Устройство для моделирования систем связи

 

А. И. Кострыкин, А. С. Кулнбаба, А. С. Прибыловс ййи Б. М. Терновский

1.) . - я-6щ .г а." .4? "фp ..

:: 9. 7 »,,-; Я . 4ф Вг:

I (72) Авторы изобретения (7I 3 Заявитель

1, 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМ СВЯЗИ

Изобретение относится к области м делирующих устройств н может быть применено при исследовании поведения сложных систем (mвучесть, надежность и т.п.), например связи к др., включающих множество узлов и каналов связи, в том числе и в условиях внешних воздействий.

Известна моделируюшая система, включающая две электронные вычислительные машины, в памяти одной из которых хранится динамическая модель моделируемой системы, а в памяти другой — программы испытаний, модели различнь х функциональных блоков и т.п. Крома того, в состав этой системы входят соирягающие блоки для выдачи аналоговых стимулов и дискретных сигналов и приема аналоговых, дискретных и телеметрических ответимх датщых. Система дает оператору руководящую информацию на основании сочетания входных сигналов и сравнения их с динамической моделью Щ.

Недостаток известной моделирующей системы состоит в низком быстродействии.

Это особенно сказывается при моделировании сложных систем с целью определения их живучести или надежности, выполняемом с при. менением метода статистических испытаний, согласно которому многократно с помощью датчиков случайных чисел задают случайное состояние узлов н связей системы в соответствии с вероятностью их нормального функционирования и оценивают способность системы пропускать те или иные сигналы с одного или многих входов иа oBRH или несколько выходов Р1 a) .

Однако каждый цикл таких испытаний требует; выполнения сотен-тысяч операций. Число циклов также достигает многих тысяч. В результате оценка вероятного состояния моделируемой системы даже на таких быстродействующих ЭВМ, как БЭСМ-6, занимает от десятков минут до нескольких часов. При моделировании особенно сложных систем нередко складывается ситуация, когда собственная надежность ЭВМ не позволяет довести испытание до конца.

Белью изобретения является повышение быстродействия устройства.

858017

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования систем связи, содержащее вычислительный блок, первый выход которого соединен с входом блока цифроаналогового преобразования, введены блок согласования, блок формирования импульсов, фотоприемник, зеркала, полупрозрачные зеркала, состоящие из последовательно соединенных чередующихся блока имитации узлов системы и блока имитации каналов, связи, а также после- 1р довательно расположенные на оптической оси лазер; оптический модулятор, светоделительный блок, число выходов которого равно числу параллельных ветвей моделируемой системы, первый оптический выход светоделительного бло- 15 ,ка через зеркало, а второй оптический выход светоделительного блока непосредственно соединены соответственно с последовательно размещенными на соответствующих оптических осях

) блоками имитации узлов системы и блоками 20 имитации каналов связи, оптические выходы блоков имитации каналов связи соединены через соответствующие полупрозрачные зеркала с входом фотоприемника, электрические выходы блоков имитации узлов системы и выход 25 фотоприемника подключены к соответствующим входам блока формирования импульсов, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выход которого через блок согласования подключен к электрическому входу опти- ЗО ческого.модулятора, электрические входы блоков имитации узлов системы и каналов связи подключены к выходу блока цифроаналогового преобразования, Блок имитации узла системы содержит гене- 35 ратор случайных импульсов, оптический модулятор и фотоприемник, вход и выход оптического модулятора являются соответственно оптическим входом и выходом блока имитации узла системы, электрическим входом и выходом 40 .которого являются соответственно вход генеpampa импульсов и выход фотоприемника, оптически связанного с модулятором, электрический вход которого подключен к выходу гене- . ратора случайных импульсов. 45

Кроме того, блок имитации канала связи содержит генератор случайных импульсов и оптический мод;улятор, оптические вход и выход которого являются соответственно оптическими входом и выходом блока имитации канала связи, электрическим входом которого является вход генератора случайных импульсов, выход которого соединен с электрическим входом оптического модулятора.

