Автореферат тен Т.Л.


УДК 621.3.083.92                                                                    На правах рукописи

 

 

 

Тен Татьяна Леонидовна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модели и  методы анализа и разработки многомерных информационно-измерительных систем

 

 

05.13.01 –Системный анализ, управление и обработка информации

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы, 2008

 

Диссертационная работа выполнена в Карагандинском государственном техническом университете

 

 

 

 

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Яворский В.В.

 

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

                                Бейсемби М.А.

      доктор технических наук, профессор

                                        Исмаилов Б.И.

      доктор технических наук, профессор

                                        Байбеков С.Н.

Ведущая организация:       институт математики Министерства образования и 

                                              науки  Республики Казахстан

 

 

Защита состоится 20 ноября 2008 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета ОД 14.13.03 Казахского  национального  технического университете имени К.И. Сатпаева по адресу: Республика Казахстан , 050013, г. Алматы , ул. К.И. Сатпаева 22, нефтяной корпус, 1 этаж, конференц- зал.

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева

 

 

 

 

Автореферат  разослан                     октября                           2008 года

 

 

 

 

 

 Ученый секретарь

 диссертационного совета    ОД 14.13.03

       доктор технических наук, профессор                                 Б.Х. Айтчанов

 

                                                        


 

Общая характеристика работы. Сейчас ведутся интенсивные разработки методов и техники цифровой коммутации, начиная от создания коммутирующих матриц на большое число каналов (256 и выше) в одном корпусе интегральной схемы до создания цифровых центров коммутации сообщений и каналов. Одним из решений данной проблемы является разработка методов и моделей анализа  многомерных средств преобразования информации и создание на их основе многомерных систем передачи  и обработки данных, которые характеризуются тем, что в основу их построения заложена гибкая архитектура, которая легко адаптируется к условиям поставленной задачи и максимально учитывает организационно-технические ограничения, что в свою очередь, требует представления функционирования устройств и систем в аналитической форме.

Алгоритмическое представление многомерных устройств и систем позволяет анализировать и проектировать  их с помощью средств компьютерной техники, что создает предпосылки для разработки моделей и методов анализа автоматизированных комплексов управления проектами, широкого внедрения многомерных средств преобразования и передачи информации в информационно-измерительных  системах.

Актуальность темы. Проблема разработки моделей и методов  анализа многомерных систем и устройств является актуальной, так как вопросы создания методов и техники цифровой коммутации в виде управляемых многомерных средств преобразования ,  передачи и обработки  информации в информационно-измерительных системах сегодня представляют одну из важнейших проблем в информационной и вычислительной технике.

На начальном этапе развития кибернетики и теории информации существовало мнение, что малая энергоемкость информационных процессов существенно отличает их от энергетических. С развитием и усложнением информационных систем встал вопрос и об определении энергетической сложности различных информационных процессов, выяснения предельных соотношений при получении, хранении и обработке информации. Это послужило основой для известного высказывания фон Неймана: «…термодинамика является той частью теоретической физики, которая в некоторых из своих аспектов наиболее близка теории обработки и измерения информации…». Таким образом, потребности техники и развитие науки привели к возникновению термодинамики информационных процессов, основы которой были заложены в 1956 г. Бриллюэном. Однако существенного внимания со стороны исследователей вопросы термодинамики информационных процессов не получили.

Исключение составляют основополагающие работы Р.П.Поплавского. Им было подчеркнуто, что термодинамика информационных процессов, в отличие от равновесной термодинамики и термодинамики открытых систем, является термодинамикой переходных процессов. Им было также установлены предельные соотношения между информационными характеристиками (точность, количество информации) и термодинамическими (энергия, энтропия).

80-е-90-е годы ХХ века стали временем бурного развития (и в настоящее время) синергетики, основу которой составляет термодинамика открытых систем, в связи с выявлением глубокой связи между информацией и самоорганизацией материи.

Тем не менее, развитие информационно-измерительных систем (телемеханики и т.д.) настоятельно требует выявления тех или иных термодинамических ограничений как на структуру самих систем, так и на информационные процессы, включая управление или активное измерение.

Предложенные  в работе методы   отличаются от подхода Р.П.Поплавского только в части математической формулировки задачи, но не выходит за рамки идеологии переходных процессов, связанных с наличием термостата. Такой подход оправдал себя применительно к процессам совершенно различной природы.

