Методи структурного кодування даних в автоматизованих системах управління

Проведено класифікацію цієї системи, установлено її мета й завдання щодо підвищення завадостійкості та вірогідності інформації, швидкодії процесів обробки і передачі (розподілу) даних без втрат для забезпечення процесу якісного прийняття рішень в АСУ.

Обґрунтовано роль і місце розробленої підсистеми стиснення інформаційних потоків на основі двоознакового структурного кодування й декодування даних.

На основі розробленої технології показано шляхи побудови та підвищення ефективності якості функціонування АСУ з урахуванням кількісних оцінок параметрів підсистеми стиснення даних, обраних показників якості і сформульованих критеріїв (рис. 12). На базі визначеної технології розроблена структурно-логічна схема АСУ транспорту, що містить у собі велику кількість розташованих на значній відстані елементів і підсистем, у тому числі й територіально рознесені космічні сегменти.

Запропоновану АСУ транспорту за видом об'єкта діяльності можливо класифікувати, як багатофункціональну інтегровану систему управління виробничо-господарською діяльністю, де обробляються дані як про технологічні процеси, так і про виробничо-господарську діяльність.

Визначено, що ґрунтуючись на розроблених методах і програмно-апаратному комплексі й розв'язуваних ними завдань щодо забезпечення підвищення коефіцієнта стиснення й додаткового скорочення часу на обробку даних, підсистему стиснення інформаційних потоків можна класифікувати як систему, що забезпечує рішення завдань функціональних підсистем АСУ.

Показано, що інформаційні потоки отримані від угруповання космічних апаратів можна класифікувати, як потоки спеціального призначення, що забезпечують рішення стратегічних завдань управління. Однак, поряд із стратегічними завданнями, ця інформація може служити й для прийняття оперативних рішень щодо управління транспортною системою: різко змінні аномальні або атмосферні явища, пожежна небезпека, екологічні катастрофи й аварійні ситуації в зоні великих транспортних вузлів і т.д..

Доведено, що на основі відео-інформаційної взаємодії, датчиків контролю поїзних і диспетчерських пунктів, датчиків транспортних вузлів і магістралей тощо, може бути організоване отримання інформаційних потоків другого класу - стандартних потоків, що призначені для рішення тактичних завдань в АСУ транспортом. До третього класу даних в АСУ транспортом віднесено інформаційні потоки, що забезпечують даними функціональні автоматизовані підсистеми. Для кількісної оцінки ефективності підсистеми стиснення даних у процесі функціонування АСУ були обрані показники якості і визначені критерії ефективності. Показано, що основним показником якості технології компактного подання даних є здатність підсистеми стиснення забезпечити зниження величини сумарного часу процесу обробки і передачі інформаційних потоків в АСУ.

Показано, що для розробленого методу компактного подання даних на основі двоознакового структурного кодування сумарний час на обробку й передачу реалістичних зображень (обсягом Мбіт, швидкість обробки оп/с, швидкість передачі даних по інформаційним мережам - 2,048 Мбт/с 61 Мбіт/с) змінюється в межах від 0,04 до 20 с.

При цьому виграш за часом обробки й передачі даних для розробленого методу щодо відомих досягає в середньому від 2.1 до 4.2 разів залежно від співвідношення характеристик інформаційно-телекомунікаційних мереж АСУ.

Визначено, що величина сумарного часу процесу функціонально залежна від коефіцієнту стиснення даних. Величина визначається, як відношення обсягу вихідних даних до обсягу стиснених даних.

Отже: ступінь стиснення для двоознакового структурного кодування двійкових даних у структурному просторі, залежно від виду оброблюваних даних перебуває в межах від 2,2 до 5 разів.

При цьому найбільше скорочення обсягів даних досягається при обробці реалістичних зображень попередньо представлених у спектральному виді (до 6.25 разів).

При цьому, для розробленого методу компактного подання в порівнянні з відомими методами, виграш по величині стиснення в середньому дорівнює 2,5 рази.

