Устройство оценки эффективности информационного обмена системы связи

Изобретение относится к электросвязи, в частности к устройствам оценки эффективности информационного обмена в системах связи. Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности оценки КПД передачи информации, за счет измерения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) и интенсивности потока повторных передач путем определения на их основе мощности информационных потерь системы связи и уточнения с ее помощью значений кибернетической мощности и КПД передачи информации. При этом устройстве, содержащем блоки вычисления кибернетической мощности и полной кибернетической мощности системы связи, согласно изобретению для реализации соответствующих функций, дополнительно введены последовательно соединенные первый счетчик, первый делитель, сумматор, перемножитель, вычитающее устройство и четвертый делитель, выход которого является третьим выходом устройства; последовательно соединенные второй счетчик и второй делитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, последовательно соединенные третий счетчик и третий делитель, выход которого соединен со вторым входом перемножителя; блок управления измерениями, первый и второй выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами устройства, при этом первый выход блока управления измерениями соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, второй вход вычитающего устройства соединен с выходом блока вычисления кибернетической мощности, а второй вход четвертого делителя соединен с выходом блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике электросвязи, в частности к устройствам оценки эффективности информационного обмена (информационной эффективности) систем связи. Оно может быть использовано при создании новых и совершенствовании существующих каналов связи, узлов коммутации, автоматизированных систем управления, локальных вычислительных сетей, сетей связи с коммутацией сообщений, сетей связи с коммутацией пакетов, в том числе быстрой коммутацией пакетов.

Известно устройство, используемое для реализации способа оценки информационной эффективности системы связи и представленное в патенте RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8, которое взято в качестве прототипа.

Прототип содержит блоки измерителя-вычислителя универсального параметра для оценки информационной эффективности системы связи: блок измерения количества сообщений в системе связи, блок измерения производительности системы связи, вычисления кибернетической мощности, блок измерения емкостей буферов, блок измерения пропускных способностей, блок вычисления полной кибернетической мощности и блок вычисления КПД. Недостатком прототипа является низкая точность оценки КПД передачи информации, так как при ее определении не учитывают количество потерянных информационных сообщений (пакетов) и интенсивность потока повторных передач.

Предлагаемое устройство предназначено для достижения технического результата, заключающегося в повышении точности оценки КПД передачи информации, за счет измерения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) и интенсивности потока повторных передач путем определения на их основе мощности информационных потерь системы связи и уточнения с ее помощью значений кибернетической мощности и КПД передачи информации.

Технический результат достигается тем, что в устройстве оценки эффективности информационного обмена системы связи, содержащем блоки вычисления кибернетической мощности и полной кибернетической мощности системы связи, согласно изобретению, дополнительно введены последовательно соединенные первый счетчик, первый делитель, сумматор, перемножитель, вычитающее устройство и четвертый делитель, выход которого является третьим выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик и второй делитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, последовательно соединенные третий счетчик и третий делитель, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, кроме того, блок управления измерениями, первый и второй выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами устройства, при этом первый выход блока управления измерениями соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, второй вход вычитающего устройства соединен с выходом блока вычисления кибернетической мощности, а второй вход четвертого делителя соединен с выходом блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи.

