Влияние кодов на достоверность передачи сообщений

Так как же должны строиться сигналы команд и контрольных сообщений для того, чтобы удовлетворять выше изложенным требованиям?

Сигналы, соответствующие определенным смысловым сообщениям, передаются по линиям связи в виде последовательностей импульсов. Причем, эти последовательности имеют структуру кодов команд или извещений о состоянии контролируемых объектов (см. п.2.5, 2.7). Следовательно, искажение отдельных импульсов сигнала в процессе его доставки исказит и кодовую комбинацию на выходе приемника и, в конечном счете, смысловое содержание команды. Поэтому решение проблемы повышения достоверности передаваемых сообщений следует искать в выборе правил построения и дешифрации кодов команд и контрольных сообщений, имея в виду, что в пункте приема достаточно часто придется дешифрировать искаженные коды.

Вернемся к примеру, рассмотренному в п. 2.5. Допустим, что для управления 4-мя объектами необходимо из п. А в п. Б передавать 8 команд. Для кодирования этих команд используем трехразрядный двоичный код (табл. 2.1), а для построения сигнала – частотную манипуляцию. Предположим также, что во время передачи команды «объект управления №3 выключить» искажению подвергся второй импульс сигнала (см. рис. 2.22). Искажения оказались настолько значительными, что демодулятор принял решение, что второй импульс имеет значение «0».

Рис. 2.22 Последствия воздействия помех

Таким образом, в результате демодуляции была получена кодовая комбинация 100 (в то время, когда с ПУ на КП передавалась команда 110). Дешифратор команд вместо выключения ОУ №3, выключит объект управления №2.

При предложенном в таблице 1 правиле кодирования трансформация команд будет происходить при каждом искажении сигнала в процессе передачи (хотя бы одного символа), поскольку при построении кодов использовались все из возможных для трехразрядного двоичного кода кодовых комбинаций. Поэтому рассмотренный в разделе 2.5 подход к кодированию, как к простой нумерации команд, для систем управления ответственными технологическими процессами неприемлем.

В системах телемеханического управления процедура кодирования преследует несколько целей:

1) минимизация времени передачи сообщений (передача сообщений должна происходить за минимальное время);

2) надежность доставки сообщений (вероятность искажения смыслового содержания передаваемых сообщений должна быть минимальной).

Поэтому, для повышения надежности канала связи в системах ТУ необходимо применять коды, удовлетворяющие определенным требованиям (в данном случае под кодами подразумеваются и правила построения кодовых комбинаций, и естественно, сами кодовые комбинации). Во-первых, коды должны иметь минимальную длину (разрядность), так как это уменьшит время передачи команд. А во-вторых, коды должны быть помехозащищенными, то есть устойчивыми к превращению одной кодовой комбинации в другую при искажении отдельных символов. Решение этих задач противоречиво, так как для минимизации времени передачи сигналов нужно стремиться к уменьшению длины кодов, а повышение помехозащищенности возможно за счет ее увеличения.

Чтобы код стал помехозащищенным, при его построении используют не все возможные кодовые комбинации, а только часть. Другая часть используется для обнаружения ошибок, возникающих в процессе передачи и приема. Например, для трёхразрядного кода все возможные кодовые комбинации:

1) 000 5) 100

2) 001 6) 101

3) 010 7) 110

4) 011 8) 111

Рекомендованные для использования, отличающиеся друг от друга больше, чем одним разрядом:

2) 001 3) 010 5) 100 8) 111,

или 1) 000 4) 011 6) 101 7) 110.

Но в этом случае при помощи трехразрядного двоичного кода можно будет закодировать не восемь, а только четыре команды. Для кодирования же восьми команд понадобится увеличить разрядность кода как минимум на один двоичный разряд: 0001, 0010, 0100, 0111, 1000, 1011, 1101, 1110, 1111. То есть сделать код избыточным. При таком подходе к построению кодов искажение одного импульса в процессе передачи не приведет к трансформированию одной команды в другую. Способность кодов противостоять трансформированию сообщений зависит от минимального кодового расстояния d – количества двоичных разрядов, которым одна разрешенная кодовая комбинация отличается от другой. В приведенном примере d=2. В помехозащищенных кодах d всегда больше 1. В общем случае, чем больше кодовое расстояние, тем более устойчивым оказывается код к трансформированию команд. Так, если из приведенного перечня возможных кодовых комбинаций трехразрядного двоичного кода использовать только 000 и 111 (d=3) для трансформирования одной команды в другую в процессе передачи необходимо исказить одновременно три импульса (три разряда). Вероятность такого события весьма незначительна.

Таким образом, очевидно, что увеличение кодового расстояния возможно за счет увеличения количества контрольных двоичных разрядов, а следовательно, и общей длины кода. В свою очередь, длина кода не может быть сколь угодно большой, поскольку это приведет, во-первых, к уменьшению количества переданных в единицу времени сообщений, а во-вторых, к увеличению количества искаженных сообщений. Этот факт объясняется тем, что использование помехозащищенных кодов и увеличение кодового расстояния не защищает сигналы от искажения отдельных импульсов вследствие воздействия помех, а только уменьшает вероятность трансформирования одних кодовых комбинаций в другие в результате искажения. Более того, чем больше длина кодовой комбинации (за счет контрольных разрядов, например), тем выше вероятность ее приема с ошибкой. Увеличение длины кодовых комбинаций ведет к увеличению времени передачи соответствующих им сигналов, а следовательно, и к увеличению вероятности того, что за время передачи возникнет достаточно мощная помеха, способная исказить один или несколько импульсов. Принятая искаженная кодовая комбинация после дешифрации отсеивается, команда не исполняется. Оператор должен повторно передать эту же команду, что ведет к еще большей загрузке канала связи.

Справедливости ради следует сказать, что в кодах с кодовым расстоянием d>2 существует возможность не только обнаруживать ошибки, но и исправлять. Более подробно этот материал изложен в / /. Мы же со своей стороны отметим, что в системах диспетчерской централизации с жесткой логикой управления («НЕВА», «ЛУЧ») применялось только обнаружение ошибок передачи/приема – искаженные сообщения игнорировались. При незначительной загрузке каналов связи и относительно коротких сообщениях такой подход был оправдан. В современных микропроцессорных системах ДЦ с ЦП на линейные пункты и с ЛП на центральный пост должны передаваться большие объемы информации, что, естественно, ведет к увеличению длин кодовых комбинаций и времени передачи соответствующих сигналов. Как было сказано ранее, в подобной ситуации общее количество искаженных сообщений возрастает. Так при вероятности искажения элементарного сигнала р=0.0001 вероятность безошибочной передачи сообщения длиной:

-1000 символов 0.9048;

-10 000 символов 0.3678;

-100 000 символов .