Устройство для моделирования систем передачи дискретной информации

/20 ЭЮ 0 С 06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 326591, кл. С 06 Г 7/48, 1970,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3558257/18-24,кл. С 06 Г 15/20, 1983 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее генератор тактовыхимпульсов, выход которого подключенк управляющему входу блока элементовИ и входу блока генерации случайного кода, группа выходов которогосоединена соответственно с группойинформационных входов блока заданиязакона распределения, первая, втораяи третья группа установочных входовявляется соответственно первой, второй и третьей группой установочныхвходов устройства, группа выходовблока элементов И подключена соответственно к группе входов блока памяти, группа выходов которого являетсяпервой группой выходов устройства,и блок анализа приема кода, содержащий группу из двух элементов ИЛИ,группу из трех элементов И, элементИЛИ и элемент И, выход первого элемента ИЛИ группы соединен с первымвходом второго элемента И группы,выход второго элемента ИЛИ группысоединен с первым входом третьегоэлемента И группы, выходы первогои второго элементов И группы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого подключенк прямому входу элемента И, инверсный вход которого соединен с выходомтретьего элемента И группы, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за счет моделирования входящегои исходящего потоков сообщений и моделирования канала связи, оно дополнительно содержит делитель частоты,блок выделения потоков и блок моделиканала, блок вьщеления потоков содержит три элемента задержки, регистри две схемы сравнения, выход первогоэлемента задержки подключен к входуразрешения записи регистра, входразрешения считывания которого соединен с выходом второго элемента за,.держки, группа выходов регистра соединена с первыми группами входовпервой и второй схемы сравнения, управляющие входы первой и второй схемсравнения подключены к выходу третьего элемента задержки, выход первойсхемы сравнения является первым выходом устройства, а выход второйсхемы сравнения является вторйм выходом устроиства, блок модели каналасодержит последовательно соединенныегенератор пуассоновского потока импульсов, элемент И, кольцевой регист сдвига, узел задания законов распределения, узел элементов ИЛИ, узелэлементов И, блок памяти, выходыкоторого соединены соответственно спервой группой информационных входовузла задания законов распределения,выход генератора тактовых импульсовустройства соединен с входами всехэлементов задержки блока вьщеленияпотоков и входом целителя частоты,1112367 К Юл.УГФисб Составитель В. ФукаловРедактор Е. Папп Техред А .КикемезейФ.Ш Корректор А. Тяско филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 6460/34 Тираж 698 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам, изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/51112367 выход которого подключен к вторымвходам элементов И группы блока ана.лиза приема кода, инверсному входуэлемента И и управляющему входу узлаэлементов И блока модели канала,группа установочных входов узла задания законов распределения которогоявляется четвертой группой установочных входов устройства, первый выходузла памяти блока модели канала соединен с первым входом первого элемента И группы блока анализа приемакода, второй - 3-й выходы узла памяти блока модели канала подключенык соответствующим входам первогоэлемента ИЛИ группы блока анализаприема кода, выходы с (1+ 1)-го пои-й узла памяти блока модели канала Изобретениеотносится к вычислительной технике и предназначено для моделирования вероятностных процессов функционирования систем передачи дискретной информации. Известно устройство для модели 5 рования каналов передачи дискретной информации, содержащее датчик случайных сигналов, первый и второй генераторы случайных импульсов, задающее устройство, триггер и элемент И, причем входная шина устрой,ства соединена с входами датчика случайных сигналов, первого и второго генераторов случайных импчль 15 сов, первый и второй входы триггера соединены с выходом первого генератора, через задающее устройство с торым входом второго генератора лучайных импульсов и с выходом вто 20ого генератора, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом датчика случайных сигналов, а выход - с выходной шиной устройства 1 .Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования каналов передачи дискретной информации, содержащее последовательно соединенные30 генератор тактовых импульсов, блок генерации сообщений, блок задания матриц переходных вероятностей, блок,подключены к соответствующим входамвторого элемента ИЛИ группы блокаанализа приема кода, группы выходовэлементов И группы блока анализаприема кода являются второй группойвыходов устройства, выход элемента И блока анализа приема кода соединен с входом блока задания законовраспределения, четвертая группа установочных входов которого соединена соответственно с выходами блокапамяти, группой разрядных входов регистра и вторыми группами входовпервой и второй схем сравнения блока выделения потоков, а группа выходов блока задания законов распределения подключена соответственнок группе входов блока элементов И. задания законов распределений, первый коммутатор, блок памяти и блок анализа сообщений, другие входы которого соединены с выходом блока генерации сообщений, выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И и входу блока задания времения ожидания, вь.ход которого соединен с вторым входом эле" мента И, выход которого подключен к соответствующему входу первого коммутатора блока генерации случайного кода, соединенного выходом с входом блока задания законов распределения, группа выходов которого соединена с первой группой входов второго коммутатора, вторая группа входов которого подключена к группе выходов блока генерации случайного интервала времени, а третья группа входов подключена к выходам блока памяти, группа выходов второго коммутатора подключена соответственно к группе входов блока задания времени ожидания 2 .Однако известное устройство обладает недостаточными функциональными возможностями при моделировании систем передачи дискретной информации. Действительно, при моделировании вероятностных процессов в таких системах необходимо оценивать вероятностные характеристики входящего и исХодящего потоков сообщений,имитировать данные потоки, оценивать степени использования системыи канала, Известное устройство невыполняет данных фуцкццй,5Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет моделирования входящего и исходящего потока сообщенийи моделирования канала связи. 1 О Поставленная цель достигается тем,что в устройство для моделированиясистем передачи дискретной информации, содержащее генератор тактовыхимпульсов, выход которого подключенк управляющему входу блока элементов И и входу блока генерации случайного кода, группа выходов которого соединена соответственно с группой информационных входов блока за 20дания закона распределения, первая,вторая и третья группа установочных входов является соответственнопервой, второй и третьей группой25установочных входов устройства,группа выходов блока элементов И подключена соответственно к группе входов блока памяти, группа выходов которого является первой группой выходов устройства, и блок анализа приема кода, содержащий группу из двухэлементов ИЛИ, группу из трех элементов И,элемент ИЛИ и элемент И,выход первого элемента ИЛИ группы соединен с первым входом второго элемента И группы, З 5выход второго элемента ИЛИ группысоединен с первым входом третьегоэлемента И группы, выходы первого ивторого элементов И группы соединеныс соответствующими входами элемента 40ИЛИ, выход которого подключен к прямому входу элемента И, инверсныйвход которого соединен с выходомтретьего элемента И группы, введены делитель частоты, блок выделения 45потоков и блок модели канала, блоквыделения потоков содержит три элемента задержки, регистр и две схемы сравнения, выход первого элемента задержки подключен к входу разрешения записи регистра, вход разрешения считывания которого соединенс выходом второго элемента задержки,группа выходов регистра соединена спервыми группами входов первой и 55второй схемы сравнения, управляющиевходы первой и второй схем сравне-ния подключены к выходу третьего элемента задержки, ыход нерпой хемы сравнения является нервыи вых щомустройства, а выход вчорой схемысравнения является вторым выходомустройства, блок модели канала содер.