Отличительный признак, касающийся дополнительного введения последовательно соединенных: первого счетчика, первого делителя, сумматора, перемножителя, вычитающего устройства и четвертого делителя; второго счетчика и второго делителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора; третьего счетчика и третьего делителя, выход которого соединен со вторым входом перемножителя; а также блока управления измерениями, первый выход которого соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, поясняется следующим. Из блока управления измерениями в систему связи (с первого и второго выходов устройства) выдают информацию о выбранном интервале времени измерений Τ и количестве необходимых измерений n за данный интервал. После чего из системы связи на счетчики за выбранный интервал времени Τ с периодичностью n измерений подают информацию об ошибочно принятых, недоставленных пакетах и повторных передачах пакетов, соответственно. В первом счетчике осуществляют подсчет количества ошибочно принятых пакетов Ν_{οп Τ}, во втором - количества недоставленных пакетов N_{нд T}, в третьем - количества повторно переданных пакетов Ν_{пп Τ}. Полученные в первом и втором счетчиках количества пакетов Ν_{οп Τ} и N_{нд T} направляют на первые входы первого и второго делителей, соответственно, где производят операцию деления на количество измерений n, поступающее на вторые входы делителей со второго выхода блока управления измерениями, и находят средние количества ошибочно принятых Ν_οп и недоставленных пакетов N_нд. Определенные в первом и втором делителях значения N_оп и N_нд, соответственно, подают на сумматор, где производят операцию сложения и определяют общее среднее количество информационных потерь (пакетов) в системе связи N_оп+N_нд=Ν_пот. Найденное значение Ν_пот направляют на первый вход перемножителя. Посчитанное в третьем счетчике количество повторно переданных пакетов Ν_{пп Τ} подают на первый вход третьего делителя, где производят операцию деления на величину интервала времени измерений Τ в секундах, поступающую на второй вход третьего делителя с первого выхода блока управления измерениями, и находят значение интенсивности потока повторных передач γ_пп, которое подают на второй вход перемножителя. В перемножителе производят перемножение значений Ν_пот и γ_пп, поступающих на его входы, в результате чего получают значение мощности информационных потерь системы связи KW_ип. Полученное значение KW_ип направляют на первый вход вычитающего устройства, на второй вход которого подают значение кибернетической мощности KW из блока вычисления кибернетической мощности системы связи, выполненного по схеме, представленной в прототипе [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]. В вычитающем устройстве путем выполнения операции вычитания определяют «реальную» кибернетическую мощность системы связи KW_реал=KW-KW_ип. Вычисленное значение KW_реал направляют на первый вход четвертого делителя, на второй вход которого подают значение полной кибернетической мощности KW_полн из блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи, выполненного по схеме, представленной в прототипе [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]. В четвертом делителе производят операцию деления значения KW_реал на значение KW_полн, поступивших на его входы. В результате чего получают значение КПД передачи информации системы связи с учетом информационных потерь η_ип, которое выдают на его выход, являющийся третьим выходом устройства.

Проведенные исследования [Межуев A.M., Пасечников И.И., Коренной А.В. Тензорная ортогональная модель с учетом влияния помеховой обстановки при оценке информационной эффективности инфокоммуникационных сетей. - М: Радиотехника, 2018. - №10. - С. 96-108] на основании требований Международного союза электросвязи по допустимым потерям пакетов в процессе информационного обмена [ITU-T Recommendation G. 1010 End-user multimedia QoS categories // November 2001; ITU-T Recommendation Y.1541 Network Performance Objectives for IP-Based Services // May 2002; ITU-T Recommendation E.802 Overall network operation, telephone service, service operation and human factors // February 2007] показывают, что получаемые оценки η_ип одновременно учитывают влияние помех и в целом дестабилизирующих факторов (совокупность воздействий, которые возникают случайно или преднамеренно в процессе функционирования системы и приводят к нежелательным воздействиям на отдельные элементы и систему в целом: ошибки при передаче информации, сбои и отказы в работе узлов коммутации, побочные эффекты и т.д.) на информационный обмен в системе связи. Учет информационных потерь в системе связи на сетевом уровне путем дополнительного определения мощности информационных потерь системы связи, позволяет существенно повысить точность оценки КПД передачи информации (до 20% от максимального значения КПД η_max). Поэтому использование уточненной оценки КПД передачи информации с учетом информационных потерь позволяет реализовать процедуры комплексной многоконтурной адаптации системы связи к изменениям условий функционирования в реальном масштабе времени, обеспечивающие поддержание высокой эффективности информационного обмена [Межуев A.M., Пасечников И.И., Коренной А.В. Методологические основы организации многоконтурной адаптации в сетевых информационных системах. - М.: Электромагнитные волны и электронные системы, 2019. - №4. - С. 35-45].

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором фигура изображает схематический чертеж устройства оценки эффективности информационного обмена системы связи, согласно изобретению.