На фиг. 1 показана схема моделируемой системы (квадратами обозначены узлы системы, а стрелками — каналы связи); на фиг. 2— схема предлагаемого устройства.

Устройство включает размещенные последовательно и оптически связанные друт с другом лазер 1, оптический модулятор 2 для ввода зондирующего сигнала, светоделительный блок 3, имеющий число выходов, равное числу параллельных ветвей моделируемой системы (на фиг; 2 показан вариант с и = 2), зеркало 4 (число зеркал 4 может быль равно n — 1), обеспечивающее задание направления параллельного канала (ветви)., блоки 5, ...5и имитации узлов моделируемой системы, включаницие модулято ры 6, соединенные с генераторами 7 случайных импульеов, входы которых являются управляющими электрическими входами блоков 5, и оптически связанные с выходом модулятора б фотоприемники 8, выходы которых являются электрическими выходами блоков (оптические вход и выход блока совпадают с входом и выходом модулятора 6), блоки 9, ... 9m имитации каналов связи, включающие модуляторы 10, соединенные с генераторами 11 случайных импульсов (функциональное назначение элементов 10 и 11 то же, что и элементов 6 и 7), полупрозрачные зеркала 12, образующие пары, для.имитации каналов, соединяющих параллельные ветви моделируемой системы, причем между зеркалами пары установлен блок 9 имитации каналов связи, и выходной (выходные) фотоприемник 13. Вход модулятора, 2 соединен через блок 14,согласования с первым выходом вьгжслительного блока 15, второй выход которого соединен через. блок

16 цифроаналогового преобразования, а вход— через блок 17 формирования импульсов соединен с электрическими выходами этих блоков.

Особенности выполнения основных элементов устройства следующие.

Лазер 1 — газовый, например гелий-неоновый со средней мощностью излучения 1 — 100 мВт, Модуляторы — типовые светоклапанные усгройства, например ячейки Керра.

Датчики случайных чисел (название сохранено по аналогии с нрототчпом) представляют собой мультииибраторы с управляемой скважностью импульсов, значение которой выбирается в соответствии с заданной вероятностью нормального функционирования данного элемента системы, например Р = 0,9, скважность пр» этом должна быть 9: 1. В состав этого датчика целесообразно ввести элемент для запоминания заданной вероятности, что позволит облегчить режим работы вычислительного блока.

Частота колебаний для каждого мультивибратора выбирается индивидуальной, некратной частотам соседних мультивибраторов. Синхронизация недопустима.

Блок 14 согласования предназначен для формирования управляющего напряжения цля мо858017 6 дулятора 2 по командам от блока 15. В качестве его может быть использована типовая ключевая ячейка, соединенная с одновибратором.

Вычислительный блок 15 (название сохранено по аналогии с прототипом) служит для формирования управляющих команд, хранения их и периодической выдачи. В качестве этого блока целесообразно испольэовать небольшую управляющую ЭВМ, например СМ-3. Однако при необходимости он может изготавливаться >0 специально. При этом необходимо быстродействие центрального процессора около 10 тьш. операций в секунду и память 1.10 килобайт для моделирования системы, содержащей сотни узлов. 13

Блок 16. — типовой аналого-цифровой преобразователь, соединенный с коммутатором, число выходов которого равно числу узлов моделируемой системы. Может также использоваться множество аналого-цИфровых преобразователей 20 без коммутатора.

Блок 17 — это формирователи импульсов, например блокинг-генераторы, предназначенные для преобразования сигналов, поступающих от фотоприемников, в импульсы стандартной фор- 23 мы. Может быть выполнен в виде одного формирователя с коммутатором иа входе, соединяющим его с узлом, подлежащим проверке.

