Кабінет міністрів україни



Скачати 176.36 Kb.
Дата конвертації03.09.2018
Розмір176.36 Kb.
ТипРеферат

КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І

ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ




Український навчально-науковий інститут

інформаційного і телекомунікаційного

забезпечення агропромислової та

природоохоронної галузей

економіки

Розробка та впровадження високоефективних систем синхронізації цифрових інфокомунікаційних мереж наносекундного діапазону




РЕФЕРАТ





Борщ Валентин Іванович

доктор технічних наук, професор

Захарченко Микола Васильович

доктор технічних наук, професор, проректор, Одеська національна академія зв'язку ім. О.С.Попова

Коваль

Валерій Вікторович

доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри, Український навчально-науковий інститут інформаційного і телекомунікаційного забезпечення агропромислової та природоохоронної галузей економіки Національного університету біоресурсів і природокористування України

Костік Богдан Ярославович

доктор технічних наук, професор, Одеська національна академія зв'язку ім. О.С.Попова

Куссуль Наталія Миколаївна

доктор технічних наук, професор, заступник директора, Інститут космічних досліджень НАНУ-ДКАУ

Лисенко Віталій Пилипович

кандидат технічних наук, професор, проректор, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Осередько Євгеній Олександрович

асистент, Український навчально-науковий інститут інформаційного і телекомунікаційного забезпечення агропромислової та природоохоронної галузей економіки Національного університету біоресурсів і природокористування України

Худинцев Микола Миколайович

кандидат фізико-математичних наук, доцент, Одеський державний екологічний університет

Шахгільдян Ваган Ваганович

доктор технічних наук, професор, президент, Московський технічний університет зв’язку та інформатики

2012

РЕФЕРАТ

науково-технічної роботи

“Розробка та впровадження високоефективних систем синхронізації цифрових інфокомунікаційних мереж наносекундного діапазону”



Актуальність. Світова цивілізація досягла стадії переходу до постіндустріальної фази розвитку – Глобального інформаційного суспільства, взаємодії і взаємозв'язки в якому забезпечуються широким спектром комунікаційних послуг, що охоплюють усі види інформації і можливість її одержання в будь-який час і в будь-якому місці. Цьому сприяли конвергенція технологій в області телекомунікацій, комп'ютерів і споживчої електроніки та глобалізація й інтеграція інфокомунікаційних мереж, що дає можливість створення на основі цифрових технологій фундаментальної платформи, яка виконує функції переміщення інформації з заданою якістю.

Цифрові технології інфокомунікацій потребують точного визначення і синхронізації часових інтервалів. В понятті „синхронізація” закладені умови об’єднуючої координуючої сили технічного прогресу. Простір і час, які нерозривно зв’язані між собою – ось єдина невід’ємна основа, яка визначає динаміку і статику всього живого і неживого. Ця філософська думка однозначно виділяє синхроінформацію як узагальнюючу структуру, яка потрібна всьому, що належить до складових матерії (речовини та поля) і всесвіту.

Від параметрів та характеристик синхронізації залежить якість надання сучасних інформаційних послуг користувачам, можливість їх розширення, а також взаємодії та інтеграції з системами інших країн, континентів. Порушення синхронізації викликає зриви нормального їх функціонування, що приводить до неминучих матеріально-технічних, інформаційних та інших втрат. Взагалі вищеназвані об’єднання можливо розробити і без їх синхронізації, але економічні затрати при цьому будуть незрівнянно вищі.

Дослідженнями авторів отримано вирішення прикладних проблем розробки та впровадження комплексу високоефективних систем синхронізації з фазовою автоматичною підстройкою частоти цифрових інфокомунікаційних мереж наносекундного діапазону, які сприяють дальшому розвитку технічних наук і утверджують високий авторитет вітчизняної науки у світі.



Мета роботи. Розробка теорії оптимізації та методів синтезу пристроїв автоматики з фазовою підстройкою для створення мережі синхронізації цифрових інфокомунікацій України європейської ієрархічної структури й впровадження на всіх її рівнях вітчизняних високоефективних систем синхронізації наносекундного діапазону.