Показано, що важливим є показник вірогідності одержуваних даних. У роботі обґрунтовано, як показник якості процесів в АСУ, ймовірність перекручування заданої кількості двійкових елементів у кодових комбінаціях.

На основі введення цього показника розроблені методи оцінок й корекції завадостійкості двійкових послідовностей, які дають можливість локалізувати вплив і уможливити процедуру самокорекції помилок в кодових словах при їх передачі в інформаційних мережах АСУ.

Встановлено, що базуючись на проведених дослідженнях та відповідно до висунутих вимог і особливостей рішення завдань стиснення даних в інформаційних мережах АСУ було досягнуто поставлених умов для визначених критеріїв ефективності функціонування АСУ: 1) у випадку відомого часу , необхідного для передачі обсягу інформації - відповідність між необхідною величиною й часомвиду:

забезпечується технологією компактного подання даних на основі двоознакового структурного кодування й декодування даних.

2) у загальному випадку - досягається мінімізація часу обробки й передачі даних

З виконанням співвідношень (16) і (17) виконуються і умови обмежень, що накладаються на швидкість обробки і передачі даних по інформаційно-телекомунікаційним мережам АСУ, а також виконуються вимоги по забезпеченню ступеню вірогідності інформації.

де - задане значення відношення сигнал/шум; - відповідно задані для конкретної інформаційно-телекомунікаційної мережі - швидкість виконання машинних операцій, швидкість передачі даних й заданий обсяг даних.

Показано, що в результаті компактного подання даних досягається зниження їх обсягів, що приводить до скорочення кількості пакетів даних, зниження ступеня інтенсивності завантаження каналів зв'язку, зменшення часу затримки пакетів на транзитивних вузлах інформаційно-телекомунікаційних мереж АСУ.

Реалізація програмно-апаратного комплексу підсистеми стиснення даних на базі двоознакового структурного кодування, забезпечує підвищення ефективності функціонування АСУ транспорту на основі відповідності заданого часу обміну оперативною інформацією, її вірогідності для інтервального регулювання руху поїздів на перегонах зі зверненням вантажних, пасажирських і високо-швидкісних потоків.

На основі розробленої технології, методів двоознакового структурного кодування даних , методів оцінок й корекції завадостійкості двоознакових кодових конструкцій розроблено та впроваджено програмно-апаратний комплекс підсистеми стиснення інформаційних потоків у складі АСУ транспортом УДППЗ “УКРПОШТА” та Державного ТГО Південно-західна залізниця, що дозволило забезпечити ступень стиснення даних без втрат інформації у межах від 2,2 до 6.25 разів та додаткове підвищення ступеня стиснення без внесення похибок щодо відомих технологій компактного подання в середньому в 2,5 рази.

Впровадження програмно-апаратного комплексу підсистеми стиснення інформаційних потоків дозволило підвищити ефективність функціонування АСУ та оптимізувати процес перевезень в регіоні управління.

ВИСНОВКИ

1. Розроблені критерії ефективності та показники якості функціонування АСУ, які дозволили сформувати тип задач що визначають швидкодію обробки й передачі потоків даних без втрат корисної інформації.

2. Розроблено методи компактного подання двійкових даних з обмеженим числом серій одиниць на основі структурного кодування й взаємооднозначного декодування даних у двійковому просторі, що дозволило формувати код-номер двійкової послідовності чисел за заданими значеннями числа серій одиниць і за заданими обмеженнями на кількість припустимих зон. Це дозволило одержати рівень мінімального значення коефіцієнта стиснення даних без втрати інформації на базі одноознакового структурного кодування у межах 2,2 разів для інформаційно-телекомунікаційних мереж АСУ.

3. Вперше розроблені методи двоознакового структурного кодування даних без втрат інформації на основі скорочення структурної надмірності в інформаційних потоках АСУ, що дозволило підвищити ступень компактного подання даних і зменшити час на процес кодування (відносно одноознакового структурного методу) на основі накладення додаткових обмежень на комбінації серій одиниць у припустимих зонах.