Термодинамические ограничения имеют не только принципиальное, но и практическое значение в современных информационно-измерительных системах и системах управления. Во-первых, передача информации на большие расстояния и ее получение, например в радиолокационных системах обнаружения, связаны с большими потерями на затухание сигналов. Во-вторых, эти системы характеризуются передачей и обработкой больших массивов информации с высоким быстродействием. В-третьих, современные вычислительные машины оперируют с многоразрядными числами весьма высокой точности.

Непосредственным следствием термодинамических ограничений для процесса измерения является высокая энергетическая цена скалярного (амплитудного) представления чисел. С другой стороны, такой способ нужен лишь при формировании управляющего воздействия в системе. Поэтому в современных информационно-измерительных системах используются различные позиционные (векторные) способы представления чисел, а также и методы избыточного кодирования, дополнительно снижающие энергетическую цену информации.

При разработке теории цифровых устройств, в частности, электронных распределителей, недостаточно полно учитываются вопросы, связанные с тем, что число коммутируемых каналов может быть значительно большим по сравнению с числом ячеек, управляющих отдельным каналом. В этом случае возникающие трудности при передаче больших массивов информации информационно-измерительными системами, такими как система телемеханики, телеизмерения осложняются следующими проблемами: синхронизация и синфазирование; различная частота опроса источников информации в одном цикле передачи; различная точность регистрируемых параметров и т.д.

Цель исследования: разработка  моделей и методов анализа многомерных ИИС для их практического применения. Для достижения  поставленной цели в диссертации  решены следующие задачи:

1. Сформулирована и поставлена задача структурного параметрического синтеза ИИС и разработана  математическая  модель.

2. Построена   структура  управления ИИС на основе частично упорядоченной структуры взаимодействия  элементов.

3. Сформулирована и решена задача синтеза оптимальной иерархии, определяющей уровни взаимодействия элементов, для которых максимизируется функция соответствия элементов уровням без  нарушения их упорядоченности.

4. Разработан метод минимальных вариаций на основе рекурсивного алгоритма для  перехода от исходной к оптимальной иерархии.

5. Предложена  модель построения оптимальных иерархий как общий подход к решению задач дискретного программирования  и  формированию путей связи между элементами.

6. Определены потенциальные корреспонденции между элементами информационной системы на основе  разработанной  процедуры  последовательного построения проекций на гиперплоскости, соответствующей уравнениям взаимосвязи.

7. Разработаны принципы построения многомерных устройств и систем ,  методы  расчета конструктивных параметров многомерных устройств, таких, как многомерный распределитель импульсов типа гиперпараллелепипед, многомерный распределитель импульсов типа гиперкуб, многомерный распределитель импульсов типа множество гиперкубов;

8. Созданы информационно-измерительные системы для передачи информации на основе разработанных управляемых многомерных средств: многомерная система телемеханики, многомерная система телемеханики с кадровой синхронизацией, многомерная система телеизмерения;

9.  Разработаны  принципы структурного и логического анализа многомерных ИИС, алгоритмы их функционирования.

10. Разработаны и предложены методы термодинамического анализа многомерных ИИС;

Научная новизна и основные положения выносимые на защиту:

Научная новизна диссертационной работы заключается в едином подходе к анализу и проектированию информационно-измерительных систем. На основе данного подхода впервые в отличие о известных исследований разработаны  и предложены методы структурно- параметрического анализа и синтеза многомерных ИИС, методы расчета конструктивных параметров многомерных устройств и систем,    методы формально- логического  представления  униавтомата , отличающегося своими характеристиками,   модели   термодинамического  анализа многомерных ИИС, эффективно оценивать характеристики и  параметры системы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод структурно - параметрического синтеза ИИС, на основе которого  построена  математическая модель однокритериальной задачи синтеза и  предложены  алгоритмы ее решения;

2.  Метод минимальных вариаций, который  с  применением рекурсивного алгоритма, позволяет   переходить от исходной к оптимальной иерархии, двигаясь по упорядоченному множеству решений;

3. Разработанный  эффективный  подход  формирования путей реализации взаимодействия – путей связи и базы данных о путях связи, который  позволяет сформировать линейные уравнения взаимосвязи потенциальных корреспонденций между элементами с реальными потоками в ИИС;

