CC BY
33
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
применения, включая создание цветных моделей, навесных конструкций, использование эластомеров. Конструкция моделей может быть усилена за счет последующей пропитки воском или полимерами.
В 2010 году начались работы по применению SD-печати в условиях невесомости и низкой гравитации. Основной целью является создание ручных инструментов и более сложных устройств «по мере необходимости» вместо использования ценного грузового объема и топлива для доставки готовых изделий на орбиту.
На данный момент NASA проводит совместные тесты с компанией Made in Space, направленные на оценку потенциала SD-печати в снижении стоимости и повышении эффективности космических исследований. Детали ракет, изготовленные NASA с помощью аддитивных технологий, успешно прошли испытания в июле 201S года: две топливные форсунки показали результаты на уровне деталей, производимых традиционными методами, во время рабочих тестов, подвергших детали температурам около S 300°С и высоким уровням давления. Примечательно, что NASA готовится к запуску SD-принтера в космос: агентство собирается продемонстрировать возможность создания запасных частей прямо на орбите, вместо дорогостоящей транспортировки с земли.
Список использованной литературы:
1. Гибсон Я., Розен Д, Стакер Б. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое призводство. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. - 656 с.
2. Жиленко В.А., Краснова М.Н. SD Принтеры. Метод прямого лазерного спекания/ Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. Вып. 19. 147 с.
© Краснов А.А., Смоленцев Е.В., 2016
УДК 004.73:004.75
С.В. Кулешов, д.т.н.
в.н.с., Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
А.А. Зайцева, к.т.н.
с.н.с., Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
ПРОГРАММНО-РЕКОНФИГУРИРУЕМЫЕ ФОРМАТЫ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Аннотация
В статье рассматривается подход к решению проблемы наследования и согласования форматов в программно-реконфигурируемых телекоммуникационных системах. Данная проблема является актуальной для многих современных телекоммуникационных систем, характеризуемых интенсивным развитием. Для ее решения предлагается несколько подходов: подход метаописаний форматов, методы иерархического разбора форматов и использование концепции активных данных.
Ключевые слова
Инфокоммуникация, интернет вещей, активные данные, реконфигурация форматов,
наследование форматов
Введение
Расширение области применения новых информационных технологий в обществе вызывает необходимость их включения в парадигму исследований практически всех отраслей науки, особое место
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
среди которых занимают социокиберфизические среды и системы.
При рассмотрении киберфизических сред важно отдельно исследовать инфокоммуникационный аспект элементов в этих средах. Важной тенденцией в реализации динамически-перестраиваемой структуры киберфизических сред является использование программно-реконфигурируемых технологий.
На рынке телекоммуникационных систем — это повышение доступности интерактивной связи с помощью соответствующих сервисов через экспансию относительно недорогих программных решений, которая идет в нескольких направлениях. Одно из них — это распространение разнообразных программных клиентов видео-конференц-связи, в том числе для смартфонов и планшетов [3], такая тенденция получила название софтверизации, под которой понимается превращение в программу всего, что может быть лишено физического воплощения [1,2,5,6].
В телекоммуникационной сфере софтверизацию можно осуществить путем виртуализации каналов доставки контента. Виртуализация — это процесс представления набора физических ресурсов, или их логического объединения, который даёт какие-либо преимущества перед оригинальной конфигурацией.
В традиционных каналах использовались ориентированные на конкретный тип контента каналы, имеющие специализированное оконечное коммуникационное оборудование (телефон для передачи голоса, телеграф для передачи текстовых сообщений и т.п.).
Использование принципа софтверизации при доставке контента позволяет преобразовать передаваемые данные в универсальную форму, которая может быть передана через универсальную инфокоммуникационную среду (рисунок 1). Совокупность преобразователей из контентно-ориентированной формы (изображения, звук) в универсальную (транспортно-ориентированную) и обратно, а также физической составляющей коммуникационной среды можно считать универсальными виртуальными каналами [4]. Функции оконечных (терминальных) абонентских устройств в этом случае выполняют универсальные мобильные устройства (компьютеры, смартфоны) — преобразование и отображение контента реализовано в них программно.