4. Вперше розроблені методи двоознакового структурного декодування на основі взаємооднозначності подання двійкових даних, що дозволило без втрат інформації за заданим значенням коду-номера й значенням структурних ознак, відновити елементи двоознакової послідовності чисел.

5. Розроблено методи послідовно-рекурентного двоознакового структурного подання двійкових даних на основі врахування залежності між ваговими коефіцієнтами сусідніх елементів двоознакової послідовності, що дало можливість скоротити кількість операцій обчислення та зменшити загальний час обробки інформації в інформаційних мережах АСУ.

6. Вперше розроблені методи паралельно-рекурентного двоознакового кодування даних у двійковому просторі на основі проведення паралельно-рекурентної обробки припустимих зон двійкової двоознакової послідовності структурних чисел, що дозволило скоротити загальний час обробки і передачі інформації в інформаційно-телекомунікаційних мережах АСУ на 80% відносно одноознакового структурного кодування.

7. Розроблено методи паралельно-рекурентного відновлення елементів двійкової двоознакової послідовності чисел з позонною обробкою на базі структурного декодування, що дозволило отримати виграш за часом обробки й передачі інформації в АСУ для розробленого методу відносно відомих в середньому від 2.1 до 4.2 рази.

8. Розроблено методи оцінок й корекції завадостійкості двоознакових двійкових послідовностей, які враховують особливості формування кодових слів і процесу декодування структурних чисел, що дозволило підвищити завадостійкість структурних кодових конструкцій, локалізувати вплив та зробити можливим самокорекцію помилок що виникли у кодових словах при передачі даних в інформаційних мережах АСУ.

9. Вперше розроблено технологію підвищення ефективності функціонування АСУ на основі методів двоознакового структурного кодування, що дозволило забезпечити необхідний час обробки й неспотворену передачу визначених обсягів даних (бітових потоків) сформованих від різних джерел інформації.

10. На основі розроблених технологій, методів двоознакового структурного кодування даних, методів оцінок й корекції завадостійкості двоознакових кодових конструкцій розроблено та впроваджено програмно-апаратний комплекс підсистеми стиснення інформаційних потоків у складі АСУ транспортом УДППЗ “УКРПОШТА” та Державного ТГО Південно-західна залізниця, що дозволило забезпечити ступінь стиснення даних без втрат інформації у межах від 2,2 до 6.25 разів та забезпечити додаткове підвищення ступеня стиснення щодо відомих технологій в середньому в 2,5 рази. Впровадження програмно-апаратного комплексу підсистеми стиснення інформаційних потоків дозволило підвищити ефективність функціонування АСУ та оптимізувати процес перевезень в регіоні управління.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Юдін О.К. Кодування в інформаційно-комунікаційних мережах:-Монографія. - К.: НАУ, 2007.-308с.

2. Юдін О.К. Послідовний критерій аналізу інформативності параметрів сигналів// Вісник НАУ. - 2006. - №1 (27).- С. 18-21

3. Юдін О.К. Обгрунтування ефективності двоознакового структурного кодування у двійковому поліадичному просторі// Проблеми інформатизації та управління. - К.:НАУ, 2006.- Вип. 2(17). - С.137-141

4. Юдин А.К. Оценка степени компактного представления двухпризнаковых полиадических чисел // Збірка наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова. Спецвипуск “Сучасні тренажерно-навчальні комплекси та системи”.- К., 2006.- Т. 2.-С.70-76

5. Юдін О.К. Алгоритми ідентифікації сигналів та керуючих повідомлень у телекомунікаційних системах і мережах // Моделювання та інформаційні технології.- К., 2006. - Вип.№37.- С.9-16

6. Yudin O.K. The parallel bi-indication encoding end renewal of data in binary polyadic space// Вісник НАУ. - 2006. - №4.- С. 3-7

