Адаптивный коммутатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8 С 19723"ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН . ИЗОБРЕТЕНИЯ. ЕТЕЛЬСТВУ САНИЕ М АВТОРСКОМУ(21 ) 3484 529/18-24 блоков сравнения, вторые входы ко- (22 ) 17.08.82 торых соединены с выходами блока (46 ) 15.12,83, Вюл. В 46 . формирования приоритетов, третьи (72) В.С.Альтшулер, А,А .Васюхно, входы - с выходами соответствующих Л.Н.Волков, А .В.Орлов и фВ.М.Фила- , анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами (53) 628,398(088.8) , узла коррекции, выход которого сое- (56) 1. Авторское свидетельство СССР динен с управляющим входом генера-225036, кл. С, 08 С 19/28, 1968 тора нормального шума, выходы бло 2. Авторское свидетельство СССР, ков сравнения соединены с входамиВ 8242264, кл.08 С 19/28, 1981 . переключателя каналов. (прототип ). 2 Коммутатор по и. 1, о т л и (54)(57) 1, АДАПТИВНЫЙ КОММУТАТОР, . ч а ю щ и.й с я. тем, что масштасодержащий анализаторы активности бирующий преобразователь выполнен входных сигналов, входы которых обь-на компараторе, умножителях, выединены с информационными входамичитателе и переключателе выходИ канальных элементов и подключены к . компаратора соединен с управляющим ,Е входам адаптивного коммутатора, аы-. входом .переключателя, выход которого ходы канальных элементов соединены через первый умножитель соединен с первым выходом адаптивного комму- с. находом масштабирующего преоб, татора, блок формирования приорите- . разователя, выход второго умножита, блоки сравнения, переключатель ,. теля соединен с первым входом вычита каналов, выход которого соединен " теля, выход которого соединен с перс информационным входом шиФратора вым информационным входом переклюпервые выходы которого соединены чателя, второй информационный вход с вторым выходом адаптивного комау-. ; которого объединен. с вторым входом татора, вторые выходы через после- ., вычитателя и подключен к первому довательно соединенные регистр и входу масштабирующего преобразовадешифратор соединены с управляю- , теля, второй вход которого соединен щими входами канальных элементов, . с входом второго умножителя. отли,чающийся тем, что, 3. Квм)утаторпоп. 1, отли.с целью повышения надежностиадап- . ч а ю щ и и с я тем, что узел тивного коммутатора, в него введены ; коррекции выполнен в виде параллель- генератор нормального шума, масшта- но соединенных пикового детектора бирующий преобразователь и узел кор- и сумматора, входы которых объедирекции, первый и второй выяоды гене- иены и соединены с входом блока кор, ратора нормального шума соединены,. рекции, выходы соединены с первым ,с соответствующими входами масшта- и вторьз) входами арифметического бирующего преобразователя, выход .блока, выход которого соединен с которого соединен с первыми входаэе выходом узла коррекции.40 45 о 55 60 65 Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах сбора и обработки данных с целью сокращения потока передаваемой информации.Известен адаптивный коммутатор, содержащий анализаторы активности измеряемых процессов, схему памяти моментов появления требований, детектор максимального сигнала, логическую схему выбора каналов, схемы статической и динамической памяти адресов, диодную матрицу и схему РЛИ Я .Недостатками данного устройства являются низкая надежность и значительные весогабаритные характеристики, что особо проявляется при большом количестве первичных датчиков и обусловлено сложностью выполнения генераторов пилообразного напряжения, необходимостью буферизации, разравнивания данных и запоминания моментов взятия отсчетов при групповых требованиях на опрос. Кроме того, известное устройство отличается низким быстродействием, невозможностью программной коррекции частот опроса первичных датчиков.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности являетсяадаптивный коммутатор, содержащий аналйзаторыактивности, входы которых соединены с выходами первичных датчиков и инФормационными входами канальных элементов, выходы которых соединены с шиной данных,адап- .тивного коммутатора, блок формирования приоритетов, блоки контрольных . сигналов,блоки сравнения, выходыкоторых соединены с входами блокаФормирования приоритетов, выходыкоторого соединены с входами блокапамяти моментов появления требований, выходы которого соединены с входаМи детектора максимального сигнала, выходы которого соединены с входами блока выбора каналов, выходы которого соединены с входами шифратора, первые входы которогосоединены с шиной адреса адаптивного коммутатора, а вторые - с входами регистра, выходы которого через дешифратор соединены с управляю,щими входами канальных элементов,а также блок опроса каналов и эле" мент ИЛИ 2Наличие в каждом канале генератора линейно изменяющегося напряжения приводит к недопустимому снижению надежности устройства ужепри количестве опрашиваемых датчиковболее ста. В то же время в случаегруппового требования в известномустройстве возможны потери информа.ции, степень сжатия информации в нем невелика, также как и степеньадаптации к изменению активностипервичных датчиков.