Наукова новизна. Вперше розроблена теорія та архітектура єдиного ієрархічного комплексу пристроїв синхронізації, які на основі системного підходу вирішили проблеми забезпечення високоякісними синхросигналами цифрові інфокомунікаційні інфраструктури України, що відповідають європейським стандартам (European Telecommunications Standard - ETS). Наукові розробки, в значній частині, засновано на запропонованих та удосконалених методах оптимізації та синтезу систем синхронізації з нелінійними (періодичними) властивостями. При цьому запропонована класифікація пристроїв та систем телекомунікацій за ознакою періодичності, що створило можливість введення до розгляду узагальнених моделей в класі Р-систем та отримання на цій основі більш ефективних результатів і їх застосування для конкретних систем синхронізації інфокомунікаційних мереж України.

Вирішено статистичні задачі завадостійкого виділення періодичного (тактового) синхросигналу зокрема: запропоновано новий ваговий критерій оптимальності, введено в розгляд визначення функції регулярності двох взаємовиключних випадкових подій, як закону третього зайвого, виведено аналітичні залежності оптимальної обробки цифрового сигналу на основі статистичної теорії прийняття рішень, розроблено алгоритм та функціональну схему завадостійкого виділення тактового синхросигналу з цифрового багаторівневого інформаційного сигналу.

Дослідженнями авторів отримала подальший розвиток теорія блокового кодування в частині оцінки впливу статистичних параметрів завад в реальних каналах зв'язку на пристрої поелементного та циклового фазування, а також впливу поелементної синхронізації на якість передачі в реальних каналах зв’язку. Для вирішення задач оцінювання ефективності використання при передачі двійковим симетричним каналом таймерних сигнальних конструкцій розвинено теорію ефективних методів кодування та фазування.

Вперше розроблено теорію оптимальних за швидкодією систем синхронізації з урахуванням періодичності задаючих, управляючих дій та величин, якими управляють, що дало можливість створити широкий спектр високоефективних пристроїв синхронізації. Розроблена теорія, яка заснована на використанні принципу максимума академіка Л.С.Понтрягіна і методу фазового простору, встановила закони управління, які забезпечують оптимальні за швидкодією режими перехідних процесів та високу точність в статиці систем синхронізації з фазовою автоматичною підстройкою частоти (ФАПЧ) наносекундного діапазону. При цьому визначено оптимальні алгоритми зміни управляючої дії та встановлено аналітичні залежності для розрахунку показників якості оптимальних режимів перехідних процесів, що дозволяють побудувати криву регулювання, а також побудувати динамічну структуру фазової траєкторії в топологічному просторі станів системи.

Виконано рішення задачі аналізу оптимальних за швидкодією систем управління з двома аперіодичними ланками, яке спочатку зведено до визначення статичних характеристик ланок об’єкта з допомогою метода “віяла січних”, а потім до визначення фазового портрету системи та показників оптимальних за швидкодією режимів перехідних процесів шляхом використання методів фазової площини та графічного рішення диференційних рівнянь в кінцевих різницях. При цьому сформульовано і доказано основні теореми про закінчення припустимих фазових траєкторій на єдиній замкнутій кривій граничного циклу. Установлено, що при існуванні оптимального за швидкодією управління усі граничні цикли є оптимальними.

Вперше запропоновано метод синтезу оптимальних за швидкодією систем синхронізації з фазовою автоматичною підстройкою частоти, як систем з управляємим фазовим детектором (УФД), що перетворює однорівневу систему в систему з дворівневим ієрархічним регулятором: регулятор I-го рівня – система зі знакозмінною характеристикою УФД; регулятор II-го рівня – управляючий пристрій УФД, структура якого отримана в результаті рішення задачі синтезу і реалізована у вигляді обчислювального пристрою.

Запропонований метод синтезу забезпечує поліпшення динамічних властивостей за рахунок зменшення тривалості входження в синхронізм і підвищення точності роботи при збереженні заданої завадостійкості системи синхронізації.

Запропоновано для аналізу ведених пристроїв синхронізації, динаміка яких описується диференціальними рівняннями третього і вище порядків, використовувати їх еквівалентні перетворення і канонічні форми. Визначено оригінальні матриці лінійного перетворення неоднорідних диференційних рівнянь, до рівнянь більш простого коагульованого виду, які ототожнюють, в залежності елементів їх власних значень, математичні моделі систем синхронізації.