жит последовательно соединенныегенератор пуассоцовскогл потока импульсов, элемент И, кольцевой регистр сдвига, узел задания законовраспределения, узел элементов ИЛИ,узел элементов И и блок памяти,выходы которого соединены соответственно с первой группой информационных входов узла задания законов распределения, выход генератора тактовых импульсов устройства соединенс входами всех элементов задержкиблока выделения потоков и входомделителя частоты, выход которого подключен к вторым входам элементов Игруппы блока анализа приема кода,,инверсному входу элемента И и управляющему входу узла элементов Иблока модели канала, группа установочных входов узла задания законовраспределения которого является четвертой группой установочных входовустройства, первый выход узла памятиблока модели канала соединен с первым входов первого элемента И группыблока анализа приема кода, второй -3-й выходы узла памяти блока моделиканала подключены к соответствующимвходам первого элемента ИЛИ группыблока анализа приема кода, выходы с(В+1)-го по и-й узла памяти блокамодели канала подключены к соотвествующим входам второго элемента ИЛИГруппы блока анализа приема кода,группа выходов элементов И группыблока анализа приема кода являютсявторой группой выходов устройства,выход элемента И блока анализа приема кода соединен с входом блоказадания законов распределения, четвертая группа установочных входов которого соединена соответственно свыходами блока памяти, группой разрядных входов регистра и вторымигруппами входов первой и второй схемсравнения блока выделения потоков,а группа выходов блока задания законов распределения подключена соответственно к группе входов блока элементов И. На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 и 3 - функциональная схема блока задания1112367 законов распределения; на фиг, 4 -схема блока выделения потоков; нафиг, 5 - схема блока-анализа приемакода; на фиг-, б - схема блока моделиканала. 5Устройство для моделирования систем. передачи дискретной информациисодержит первую 1, вторую 2 и третью 3 группу установочных входов соответственно, Блок 4 задания законов 10распределения, блок 5 элементов И,блок 6 генерации случайного кода,генератор 7 тактовых импульсов, блок8 выделения потоков, делитель 9частоты, блок 10 памяти, первую 11 15группу входов, блок 12 анализа приема кода, вторую группу 13 выходов,блок 14 модели канала, четвертуюгруппу 15 входов, первый 16 и второй17 выходы устройства, 20Блок 4 задания законов распределения (фиг, 2 и 3) содержит первую18, вторую 19 и третью 20 группурегистров, четвертую группу 21 входов, первую 22, вторую 23 и третью 24 25группу схем сравнения, первую 25,вторую 26 и третью 27 группу элементов И, первый элемент ИЛИ 28, четвертую группу 29 элементов И 29,выход 30 схемы 221 сравнения первой 30группы, первую группу. 