Рисунок 1 - Универсальная инфокоммуникационная среда
В настоящий момент существует целый набор программно-определяемых технологий: программно-определяемые сети (Software-Defined Network - SDN), программно-определяемые центры обработки данных (Software-Defined Data Center - SDDC), программно-определяемые системы хранения данных (Software-Defined Storage - SDS), программно-определяемый радиоканал (Software-Defined Radio - SDR). Все эти технологии имеет смысл рассматривать в виде единого направления программно-определяемых или программно-реконфигурируемых сред.
Описание предлагаемого подхода
В ряде случаев требуется обеспечить доступ к телекоммуникационным сервисам в тех географических точках, где отсутствует покрытие сотовых сетей общего пользования, а использование специальных
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
радиосредств или спутниковых систем не представляется возможным. Часто подобный доступ требуется организовать на короткое время, не прибегая к развертыванию сети мобильных узлов связи (например, для потребностей МЧС).
Такое динамическое развертывание специализированных сетей передачи данных из стандартных телекоммуникационных (в первую очередь мобильных) устройств, путем их временного реконфигурирования, возможно на основе программно-реконфигурируемых телекоммуникационных систем (рисунок 2).
Рисунок 2 - Иллюстрация принципа обеспечения каналов передачи данных за счет переконфигурирования
мобильных устройств общего пользования
Для реализации временного динамического развертывания предлагаются следующие способы:
1) Использование штатного режима ретрансляции данных между мобильными устройствами без реконфигурирования.
2) Реконфигурирование части абонентских устройств, путем переключения в режим ретрансляции данных между мобильными устройствами, заложенный производителем устройств.
3) Программное реконфигурирование абонентских устройств с использованием подхода активных данных для обеспечения ретрансляции данных в сети мобильных устройств. Имеет наиболее гибкие возможности по конфигурированию устройств.
Вариант 1 возможен только в сетях, построенных по принципу mesh-сетей, и допускающих трансляцию стороннего трафика через сеть таких устройств.
Основной проблемой вариантов 2 и 3 является необходимость аппаратной поддержки такой реконфигурации (дополнительного режима или поддержки активных данных) производителями коммуникационного оборудования.
Еще одной проблемой внедрения описанного подхода является то, что существующие системы коммерческой сотовой связи при работе на значительных расстояниях ориентированы на взаимодействие вида терминал^базовая станция, а взаимодействия вида терминал^терминал допускают лишь в рамках нано- и пико- сот [7].
Программно-определяемые системы могут снимать такие ограничения, переопределяя протокол взаимодействия терминалов и корректируя характеристики аппаратуры (при условии наличия широкополосного приемника), что позволит принимать «восходящий» канал сотовой связи и обрабатывать его приемниками абонентских терминалов.
Реконфигурация форматов и протоколов, с одной стороны, определяется программно функциями-парсерами и может быть легко произведена путем замены функции парсера. С другой стороны ,если формат построен на основе структур данных с переменным набором полей, размер которых не фиксирован, то частичная коррекция формата в design-time режиме оказывается затруднительна, а в run-time режиме зачастую невозможна.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
Примером таких форматов может служить видеопоток, сжатый кодеком H.264 (пример структуры кодека приведен на рисунке 3): в нем отдельные структуры данных в рамках одного потока закодированы различными алгоритмами энтропийного сжатия (коды Голомба, CABAC, CAVLC), а их наличие зависит от содержимого структур данных, расположенных в потоке ранее.
Рисунок 3 - Взаимосвязь структур данных при кодировании в формате Н.264
Интерпретация потоков данных может осуществляться следующими программными функциями:
- построенными на базе формального описания некоторой грамматики или конечного автомата
- не использующими формальное описание потока, а непосредственно читающими и интерпретирующими отдельные значения — наиболее распространенный вариант.
Для упрощения решения задачи реконфигурирования таких форматов предлагаются следующие подходы в рамках направления программно-определяемых систем:
1) Введение мета-описания формата, помещаемого в сам формат (рисунок 4). Главный недостаток — увеличение битового объема конечного потока данных, что во многих случаев использования форматов сжатия с потерями недопустимо.
Рисунок 4 - Введение мета-описания формата в сам формат
При этом сам формат мета-описания при таком подходе требует описания, и так далее до бесконечности. Такое решение позволит производить программную реконфигурацию форматов как в designtime, так и run-time.