Вперше запропоновано алгоритмізацію оптимального управління в системах синхронізації з ФАПЧ n-го порядку з урахуванням періодичності реальних фазових детекторів.

Враховуючи, що в умовах серійного випуску та експлуатації територіально розподілених пристроїв синхронізації й умов транспортування (переміщення) синхронізуючого сигналу в телекомунікаційних мережах точність формування синхросигналу має статистичний характер, авторами запропоновано застосування методу статистичної оптимізації точності систем синхронізації.

Вирішено задачі оптимізації точності систем синхронізації, зокрема: аналітично сформульована методика теоретико-ймовірнісного дослідження; встановлено основні статистичні залежності результатів експериментальних досліджень та отримано граничне значення відхилення часового інтервалу для вибіркової партії пристроїв синхронізації від зміни факторів впливу в умовах виробництва і технічної експлуатації телекомунікаційного обладнання.

Дослідженнями авторів отримано математичні залежності відхилення часових інтервалів від впливу зміни температури довкілля, напруги живлення, частоти синхронізуючого сигналу в умовах виробництва і технічної експлуатації, на базі яких вироблено практичні рекомендацій щодо підвищення точності пристроїв синхронізації.

Для вирішення задач оптимізації системи управління температурним режимом технологічних приміщень із значним часом чистого запізнення запропонована методика, яка дозволяє визначати структуру оптимального регулятора та розроблено алгоритми ідентифікації і метод обробки вибірки, швидкодіючого алгоритму пасивної ідентифікації для адаптації системи.

Виконано моделювання зовнішніх температурних змін з метою рішення задачі оптимізації за критеріями енергоефективності на основі методу прогнозування температурних збурень та запропоновано класифікацію ділянок зміни температурних збурень, яка дозволяє характеризувати майже всю палітру збурень і здійснювати вибір стратегії управління за наперед прогнозованих збуреннях на об’єкти інфокомунікаційних мереж в умовах їх реальної експлуатації.

Запропоновано застосування математичного апарату ймовірнісних нейронних мереж, який дозволяє здійснити адекватний аналіз початку зміни одного образу на інший. Встановлено закон управління, реалізація якого зменшує енергетичні затрати на стабілізацію температури в технологічних приміщеннях за рахунок підсистеми прийняття рішень, що забезпечує оптимальні стратегії управління за сукупністю реалізацій образу, що приймаються за стратегії природи.

Вирішено задачі статистичної оптимізації температурної стійкості пристроїв синхронізації зокрема: запропоновано ефективний критерій температурної стійкості – джэй-параметр, який є конструктивним та забезпечує достатню оцінку, вперше розроблено алгоритм та програму температурної оптимізації стійкості, за допомогою якої визначено оптимальні умови температурної стійкості пристроїв синхронізації, що серійно випускаються.

Для вирішення задач побудови національної мережі синхронізації України, включно і з використанням розроблених вітчизняних пристроїв синхронізації, виконано систематизацію та запропоновано, на основі класифікаційного признаку точності пристроїв синхронізації, які відповідають європейським стандартам ETS, чотири рівні ієрархії генераторного обладнання.

Обґрунтовано вибір архітектури та запропоновано поетапну побудову національної мережі синхронізації України, яка накладена на первинну телекомунікаційну мережу технології СЦІ з виділенням синхроінформації безпосередньо з групових оптичних трактів SТМ-N. Розроблено алгоритм оптимального зваженого поєднання різних способів розподілу точного часу та частоти з урахуванням особливостей цифрових інфокомунікаційних мереж України.