31 элементовИЛИ, элемент И 32 с выходом 33, выход 34 первой схемы 231 сравнениявторой группы, пятую группу 35 элементов И с выходами 36, вход 3735 Рблока, элемент НЕ 38, шестую группу39 элементов И, вторую группу 40 элементов ИЛИ, группу 41 выходов,Блок 8 выделения потоков содержитпервый 42, второй 43 и третий 44 зле 40менты задержки, регистр 45, первую46 и вторую 47 схемы сравнения,Блок 12 анализа приема кода содержит группу 48 элементов ИЛИ, группу49 элементов И, элемент ИЛИ 50 иэлемент И 51. ность того, что в систему на такте Т+ 1 не поступит сообщение при условии, что на такте Т в системе не было сообщения, Ч - вероятность то. го, что в систему на такте Т+1. поступит сообщение при условии, что на такте Т в системе не было сообщения,Вероятностии 7 О, моделируют аналитически начальное состояние системы, когда в системе нет сообщений,По входам 2 заносятся коды вероятл л л л л Костей 91 о, 610 + 111 + 02, 11 + и ц моделирующие состояние, когда в системе одно сообщение, а в момент Т заканчивается передача этого сообщенния без искажения. Тогда 00 - вероятность того, что в систему на такте Т+1 не поступит сообщение при условии, что на такте Т в системе было одно сообщение, 11 - вероятностьлтого, что в системе на такте Т+1 будет два сообщения при условии, что на также Т было одно сообщение,По входам 3 заносится вероятность кодов согласно матрицы переходных вероятностей Р, которые моделируют состояние системы передачи информации в том случае, когда система занята передачей информации или принимает сообщение с ошибкой. Л лии 1 е0 0/0 б 4 О 0 Л,Причем, вероятность н есть вероятность того, что система в момент Т+1 будет иметь 1 сообщений при условии, что в момент Т в .системе было 1 сообщений. Нулевые значения вероятностей приняты при условии, что поток входящих сообшений пауссоновский, а канал передачи один,По входам 15 заносятся коды мат.рицы переходных вероятностей состояния канала Рк ИО01 112 Блок 14 модели канала содержит генератор 52 пуассоновского потока импульсов, элемент И 53, кольцевой регистр 54 сдвига, узел 55 задания за 50 конов распределения, выполненный аналогично блоку 4, узел 56 элементов ИЛИ, узел 57 элементов И, узел 58 памяти,Устройство работает следующим об 55 разом.По входам 1 заносятся коды вероятлностейЯ и 7 , где иоо - вероятО . О 11О ОО 04 ОЯОП 10 И 4 ЯИМоделируется данный процесс следующим образом,Импульс генератора 7 поступаетна первые входы блока 5 элементов И,блок 8 выделения потоков, делитель 9 25частоты и вход блока 6 генерациислучайного кода,Случайный код блока 6 поступает на входы 21 блока 4 задания законов распределения. В блоке 4 случайный код подается на первые входы первых 22, вторых 23 и третьих 24 схем сравнения, Так как в системе нет сообщений, то на первом выходе 11135 есть потенциал и есть потенциал на соответствующем входе блока 4, Таким образом, элементы И 25 открыты и коды чисел вероятностей Я и,0, которые хранятся в регистрах 18 и 40 18 соответственно, поступают на вторые входы схем сравнения, Схемы 221 и 22 о сравнения сравнивают коды чисел регистров 18 и 18 и код случайного числа блока 6. В том случае, если код случайного числа меньше кодов чисел регистров, то на выходе схемы сравнения будет потенциал, Если код числа блока 6 меньшеИОО, то это значит, что блок 4 выбрал50 вновь первое состояние, соответствую. щее отсутствию сообщения в системе, Тогда на выходе схемы сравнения бу,дет потенциал, который закрывает элемент И 32 и через элемент ИЛИ 31 подается на выход 411 блока 4, затем сигнал с выхода 4 1 через открытый элемент И блока 5 подается на вход блока 10 памяти, На выходе 11 бло%),где Рф - вероятность того что кзФнал переходит в состояние передачис 3 ошибками при условии, что в предыдущем такте в канале было состояние передачи с . ошибками.Такты анализа состояний и каналазадаются генератором 7 тактовых им-гульсовПусть в начальный момент Т вреомени в системе сообщений нет, Состояние выхода блока 12 анализа приема кода не влияет на выбор последующего состояния системы, Тогда за врелмя Т+Т система с вероятностью и,может остаться в состоянии отсутствия сообщений, либо с вероятностью/Ъп 0 может перейти в состояние, когдав систему поступило одно сообщениеи было принято к передаче,5 10 15 20 ка памяти буде 1. потенциал, свидетельствующий о том, что аа такт всистему не поступило сообщений, Есликод блока 6 больше Э о, но меньшеО,+3 =1, то на выходе схемы 22сравнения не будет потенциала, а будет потенциал на выходе схемы 22,сравнения, который через открытыйэлемент