Цель изобретения - повышение надежности адаптивного коммутатора,5 снижение его весогабаритных характеристик, повышение степени сжатияинформации,Указанная цель достигается тем,что в адаптивный коммутатор, со 10 держащий анализаторы активностивходных сигналов, входы кото 1 йюхобъединены с информационными входами канальных элементов и подключены к входам адаптивного коммутатора, выходы канальных элементовсоединены с первым выходом адаптивного коммутатора, блок Формирования приоритета, блоки сравнения,переключатель каналов, выход которого соединен с информационным входом шифратора, первые выходы которого соединены с вторым выходомадаптивного коммутатора, вторыевыходы через последовательно сое 25 диненные регистр и дешифратор соединены с управляющими входами канальных элементов, введены генератор нормального шума, масштабирую"щий преобразователь и узел коррекцйи, при этом первый и второй выЗ 0 ходи генератора нормального шумасоединены с соответствующими входами масштабирующего преобразОвателя, выход которого соединен спервыми входами блоков сравнения,Зз вторые входы которых соединеныс выходами блока формирования приоритетов, третьи входы - с выходами соответствующих анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами узла коррек" ции, выход которого соединен с управляющим входом генератора нормального шума, а выходы блоков сравнения соединены с вхрдами переключателя каналов.Йроме того, масштабирующий преобразователь выполнен на компарато ре, умножителях, вычитателе и переключателе, выход компаратора соединен с управляющим входом переключателя, выход которого через первый умножитель соединен с выходом масштабирующего преобразова" теля, выхэд второго умножителя соединен с первым входом вычитателя, выход которого соедйнен с первым информационным входом переключателя, второй информационный вход которого объединен с вторым входом вычитателя и подключен к первому входу масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с входом второго умнсжителя.1 Ьмимо этого узел коррекции выполнен в виде параллельно соединенных пикового детектора и сумматора, входы которых объединены и соединены с входом блока коррекции,а выходы соединены с первым и вто"рым входами арифметического блока,выход которого соединен с выходом 5узла коррекции.На Фиг, 1 приведена структуриаясхема адаптивного коммутатора;на фиг. 2 - масштабирующий преоб- .разователь; а на фиг. 3 - узел кор-рекции.Устройство содержит (фиг.1) анализаторы 1 активности входных сигналов по числу. первичных преобразователей информации генератонормального шума, Масштабирующий: .преобразователь 3, блок 4 формиро- .вания приоритетов, блоки 5 наравне"сия, переключатель б каналов, шиф"ратор 7, регистр 8, дешифратор 9,канальные элементы 10 и узел 11 коррекцииИасштабирующнй преобразователь3 (Фиг.2) содержит компаратор 12,переключатель 13, первый умножитель14, вычитатель 15 и второй умно- , . 25житель 16.Узел 11 коррекции (Фиг. 3) выполнен в виде параллельно соединенных пикового детектора 17 и сум"матора 18, выходы которых соединены с входами арифметического бло. ка. 19Генератор 2, масштабирующийпреобразователь 3, блоки 4 и 5,узел 11, а также анализаторы 1 З 5активности могут быть выполненыкак в аналоговой, так и в цифровойформе, однако в дальнейшем дляпростоты предполагается, что онивыполнены в виде аналоговых схемс выходным сигналом в виде напряжения, а не кода.Устройство работает следующимобразом.Анализаторы 1 активности, измеряя уровень и скорость измене-, . 45ния входных величин., вырабатывают напряжение, пропорциональноескорости изменения входных величинлибо их уровню (отклонению от нормального значения ), либо суперповицин уровня и скорости - в зависимости от априорных данных опорядке опроса первичных датчиков.Выходные сигналы анализаторов 1активности, определяющие динами.- 55ческий приоритет входных величин,поступают на третьи входы блоков5, на первые входы которых посту-.пает выходное напряжение масштабирующего преобразователя 3, а навторые - выходные напряжения с соответствующих выходов блока 4, которые определяют программный приоритетна основании априорных данных. Вблоке 5 происходит сравнение суммы . 65 программного и динамического приоритетов (суммы напряжений с выходасоответствующего анализатора 1 активности и соответствующего выходаблока 4) с выходным напряжениеммасштабирующего преобразователя 3,при этом выходной сигнал поступает с блока 5 на соответствующийвход переключателя б в том случае,если сравнимые напряжения отличаЮтся менее чем на величину Ь, определяемую из соотношенияЕд=)с - ,где- коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально или по априорным данным;Е - вероятностное отклонениевыходного сигнала генератора 2;П - количество первичных датчиков или, что то же, выходов адаптивного коммутатора.По сигналам блоков 5 переключатель 6 производит выбор опрашивае"мого канала. В случае одновременно"го прихода нескольких входных сигналов переключатель б осуществля 3ет запоминание требований и последующую их обработку в порядке, определяемом сигналами управления, поступающими на его вход (не показан), или априорно. Таким образом,. требования на опрос поступают с входа переключателя б на его выход. либо Непосредственно, либо с за" держкой, определяемой количествомтребований за интервал времени,равный рабочему такту устройстваи задаваемому хронизатором (не показан), осуществляющим тактирование схемы, выработку служебных сигналов обнуления, перезаписи и т.