Устройство оценки эффективности информационного обмена системы связи (фигура) содержит:

блок вычисления кибернетической мощности 1, предназначенный для определения значения кибернетической мощности системы связи KW (включающий блоки измерения количества сообщений и производительности системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]);

блок вычисления полной кибернетической мощности 2, предназначенный для определения значения полной кибернетической мощности системы связи KW_полн (включающий блоки измерения емкостей буферов блока запоминающих устройств и пропускных способностей блока устройств передачи информации системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8]);

блок управления измерениями 3, предназначенный для задания интервала времени измерений Т и количества необходимых измерений n;

счетчик ошибочно принятых пакетов 4.1, предназначенный для подсчета количества ошибочно принятых пакетов N_{оп Т};

счетчик недоставленных пакетов 4.2, предназначенный для подсчета количества недоставленных пакетов N_{нд Т};

счетчик повторно переданных пакетов 4.3, предназначенный для подсчета количества повторно переданных пакетов N_{пп Т};

делитель 5.1, предназначенный для определения среднего количества ошибочно принятых пакетов N_оп путем выполнения операции деления количества ошибочно принятых пакетов N_{оп Т} за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n;

делитель 5.2, предназначенный для определения среднего количества недоставленных пакетов N_нд путем выполнения операции деления количества недоставленных пакетов N_{нд Т} за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n;

делитель 5.3, предназначенный для определения значения интенсивности потока повторных передач γ_пп путем выполнения операции деления количества повторно переданных пакетов N_{пп Т} за выбранный интервал времени измерений Т на величину этого интервала в секундах;

сумматор 6, предназначенный для определения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи N_пот путем выполнения операции сложения полученных в делителях 5.1, 5.2 значений N_оп, N_нд, соответственно;

перемножитель 7, предназначенный для перемножения значений общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи Ν_пот и значения интенсивности потока повторных передач γ_пп с целью получения значения мощности информационных потерь системы связи KW_ип;

вычитающее устройство 8, предназначенное для определения значения «реальной» кибернетической мощности системы связи KW_реал путем выполнения операции вычитания из значения кибернетической мощности системы связи KW мощности информационных потерь KW_ип;

делитель 9, предназначенный для деления значений «реальной» кибернетической мощности системы связи KW_реал на значения полной кибернетической мощности системы связи KW_полн с целью получения на выходе устройства значения КПД передачи информации с учетом информационных потерь η_ип.

Все операции, выполняемые в блоках 1-9, могут быть реализованы, например, на основе цифровых устройств и быстродействующих микроконтроллеров [Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. - С.-Пб.: Наука и Техника, 2008. - 544 с.; Микушин А.В., Сажнев A.M., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. - С.-Пб.: БХВ - Петербург, 2010. - 832 с.].

Работа устройства (фигура) осуществляется следующим образом. В блоке управления измерениями 3 осуществляют выбор интервала времени измерений Τ и количества необходимых измерений n, которые с первого и второго выходов блока, являющихся, соответственно, первым и вторым выходами устройства, выдают в систему связи. После чего из системы связи в счетчики 4.1, 4.2 и 4.3, соответственно, получают информацию об ошибочно принятых, недоставленных и повторно переданных пакетах. В счетчике 4.1 производят подсчет количества ошибочно принятых пакетов Ν_{οπ Τ}, в счетчике 4.2 - количества недоставленных пакетов Ν_{ид Т} в системе связи за выбранный интервал времени измерений Т. Посчитанные в счетчиках 4.1 и 4.2 количества пакетов N_{оп T} и N_{ид Т} направляют, соответственно, на первые входы делителей 5.1 и 5.2, где путем выполнения операции деления на количество измерений n, поступающее на вторые входы делителей со второго выхода блока управления измерениями 3, и находят средние количества ошибочно принятых N_оп и недоставленных пакетов N_нд. Далее с выходов делителей 5.1 и 5.2, соответственно, выдают Ν_оп и Ν_нд на первый и второй входы сумматора 6. В сумматоре 6 выполняют операцию сложения посчитанных значений Ν_оп, Ν_нд и выдают полученное значение общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи Ν_пот на первый вход перемножителя 7. В счетчике 4.3 производят подсчет количества повторно переданных пакетов Ν_{пп Τ} за интервал времени измерений Т. После чего выдают его на первый вход делителя 5.3, где путем выполнения операции деления на величину интервала времени измерений Τ в секундах, поступающую на второй вход делителя 5.3 с первого выхода блока управления измерениями 3, находят значение интенсивности потока повторных передач γ_пп, которое подают на второй вход перемножителя 7. В перемножителе 7 выполняют операцию умножения значения Ν_пот на γ_пп и направляют полученное значение мощности информационных потерь системы связи KW_ип на первый вход вычитающего устройства 8. В блоке вычисления кибернетической мощности 1 на основе входной информации, поступающей из системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8] определяют значение кибернетической мощности системы связи KW, которое с его выхода подают на второй вход вычитающего устройства 8. В вычитающем устройстве 8 выполняют операцию вычитания из значения кибернетической мощности системы связи KW значения мощности информационных потерь системы связи KW_ип и выдают полученное значение «реальной» кибернетической мощности системы связи KW_реал на первый вход делителя 9. В блоке вычисления полной кибернетической мощности 2 на основе входной информации, поступающей из системы связи, согласно прототипу [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013 Бюл. №8] определяют значение полной кибернетической мощности системы связи KW_полн, которое с его выхода подают на второй вход делителя 9. В делителе 9 производят операцию деления значений KW_реал на KW_полн, поступающих на его входы, в результате чего определяют уточненное значение КПД передачи информации системы связи с учетом информационных потерь η_ип, которое выдают на его выход, являющийся третьим выходом устройства.