И 32 поступит на вход элемента ИЛИ 31 Это свидетельствует отом, что в систему за такт поступилоодно сообщение. Потенциал с выхода41, блока 4 поступает через открытыйблок 5 на вход блока 10 памяти, Навыходе 11, устройства появляется потенциал, свидетельствующий о том,что в систему за такт поступило одно сообщение. Так как состояние выходов изменилось, то сработает блок 8выделения потоков, который работаетследующим образом. Импульс, подаваемый на элемент 42 задержки, задерживается на четверть такта и по сигналу с выхода элемента 42 задержки схемы 46 и 47 сравнения сравнивают состояние выходов, записанное в регистре и новое состояние выходов. Если в систему поступило сообщение, то состояние выходов увеличивается с индекса х выхода 11, на единицу, т.е, сигнал будет на выходе 11,. Тогда сработает первая схема 46 сравнения и на выходе 16 появится потенциал, Если состояние выходов 11 изменится по индексу в меньшую сторону, то сработает схема 47 сравнения и на ее выходе 17 будет потенциал, свидетельствующий о том, что из системы ушло одно сообщение. Элемент 43 задержки задерживает сигнал на половину такта и по его сигналу регистр 45 обнуляется, По сигналу от элемента 42 задержки, который задерживает сигнал на три четверти такта, в регистр 45 записывается новое состояние выходов 11 устройства. Делитель 9 частоты делит частоту генератора 7 таким образом, что с выхода делителя 9 снимается частота, период которой равен длине (по времени) передаваемого кода. Сигнал с выхода делителя 9 подается на первые входы блоков 12 анализа приема кода и 14 модели канала. Блок 14 модели канала моделирует состояние передачи кода по каналу. Происходит зто слецующим образом.1112367 10 9По входам 15 в узел 55 задания законов распределения заносятся коды переходных вероятностей матрицы переходных вероятностей состояния канала Р 1 . С приходом импульса от делителя 9 открываются элементы И узла 57 элементов И и закрывается элемент И 53, Импульсы генератора 52 не поступают на тактирующий вход регистра 54 и на его выходах формиру ется случайное число, подаваемое на вход узла 55. В узле задания зако. нов распределения на основе данных вероятностей матрицы Р осуществляКется выбор нового состояния канала. Сигнал о состоянии канала подается через узел 56 элементов ИЛИ, узел 57 элементов И на соответствующий вход узла 58 памяти, в котором перебрасывается соответствующий триггер. Тогда на выходах блока 14 модели канала фиксируется очередное состояние канала, причем, если есть сигнал на -м выходе, то это означает, что в канале передается и принимается ко- д 5 довое слово с 1 -1 ошибкой. Блок 12 анализа приема кода работает следующим образом,Допустим,что в кодовом слове число ошибок равно д, причем =1, -1,30то код обнаруживает и исправляетданные ошибки, Если число ошибок более или равно , то код не распознает ошибку и происходит неправильноедекодирование. Тогда с приходом сигнала от делителя 9, если на входах1бып потенциал от блока 14, тобудет потенциал на выходе блока исоответственно либо на выходе 131,либо на выходе 132, если потенциал 40был на входах +1, , и, то на выходе 37 не будет потенциал (произошло неправильное декодирование и инФормацию надо передать снова), а будет потенциал на выходе 13, 45Рассмотрим случай, когда в системебыпо одно сообщение, т.е. сигнал навыходе 11, и есть сигнал на выходеблока 12, т.е. произошел правильныйприем. Тогда с появлением импульса 50от генератора 7 блок 6 формируеткод числа, равновероятно расположенного в интервале от нуля от единицы,который будет подан на входы схем23 сравнения, причем на другие входы 55данных схем будут поданы коды вероятностей 11 и 11, и 12 через открытыеэлементы И 26,Если код числа, равновероятно распределенного в интервале от нуля доединицы Л-" ,0, АЙ + 111, Аб 0 + 1 ц 1+фЪ,1 ои 12, то на выходах схем 231, 23, 233сравнения будут потенциалы. На выходе34 будет потенциал и не будет потенциала на вькодах 36 элементов И 35.