Дослідженнями авторів отримано математичну модель архітектури мережі синхронізації інформаційних інфраструктур, яка являє собою абстрактну форму представлення вузлів синхронізації відповідно з вибраними критеріями в їх топологічному просторі і взаємозв’язках. На основі структурно-функціонального аналізу з використанням принципів побудови Grid-систем розроблено ієрархічну структурну модель мережі синхронізації, побудовано функції продуктивності вузлів та сегментів інформаційної інфраструктури, проаналізовано надійність функціонування елементів інфраструктури та економічні аспекти побудови мережі синхронізації. Сформульовано та розв’язано задачі оптимізації розподіленої системи з використанням методології штучного інтелекту, а саме нелінійних нейромережевих моделей та нечітких еліпсоїдальних оцінок. Запропоновано стратегії використання повністю плезіохронної структури мережі синхронізації при об'єднанні інформаційних мереж в національну інформаційну інфраструктуру та інтеграції в європейську інформаційну інфраструктуру і розроблено алгоритм коректного комплексного врахування факторів, що впливають на якість управління процесами синхронізації цифрових інфокомунікаційних мереж.

Дослідженнями авторів встановлено, що формування з заданою надійністю високоякісних тактових синхросигналів (синхроінформації) у сучасних та перспективних цифрових інформаційних мережах неможливе без використання засобів моніторингу та автоматизованого управління. При цьому визначено особливості моніторингу синхросигналів, які обумовлені значною тривалістю вимірювань часових інтервалів (блукання фази), необхідністю виконання одночасних вимірювань декількох сигналів, накопичення і зберігання результатів вимірювань та сумісної статистичної обробки результатів із застосуванням спеціалізованого серверу централізованої системи управління.

Для вирішення задач надійності мережі синхронізації розроблено спосіб поліканального моніторингу часових інтервалів синхросигналів, який дозволив підвищити якісні характеристики синхроінформації, а в перспективі дасть змогу застосувати цифрові транспортні телекомунікаційні мережі для передачі сигналів часу від первинних еталонів відтворення та збереження одиниць часу та частоти широкому колу користувачів по всій території України з наносекундною точністю.

Виконано статистичну обробку результатів експериментальних досліджень упроваджених на цифрових телекомунікаційних мережах ВАТ "Укртелеком" та на основі їх порівняння із заданими нормами стандартів ETSI встановлено, що розробленні пристрої забезпечують з достатнім запасом відповідність робочих показників світовим стандартам і являються конкурентоспроможними із кращими світовими аналогами.

Для вирішення задач частотного забезпечення радіотехнічних пристроїв засобів інфокомунікацій виконано систематизацію схем синтезу частот, вперше запропоновано класифікацію методів підвищення швидкодії синтезаторів частот (СЧ), побудованих на основі систем фазової синхронізації та рекомендовано проектувати універсальні джерела, що володіють широким діапазоном, великим розширенням по частоті і високою спектральною чистотою вихідного сигналу, на основі їх синхронізації від високостабільного еталону.

Враховуючи, що при розробці СЧ для радіотехнічних пристроїв засобів інфокомунікацій необхідно забезпечити виконання сукупності специфічних технічних характеристик авторами запропоновано створення високоефективних пристроїв з використанням гібридних систем фазової синхронізації (СФС), що поєднують основні переваги цифрових СФС (можливість скільки завгодно тривалого зберігання інформації, реалізації складних алгоритмів обробки сигналів, високу надійність роботи) з такими унікальними властивостями імпульсних СФС, як висока точність роботи і можливість кратного перетворення частот.

Дослідженнями авторів отримала подальший розвиток теорія дискретних СФС: імпульсних, цифрових, гібридно-імпульсно-цифрових систем, а також систем з циклічними перериваннями. Розроблена узагальнена функціональна схема пристроїв синтезу і стабілізації частот, що базується на використанні різних модифікацій дискретних СФС (включно і імпульсно-цифрові СФС, які працюють в режимі циклічних переривань ("економайзерний режим"), що підвищує ефективність пристроїв, завдяки зниженню енергоспоживання).

Отримали подальший розвиток асимптотичні методи аналізу дискретних СФС. Вперше запропоновано підхід, заснований на поєднанні основних принципів традиційного методу усереднювання з якісним аналізом рішень системи, що породжує та знайдена оцінка границь його застосування.

Вперше запропоновано новий метод оптимізації структур і ієрархічного управління формувачів сітки прецизійних частот телекомунікаційних мереж, що дозволяє виробити єдину методологію побудови і єдину технологію функціонування високоефективних синтезаторів частот, обумовлених необхідними значеннями показників якості їхньої роботи. При цьому аналітично сформульована методика вибору структури (з розбиттям на піддіапазони або без розбиття), числа рівнів ієрархії управління, виведено аналітичні залежності для розрахунку основних параметрів формування сигналів прецизійної сітки частот.