7. Юдін О.К. Обґрунтування взаємооднозначності двоознакового структурного подання двійкових даних у поліадичному просторі// Вісник НАУ. - 2007. -№1. - С. 38-42

8. Юдин А.К. Двухуровневое однопризнаковое кодирование данных в двоичном полиадическом пространстве // Труды IX Международной научно-практической конференции “Системы и средства передачи и обработки информации“ . - Ч.:ЧГТУ, 2005. - С. 109

9. Бабак В.П., Василенко В.С., Юдін О.К. Оцінка впливу параметрів каналу зв'язку на відносну швидкість обміну даними // Вісник НАУ. - 2005.- №4 (26). - С. 3-7

10. Бабак В.П., Баранник В.В. , Юдин А.К. Обоснование возможности повышения степени сжатия на основе изотопного кодирования изображений // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова.- К., 2006.- Випуск 33.- С 112-120

11. Стеклов В.К., Юдін О.К., Оксіюк О.Г. Синтез систем управління різнорідними телекомунікаційними мережами // Вісник Українського Будинку економічних та науково - технічних знань.- К.: Товариство “Знання“ України, 2004. -№ 1.- С. 62-69

12. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Кільчицький Є.В., Юдін А.К. Принцип управління телекомунікаційними мережами // Вісник Українського Будинку економічних та науково - технічних знань. - К.: Товариство “Знання“ України, 2002. -№ 2.- С. 49-55.

13. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Юдин А.К. Инвариантность в системах управления при неполной априорной информации // Науково - виробничий журнал Державного комітету зв`язку та інформатизації України “Зв`язок”.- К.:ДВІА “Зв`язок”, 2002.- №6(38). - С. 43-45

14. Баранник В.В., Юдин А.К. Двухпризнаковое структурное двоичное полиадическое декодирование // Открытые информационные и кормпьютерные интегрированные технологи. - Х.: Национальный аэрокосмический университет “ХАИ“, 2006. - Выпуск 32. - С 96-100

15. Баранник В.В., Юдин А.К. Оценка помехоустойчивости двухпризнаковых структурных кодових конструкцій // Системи обробки інформації.-Х: Харьковский университет Воздушных Сил им. И. Кожедуба, 2007. -№2. - С. 20-26

16. Баранник В.В., Юдин А.К. Метод восстановления двухпризнаковых двоичных чисел в полиадическом пространстве // Радіоелектронні і комп`ютерні системи.- Х.: ХАІ, 2006. -№4. -С. 40-42

17. Баранник В.В., Юдин А.К. Рекуррентное кодирование в направлении начиная с младших разрядов двухпризнаковых полиадических чисел // Авиационно-космическая техника и технология. - Х.: ХАИ, 2006. - №5.- С.68-70.

18. Баранник В.В., Юдин А.К. Двопризнаковое структурное кодирование массивов двоичных данных // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики.- Х.:ХНУРЭ, 2005. - №133.- C. 64-72

19. Баранник В.В., Юдин А.К. Двоичное полиадическое кодирование по количеству серий единиц // Радиоэлектроника и информатиика. - Х.: ХНУРЕ, 2005.- №2(31) . - C. 56-63

20. Баранник В.В., Юдин А.К. Оценка эффективности структурного кодирования двоичных данных в полиадическом пространстве // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - Х.: 2006. - №3.- С. 3-11

21. Баранник В.В., Юдин А.К. Востановление двоичных полиадических чисел с ограниченным количеством серий единиц // Радиоэлектроника и информатика. - Х.: ХНУРЕ, 2005. - №4(33) .- С. 95-102

22. Баранник В.В., Юдин А.К. Метод быстрого двухпризнакового структурного кодирования в двоичном полиадическом пространстве // Авиационно-космическая техника и технология.- Х.: ХАИ, 2006. -№6(32).- С.71-73.