Устройство оценки эффективности информационного обмена системы связи, содержащее блок вычисления кибернетической мощности, предназначенный для определения значения кибернетической мощности системы связи КW путем измерения количества сообщений и производительности системы связи (1) и блок вычисления полной кибернетической мощности, предназначенный для определения значения полной кибернетической мощности системы связи КW_полн путем измерения емкостей буферов блока запоминающих устройств и пропускных способностей блока устройств передачи информации системы связи (2) системы связи, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные первый счетчик (4.1), предназначенный для подсчета количества ошибочно принятых пакетов в интервале Т, первый делитель (5.1), предназначенный для определения среднего количества ошибочно принятых пакетов путем выполнения операции деления количества ошибочно принятых пакетов за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n, сумматор (6), предназначенный для определения общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи путем выполнения операции сложения полученных в делителях (5.1), (5.2) значений, перемножитель (7), предназначенный для перемножения значений общего среднего количества информационных потерь (пакетов) в системе связи и значения интенсивности потока повторных передач с целью получения значения мощности информационных потерь системы связи КW_ип, вычитающее устройство (8), предназначенное для определения значения «реальной» кибернетической мощности системы связи КW_реал путем выполнения операции вычитания из значения кибернетической мощности системы связи КW мощности информационных потерь КW_ип и четвертый делитель (9), предназначенный для деления значений «реальной» кибернетической мощности системы связи КW_реал на значения полной кибернетической мощности системы связи КW_полн с целью получения значения КПД передачи информации с учетом информационных потерь η_ип, выход которого является третьим выходом устройства, а также последовательно соединенные второй счетчик (4.2), предназначенный для подсчета количества недоставленных пакетов в интервале Т, и второй делитель (5.2), предназначенный для определения среднего количества недоставленных пакетов путем выполнения операции деления количества недоставленных пакетов за выбранный интервал времени измерений Т на количество необходимых измерений n, выход которого соединен со вторым входом сумматора, последовательно соединенные третий счетчик (4.3), предназначенный для подсчета количества повторно переданных пакетов в интервале Т, и третий делитель (5.3), предназначенный для определения значения интенсивности потока повторных передач путем выполнения операции деления количества повторно переданных пакетов за выбранный интервал времени измерений Т на величину этого интервала в секундах, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, кроме того, блок управления измерениями (3), предназначенный для задания интервала времени измерений Т и количества необходимых измерений n, которые с первого и второго выходов блока, являющихся, соответственно, первым и вторым выходами устройства, выдают в систему связи, при этом первый выход блока управления измерениями соединен со вторым входом третьего делителя, второй выход - со вторыми входами первого и второго делителей, второй вход вычитающего устройства соединен с выходом блока вычисления кибернетической мощности, а второй вход четвертого делителя соединен с выходом блока вычисления полной кибернетической мощности системы связи.