Практична значимість. На основі сукупності розроблених вперше і вдосконалених методів оптимізації вирішена науково-практична проблема створення вітчизняного високоефективного обладнання системи синхронізації телекомунікаційних мереж та інформаційних інфраструктур України.

Розроблена, на основі вперше запропонованих та удосконалених методів оптимізації, узагальнена архітектура єдиного ієрархічного комплексу ведених пристроїв синхронізації, яка дає можливість на системній основі вирішити проблеми забезпечення якісними синхросигналами цифрові телекомунікаційні мережі та інформаційні інфраструктури України. При цьому виконано розробку, дослідження та впровадження в виробництво й експлуатацію комплексу оригінального обладнання мереж синхронізації телекомунікацій, який конкурентоспроможний із кращими світовими аналогами.

У межах кожного рівня архітектури єдиного ієрархічного комплексу пристроїв синхронізації розроблено оригінальне обладнання, яке не має аналогів в світі за критерієм ціна/якість.

Ведені пристрої синхронізації, які використовуються в конверторі частот рубідієвого синтезатора частот СЧР-102.

Обладнання синхронізації виокремлене, що вироблено в Україні і має сертифікат відповідності (серія ГД №994432) згідно технічних умов (ТУ У 32.2-30175391-002:2006, АТРА.465235.002 ТУ ефективно вирішує комплекс технічних проблем синхронізації на первинній цифровій телекомунікаційній мережі (відповідно СТП 001.012.02 “Технічні вимоги до МС транспортної мережі СЦІ ВАТ “Укртелеком”, затверджених і введених Наказом 03.02.2002 р. №318) і забезпечує виконання вимог Європейського стандарту ETS 300 462-5.

Ведені пристрої синхронізації, які використовуються в пристроях прецизійного контролю блоків датчиків БД-1 контрольно-вимірювальної системи якості сигналів синхронізації (КВС-8), що експлуатуються на телекомунікаційних мережах України і забезпечує можливість безперервного контролю (моніторингу) параметрів якості сигналів синхронізації на ключових вузлах телекомунікаційних мереж замість процедури періодичних вимірювань (аудиту).

На основі розроблених методів завадостійкого виділення тактового синхросигналу та оптимізації за швидкодією розроблено в впроваджено в виробництво комплекс високоефективних ведених пристроїв синхронізації, що застосовуються в складі цифрового обладнання другого покоління ОЦФ-17, ОЦФ-20 радіорелейних систем передачі (РРСП) «КУРС-8-О», «КУРС-8-ОУ», «Радуга», серійний випуск якого розпочато в 1988 році ОПТО "Армпромсвязь" (м.Єреван). Розробки і дослідження здійснені при виконанні НДР-29-86 по цільовій комплексній програмі ОЦ 028 ЕАСС, складовою частиною якої є ДКР “Рубикон”. Замовник НДР, ДКР – НПО «Радио» (м. Москва), виконавець – Одеський електротехнічний інститут зв’язку ім. О.С. Попова, шифри робіт: «КУРС-Ц», «Рубикон», номера держреєстрації № 0184000644, № 01860006113.

Висока ефективність синтезованих ведених пристроїв синхронізації забезпечила при впровадженні в комплекси РРСП «Радан-2хЕ1», які з 1999 року експлуатуються на телекомунікаційних мережах Харківської області, в кожному з них переміщення цифрової інформації із швидкістю 2х2048 кбіт/с, що дозволило вдвічі підвищити ефективність використання радіочастого ресурсу і діючого телекомунікаційного устаткування. При цьому практично всі реалізовані рішення, з використанням отриманих результатів синтезу оптимальних за швидкодією систем, забезпечують збільшення швидкодії в 1,5 - 3 рази залежно від початкових умов, а впроваджені розробки є конкурентоспроможними за сукупністю показників з кращими закордонними зразками.