4. Впервые  разработанные методы расчета конструктивных параметров многомерных устройств управления, которые позволили получить требуемую канальную емкость при определенных термодинамических ограничениях;

5. Разработанные   принципы логического проектирования многомерных ИИС, где в качестве математического инструмента для формального описания работы этих устройств и систем выбрана алгебра логики, на основе которой реализована методика логического проектирования дискретных устройств;

6. Разработанный  униавтомат, который является автоматом, реализованным на основе некоторого униблока, пригодного для использования в других автоматах, предложена  методика алгоритма формально-логического представления униавтомата, который  отличается простотой, автоматизируемостью и возможностью получения  результата по автограмме;

7. Впервые  разработанные  термодинамические модели  многомерных ИИС, позволяющие  производить оценку энергетической и энтропийной цены информации, термодинамических ограничений на канальную емкость, точность, быстродействие и другие параметры многомерных ИИС.

    Практическая значимость

1. Разработанная структура управления ИИС описана частично упорядоченной структурой взаимодействия - ориентированным графом без контуров. Такую же структуру имеют многие алгоритмы пошагового управления.

2. Разработанный схемотехнический принцип, основанный на многомерном представлении линейного распределителя импульсов, позволил создать многомерное электронное устройство, отличающееся большой информационной (канальной) емкостью при малом числе элементарных ячеек, формирующих эти каналы, и набором различных частот, выдаваемых импульсами по различным групповым каналам (А.с.1428069 СССР, ( МКИ ) G 08С 19/28, № 4987389/24-24; 09.07.86.).

3. Созданные на базе многомерного распределителя импульсов типа МРИГП многомерные системы передачи информации, такие как многомерная система телемеханики и многомерная система телемеханики с кадровой синхронизацией (Патент № 2020594 Россия (МКИ ) G08C 19/28, Бюл. №18, 1994.), многомерная система телеизмерения отличаются существенными функциональными  преимуществами, которые заложены в основе многомерного распределителя импульсов типа МРИГП, являющегося основным узлом

Результаты настоящего исследования внедрены в научных организациях и на промышленных предприятиях .

Обоснование и достоверность научных результатов , выводов и рекомендаций.

Полученные в работе научные результаты обоснованы использованием строгих математических методов  доказательств, применением методологии системного анализа и имитационного моделирования,  результаты исследования обеспечиваются получением авторских свидетельств на изобретения, опытом экспериментальной деятельности, апробацией и внедрением работ автора.

Апробация практических результатов  

Полученные в работе научно- методические  результаты , связанные с разработкой моделей и методов анализа многомерных информационно- измерительных систем  включены в перспективные план МТУ «Кварц», Шахтинского завода нестандартного оборудования .  Внедрены в ООО «Завод Промсплав» (г.Нижний Тагил, Россия», ООО «СтеклоТекс» (г.Томск, Россия), ТОО «Агенство новейших технологий» (г.Караганда).

Результаты диссертационной работы нашли широкое применение в учебном процессе  при подготовке специалистов по специальности «Компьютерные информационные системы», «Информационные системы» Карагандинского государственного технического университета.

Апробация работы.

Основные положения, материалы и результаты исследования докладывались и обсуждались на международных   научных, научно-практических  конференциях:  «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» », Караганда, 1997, международной научно-практической конференции «Казахстан на пороге XXI века: человек, наука, экономика», сборник научных трудов карагандинского Экономического Университета, Караганда, КарГУ 1999, международной научной конференции «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» посвященный 10-летию Независимости Казахстана», вып.2., Караганда, КарГТУ,  2001, Международной научно-методической конференции. Караганда, КЭУ, 2002, региональной научно-методической конференции. Томск, ТГУСУР, 2003, Международного симпозиума «Информационные и системные технологий индустрии образования и науке», посвященное 50-летию КарГТУ. Караганда, КарГТУ, 2003, II международной конференции «Параллельные вычисления и задачи   управления», посвященные памяти Е.Г.Сухова. М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2004, международной научно –практической конференции «Использование информационных и инновационных технологий в процессе обучения». Караганда, КЮИ МВД РК им Б. Байжанова, 2005, 5 международной научной конференции «Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперимент».Астана: евразийский национальный университет им. Гумилева Л.Н., 2006г., 9 международной научно  конференции «Физика твердого тела». Караганда: КарГУ им. Букетова, 2006г., международной научно- практической конференции «Рациональное использование недр - важный фактор устойчивого развития региона». Караганда,2006, международного симпозиума. «Информационные и системные технологии в индустрии, образовании и науке». Караганда, КарГТУ, 2006, международной научно- практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования  в Казахстане и сопредельных территориях». Павлодар, Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, 2006, Международная научно- практическая конференция «Валихановские чтения -11».Кокшетау, КГУ,2006, X Юбилейная международная научная  конференция «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан- 2030». Караганда, КарГТУ, 2007, V Всероссийская научно- техническая конференция «Современные методы и средства обработки пространственно- временных сигналов», Пенза, Приволжский Дом знаний, 2007.

