вероятность ошибки, вносимая сигналами перекрёстных помех, возникающих от сигналов, передаваемых в активных каналах; - вероятность ошибки, фиксируемая в дополнительном пассивном канале, вносимая сигналами перекрёстных помех, возникающих от сигналов передаваемых в активных каналах; ВУ – вычислительное устройство; - источник информации; - приёмник информации.

Рисунок 3.3 – Вероятности переходов в активных каналах и пассивном канале при возникновении вероятности ошибки, вносимой перекрёстными помехами от одного активного канала.

Вычислительное устройство (ВУ) осуществляет вычисление сигнала модели перекрёстной помехи, который должен максимально соответствовать реальному сигналу перекрёстной помехи. На выходе ВУ знак сигнала модели перекрёстной помехи противоположен относительно знака реального сигнала перекрёстной помехи. С выхода ВУ сигнал модели перекрёстной помехи введён в дополнительный пассивный канал.

Проведем расчеты аналогично предыдущему подразделу и получим:

-информация, передаваемая по каналам , будет иметь следующий вид:

(3.6)

Соответственно пропускная способность каналов равна

(3.7)

где ;

;

- коэффициент пропорциональности.

На рисунке 3.4 представлена зависимость пропускной способности активных каналов от вероятности ошибки при различных коэффициентах пропорциональности (влияние модели помехи), при наличии дополнительного пассивного канала и ВУ, определяющего параметры сигнала модели перекрёстной помехи.

1

2

3

4

Из результатов исследования, представленных на рисунке 3.4, видно, что при использовании информации о уровнях сигналов помех в дополнительном пассивном канале повышается потенциальная пропускная способность каналов. При этом существенное значение на потенциальную пропускную способность каналов оказывает точность модели в виде ВУ. Из полученных результатов, следует, что при коэффициенте пропорциональности =1 и при различных значениях вероятности ошибки, вносимой сигналами перекрёстных помех пропускная способность максимальна (С=1).

1 - =1; 2 - =0,9; 3 - =0,5; 4 - =0,1.

Рисунок 3.4 – Зависимость пропускной способности активных каналов от вероятности ошибки при различных коэффициентах пропорциональности , при наличии дополнительного пассивного канала и ВУ.

3.3 Выводы

1. Были проведены исследования оценки потенциальной пропускной способности при передаче сигналов в двух активных каналах при возникновении ошибок, вносимых перекрёстными помехами и фиксируемых в пассивном канале. При этом учитывалась вероятность ошибки от сигнала перекрёстной помехи, возникающей от сигнала, передаваемого в одном канале. Было установлено, что при фиксировании в пассивном канале сигнала перекрёстной помехи от определённого канала, возникает возможность более точно сформировать сигнал модели перекрёстной помехи.

2. Анализ схем позволяет предложить алгоритм, позволяющий увеличить потенциальную пропускную способность каналов. Были проведены исследования оценки потенциальной пропускной способности каналов при передаче информации по двум активным каналам и при наличии пассивного канала. Использование исследованного алгоритма может позволить повысить потенциальную пропускную способность каналов. При этом существенное значение на потенциальную пропускную способность каналов оказывает точность модели в виде ВУ.

ЗАМЕЧАНИЯ к макету диссертации( раздел «Исследование потенциальной пропускной способности каналов... »)

Положительные моменты:

Замечание 20. На примерах оцениваются количественные значения потенциальной пропускной способности каналов. Значения представлены в виде графиков.

Замечание 21. В расчетах используются математические зависимости, использующие вероятностные оценки случайных процессов.

Отрицательные моменты

Замечание 22. Методики оценки потенциальной пропускной способности каналов известны, но не указано, чем предлагаемая методика отличается ( или не отличается) от известных вариантов.

Замечание 23. В макете рассматривается случай возникновения и влияния перекрестной помехи только одного активного проводника, однако информация передаётся в нескольких каналах одновременно.