п.В шифраторе 7 Формируется адрес соответствующего информационного канала, который можно изменить, по сигналам, подаваемым на установочный вход шифратора 7, адрес поступает в шину адреса и на дешифратор 9, который открывает соответствующий канальный элемент 10, осуществляющий трансляцию входногосигнала в шину данных.Выходные сигналы анализаторов 1 активности поступают также на входы узла 11, который анализирует уровень активности первичных датчиков, количество активизированных датчиков и, в зависимости от указанных величин осуществляет управление дисперсией генератора 2Иасштабирующий преобразователь 3 (фиг. 2) осуществляет преобраэо . ванне выходного сигнала генератора 2, подчиняющегося нормальному закону распределения, симметричному значению 0(или К в случае циф1061170 рового выполнения генератора 2), равному математическому ожиданию выходного сигнала, в асимметрично распределенный сигнал с удвоенной средней частотой появления значений.Так, на вход компаратора 12 поступает текущее значение выходного сигнала генератора 2 (О или И) и е математическое ожидание. В случае, если ОьО , переключатель 13 пропус кает на вход первого умножителя 14 величину О, а в случае, если ОО- величину (Оо-(О-О при этом коз Фициент передачи второго умножителя 16 равен двум, а коэффициент передачи первого умнсзкителя 14 определяется диапазоном изменения те кущего приоритета, равного сумме программного (поступающего с блока 4) и динамического (поступающего с анализаторов 1 активности).Пиковый детектор 17 в узле 11 (фиг. 3) осуществляет определение максимальной величины динамическог приоритета. Сумматор 18 измеряет средний уровень выходных сигналов анализаторов 1 активности, а арифметический блок 19 по среднему уровню и максимальному значению ди намичеекого приоритета определяет оптимальное значение дисперсии выходного сигнала генератора 2.Устройство мажет работать в тре основных режимах.При отсутствии априорных данных выходные сигналы блока 4 устанавливают равными нулю. Н. этом случае выбор канала производится со средней частотой, которая зависит лишь от активности данного канала. Устройство осуществляет при этом адап" тивную выборку входной информации.В случае необходимости адаптив-, ный коммутатор может осуществлять программное сжатие данных для чего выходной сигнал анализаторов 1 активности устанавливают равным константе, величину которой определяют из условия оптимальной дисперсии для априорно определяемых средних частот опроса каналов, а выходные сигналы блока 4 устанавливают в соответствии с укаэанными частотамиаВ общем случае устройство работает в смешанном режиме, когда текущий приоритет определяется как программным, так и динамическим. При этом начальное значение диспер. сии бо выбирается исходя из программного приоритета, т.е, априорного соотношения необходимых частот опроса каналов, а в процессе работы, в зависимости от активности первичных датчиков, узел 11 осуществляет изменение текущего значения дисперсииб в сторону уменьшения, если активности датчиковотличаются сильно в сторону увели 5чения по сравнению сб в случаеонеобходимости опроса датчиков сблизкими средними частотами опроса.Диапазон изменения текущего приго оритета выбирается равным Ор-КЕгде 1 с)(с 3,10 Наилучшие результаты получаютпрн большом количестве каналов (более ста), когда погрешность восстаф- новления данных за счет отклоненИяреальной частоты опроса каналов от15 средней необходимой частоты опросастановится на порядок ниже погрешностей, обусловленных прочими факторами, в том числе.и информационнымипотерями.20Регулировка выходных сигналовблока 4 и анализаторов 1 активностиможет осуществляться как однократно .о при наладке устройства по априор 25 ным данным, так и программно поуправляющим входам (не показаны).Таким образом, частота опросаканалов в. предлагаемом устройствеопределяется не только порогом срабатывания анализаторов 1 активности,одинаковым для всех каналов,но и величиной отклонения скоростих изменения входных сигналов адаптивного коммутатора, т.е. адаптацияносит дифференцированный характер35 что способствует увеличению точности восстановления передаваемойинформации . Достигается это с минимальными аппаратурными затратамив каждом канале, благОдаря чему40 конструкция коммутатора упрощается,а надежность повышается, посколькувклад схем, общих для всех каналов,при большом числе последних, является незначительным по сравнению45 с суммой аппаратурных затрат всех,каналов. Этому способствует введение в адаптивный коммутатор упрайляемого генератора нормальногб шу-ма, масштабирующего преобразова-,теля и блока коррекции. Предлагаемый адаптивный коммутаторобладает широкими функциональными возмокностями, так как мсэкет работатьв различных режимах, а также повы 55 щенной степенью сжатия информ цииТехнико-зкономическая эффектив:йость применения адаптивного коммутатора обуславливается снижениемаппаратурных затрат, повышениемотказоустойчивости и ремонтопригодности, а также рядом косвенных фак"торов, таких как повышение точности передачи информации, большейпропускной способностью.