Публикации. Результаты исследования опубликованы в 55 научных работах, в том числе:  2 авторских свидетельства, Патент Российской Федерации, в 4 монографиях, 8  учебных и учебно-практических пособиях, 40 статьях.

ОСНОВНОЕ  СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность избранной темы, формулируются цель исследования, его объект, предмет и задачи, Характеризуются методы, научная новизна и практическая значимость исследования, приводятся основные положения, выносимые на защиту, данные об апробации и внедрении.

В первом разделе «Измерительные информационные системы» в его первой части изложены основные понятия и характеристики информационных измерительных систем, необходимые для дальнейшего изложения.

Совершенствование и создание электронных коммутаторов, в частности, электронных распределителей, осуществляются с учетом повышения надежности и быстродействия, сокращения потребляемой энергии, расширения функциональных возможностей и схемотехнически  упрощений.

Создание новых надежных распределителей импульсов осуществляется исключением всевозможных сбоев и стабилизацией длительности выходных импульсов, а также обеспечением непрерывности контроля работы распределителей. Создание и совершенствование электронных распределителей импульсов в плане расширения функциональных возможностей,  в основном,  осуществляются изменением длительности вырабатываемых импульсов, формированием сигналов с управляемой фазой, длительностью, и частотой, работой распределителя в разных режимах, обеспечением возможности контроля распределителя.

Сокращение потребляемой энергии получают увеличением быстродействия асинхронного распределителя путем введения в разрядную ячейку трех дополняющих МДП-транзисторов, обеспечением асинхронного, процесса установки и сброса разрядной ячейки при отсутствии сквозных  цепей для протекания токов и использованием более быстродействующих КМДП- цепей. Создание новых электронных распределителей импульсов в плане схемного и конструктивного упрощения осуществляется уменьшением числа элементов, приходящихся на один канал.

Во втором разделе «Математические модели информационно-измерительных систем» показано, что структура управления ИИС может быть описана частично упорядоченной структурой взаимодействия - ориентированным графом,  такую же структуру имеют многие алгоритмы пошагового управления.

Важнейшим этапом совершенствования системы управления ИИС является анализ существующей структуры управления и синтез более совершенной структуры взаимодействий. Важнейшей проблемой постоянно стоящей перед системой управления является анализ соответствия задач решаемых различными уровнями структуры управления нормативным целям системы. Методы решения данной проблемы являются важными задачами системного анализа, так как соответствие структуры элементов системы целям ИИС - один из основных факторов, определяющих эффективность ее функционирования.

Исследование и анализ структур систем управления в ИИС включает в себя следующие этапы:

·           исследование существующей структуры управления;

·           определение характеристик функционирования  отдельных элементов структуры;

·           анализ целей, направленные   на функционирование элементов;

·           определение изменений, которые следует произвести в структуре управления для повышения эффективности функционирования.

Важнейшей задачей  является синтез оптимальной иерархии, определяющей уровни взаимодействия элементов, для которых максимизируется функция соответствия элементов уровням и не нарушается упорядоченность элементов. Данная задача имеет большую размерность, что не позволяет находить ее решение известными методами. Однако на множестве решений данной задачи можно ввести отношение порядка, что позволяет упорядочить поиск оптимального решения.

С использованием разработанного метода минимальных вариаций можно, применяя рекурсивный алгоритм, перейти от исходной к оптимальной иерархии, двигаясь по упорядоченному множеству решений.

