УДК. 621.391

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНФОРМАЦИОННЫХ КАНАЛОВ

Жураковский Я.Ю., Величко Д.С., zhurakovsky@bigmir.net

Национальный технический университет Украины «Киевский Политехнический Институт», г. Киев, Украина.

В современных системах управления технологическими процессами присутствуют большие объемы данных, которые необходимо передавать между распределенными в пространстве элементами этих систем. Для обеспечения режима реального времени необходимо повысить скорость передачи данных, а удаление на значительные расстояния элементов систем (датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров и т.п.) приводит к необходимости использовать, наряду с кабельными системами связи, и беспроводные системы передачи данных. При передаче данных по беспроводным каналам увеличивается число ошибок передачи вследствие действия помех, что приводит к снижению достоверности передаваемых данных.

Повысить помехоустойчивость каналов позволяют различные процедуры обнаружения и/или исправления ошибок, в том числе повторная передача и помехоустойчивое кодирование. При этом оценку эффективности того или иного способа можно получить, зная статистику распределения ошибок в канале передачи данных.

При передаче данных по каналу передают пакеты, состоящие из последовательности битов. Используемая для моделирования появления ошибок в битах модель Гилберта-Эллиота недостаточно адекватно описывает появление пакетов с ошибками [1], [2]. Для моделирования статистики ошибок на уровне пакетов была использована теория марковских цепей [2]. Анализ наблюдений показывает, что для моделирования необходимо использовать модифицированную марковскую цепь, или нестационарный стохастический процесс.

Пакет считается принятым верно только в случае, когда все биты, входящие в пакет, передаются правильно:

(1)

где Z(j), - состояние пакета, j = 0, 1, 2, … - номер пакета, l_j –длина пакета j, b_j - первый бит пакета.

Состояние бита Y(i), i = 0, 1, 2, …, определяется для каждого бита, переданного по каналу. Состояние бита может быть «0» - бит передан правильно, или «1» - бит передан с ошибкой. Состояние канала X(i); i = 0, 1, 2,..., определяем для каждого бита, переданного каналом. , где g соответствует состоянию канала без помех, а b – с помехами. Отношение между X и Y:

P_Y (Y (i) = 0|X(i)= g) = 1 – BERg,

P_Y (Y (i) = 1|X(i)= g) = BERg, (2)

где BERg, BERb - частота возникновения ошибок передачи в битах для соответствующих состояний канала [3].

Таким образом, зная начальное состояние канала для одного пакета и используя приведенные зависимости, можно вычислить вероятность ошибки этого пакета, а также вероятности любой комбинации этого и следующих пакетов.

Используя методики, аналогичные приведенным в [3], можно проанализировать распределение длин пакетов содержащих ошибки, а также распределение количества ошибок в пакетах Для этого проведем моделирование процесса передачи, используя вышеизложенные зависимости, а также результаты экспериментов [1]. Процесс моделирования можно представить следующим образом:

· Используем модель марковской цепи для вычисления состояния канала.

· Используем модель независимых одинаково распределенных величин для моделирования состояния передачи каждого бита при вычисленном состоянии канала.

· Полученный поток битов делим на пакеты выбранной длины и определяем состояние пакета. Пакет будет считаться переданным без ошибок, в том случае, если все биты, входящие в пакет, были переданы без ошибок.

Для дальнейших исследований необходимо провести статистический анализ полученных результатов, что позволит реализовать имитационное моделирование каналов с различными методиками коррекции ошибок и определить их эффективность

1. Zorzi M., Rao R. On the Statistics of Block Errors in Bursty Channels//IEEE Transactions on Communications COM-45(6).-1997.-P.660–667.

2. Галлагер Р. Теория информации и надежная связь:Пер. с англ. - М.: «Советское радио», 1974.-720 с.

3. Jiao C., Schwiebert L., Xu B. On Modeling the Packet Error Statistics in Bursty Channels//27th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks(LCN’02).-2002.-P.534- 541.

Об авторах:

Жураковский Ярослав Юрьевич

ст. преп. кафедры автоматизации химических производств Национального технического университета Украины «КПИ», zhurakovsky@bigmir.net

Величко Дмитро Сергійович

студент кафедры автоматизации химических производств Национального технического университета Украины «КПИ»