Данный потенциал поступит на входэлемента ИЛИ 31 и с вькода 411 блока 4 через элемент И блока 5 поступа,ет на вход блока памяти. При этом будет сигнал на выходе 111 и исчезнетсигнал с выхода 11, устройства.Если равновероятное число Апо,но Лио+ н 11 у Лн 1 О+ и 11 + Н 12то на выходе схемы 231 сравнения будет нулевой сигнал и будут единичныесигналы на выходах схем 23 и 23сравнения, Тогда на выходе 34 не будет потенциала, будет потенциал навыходе 311 элемента И 351 и не будет потенциала на выходе 36, элемента И 35,. Потенциал с выхода 361 через элемент ИЛИ 31 с выхода 41,поступит в блок 10 памяти, На выходе11 устройства сохранится потенциал,что свидетельствует о том, что всистеме имеется одно сообщение и онопринято к передаче,Если равновероятное число А)к 1л л гА "1 О + 11ЛО+ ц +112 фто потенциал будет лишь на выходе36, элемента И 35, и данный потенциал пройдя через элемент ИЛИ 31 свыхода 41, блока 4 через блок 5 элементов И в блок 10 памяти. Потенциал будет на выходе 11, устройства,При этом сработает блок 8 выделенияпотоков. Состояние выходов 11 подается на входы регистра 45 и схем 46и 47 сравнения. Но сработает схема46 сравнения, так как код состояниявькодов 11 на такте Т+1 больше кодасостояния выходов 11 на такте Т. Навыходе 16 появится сигнал, что говорит о том, что в систему поступилосообщение. В том случае, если сообщение принято неправильно и должен быть произведен переприем, т.е. на выходе блока 12 не будет потенциала, то будетпотенциал на выходе элемента НЕ 38,который откроет элементы И 27, 1 устьсигнал будет на выходе 11, 1 2, Тогда с появлением импульса генератора 7сработает блок 6 и код числа А будетподан на входы 21 блока 4, В этомнящиеся в регистрах 201201 1, будут поданы через элемен 11, 1ты И 27 на схемы 24 , 1 н 241:1сравнения соответственно. Если число А с 7А 6 1;, 1 и ., то сигнал будет на выходе схемы 24.1,1-1 сравнения и не будет на выходе схемы 24;-1,1 сравнения. Если кодА Н 1 1,.1, А- и11 1,1,1, тол, л Рсигнал будет только на выходе схемы 24 . сравнения. Если на выходе1схемы 24 1 1,сравнения, то будетсигнал на выходе 41 блока 4, а если сигнал есть на выходе схемы сравнения 24 .1 1 , то будет сигнал на выходе схемы 41;сравнения блока 4, В первом случае сохранится сигнал на выходе 11 устройства, а во втором случае сигнал будет на выходе 111 устройства и на выходе 16, Это означает, что в систему за время Т поступило сообщение и очередь на пере. дачу увеличилось на одно сообщение,В том случае, если число сообщений в системе больше, либо равно двум, и произошел правильный прием сообщения, т,е. на выходе блока 12 будет сигнал, то сигнал будет и на входе блока 4, В этом случае заперты элементы И 27 и открыты элементы И 29 На одном из входов 11 имеется потенциал и на выходе элемента ИЛИ 28 имеется также сигнал. Пусть, например сигнал имеется на выходе 11; (д 3),Тогда на входе 12блока 4 есть сигнал, который пройдет через открытыйэлемент И 29, 2 и на его выходе 42 5 будет сигнал, который через элементИЛИ 311пройдет на выход 4 1;бло"ка 4, Этот сигнал через блок 5 поступает на блок 1 О памяти и на выходе11,.1 появится сигнал, сигнал появит О ся и на выходе 17 блока 8. Это свидетельствует о том, что очередь уменьшилась на одно сообщение, котороепокинуло систему.Таким образом, на выходах 11 имеет 15 ся информация о числе сообщений всистеме, т.е. если сигнал имеется навыходе 1 то в системе имеется число сообщений равное -1. На выходах16 и 17 образуетсяинформация о рас пределениях входного и выходного потоков сообщений соответственно, На выходах 131, 13 13 З получается информация о числе сообщений принятых беэошибок, с исправленными ошибками и 25 неправильно декодированных.Применение изобретения позволяетрасширить функциональные воэможностиустройства за счет выполнения следующих функций: имитация входящего и вы 30 ходящего потоков сообщений; оценкаиспользования системь 1 И КаНала; ИмИтация числа сообщений, стоящих в оче.реди,. а также передачи сообщений поканалу связи.