Предложенную модель построения оптимальных иерархий можно рассматривать как общий подход к решению задач дискретного программирования. К ней непосредственно сводятся задачи эффективного распределения комплекса частично упорядоченных работ между исполнителями по тактам планирования, а также задачи компоновки объекта (технического изделия, программы, ИИС), задаваемого частично упорядоченным графом по стандартизированным модулям.

Для изучения взаимодействия элементов ИИС эффективным способом является формирование путей реализации взаимодействия – путей связи. Предложен общий подход к формированию путей связи между элементами. База данных о путях связи позволяет сформировать линейные уравнения взаимосвязи потенциальных корреспонденций между элементами с реальными потоками на коммуникациях.

Определение потенциальных корреспонденций между элементами информационной системы можно осуществить, используя разработанную процедуру последовательного построения проекций на гиперплоскости, соответствующие уравнениям взаимосвязи. Точная информация о корреспонденциях позволяет решать задачи анализа и оптимального формирования вариантов развития информационных систем. Критерий оценки вариантов ИИС между элементами выражает суммарную сложность осуществления корреспонденций между элементами.

В разделе описывается структурный анализ многомерных ИИС, впервые предлагается формализованная задача о многомерном распределителе импульсов типа гиперпараллепипед, в качестве математического инструмента для формального описания работы этих устройств и систем выбрана алгебра логики, на основе которой реализована методика логического проектирования дискретных устройств.

Рассмотрим  структуру  автомата (рисунок 1), которая делится на две части: унифицированный блок для использования в разных автоматах, дополнительный блок для реализации конкретной автограммы и выработки части выходных сигналов. Регистр Р – для запоминания состояний автомата, дешифратор – для дешифрации состояний р. Входная система реализует два процесса: движения (ряд состояний под воздействием тактирующих сигналов); коррекции (воздействие на движение входными сигналами). Движение описывается функцией F, которая в n-разрядном регистре состоит из n функций

                                                              ;                                                                                    (1)

                                                  ,

где fj – зависимость j-го разряда р от входных сигналов .

Условие движения обозначим  (при  состояние не меняется). Все коды  применением F выстраиваются в последовательность S кодов, называемую следом функции движения F, и обозначаемую S(F, T). След состоит из циклов и ветвей, образующих дерево (граф).

Образцовый след состоит из 2 циклов: нулевой код, остальные 2n-1 кодов. Им соответствуют образцовые функции движения, нашедшие применение во многих областях цифровой техники. Число r таких функций зависит от n.

Рисунок 1 – Структура автомата

Переход от состояния р к  выполняется по следу, если -осуществляется посредством схемы для функции движения в униблоке. Переходы не по следу происходят с участием сигналов коррекции из дополнительного блока.

Приняты обозначения:

 - сигнал коррекции на j-тый разряд р в случае Е- или D-триггеров;

 - сигналы установки в 1 или 0 j-го разряда р для RS-триггеров;

 - сигнал установки р в начальное состояние Q = (0, …, 0);

S – сигнал стоянки А (для прерывания).

Сигнал условия имеет вид .

Униавтоматом называется автомат, реализованный на основе некоторого униблока. Если структуры следа униблока и автограммы похожи, то многие переходы в автомате можно реализовать по следу, а оставшиеся - посредством сигналов коррекции. Процесс синтеза с данным униблоком состоит из 3 этапов:

1) кодирование пунктов автограммы;

2) заполнение формуляра автомата;

3) определение дополнительного блока, требующегося для реализации заданной автограммы.

Наиболее просто кодируются пункты при следах с преобладающими линейными участками, в частности, образцовых. В таком случае, в автограмме выделяют линейные участки наибольшей длины и ставят им в соответствие участки следа, стыки линейных участков как автограммы, так и следов, в первом приближении выбирают произвольно. Начальный пункт кодируют нулевым кодом.