23. Баранник В.В., Юдин А.К. Рекуррентное двухпризнаковое двоичное полиадическое кодирование // Открытые информационные и кормпьютерные интегрированные технологи. - Х.: Национальный аэрокосмический университет “ХАИ“.- 2006. -Вып. 33. - С 70-74

24. Баранник В.В., Юдин А.К. Рекуррентное двухпризнаковое структурное полиадическое декодирование // Радіоелектронні і комп`ютерні системи.- Х.: ХАІ, 2006.- №3 (15).-С. 8-11.

25. Гулак Г.Н., Баранник В.В., Юдин А.К. Метод многоуровневого изотопного кодирования изображений // Открытые информационные и кормпьютерные интегрированные технологи. - Х.: Национальный аэрокосмический университет “ХАИ“.- 2006. - Вып. 30.- С 189-197

26. Юдин А.К., Баранник В.В. Усеченное представление двоичных данных с ограниченным числом серий в полиадическом пространстве // Авиационно-космическая техника и технология.- Х.: ХАИ, 2006. - №2(28).-С.87-92.

27. Юдін О.К., Василенко В.С. Дослідження та використання параметрів процедур обміну інформацією в задачі маршрутизації в АС з розподіленою обробкою // Моделювання та інформаційні технології.- К., 2006.- Випуск №39.-С.8-16

28. Юдін О.К., Терещенко Н.М. Основні напрямки і проблеми інтеграції мереж // Вісник Українського Будинку економічних та науково - технічних знань.- К.: Товариство “Знання“ України, 2003. - № 1.- С. 86-91

29. Юдин А.К., Пуха Д.А. Методы и алгоритмы эффективного сжатия видео данных на базе стандарта JPEG 2000 // Защита информации. - К.:НАУ, 2006.- Выпуск №13.- С. 209-214

30. Черниш Л.Г., Юдін О.К. Загальний підхід до побудови систем віддаленого адміністрування, автоматичного оновлення і супроводу програмних продуктів // Право і безпека. Т.4.- К.: НУВС, 2005. -№4. - С. 185-188

31. Шматок С.О., Шматок О.С., Юдін О.К. Теоретичні засади аналітичних методів криптоаналізу марковських блочних шифрів // Открытые информационные и кормпьютерные интегрированные технологи. - Х.: Национальный аэрокосмический университет “ХАИ“, 2005. - Выпуск 28.- С. 167-176

32. Поляков П.Ф., Юдін О.К., Яковенко О.Л. Аналіз процедур несанкціонованого доступу до інформаційних ресурсів відкритих систем згідно з еталонною моделлю ISO/OSI // Телекомунікаційні системи та мережі на залізничному транспорті. - Х., 2006.- Випуск №78. - С. 130-138

33. Стеклов В.К., Юдин А.К, Руденко А.А. Комбинированные системы фазовой автоподстройки. Монографія - К.: Техніка, 2004.- 328с.

34. Юдін О.К., Чумак О.І., Скоблілова Н.М. Аналіз методів виявлення сигналів в системах управління різнорідними телекомунікаційними мережами // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития.- Х., 2002. - С. 406-422

35. Юдин А.К., Варфоломеева О.Г., Лесная Н.Н., Применение векторных критериев оптимальности для построения систем управления телекоммуникационными сетями // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития. - Х., 2002. -С. 251-259

36. Василенко В.С., Юдін О.К. Аналіз загроз інформаційним потокам в розподілених автоматизованих системах та мережах // Матеріали VII Міжнародної науково-технічної конференції “АВІА-2006“.- К.: НАУ, 2006. -Т.1.- С.12.37-12.42

37. Беркман Л.Н., Костич Б.Я. , Юдин А.К. Многокритериальная оптимизация систем управления разнородными телекоммуникационными сетями //Труди 8 международной научно-практической конференции “Системы и средства передачи и оброботки информации“. - О.: 2004. - С.16-17

38. Василенко В.С., Юдін О.К. Узагальнений завадостійкий код умовних лишків в задачах забезпечення цілісності // Радиотехника.- Х.: ХНУРЭ, 2007.- Вып. №148. - С. 228-233

Размещено на Allbest.ru