Досягнуті практичні результати в розробці сучасного вітчизняного високотехнологічного прецизійного обладнання пристроїв синхронізації інфокомунікаційних мереж наносекундного діапазону, які за сукупністю показників не поступаються аналогічній продукції світових лідерів, свідчать про високий розвиток технічних наук і утверджує високий авторитет колективу науковців в реальних умовах України, де практично відсутня власна високотехнологічна індустрія електроніки.

Економічний ефект від впровадження наукових розробок.

Економічний ефект роботи за рахунок впровадження розроблених високоякісних систем синхронізації в синтезатори частот СЧР-102 на партії приладів, яка експортована складає більше 280 тис. грн.

Економічний ефект від впровадження створених засобів, розрахований згідно граничних тарифів на основні послуги електрозв'язку, за термін експлуатації обладнання комплексу РРСП «Радан-2хЕ1», яке після модернізації вдвічі збільшило швидкість передачі цифрової інформації без зміни плану частот та відстані між радіорелейними станціями, перевищує 972 тис. грн.

Впровадження результатів роботи, по розрахункам замовника (Науково-дослідного інституту радіо (м. Москва), дає річний економічний ефект 1,161 млн. руб. від використання статива ОЦФ-17 замість ОЦФ-8 на радіорелейній лінії протяжністю 250 км.

Впровадження створених високоефективних пристроїв та заміщення аналогічного імпортного обладнання вітчизняним дає суттєвий економічний ефект. Обсяг експорту виробів і систем на основі високоефективних розробок підтверджено на суму 1,5 млн. доларів США.

Основні результати

1. У роботі «Розробка та впровадження високоефективних систем синхронізації цифрових інфокомунікаційних мереж наносекундного діапазону» розв’язана важлива науково-технічна проблема щодо розвитку теорії оптимізації та методів синтезу пристроїв автоматики з фазовою підстройкою та створення сучасної мережі синхронізації цифрових інфокомунікацій України європейської ієрархічної структури й впровадження на всіх її рівнях вітчизняних високоефективних систем синхронізації наносекундного діапазону.

2. Розроблено, випускається промисловістю і експлуатується на діючих телекомунікаційних мережах України широкий спектр високоефективних пристроїв і систем синхронізації, які мають високу точність, швидкодію, завадозахищеність, заданий рівень надійності, можуть виготовлятись в умовах серійного виробництва та працювати в реальних кліматичних умовах експлуатації на телекомунікаційних об’єктах. Розроблені пристрої мають підтверджений економічний ефект.

3. Високий технічний рівень розроблених в роботі систем синхронізації підтверджено тим, що по досягнутих технічних параметрах вони знаходяться на рівні кращих зарубіжних аналогів, захищені міжнародним патентом, а використання їх на мережах синхронізації телекомунікацій забезпечує виконання вимог європейських стандартів з значним запасом. Заміщення аналогічного імпортного обладнання вітчизняним дає суттєвий економічний ефект.

4. Проведений комплекс робіт, об’єднаний ідеєю створення мережі синхронізації цифрових інфокомунікацій України європейської ієрархічної структури, призвів не тільки до впровадженням на всіх її рівнях розроблених вітчизняних високоефективних систем синхронізації наносекундного діапазону, але також заклав теоретичні, алгоритмічні та схемотехнічні основи подальшого розвитку нових напрямків сучасної техніки для забезпечення синхроінформацією широкого кола користувачів при вирішенні високотехнологічних народногосподарських завдань.

5. В процесі виконання даної роботи захищено 55 кандидатських та 10 докторських дисертацій. Результати роботи опубліковані в біля 250 наукових статтях, в 16 монографіях, захищені більш ніж 38 патентами, в т.ч. міжнародним, отримали підтримку наукової громадськості на багатьох міжнародних науково-технічних конференціях. В тому числі в 2011 році видано дві монографії та надруковано 11 статей. Загальна кількість цитованих публікацій 184, з них 13 статей мають 5 цитувань - індекс їх цитування 0,5.



Автори:


Борщ В.І.


Коваль В.В.

Захарченко М.В.


Лисенко В.П.

Костік Б.Я.


Осередько Є.О.

Худинцев М.М.

Шахгільдян В.В.





Куссуль Н.М.


Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка