Устройство для параметрической оценки закона распределения потоков сообщений

 

Изобретение относится к вычислительной технике и радиотехнике, может быть использовано для параметрической оценки распределения потоков многопакетных сообщений в средствах многоканальной радиосвязи, объединенных сетью интегрального обслуживания. Целью изобретения является создание устройства, обладающего более высоким уровнем быстродействия за счет исключения необходимости перебора М сочетания параметров распределения и оценки закона распределения потока на основе вычисления средних значений параметров этого потока. Устройство содержит входной усилитель 1, блоки вычисления параметров 2, вычисления средних арифметических значений 3, определения типа распределения 4, вычислитель распределения 5, блок управления 6 и позволяет вычислять значения распределений потока многопакетных сообщений за счет определяемых в блоках 2 и 3 средних значений параметров потока. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к dычислительной технике и радиотехнике и может быть использовано для параметрической оценки закона распределения потоков многопакетных сообщений в средствах многоканальной (спутниковой, радиорелейной, тропосферной) радиосвязи, объединенных сетью интегрального обслуживания (СИО).

Известно устройство [1] для оценки функции распределения, содержащее управляющее устройство, блок памяти, блок проверки согласия, выход которого является выходом устройства и подключен к управляющему устройству, выход которого через блок памяти подключен к блоку проверки согласия.

Недостатком данного устройства является низкий уровень быстродействия, так как в нем с помощью управляющего устройства осуществляется перебор множество предполагаемых теоретических функций распределения, значения которых хранятся в блоке памяти с учетом М различных сочетаний параметров законов распределения. В устройстве не предусмотрен какой либо предварительный выбор типа распределения, что и обуславливает необходимость перебора множества теоретических функций распределения, а следовательно, и недостаточное быстродействие.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству (прототипом) является устройство для параметрической оценки закона распределения [2] содержащее входной усилитель, вход которого является входом устройства, блок памяти, блок проверки согласия, блок управления, синтезатор функции распределения, информационный вход которого подключен к второму входу усилителя, а выход подключен к первому входу блока проверки согласия, второй вход блока проверки согласия подключен к выходу блока памяти и управляющему входу анализатора функций распределения, третий выход блока управления соединен с управляющим входом памяти, а четвертый выход блока управления подключен к третьему входу блока проверки согласия.

Это устройство является надежным инструментом для аппаратурного измерения вероятностных характеристик случайных процессов и позволяет выбирать тип распределения и определять его параметры.

Недостатком прототипа является низкий уровень быстродействия при его использования для оценки распределений потоков многопакетных сообщений (МПС) в сетях интегрального обслуживания, обусловленный необходимостью перебора М сочетаний параметров распределения.

Целью изобретения является создание устройства, обладающего более высоким уровнем быстродействия за счет исключения необходимости перебора М сочетаний параметров распределения и оценки закона распределения потока МПС на основе вычисления средних значений параметров этого потока.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для параметрической оценки закона распределения, содержащее входной усилитель, на вход которого подана бинарная импульсная последовательность, блоки управления и определения типа распределения, дополнительно введены вычислитель распределения, блоки вычисления параметров и вычисления средних арифметических значений, причем выход входного усилителя подключен к первому входу блока вычисления параметров, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления. Первый выход блока управления подключен к шестому входу вычислителя распределения. Первый и второй выходы блока вычисления параметров соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычисления средних арифметических значений, первый выход которого подключен к первому входу вычислителя распределений и к входу блока определения типа распределения. Второй выход блока вычисления соседних арифметических значений подключен к второму входу вычислителя распределений. Три выхода блока определения типа распределения соединены с третьим, четвертым и пятым входами вычислителя распределения6 выход которого является выходом устройства.

Блок вычисления параметров содержит дешифратор заголовков пакетов, обнаружитель пауз, счетчик информационной длины многопакетных сообщений, счетчик сообщений, вычислитель соотношения информационных длин пакетов и сообщений, причем вход дешифратора заголовков пакетов, являющийся входом блока, параллельно подключен к первому входу счетчика информационной длины многопакетных сообщений и к входу обнаружителя пауз, выход дешифратора заголовков соединен с вторым входом счетчика информационной длины многопакетных сообщений, выход обнаружителя пауз подключен к третьему входу счетчика информационной длины многопакетных сообщений и к первому входу счетчика сообщений, выход счетчика информационной длины многопакетных сообщений подключен к первому входу вычислителя соотношения информационных длин пакетов и сообщений, второй вход которого, как и второй вход счетчика сообщений, соединены с блоком управления, и выходы которых являются первым и вторым выходами блока вычисления параметров.

Блок управления содержит генератор тактовых импульсов и три делителя с переменным коэффициентом деления, причем выход генератора тактовых импульсов параллельно подключен к входам всех трех делителей с переменным коэффициентом деления, выход первого из которых подключен к вычислителю распределения, а выходы двух других делителей с переменным коэффициентом деления подключены к блоку вычисления параметров.

Блок определения типа распределения содержит цифроаналоговый преобразователь, два компаратора, генератор порогового напряжения и элемент "ИЛИ-НЕ", причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом блока вычисления среднего арифметического значения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первыми входами компараторов, вторые входы которых подключены к выходу генератора порогового напряжения, выходы компараторов являются первым и вторым выходами блока, соединены с первым и вторым входом элемента "ИЛИ-НЕ" и с третьим и четвертым входом вычислителя распределения, выход элемента "ИЛИ-НЕ" является третьим выходом блока и подключен к пятому входу вычислителя распределения.

Принцип создания предлагаемого устройства основан на возможности оценки закона распределения с использованием средних значений параметров различных разновидностей потоков МПС, определяемых путем измерения характеристик этих потоков. Наиболее полное описание разновидностей потоков МПС пользователей СИО может быть дано рассмотрением следующих распределений [3] 1. Простой поток МПС (количество элементов в информационной части пакетов сообщения равно количеству элементов, содержащихся в информационной части МПС, то есть m_n=m_с и ), распределение числа пакетов которого определяется выражением: 2. Сложный поток МПС (m_n<m и ζ<1) с распределением: 3. Прореженный поток МПС (m_n>m_с, ζ >1) с распределением: Анализ выражения позволяет сделать вывод о том, что оценку распределения потока МПС можно получить на основе определения параметров потока λ_c и ζ Использование в этих целях устройства [2] является нецелесообразным в силу его недостаточного быстродействия, так как для определения типа распределения не требуется вычисление коэффициентов асимметрии и эксцесса, требуется лишь качественное определение параметра ζ усредненного на интервале наблюдения, а для получения оценочных значений распределения не требуется реализации последовательного перебора М возможных сочетаний параметров распределения до выполнения критерия согласия, требуется лишь реализовать расчет одного из трех аналитических выражений по усредненным за интервал наблюдения параметрам l_c и ζ. Построение устройства, основанного на таком принципе работы, в отличие от прототипа, где происходит перебор М возможных сочетаний параметров распределения, обладает преимуществом по уровню быстродействия для оценки закона распределения потоков МПС, так как является адаптированным именно для этого вида случайных процессов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявленного устройства; на фиг. 2 функциональная схема блока вычисления параметров; на фиг. 3 - функциональная схема вычислителя соотношения информационных длин пакетов и сообщений; на фиг. 4 функциональная схема блока управления; на фиг. 5 - функциональная схема блока определения типа распределения.

Устройство для параметрической оценки закона распределения потоков сообщений (фиг. 1) содержит: входной усилитель 1, на вход которого подана бинарная импульсная последовательность, блок вычисления параметров 2, блок вычисления соседних арифметических значений 3, блок определения типа распределения 4, вычислитель распределения 5, блок управления 6. При этом выход входного усилителя 1 подключен к первому входу 21 блока вычисления параметров 2, второй 22 и третий 23 входы которого соединены соответственно с вторым 62 и третьим 63 выходами блока управления 6. Первый выход 61 блока управления 6 подключен к шестому входу 56 вычислителя распределения 5. Первый 24 и второй 25 выходы блока вычисления параметров 2 соединены соответственно с первым 31 и вторым 32 входами блока вычисления средних арифметических значений 3, первый выход которого подключен к первому входу 51 вычислителя распределений и к входу определения типа распределения 4. Второй выход блока вычисления средних арифметических значений 3 подключен к второму входу 52 вычислителя распределений 5. Три выхода 41 43 блока определения типа распределения 4 соединены с третьим 53, четвертым 54 и пятым 55 входами вычислителя распределения 5, выход которого является выходом устройства.