Замечание 24. В макете указывается, что пропускная способность при использовании пассивного канала увеличивается, но не сделаны выводы относительно возможного количественного значения этого увеличения ( читатель сам должен делать вычисления).

Что необходимо сделать дополнительно в диссертации?

Замечание 25. Необходимо учесть, по крайней мере, влияние двух перекрестных помех на сигнал в пассивном канале.

4 Разработка схемы повышения эффективности обработки информации

Из анализа вычислений пропускной способности, предложенных в разделе 3, следует, что для повышения потенциальной пропускной способности каналов при наличии перекрёстных помех необходимо использовать каналы, в которых отсутствует передача информации, т.е. избыточных каналов. Ниже предлагается и исследуется схема позволяющая повышение потенциальной пропускной способности каналов.

4.1 Метод фильтрации цифровых сигналов при наличии перекрёстных помех

На основе исследования потенциальных возможностей пропускной способности каналов передачи информации и на основе моделирования влияния перекрёстных помех предлагается вариант аппаратных и программных решений для повышения эффективности обработки информации, связанный с использованием избыточных каналов.

Схема, в которой осуществлён предлагаемый метод фильтрации, работает следующим образом. Сигнал с выхода передатчика передаётся по каналу 1, одновременно, по этому каналу передаётся перекрёстная помеха от канала 2, сигнал с выхода другого передатчика передаётся по каналу 2, одновременно, по этому каналу осуществляется передача перекрёстной помехи от канала 1. На рисунке 4.4 представлена функциональная схема системы, реализующей предлагаемый метод фильтрации для четырёх каналов.

Система содержит каналы 1, 2, 3, 4, блок 5 измерения результирующих сигналов, блок 6 дифференцирования сигнала, блок 7 суммирования, блок 8 формирования сигнала модели помехи, блоки 9 и 10 формирования сигналов.

Сигналы, передаваемые по каналу 1 и по каналу 2 можно описать следующими уравнениями:

, (4.1)

, (4.2)

где А и В – результирующие сигналы в каналах 1 и 2, соответственно;

и – сигналы в каналах 1 и 2, соответственно;

и – сигналы перекрёстных помех, возникающие за счёт передачи сигналов А и В в каналах 1 и 2, соответственно;

и – комплексные коэффициенты влияний сигналов А и В в каналах 1 и 2 на перекрёстные помехи в каналах 1 и 2.

5

10

1

2

4

3

1

9

6

7

2

8

Рисунок 4.4 - Функциональная схема системы, реализующей метод фильтрации цифровых сигналов.

В соответствии с предлагаемым методом в каналах 3 и 4 передача сигнала отсутствует, значит, в этих каналах присутствуют только сигналы перекрёстных помех. Эти сигналы перекрёстных помех можно записать в виде следующих уравнений:

, (4.3)

(4.4)

С помощью блока 6 дифференцирования в канал 3 вводят, дополнительно, сигнал модели перекрёстной помехи с канала 2. На выходе блока 7 суммирования сигнал в канале 3 принимает другой вид, который можно записать в виде следующего уравнения:

, (4.5)

где – сигнал модели перекрёстной помехи пропорциональной помехе ;

- комплексный коэффициент влияния модели сигнала В в канале 2 на перекрёстную помеху в канале 3.

В качестве сигнала модели помехи используют высокочастотную часть результирующего сигнала В, передаваемого в канале 2.

В блоке 8 формирования модели определяют сигнал модели перекрёстной помехи, возникающей от влияния сигнала передаваемого в канале 2, решают два уравнения с двумя неизвестными .

В соответствии с результатами фильтрации по предлагаемому методу перекрёстные помехи на выходе каналов подавляют и на выходах блоков 9 и 10 формирования сигналов получают сигналы с требуемым уровнем помех.

4.4 Выводы

1. В результате применения разработанной методики фильтрации не происходит ложных переключений последовательностей чередований уровней логического «0» и логической единицы «1» в передаваемых сигналах, соответственно, которые могут приводить к появлению ошибок, вызывающих возрастание повторных передач сигналов.

2. Уменьшение числа ошибок при фильтрации сигнала при применении разработанной методики фильтрации цифровых сигналов увеличивает скорость передачи сигналов, что эквивалентно увеличению скорости фильтрации.

3. Для лучшего воспроизведения полезного сигнала, то есть для того, чтобы осуществлять подавление перекрёстной помехи в передаваемом сигнале, необходимо произвести настройку параметров устройства обработки цифровых сигналов (в данном случае коэффициент усиления ).

ЗАМЕЧАНИЯ к макету диссертации( раздел «Разработка схемы повышения эффективности обработки информации »)

Положительные моменты:

Замечание 26. Предложение нового способа фильтрации перекрестных помех близко к материалам, соответствующим документам, требуемым для получения патента на изобретение.

Замечание 27. Необходимые приемы для получения положительного результата нового способа фильтрации рассмотрены достаточно подробно.

Отрицательные моменты

Замечание 28. В макете нет сведений относительно процедуры настройки параметров.

Замечание 29. Нет сведений относительно влияния неточности определения параметров на величину ошибок фильтрации.

Замечание 30. Нет сведений относительно количественных характеристик снижения уровня перекрёстных помех в каналах.

Что необходимо сделать дополнительно в диссертации?

Замечание 31. Вычислить величины ошибок фильтрации в зависимости от реальных значений параметров.

Заключение

1. Исследованы модели влияния перекрёстных помех при передаче сигналов в каналах, представляющих собой распределённую по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузок с использованием разностных уравнений .

2. Проведён теоретический анализ потенциальной пропускной способности каналов передачи информации.

3. Разработана методика фильтрации сигналов при воздействии перекрёстных помех при наличии активных и пассивных каналов передачи информации. Проведена оценка пропускной способности различных схем каналов передачи информации.

4. Разработана структурная схема фильтрации сигналов при воздействии перекрёстных помех при наличии активных и пассивных каналов Установлено, что предлагаемый метод фильтрации позволяет дополнительно существенно увеличить эффективность подавления перекрёстных помех в каналах передачи информации .

ЗАМЕЧАНИЯ к макету диссертации( раздел « заключение »)

Отрицательные моменты

Замечание 32. В разделе « заключение» макета нет упоминаний важных моментов состояния проблемы (радел 1), которые выявил магистрант и на основе которых строится вся логика исследования в диссертации.

Приложение А

Моделирование влияния перекрёстных помех при передаче сигналов в каналах, представляющих собой распределённую по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузок с использованием разностных уравнений

dt=5*10^(-9): f=0.004*10^9: T1=1*10^(-9): k=0.85: V=1: C=1*10^(-9): R=50:

P=0.3: P1=-0.3: DIM U (500): DIM X(500): DIM X1(500): DIM X2(500):

DIM X4(500): DIM X6(500): DIM X7(500): DIM X20(500): DIM X21(500):

DIM X22(500): DIM X24(500): DIM X26(500): DIM X27(500): DIM X28(500): DIM X29(500): DIM Y(500): DIM Y1(500): DIM Y20(500): DIM Y21(500): DIM Yr(500): DIM A(500): DIM A1(500): DIM Ar(500): DIM A20(500):

DIM A21(500): DIM B(500): DIM B1(500): DIM B4(500): DIM B20(500):

DIM B21(500): DIM B24(500): DIM Br (500):

1 T=1/(2*f)

3 m=0

5 FOR n=1 TO 200 STEP V

7 s1=T/dt

9 s=s1|1

11 m2=m+s

14 m1=m2|1

15 IF n<=m1 GOTO 21

16 U(n)=3.21

17 IF n<=m+2*s GOTO 25

19 m=m1+s

21 U(n)=0