2) Использование принципа вложенных контейнеров, то есть построение иерархии синтаксических элементов формата при отказе от линейных форматов везде, где это возможно (рисунок 5). При этом от функции парсера необходимо обязательно требовать соблюдения иерархии вызовов при анализе иерархической структуры. Данный подход является организационно-техническим решением, позволяющим облегчить процесс реконфигурирования в design-time.
Уровень О I | | I Детализация опроделялг.я ил Сложенном ypnnwe j ] |
Рисунок 5 - Иерархия синтаксических элементов формата
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
S) Для полноценной программной run-time реконфигурации форматов может быть использован подход активных данных (АД) при соблюдении принципа вложенных контейнеров в конфигурируемом формате [8]. В этом случае исполняемые блоки АД могут представлять собой реализации подфункций, каждая из которых отвечает за парсинг своего синтаксического уровня формата, и может быть заменена независимо от остальных при процедуре программной реконфигурации (рисунок 6).
Вложенные еызовы функции парсерэ формата
I I I I parse_3()
—^^^^^ ^
I ~__parse_2()
| | | [ Детализация определяется на вложенном уровне | | | parse_l()
Рисунок 6 - Применение концепции активных данных при соблюдении принципа вложенных
контейнеров в конфигурируемом формате
Заключение
В работе описаны подходы к созданию программно-реконфигурируемых телекоммуникационных систем, в том числе, с использованием концепции активных данных. Показано, что применение концепции активных данных при соблюдении принципа вложенных контейнеров в конфигурируемом формате дает возможность для полноценной программной run-time реконфигурации форматов. Эти подходы приобретают особое значение при решении проблем наследования форматов в тех областях современных телекоммуникационных систем, которые характеризуются наиболее интенсивным развитием с быстрым устаревание коммуникационного оборудования.
Предложенные подходы позволяют обеспечить доступ к телекоммуникационным сервисам в тех географических точках, где отсутствует покрытие сотовых сетей общего пользования, а использование специальных радиосредств или спутниковых систем не представляется возможным, часто на короткое время, не прибегая к развертыванию сети мобильных узлов связи (например, для потребностей МЧС), а также при динамическом развертывании специализированных сетей передачи данных из стандартных телекоммуникационных (в первую очередь мобильных) устройств.
Исследование выполнено при частичной поддержке Программы РАН III.S «Отделение нанотехнологий и информационных технологий», проект № 007S-2015-0007 и бюджетной темы № 007S-2014-0005. Список используемой литературы
1. Александров В.В., Кулешов С.В., Юсупов Р.М. Технология программно-определяемых сред и импортозамещение // Информатизация и связь, №S 2016, стр. 154 - 157
2. Аннушкин С.Л. Российские разработчики готовы замещать импортное оборудование // Роснаука // URL: http://rosnauka.ru/publication/1S00 (дата обращения: 10.11.2016).
S. Барсков А. ВКС уже не «остров» // «Журнал сетевых решений LAN», № 10, 201S // URL: http://www.osp.ru/lan/201S/10/1S0S7888/ (дата обращения: 10.11.2016).
4. Кулешов С.В. Гибридные кодеки и их применение в цифровых программируемых каналах передачи данных. // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2012, т.10, №5. С. 41-45
5. Кулешов С.В., Юсупов Р.М. Софтверизация — путь к импортозамещению? // Труды СПИИРАН. 2016. Вып. 46. C. 5-1S.
6. Лебедев А.А. Софтверизация. URL: http://www.artlebedev.ru/kovodstvo/ sections/184/ (дата обращения: 10.11.2016).
7. Тенденции и перспективы развития рынка пикосот в России и в мире. // URL: http: //www .json.ru/ru/poleznye_materialy/free_market_watches/analy
tics/trends_and_market_prospects_pico_cells_in_russia_and_in_the_world/ (дата обращения: 15.11.2016)
8. Alexandrov V.V., Kuleshov S.V. and Zaytseva A.A. Active Data in Digital Software Defined Systems Based on SEMS Structures. // Logical Analysis of Data and Knowledge with Uncertainties in SEMS - A.E. Gorodetskiy (ed.), Smart Electromechanical Systems, Studies in Systems, Decision and Control 49, 2016, pp. 61-69
© Кулешов СВ., Зайцева А.А., 2016