Блок вычисления параметров (фиг. 2) содержит дешифратор заголовков пакетов 2.01, обнаружитель пауз 2.02, счетчик информационной длины МПС 2.03, счетчик сообщений 2.04, вычислитель соотношения информационных длин пакетов и сообщений 2.05. При этом вход 21 дешифратора заголовков пакетов, являющийся входом блока, параллельно подключен к переводу входу счетчика информационной длины многопакетных сообщений 2.03 и к входу обнаружителя пауз 2.02, выход дешифратора заголовков пакетов 2.01 соединен с вторым входом счетчика информационной длины многопакетных сообщений 2.03. Выход обнаружителя пауз 2.02 подключен к третьему входу счетчика информационной длины многопакетных сообщений 2.03 и к первому входу счетчика сообщений 2.04, выход счетчика информационной длины многопакетных сообщений 2.03 подключен к первому входу вычислителя соотношения информационных длин пакетов и сообщений 2.05, второй вход которого 23, как и второй вход счетчика сообщений 22, соединены с блоком управления 6, и выходы которых являются первым 24 и вторым 26 выходами блока вычисления параметров.

Блок 6 управления (фиг. 4) содержит генератор тактовых импульсов 6.01 и группу делителей с переменными коэффициентом деления (ДПКД) 6.02-6.04. При этом выход генератора тактовых импульсов 6.01 параллельно подключен к входам всех трех делителей с переменным коэффициентом деления, выход 61 первого из которого подключен к вычислителю распределения 5, а выходы 62 и 63 двух других делителей с переменным коэффициентом деления подключены к блоку вычисления параметров 2.

Блок 4 определения типа распределения (фиг. 5) содержит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4.01, два компаратора 4.02, 4.03, генератор порогового напряжения 4.04, элемент "ИЛИ-НЕ" 4.05. при этом вход цифро-аналогового преобразователя 4.01 соединен с выходом блока вычисления среднего арифметического значения 3, выход цифроаналогового преобразователя 4.01 соединен с первыми входами компараторов 4.02 и 4.03, вторые входы которых подключены к выходу генератора порогового напряжения 4.04, выходы компараторов являются первым 41 и вторым 42 выходами блока, соединены с первым и вторым входом элемента "ИЛИ-НЕ" 4.05 и с третьим 53 и четвертым 54 входом вычислителя распределения 6, выход элемента "ИЛИ-НЕ" 4.06 является третьим выходом блока 4 и подключен к пятому входу 55 вычислителя распределения 5.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Исследуемый входной поток МПС пользователей СИО в виде бинарной импульсной последовательности, пронормированной по амплитуде и длительности усилителем 1, поступает на вход 21 блока 2 вычисления параметров, в котором производится определение параметров λ_c и ζ Блок вычисления параметров может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 2. определение значений параметров производится следующим образом. Дешифратор 2.01 анализирует поступающую на вход блока 2 вычисления параметров импульсную последовательность и при обнаружении в ней признака начала информационной части пакета запускает счетчик 2.03, моменты завершения счета определяются моментами обнаружения дешифратором окончания информационной части пакета. Моменты поступления значений информационной длины сообщения m_с в вычислитель соотношений информационных длин 2.05 и обнуления счетчика 2.03 определяется моментами появления импульсов на выходе обнаружителя пауз 2.02 [4] фиксирующего окончание сообщения. В вычислителе соотношений 2.05 определяются значения для фиксированной длины пакетов принятых в СИО и устанавливаемых блоком 6 управления, подачей на вход 23 блока 2 2.05 импульсов, количество которых соответствует значению m_с. Вычислитель соотношения информационных длин пакетов и сообщений 2.05 (фиг. 3) содержит обнаружитель пауз 2.51 [4] счетчик 2.52, делитель 2.53 и работает следующим образом. Импульсная последовательность с блока управления 6 параллельно поступает на вход 23 счетчика 2.52 и обнаружителя пауз 2.51. Количество импульсов последовательности соответствует принятой в данный момент в системе длины пакета. В момент поступления на второй вход счетчика импульса выхода обнаружителя пауз 2.516 свидетельствующего об окончании последовательности, с выхода счетчика снимается значение количества импульсов и сохраняется до момента формирования блоком 6 следующей последовательности (в случае изменения принятой в СИО длины пакета). Делитель 2.53 производит собственно расчет параметра Значение λ_c определяется счетчиком 2.04 по импульсам с выхода обнаружителя пауз 2.02 за интервал времени, определяемый блоком 6 управления, посредством подачи импульсов с частотой f_наб на обнуляющий вход 22 счетчика 2.04.

