Спосіб визначення та контролю маршрутів передачі інформаційних даних через дротову інтернет-мережу для віддаленого керування динамічними об’єктами

Реферат: Спосіб визначення та контролю маршрутів передачі інформаційних даних через дротову Інтернет-мережу для віддаленого керування динамічними об'єктами включає врахування мережевих шумів та перешкод. Розраховують загальну якість передачі інформації, визначаючи довжину шляху передачі, пропускну здатність мережі, ємність мережі, довжину найкоротшого шляху між кінцевими пунктами, тривалість зайнятості мережі, середній час очікування в мережі, суму часових затрат, швидкість передачі даних, середній час затримки передачі даних, на підставі яких визначають припустимість використання маршруту передачі інформації через дротову Інтернет-мережу для віддаленого керування динамічними об'єктами. UA 93283 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ТА КОНТРОЛЮ МАРШРУТІВ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЙНИХ ДАНИХ ЧЕРЕЗ ДРОТОВУ ІНТЕРНЕТ-МЕРЕЖУ ДЛЯ ВІДДАЛЕНОГО КЕРУВАННЯ ДИНАМІЧНИМИ ОБ'ЄКТАМИ UA 93283 U UA 93283 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі комп'ютерних систем обробки даних та розрахунків, а саме комп'ютерних систем, основаних на математичних моделях обробки даних, і призначена для застосування в галузі авіації та космонавтики з метою контролю маршруту та визначення якості процесу передачі інформаційних даних через дротову Інтернет-мережу для дослідження мережецентричних систем віддаленого керування динамічними об'єктами. Відомо, що діючий спосіб контролю маршруту та визначення якості процесу передачі інформаційних даних через дротову Інтернет-мережу, призначений для дослідження мережецентричних систем віддаленого керування динамічними об'єктами, дозволяє підвищити безпеку польотів в авіації за рахунок оцінювання та покращення систем передачі даних між повітряними кораблями та між повітряними кораблями і диспетчерським центром, а також надає можливість створити діючі системи віддаленого керування з новими способами компенсації часових затримок та втрати інформаційних пакетів. Відомим за технічною суттю є спосіб керування передачами даних [Патент України № 73979 від 17.10.2005 p.], який полягає у визначенні характеристик системи зв'язку, розподіленні наявних ресурсів та передачі даних у множині каналів з найменшим коефіцієнтом втрати потужності. Такий метод не визначає та не оцінює параметри мережі. Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється, є спосіб за патентом України № 87807 від 25.08.2009 p., який вибрано як прототип. Передача даних з нерівномірним розподілом швидкостей передачі даних для системи з множиною входів і множиною виходів. Спосіб визначення швидкостей даних для множини потоків даних, які підлягають передачі через множину каналів передачі у багатоканальній системі зв'язку, який включає визначення необхідного відношення сигналу до шуму і перешкоди, згадуваного далі як SNR, для кожної з швидкостей даних, які підлягають використанню для множини потоків даних, причому щонайменше дві з швидкостей передачі даних неоднакові; визначення ефективного SNR для кожного з множини потоків даних як функції відношення прийнятого сигналу до шуму і перешкоди, визначеного для прийнятих потоків даних, і цілого числа, що представляє каскад обробки послідовної компенсації перешкоди, в якому кожний потік повинен прийматися у приймачі для відновлення множини потоків даних. Запропоновано методику покращення робочих характеристик системи зв'язку в умовах, при яких інформація про стан каналу, що свідчить про поточний робочий режим каналу, відсутня на передавачі. Відповідно до даного винаходу для переданих інформаційних потоків використовується нерівномірний розподіл швидкостей передачі даних. Швидкості передачі даних можуть бути вибрані для досягнення заданої сумарної спектральної ефективності з більш низьким мінімальним "прийнятим" SNR або більш високої сумарної спектральної ефективності для заданого прийнятого SNR. Запропоновано конкретну схему для досягнення кожної зі згаданих вище цілей. Однак, даний спосіб має досить складну та розгалужену структуру. Крім того, спосіб потребує використання складного та дорогого програмного забезпечення, що ускладнює роботу з ним. Спільними ознаками відомого способу, вибраного як прототип, та корисної моделі, що заявляється, є спосіб передачі інформаційних даних з нерівномірним розподілом, а також врахування мережевих шумів та перешкод. Однак, для повноцінного визначення швидкостей даних, передачі даних з нерівномірним розподілом, контролю маршруту та визначення якості передачі даних через дротову Інтернетмережу для дослідження мережецентричних систем віддаленого керування динамічними об'єктами важливо визначати параметри роботи мережі як на початку, так і в кінці, і в процесі передачі. Отримання аналітичних (числові значення) та графічних (графіки та діаграми) показників роботи мереж надає можливість швидко та просто оцінити реальні параметри роботи даної мережі, що відсутнє у винаході, представленому як прототип. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб визначення та контролю маршрутів передачі інформаційних даних через дротову Інтернет-мережу для віддаленого керування динамічними з подальшою можливістю проведення аналізу отриманих в ході виконання способу даних, для підвищення безпеки польотів в авіації за рахунок оцінювання та покращення систем передачі даних між повітряними кораблями та між повітряними кораблями і диспетчерським центром, та подальшою розробкою діючих систем віддаленого керування повітряними кораблями з ефективними способами компенсації часових затримок та втрати інформаційних пакетів у мережі. Для вирішення поставленої задачі проводиться розрахунок наступних параметрів за формулами: - довжина шляху передачі, яка дорівнює сумі довжин гілок, які складають шлях між проміжними пунктами: l(k )   ; sf   k lij ij sf 1 UA 93283 U - пропускна здатність мережі, яка визначається гілкою з мінімальною пропускною здатністю: C(k )  min   k Cij ; sf ij sf 5 - ємність мережі: (k )  min ; sf ij  k ij sf - довжина найкоротшого шляху між кінцевими пунктами a s і a f : dsf min k l(k ) ; sf - тривалість зайнятості мережі: o  t y    t p , де t y і t p - відповідно час підключення і відключення з'єднання,  - довжина повідомлення; - середній час очікування в мережі: 10 t 0  0 td p( t 0  t )  p( t 0  0)0 e  (   y )t dt    p( t 0  0) o ,  p( t 0  0) (   y ) (1  p), де  o - середній час обслуговування мережі, p - питоме навантаження; - сума часових затрат: 15 20 Tn  T  M1 n.ini c,i  TQ n , i де Tn - втрати часу, обумовлені відновленням повідомлень, пошкоджених перешкодами, c,i - середній час відновлення повідомлень;  - інтенсивність вхідного потоку; - швидкість передачі даних: R  f (R0, k , n6, t, , , Tв, ,p3 ) , де R0 - швидкість модуляції; k - кодова швидкість; n6 - довжина блока даних; t - час розповсюдження сигналів по каналу, аналізу та підтвердження (або перезапиту) блока даних;  - показник групування помилок внаслідок перешкод; p3 - ймовірність збою елементів;  інтенсивність стійких відмов; Тв - середній час відновлення системи після відмови; - середній час затримки передачі даних: T3  25 30 35 40 45 50 i (  M1 Risi )2 i , As(C)min де i - середня довжина шляху, T3 - час затримки при передачі даних. Поставлена задача вирішується тим, що розроблений спосіб оснований на програмному забезпеченні, яке уніфіковано співпрацює з будь-яким комп'ютерним середовищем, визначає та оцінює на основі наведеного вище математичного апарату параметри роботи дротової Інтернет-мережі до, в процесі і після передачі інформаційних пакетів даних, видає аналітичні (числові значення часових затримок передачі пакету, відсоток втрачених даних, якість сигналу, швидкість передачі та прийняття даних (фіг. 2 та фіг. 4)) та графічні показники визначення та контролю маршрутів передачі інформаційних даних (фіг. 3 та фіг. 5). Виконання способу забезпечується під'єднанням до будь-якої дротової Інтернет-мережі з довільними параметрами роботи. Зібрані дані зберігаються в комп'ютерному середовищі для подальшої обробки та збору статистичних даних. За допомогою способу створюється можливість для дослідження і розробки мережецентричних систем віддаленого керування динамічними об'єктами. На основі отриманих даних розглядається можливість застосування різноманітних способів компенсації часових затримок та втрат пакетів даних у мережі, а насамперед, виникає практична можливість використання способів компенсації заснованих на системах передачі даних зі зворотнім зв'язком з функцією перезапиту, що і реалізовано у представленому способі. Характерною особливістю такого способу є те, що рішення про необхідність повторної передачі, дублювання та застосування протоколів компенсації приймається в кінцевому пункті маршруту (на приймачі). Принцип дії способу наступний. На екрані комп'ютерного монітора після запуску відповідного програмного забезпечення відображується мережева Інтернет-карта України. Після запуску програми і проведення перевірки та тестування користувачем обирається місце - куди і звідки буде надіслано тестовий пакет даних. Після відправки пакету, його проходження контрольних пунктів, доходження до кінцевого пункту та повернення назад на екрані монітора програма відображає, в аналітичному та графічному вигляді, отримані та розраховані наступні параметри мережі: часові затримки передачі пакету, відсоток втрачених даних, якість сигналу, швидкість передачі та прийняття 2 UA 93283 U 5 10 15 20 25 30 35 даних та ін. Також відображуються дані, які надають змогу відслідковувати маршрут проходження пакету даних по контрольних пунктах. В ході виконання способу та дії програмного забезпечення проводяться розрахунки наступних параметрів: довжина шляху передачі, пропускна здатність мережі, ємність мережі, довжина найкоротшого шляху між кінцевими пунктами, тривалість зайнятості мережі, середній час очікування в мережі, сума часових затрат, швидкість передачі даних, середній час затримки передачі даних. Згідно з стандартами України та нормативними вимогами Міжнародної організації цивільної авіації (ІСАО) допустимі затримки в передачі файлів через мережу не повинні перевищувати 3055 мс, у той час як затримки звичайної мережі сягають втричі більших показників, що показано на фіг. 1. Наведемо приклади використання даного способу. Суть корисної моделі пояснюється на фіг. 3 та фіг. 5, де наведено графічне зображення використання способу на сучасному комп'ютерному обладнанні та програмному середовищі. Отримані експериментально в ході дії способу числові значення параметрів мережі представлені на фіг. 2 та фіг. 4. В першому випадку було вибрано маршрут для передачі даних "Київ-Тернопіль". Розрахувавши часові затримки передачі даних (фіг. 3), отримали результат в 165 мс, що входить до діапазону аналітично отриманих даних від 150 до 525 мс (фіг. 2), можна зробити висновок, що даний маршрут дротової Інтернет-мережі непридатний до використання в авіаційній галузі. В другому випадку було вибрано маршрут "Київ-Полтава". Розрахована затримка передачі даних становить 41 мс (фіг. 5) і входить до діапазону аналітично отриманих даних від 30 до 55 мс (фіг. 4), а отже, можна зробити висновок, що цей маршрут передачі даних відповідає нормативним вимогам. Отже, в залежності від отриманих результатів показників роботи Інтернет-мережі робиться висновок про необхідність застосування різноманітних способів і методів компенсації часових затримок або зміни маршруту передачі інформаційних даних з метою обходження контрольних пунктів, де наявні найбільші затримки та перешкоди. Як підсумок, використовуючи спосіб визначення та контролю маршрутів передачі інформаційних даних через дротову Інтеренет-мережу для віддаленого керування динамічними об'єктами, можна робити висновок про якість процесу передачі інформаційних даних, необхідність застосування способів компенсації затримок та втрат даних, необхідність зміни маршрутів передачі даних, а головне, виникає можливість дослідження і подальшої розробки мережецентричних систем віддаленого керування динамічними об'єктами, наприклад повітряними кораблями, що дозволить підвищити безпеку польотів в авіації та космонавтиці за рахунок нових систем віддаленого керування та покращення систем передачі та обміну даних. Таким чином, поставлені у корисній моделі цілі досягнуто. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб визначення та контролю маршрутів передачі інформаційних даних через дротову Інтернет-мережу для віддаленого керування динамічними об'єктами, що включає врахування мережевих шумів та перешкод, який відрізняється тим, що розраховують загальну якість передачі інформації, визначаючи довжину шляху передачі, пропускну здатність мережі, ємність мережі, довжину найкоротшого шляху між кінцевими пунктами, тривалість зайнятості мережі, середній час очікування в мережі, суму часових затрат, швидкість передачі даних, середній час затримки передачі даних, на підставі яких визначають припустимість використання маршруту передачі інформації через дротову Інтернет-мережу для віддаленого керування динамічними об'єктами. 3 UA 93283 U 4 UA 93283 U 5 UA 93283 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6