Обобщенная модель контроля и классификация измерительных технологий современных телекоммуникаций

^ Цель: изучение средств измерений и анализа параметров диагностирования и контроля ТКС

Основные понятия и определения

Диагностирование, контроль в сочетании с измерением, анализом и тестированием служат боле глубокому пониманию физических процессов, протекающих при передаче информации и нацелены на поддержание используемых для этой цели устройств в состоянии, удовлетворяющим установленным критериям.

Анализ – метод исследования путем рассмотрения отдельных стадий, свойств и составных частей объекта или процесса, в том числе сигнала, с помощью специальных технических средств, осуществляющих измерения с последующей обработкой по определенному правилу результатов этих измерений.

^ Средства измерений и анализа параметров физических объектов и величин – устройства, реализующие установление свойств физических величин и их параметров.

Протокол - набор правил или стандартов, регламентирующих соединения и обмен информацией с минимальными ошибками, отражается в электросвязи одноименными структурированными сигналами, оперирование с которыми можно рассматривать с позиций выполнения операций над физическими величинами.

Тестирование – установление опытным путем соответствия между состояниями и свойствами объекта или процесса, находящегося под воздействием строго определенных величин, заданной норме и осуществляемое с помощью специальных средств, хранящих в явном или неявном виде единицы этой величины, определяющие область значений нормы.

Мониторинг – определение параметров объектов и процессов, которые должны сохраняться в заданных пределах или более точное определение мониторинга – распределенное в пространстве или во времени тестирования, при котором сравнению с нормой подвергается множество объектов, находящихся под воздействием физической величины (величин) установленного размера или совокупности размеров, в том числе равных нулю, отражая в последнем случае мониторинг с использованием измерений и анализа.

^ Диагностика и контроль – процесс установления соответствия состояний и свойств объекта или процесса заданной норме путем восприятия физических величин, сопоставления их с предварительно установленными значениями или совокупностями значений и последующим формированием вывода.

^ Виды и формы представления физических величин. Физические величины разделяют на непрерывные и прерывистые (дискретизированные во времени и пространстве); а также аналоговые и квантованные величины, разновидностью квантованной величины являются кодовые величины.

Дискретизация непрерывного по времени сигнала х(t) является линейной операцией умножения этого сигнала на функцию дискретизации во времени.

^ Квантование по уровню – операция создания сигнала, абсолютные или относительные размеры параметров которого имеют ограниченное число заданных значений.

Кодирование – операция перевода по определенным правилам формального объекта, выраженного кодовыми символами одного алфавита, в формальный объект, выраженный символами другого алфавита (пример: преобразование аналогового сигнала, выраженного в значение в десятиричной системе, дискретизированного по времени, квантованного по уровню и преобразованного в многозначный двоичный код с n символами в каждом отсчете)

^ Логически структурированные сигналы как многомерные матрицы их элементов. N-мерное представление структурированного сигнала.

Логически структурированные сигналы современных цифровых систем передачи, как правило имеют довольно сложную структуру и поэтому для их описания наиболее целесообразно математический аппарат N - мерных или пространственных матриц. Сущность данного подхода заключается в разбиении цифрового сигнала на элементарные поля информационных битов и их размещении в N-мерных пространственных матрицах. При этом число N измерений матрицы исходного сигнала определяется требуемой степенью приближения её структуры к структуре самого сигнала.

Существует два подхода к тому, как организовать данные в многомерный массив:

• 
  страничная интерпретация – когда в основу берутся двухмерные массивы, считающиеся размещенными на страницах, затем организованные в трехмерные, 4-хмерные и т.д. массивы (рис. 4).
• 
  пространственная интерпретация – многомерные данные, когда рассматриваются измерения физических величин в точках трехмерного пространства (рис.5).

	Столбцы
Строки	b1.1	b1.2	b1.3	b1.4
b2.1	b2.2	b2.3	b2.4
b3.1	b3.2	b3.3	b3.4
b4.1	b4.2	b4.3	b4.4
b5.1	b5.2	b5.3	b5.4
b6.1	b6.2	b6.3	b6.4

Рисунок 4- Структура 2-мерного массива размеров 6х4

(6 – индекс строки, 4 – индекс столбца)

Первый подход позволяет реализовать более широкие возможности при моделировании, например, отразить процессы анализа протоколов взаимодействия открытых систем.

Страница 1

	Столбцы
Строки	b1.1.1	b1.2.1	b1.3.1	b1.4.1
b2.1.1	b2.2.1	b2.3.1	b2.4.1
b3.1.1	b3.2.1	b3.3.1	b3.4.1
b4.1.1	b4.2.1	b4.3.1	b4.4.1
b5.1.1	b5.2.1	b5.3.1	b5.4.1
b6.1.1	b6.2.1	b6.3.1	b6.4.1

Страница 2

	Столбцы
Строки	b1.1.2	b1.2.2	b1.3.2	b1.4.2
b2.1.2	b2.2.2	b2.3.2	b2.4.2
b3.1.2	b3.2.2	b3.3.2	b3.4.2
b4.1.2	b4.2.2	b4.3.2	b4.4.2
b5.1.2	b5.2.2	b5.3.2	b5.4.2
b6.1.2	b6.2.2	b6.3.2	b6.4.2

Страница 3

	Столбцы
Строки	b1.1.3	b1.2.3	b1.3.3	b1.4.3
b2.1.3	b2.2.3	b2.3.3	b2.4.3
b3.1.3	b3.2.3	b3.3.3	b3.4.3
b4.1.3	b4.2.3	b4.3.3	b4.4.3
b5.1.3	b5.2.3	b5.3.3	b5.4.3
b6.1.3	b6.2.3	b6.3.3	b6.4.3

(1-ый индекс – строка, 2-ой индекс – столбец

3-ий индекс –номер страницы)

Рисунок 5 - Структура 3-мерного массива размером 6х4х3

Таким образом, элементы матрицы можно отождествлять с соответствующими фрагментами реализации сигнала в соответствующем интервале наблюдения. Данное соотношение можно использовать для решения различных задач, в том числе для моделирование процессов анализа логически структурированных сигналов при их обработке в процессе взаимодействия открытых систем.