Значения λ_c и ζ в параллельном коде поступают на входы 31 и 32 блока 3 вычисления среднего арифметического значения, где определяются средние за интервал наблюдения значения Интервал наблюдения устанавливается блоком 6 управления в зависимости от требуемой точности. Блок 6 управления может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 4. Формирование управляющих импульсных последовательностей осуществляется установкой на элементах группы ДПКД соответствующих коэффициентов деления импульсной последовательности, поступающей с выхода генератора 6.01. Установкой коэффициента элемента 6.03 определяется значение t_н=1/f_н, установкой коэффициента элемента 6.04 определяется длина пакета, принятая в данный момент в СИО (m_п), установкой коэффициента элемента 6.02 определяется необходимое для расчета выражений (1)-(3) количество пакетов (k). Элементы группы ДПКД 6.02-6.04 могут быть реализованы аналогично устройствам, представленным в [5] Значение подается на вход блока определения типа распределения, в котором происходит его сравнение с единичным порогом. Блок определения типа распределения 4 может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 5. Определение типа распределения потока МПС осуществляется следующим образом. Значения x поступающие с выхода блока 3 в двоичном параллельном коде, в ЦАП 4.01 преобразуются в аналоговое напряжение, которое на компараторах 4.02, 4.03 сравнивается с пороговым напряжением, вырабатываемым генератором напряжения 4.04. Значение порогового напряжения соответствует единичному значению x На выходе 42 компаратора 4.02 появляется сигнал логической единицы в случае превышения значения x единичного значения и поступает на вход 54 вычислителя распределения, в обратном случае появление логической единицы происходит на выходе 41 компаратора 4.03 и поступает на вход 53 вычислителя распределения 5. При наличии логических нулей на выходах компараторов 4.02 и 4.03 принимается решение о том, что x1, об этом свидетельствует наличие логической единицы на выходе 43 элемента "ИЛИ-НЕ" 4.05.

По результатам сравнения путем подачи управляющего импульса на один из трех входов 53-55 вычислителя 5, принимается решение о вычислении одного из аналитических выражений по значениям параметров поступающих с выходов блока 3 в вычислитель 5. Вычисления могут быть проведены для различных значений количества пакетов, выбор значений осуществляется блоком управления 6 путем подачи импульсов6 количество которых соответствует заданному значению количества пакетов, на вход блока 5. Вычисленные значения распределений с выхода вычислителя 5 подаются на устройство регистрации.

