CC BY
66
УДК 681.3.01
А. А. Привалов, А. Е. Красковский, А. П. Вандич
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА «КОРОТКОЙ» ПЕРЕДАЧИ В РАДИОЛИНИЯХ «ПУЛЬСАР» ПРИ СЛУЧАЙНЫХ ПОМЕХАХ
В статье рассматривается модель процесса функционирования радиолиний с пакетной передачей информации в условиях случайных помех, ориентированная на вычисление ее вероятностно-временных характеристик. Модель основана на представлении процесса «короткой» передачи в виде стохастической сети с последующим определением среднего времени и функции распределения времени передачи координатометрических и аутентификационных данных.
воздушная обстановка, автоматизированная система управления воздушным движением, слот, «короткая» передача, метод топологического преобразования стохастических сетей.
Введение
Одним из основных направлений обеспечения безопасности полетов, как было установлено на основе тщательных расследований инцидентов и катастроф, является автоматизация сбора, передачи и обработки информации о воздушной обстановке. Для этого необходимо создание автоматизированных систем управления воздушным движением (АСУВД), обмен информацией управления в которых осуществляется по радиолиниям с пакетной передачей информации [1]. Поскольку эффективность функционирования АСУВД определяется в основном своевременностью передачи данных, а процесс информационного обмена имеет существенные особенности, возникает задача оценки качества функционирования радиолиний, обеспечивающих сбор данных о воздушной обстановке.
1 Процесс передачи информации в радиолинии
Как следует из технического описания радиостанции «Пульсар», передача информации осуществляется в одном или нескольких последовательных временных окнах - слотах (рис. 1). Длительность одного слота определяется в результате деления временного интервала в 60 секунд Всемирного координированного времени (UTC) на 4500 равных интервалов.
Передача состоит из пяти этапов (табл. 1):
A. Стабилизация мощности передачи.
B. Синхронизация и разрешение неоднозначности.
C. Передача данных.
D. Выключение/затухание мощности передатчика.
Е. Создание защитного интервала на распространение.
Рис. 1. Временная диаграмма передачи
Существующими протоколами функционирования линии передачи данных предусмотрены передачи пакетов способом «короткой» и «длинной» передачи.
Если данные пользователя не помещаются для отправки в один пакет («короткая» передача), радиостанция должна разбивать их на части, с последующей передачей каждой части отдельным пакетом («длинная» передача). При приеме таких пакетов радиостанция должна соединять их в один и в таком виде выдавать пользователю. При этом поле M (more), содержащееся в пакетах, должно быть равно нулю, если передаваемый пакет - последний в цепочке передаваемых, иначе - единице.
При «короткой» передаче радиостанции должны выполнять следующие действия.
ТАБЛИЦА 1. Циклограмма передачи однослотового сообщения
А: стабилизаци я мощности передатчика В: синхронизаци я и разрешение конфликтов C: данные D: затухание мощности передатчика (затухание до 20 дБ) E: интервал защиты распространен ия сигналов
GFSK 16 бит («832 мкс) 24 бита («1250 мкс) 192 бита («10 000 мкс) 300 мкс «1250 мкс (эквивалентно «24 битам)
Станция-отправитель (SRC) посылает пакет INFO или CTRL с полем резервирования для адресного запроса, полем M = 0, полем T = Tt. После четырех неудачных попыток передачи данных станция выдает на внешний интерфейс соответствующую информацию.
При приеме станция-получатель (DST) устанавливает значение внутренней переменной Tr равным T из принятого пакета и посылает в слоте, указанном в поле резервирования для адресного запроса, подтверждение о получении пакета INFO_ACK с полем T = Tr. Полученный пакет выдается во внешний интерфейс.
Если SRC не приняла в слоте, зарезервированном для направленного запроса, ответ от DST, она повторно начинает процедуру «короткой»
передачи. Если SRC приняла в слоте, зарезервированном для адресного запроса, ответ от DST, она выдает соответствующее сообщение во внешний интерфейс.