^ Многомерное описание реализаций структурированных сигналов.

Моделирование протокола передачи данных. Метод математического моделирования логически структурированных сигналов на основе многомерных матриц позволяет отражать передаваемые протоколы и их структуру.

^ Основные контрольно-измерительные операции.

Процедура контроля основана на сопоставлении величины Х с получением результата в виде соответствует/не соответствует. Контроль и измерение представляют собой многооперационные процедуры, которые включают метрологические операции и отличаются наличием знаковой операции при контроле.

^ Основные измерительные операции и средства их реализации.

Важнейшей операцией процесса измерения является воспроизведение величин заданного размера, которая реализуется посредством меры. Данная процедура может быть представлена как преобразование кода в заданную физическую величину. Регулирование меры может осуществляться по детерминированному или случайному закону с одновременным воспроизведением одной или многих однородных величин требуемых размеров – одноканальных или многоканальных.

Другой важнейшей операцией измерения является сравнение, заключающееся в определении отношения порядка или соотношения между размерами однородных величин вида больше – меньше или приблизительно равно. Сравнение осуществляется путем вычитания величин, в результате чего создается разностная величина, знак которой содержит информацию о соотношении между сравниваемыми величинами.

Измерительное преобразование является важной измерительной операцией, обеспечивающей согласование характеристик сигнала, полученного в результате измерительного преобразования, с характеристиками входного сигнала при максимальном сохранении информации о входном сигнале, позволяя тем самым проводить его дальнейшую обработку.

Измерительное преобразование включает в себя:

• 
  изменение физического рода сигнала;
• 
  линейное и нелинейное согласование по размеру параметра входного сигнала с выходным сигналом – линейное и нелинейное преобразование
• 
  согласование по импедансу для достижения минимального искажения исследуемого физического процесса
• 
  согласование по частному и временному диапазонам

Частным случаем измерительного преобразования является масштабирование, которое представляет собой преобразование входного сигнала Х в однородный выходной сигнал с размером. Пропорциональным размеру информативного параметра входного сигнала. Масштабирование часто носит название масштабного преобразования и аналитически представляется в виде

Х₁ = К_МПХ,

Где К_МП – коэффициент масштабного преобразования, который может изменяться по детерминированному К_МП(t) или случайному р(К_МП ,Х) законам.

Следует различать:

• 
  Масштабный нерегулируемый одноканальный преобразователь, характеризующийся постоянным коэффициентом преобразования К_МП=const и уравнением преобразования Х₁ = К_МПХ;
• 
  Масштабный нерегулируемый с пространственным разделением многоканальный преобразователь,характеризующийся наличием нескольких выходных каналов с постоянными коэффициентами преобразования

Х₁=К_iмпХ, i=1,2,3,...,N

• 
  Масштабный регулируемый с временным разделением одноканальный преобразователь, характеризующийся изменяемым Х₁=К_МПРХ
• 
  Масштабный регулируемый с пространственным и временным разделением многоканальный преобразователь, характеризующийся наличием нескольких выходных каналов с переменными коэффициентами преобразования К_iМПР каждого канала с уравнением преобразования Х₁=К_iмпХ, i=1,2,3,...,N

^ Операции счета и их реализация

Частным случаем измерений является счет, который может выполняться как для объектов. Так и для физических величин, например битов и аналитически может быть представлен выражением

0 при z_k = 0

θ при z_k ≠ 0

где z_k= ; К_сч и Х₁- соответственно, коэффициент преобразования и подлежит счету, i-ое числовое значение физической величины, N_m и Δх_k - соответственно, числовое значение и шаг квантования меры.

Основными характеристиками счета являются достоверность и скорость, которые реализуются в специально предназначенном для этой цели устройстве. Для осуществления счета необходимо обнаружение каждого объекта в отдельности из всей совокупности распределенных в пространстве и во времени объектов.

^ Операции тестирования и их реализация

Тестирование может включать как основные измерительные операции, так и операции равнозначности кодов. Поэтому тестирование бывает с использованием измерительных операций, тестирование с определением равнозначности кодов и тестирование, включающее оба типа операций.

Процедуру анализа кодированных сигналов (протоколов или цифрового потока) можно формализовать, используя временное представление анализируемого сигнала и его нормы в виде:

и ,

где i=1,2,....,n В этом случае выходная функция анализа кодированных сигналов

0 при Х(t)=Х_m(t),

z при Х(t)≠Х_m(t).

принимает значение, равное 0 только при равенстве одноименных битов Х(t) и Х_m(t),, т.е. при полном совпадении, например, тестируемого протокола заданного стандарту. В противном случае результат сравнения может быть представлен в виде некоего кода неравнозначности z, в соответствии с которым формируется сообщение о результате анализа z Г.

Лекция 4