Цифроаналоговый преобразователь 4.01 может быть реализован аналогично устройствам, описанным в [6] Компараторы 4.02 и 4.03 могут реализовываться аналогично, описанным в [7]
Вычислитель распределения 5 может быть реализован на основе арифметико-логического устройства, аналогичного устройствам, представленным в [8]
Таким образом при применении объекта изобретения в качестве устройство для параметрической оценки распределения потоков МПС достигается повышение быстродействия по сравнению с известным устройством (прототипом) примерно в М раз, где М количество возможных сочетаний параметров распределения. Указанный положительный эффект обеспечивается тем, что в заявленном устройстве исключается необходимость перебора М сочетаний параметров распределения, а средние значения параметров определяется измерением характеристик потока многопакетных сообщений, циркулирующих в сетях интегрального обслуживания.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 236868, кл. G 06 G 7/52, 1969, Бюл. N 7
2. Авторское свидетельство СССР N 1024935, кл. G 06 F 15/36, G 06 G 7/52, 1983, Бюл. N 23 (прототип)
3. Советов Б.Я. Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.Машиностроение, 1990, с.113 115.

4. Авторское свидетельство СССР N 1164896, кл. G 06 F 15/36, 1985, Бюл. N 24.

5. Мальцев Л.А. Фромберг Э.М. Ямпольский В.С. Основы цифровой техники. -М.Радио и связь, 1986, с.41, рас. 34, 35.

6. Аналоговые, цифровые интегральные микросхемы, Под ред. Якубовского С. В.-М.Радио и связь, 1984, с. 348-357.

Лебедев О.И. Сидоров А.М. Импульсные цифровые устройства. Цифровые узлы и их проектирование на микросхемах. -Л.ВАС, 1980, с.123, рис. 4.15, 4.23.

8. Дроздов Е. А. Комарницкий В.А. Пятибратов А.П. Электронно-вычислительные машины Единой системы. -М.Машиностроение, 1981 с. 158 170.

Формула изобретения

1. Устройство для параметрической оценки закона распределения потоков сообщений, содержащее входной усилитель, на вход которого подана бинарная импульсная последовательность, блоки управления и определения типа распределения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены вычислитель распределения, блоки вычисления параметров и вычисления средних арифметических значений, причем выход входного усилителя подключен к первому входу блока вычисления параметров, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока управления, первый выход которого подключен к шестому входу вычислителя распределения, первый и второй выходы блока вычисления параметров соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычисления средних арифметических значений, первый выход которого подключен к первому входу вычислителя распределений и к входу блока определения типа распределения, второй выход блока вычисления средних арифметических значений подключен к второму входу вычислителя распределений, три выхода блока определения типа распределения соединены с третьим, четвертым и пятым входами вычислителя распределения, выход которого является выходом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок вычисления параметров содержит дешифратор заголовков пакетов, обнаружитель пауз, счетчик информационной длины многопакетных сообщений, счетчик сообщений, вычислитель соотношения информационных длин пакетов и сообщений, причем вход дешифратора заголовков пакетов, являющийся входом блока, параллельно подключен к первому входу счетчика информационной длины многопакетных сообщений и к входу обнаружителя пауз, выход дешифратора заголовков пакетов соединен с вторым входом счетчика информационной длины многопакетных сообщений, выход обнаружителя пауз подключен к третьему входу счетчика информационной длины многопакетных сообщений и к первому входу счетчика сообщений, выход счетчика информационной длины многопакетных сообщений подключен к первому входу вычислителя соотношений информационных длин пакетов и сообщений, второй вход которого и второй вход счетчика сообщений соединены с блоком управления, первым и вторым выходами блока являются выходы вычислителя соотношений информационных длин пакетов и сообщений и счетчика сообщений.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов и три делителя с переменным коэффициентом деления, причем выход генератора тактовых импульсов параллельно подключен к входам всех трех делителей с переменным коэффициентом деления, выход первого из которых подключен к вычислителю распределения, а выходы двух других делителей с переменным коэффициентом деления подключены к блоку вычисления параметров.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения типа распределения содержит цифроаналоговый преобразователь, два компаратора, генератор порогового напряжения и элемент ИЛИ НЕ, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом блока вычисления среднего арифметического значения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первыми входами компараторов, вторые входы которых подключены к выходу генератора порогового напряжения, выходы компараторов являются первым и вторым выходами блока и соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ НЕ и с третьим и четвертым входами вычислителя распределения, выход элемента ИЛИ НЕ является третьим выходом блока и подключен к пятому входу вычислителя распределения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5