2 Моделирование процесса «короткой» передачи
Постановка задачи. Пусть имеется линия передачи данных с временным разделением доступа корреспондентов, входящая в состав сети обмена данными УКВ-диапазона и функционирующая в условиях случайных помех в соответствии с установленным алгоритмом работы «короткая передача». В данной радиолинии организовано 75 временных слотов, предоставляемых различным корреспондентам сети для передачи пакета координат в течение одного цикла временного распределения. Тогда, при передаче пакета данных, за случайное время Сл с функцией распределения F^t) станция-отправитель посылает пакет INFO или CTRL с полем резервирования для адресного запроса, который с вероятностью Рин принимается станцией-получателем. В противном случае с вероятностью (1 - Рин) станция отправитель через случайное время ожидания ^ с функцией распределения F4(t) повторяет процедуру передачи пакета INFO или CTRL. Станция-получатель при приеме пакета INFO или CTRL через случайное время Сл с функцией распределения F^t), посылает в слоте, указанном в поле резервирования для адресного запроса, подтверждение о получении пакета INFO_ACK, который принимается с вероятностью Раск станцией-отправителем. В противном случае с вероятностью (1 - Раск) станция-отправитель, через случайное время ожидания ^ с функцией распределения F^t) повторяет процедуру «короткой» передачи пакета INFO или CTRL.
Требуется определить функцию распределения FKn(t) и среднее время успешной реализации процесса передачи пакета данных при «короткой» передаче ГКП.
Решение. Представим процесс функционирования линии передачи данных в виде стохастической сети (рис. 2).
Ф)
Рщ{ c(s)
Раск
На рис. 2 a(s) и c(s) - преобразования Лапласа функций плотности
вероятностей времени передачи в течение одного цикла и времени ожидания повторных передач соответственно.
Данная сеть имеет эквивалентную функцию:
®кп(^)
________________(а + РШ!РАСК______________________
s + (2с + cf)s + (etc + cicPyo^ + с )s + etc РущРACK
(1)
где а = 1/tM; с = lftjj, вероятности Раск = f(z, Lack), Рин = f(z, Рин) являются функциями соотношения С/Ш и длины пакета INFO или CTRL, определяемых по методике [2].
Для функции распределения времени передачи представим (1) в виде суммы вычетов:
со
КП
(0 = 1
(a + s)c РинРАСк
(3s + 2(2с + a)s + ас + асР^ + с )(s - st)
(2)
Такое представление позволяет легко осуществить переход в пространство оригиналов и получить функцию плотности вероятности времени реализации процесса передачи fn(t):
у ^ ^______(a + s)c Р^цРаск
exp( sit)
j=i (3s + 2(2с + cf)s + ас + асР+ с )
(3)
Проинтегрировав (3) по параметру t с переменным верхним пределом, получим искомую функцию распределения времени передачи пакета данных при реализации процедуры «короткой» передачи:
^кп(о=Е
(^/ + л )с />„„ P.t р (I ехр( sy))______
(3s2 + 2(2с + a)s + ас + асР^ + с2 )(-sj)
(4)
Среднее время передачи определим как
(a + s)c2PmP
Кп=Е
АСК
(3s + 2(2с + a)s + ас + асР^ + с )s‘
(5)
Результаты расчётов представлены на рис. 3. При этом принимались исходные параметры: рл =1с, = 0,5 с, а вероятности Раск и Рин
полагались равными и принимали значения 0,3, 0,7 и 0,99.
^Кп(0
t, c
Рис. 3. Результаты расчетов по (4)
Заключение
Анализ полученных результатов показывает, что разработанная модель процесса функционирования радиолинии передачи данных в условиях воздействия случайных помех работоспособна и позволяет получать не противоречащие логике результаты, чувствительные к изменению исходных данных, характеризующих основные энергетические и временные параметры радиолинии. Результаты моделирования могут быть использованы для оценки своевременности обмена координатометрическими данными.
Библиографический список
1. Бортовая радиостанция цифровой связи УКВ диапазона «Пульсар» : техническое описание. - СПб. : НИТА, 2003.
2. Основы энергетического расчета радиоканалов / В. А. Мешалкин. - Л. : ВАС,
1991.
3. Методика расчета вероятности правильного приема пакета данных сообщения в целом в радиоканале с GFSK : отчет по НИР «Пульсар» / С. Г. Пятко, А. А. Привалов, С. А. Сердинов и др. - СПб. : НИТА, 2006.
4. Метод топологического преобразования стохастических сетей и его использование для анализа систем связи ВМФ / А. А. Привалов. - СПб. : ВМА, 2000. -166 с.