Предлагаемое устройство работает следующим образом; 30

Оператор задает вычислительному блоку 15 вероятности исправной работы узлов и связей моделируемой системы. Блок 15 по этим данным формирует коды команд для блоков

51, ... 5 и 9,, ... 9щ, на основании которых блок 16 задает скважность работы генераторов

7 и 11, после чего эти датчики начинают генерировать импульсы, случайным образом распределенные во времени. Эти импульсы воздействуют на модуляторы то открывая, то закрывая их. После задания скважности работы блок

15 г. дает на модулятор 2 серию импульсов, число которых рассчитывается в соответствии с числом испытаний, необходимых для получе45 ния результата заданной достоверности. Электрические импульсы преобразуются модулятором 2 в оптические сигналы, которые проходят по ветвям модели и регистрируются фотоприемником 13. Число зарегистрированных импульсов подсчитывается и по их отношению к числу импульсов, поданных на модулятор, рассчитывают вероятность прохождения сигнала к абоненту и, следовательно, определяют параметры моделируемой системы. Характер решаемой за-" дачи при этом определяется выбором точек съема информации и заданием скважиостей работы датчиков случайных чисел, Наличие или отсутствие узла или связи может имитировап ся подачей нулевого или единичного сигнала, что позволяет изменять структуру моделируемой системы оперативно, например, моделируя динамику развития системы и т.п.

Время моделирования определяется в основном временем ввода исходных данных. Длительность цикла испытаний определяется временем распространения света от входа до выхода модели (несколько наносекунд против единиц секунд в известном устройстве). Полное время испытаний равно длительности серии импульсов, подаваемой на вход модулятора 2, плюс время обработки в вычислительном блоке полученного результата (единицы секунд против десятков минут в известном устройстве)., Одним иэ достоинств предлагаемого устройства является простота синтеза модели, сводящегося к простой расстановке блоков имитации узлов и связей и соединению их с вычислительным блоком. Время сборки и отладки модели, включающей около 100 узлов, составляет несколько часов против нескольких дней в известном устройстве (подготовка модели с пробивкой перфокарт и откладкой).

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования систем связи, содержащее вычислительный блок, первый выход которого соединен с входом блока .цифроаналогового преобразования, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, s устройство введены блок согласования, блок формирования импульсов, фотоприемник, зеркала, полупрозрачные зеркала, состоящие нз последовательно соединенных чередующихся блока имитации узлов системы и блока имитации каналов связи, а также последовательно расположенные на оптической оси лазер, оптический модулятор, светоделительиый блок, число выходов которого равно числу параллельных ветвей моделируемой системы, первый оптический выход светоделитель ного блока через зеркало, а второй оптический выход светоделительного блока непосредственно соединены соответственно с последовательно размещенными на соответствующих оптических осях блоками имитации узлов системы и блоками имитации каналов связи, оптические выходы блоков имитации каналов связи соединены крез соответствующие полупрозрачные зеркала с входом фстоприемника, электрические выходы блоков имитации узлов системы и выход фотоприемника подключены к coorsezствующим входам блока формирования импульсов, выход которого соединен с входом вычислительного блока, выход которого через блок соглаео вания подключен к электрическому входу оптичес,7 85801 кого модулятора, электрические входы блоков имитации узлов системы и каналов связи"подключены к выходу блока цифроаналогового преобразования.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок имитации узла системы содержит генератор случайных импульсов, оптический модулятор и фатоприемник, вход и выход оптического модулятора являются соответственно оптическим входом и выходом блока имитации узла системы, электрическим входом н выходом которого являются соответственно вход генератора импульсов н выход фотоприемника, оптически связанного с модулятором, электрический вход которого подключен к выходу генератора случайных импульсов.

3. Устройство поп. 1, о тли ч а ющ ее с я тем, что блок имитации канала связи содержит генератор случайных импульсов и оптический модулятор, оптические вход и выход которого являются соответственно оптическими входом и выходом блока имитации канала связи, электрическим входом которого является вход генератора случайных импульсов, выход которого соединен с электрическим входом оптического модулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. instr in the aepospace industry, 1970, ч И, с. 348-353, 2. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М., "Наука", 1978, с. 120 — 152.

ВНИИПИ Заказ 7247/81 Тираж 745 Подписное

Филиал ППИ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная„4