Алгоритм заполнения формуляра:

1) в столбце  - код пункта р;

2) если в строке  выполнено , либо , то в столбцах ,  поставить прочерки и перейти к п.5 алгограммы, иначе в  - код  и перейти к п.3;

3) в столбце  - код, который в следе применяемой при переходе  функции F движения идет за кодом Q;

4) в столбце  - прочерк, если переход  выполняется по следу, т.е. , иначе записать минимальный набор  сигналов коррекций перехода не по следу – по строке . Для этого отметим ~ разряды в коде , в которых нужна коррекция и определим необходимые сигналы коррекции;

5) в столбце  - прочерк, если  равно прочерку и при этом  равно Δ, 0 или ~. Иначе в  - трем строки  вида (β), либо по типу дополняющей строки . Тем самым привязывается нужный признак dp к определенному выходу дешифратора в униблоке;

6) в столбце I – порядковый номер строки  в автограмме;

7) в установочной строке в  стоит ~, в  либо , либо набор сигналов коррекции для начальной установки , то есть dp = 1.

Из дополненного формуляра автомата находим дизъюнкцию термов каждого выходного сигнала, вошедшего хотя бы в один из наборов , и для каждого сигнала коррекции , вошедшего хотя бы в один столбец . Остальные сигналы коррекции, полагаются 0, в схеме автомата на соответствующие входы подается сигнал. По этим выражениям реализуется дополнительный блок. Выходы дешифратора униблока и входные каналы автомата соединяются со входами формера термов. Выходы формера термов соединяются со входами формера корреции и формера выходов, выходы формера коррекции – со входами униблока, а каналы формера выходов подключаются к входным каналам объекта управления коррекции и формера выходов, выходы формера коррекции – со входами униблока, а каналы формера выходов – со входным каналом управляемого автоматом объекта.

Отличительными особенностями  описанной методики представления униавтоматов являются простота, автоматизированность, возможность предвидения результата по автограмме, модульность.

В третьем разделе «Термодинамические модели информационных процессов» рассматриваются информационные процессы, протекающие в измерительных системах с точки зрения квазиравновесной (теория переходных процессов) и неравновесной статистической термодинамики.

Рассмотрим информационно-измерительную систему как систему невзаимодействующих ячеек, погруженную в термостат. Квантовые переходы, обусловленные взаимодействием ячеек с термостатом, будут диссипативными (с вероятностью Р) в отличие от взаимодействия с внешним полем (с вероятностью ). Диссипативные процессы приводят к тому, что вторичное поле всегда меньше первичного. Поскольку подсистема ячеек обменивается с термостатом только энергией, то соответствующий им ансамбль будет каноническим. Опуская детали вычислений, запишем окончательный результат:

                    ,                     (2)

где  - изменение энтропии в диссипативном процессе;  – среднее значение энергии основного состояния ячейки; τ – время релаксации.

Эффективность работы ИИС определим как функцию отклика системы N ячеек:

                                                             ,                                             (3)

где ,  - длительность импульса. Тогда имеем:

.                       (4)

Таким образом  получено основное уравнение разработанной  теории.

В четвертом разделе «Термодинамика многомерных информационных систем» принципы неравновесной термодинамики, предложенные в разделах 2 и 3, используются для анализа многомерных ИИС Выше   получено  выражение для вероятности диссипативных процессов в многомерных распределителях импульсов. Обозначим  через Q, разложим экспоненту в ряд и ограничиваясь существенными членами, получим

                       ,                                                   (5)

где  - некоторая постоянная. Эффективность распределителя импульсов  определим как отношение «сигнал»-«шум». В данном  случае:

                                   ,                                                     (6)

где  - длительность «тактовых» импульсов.

Из приведенных выше соотношений  получим

                                   ,                                                 (7)

где  - const. График этой функции показан на рисунке 2, из которого  следует,  экспоненциальная зависимость эффективности распределителя импульсов от канальной емкости. Это значительно более сильная зависимость, чем это следует из обычных подходов. Важность полученного результата подчеркивает необходимость создания многомерных распределителей импульсов на элементной базе, обладающей большой канальной емкостью.

Рисунок 2 - Зависимость эффективности распределителя импульсов от канальной емкости

Рисунок 3 - Зависимость канальной емкости от времени передачи сигнала

Полученное выражение для вероятности диссипативного процесса может быть записано в виде

                                                         ,                                                                             (8)

где  - параметры информационно-измерительной системы; Q – канальная емкость. Вводя эффективность системы  как отношение «сигнал»-«шум»: , где  - длительность импульса «сигнала» и, учитывая, что  пропорциональна V – объему передаваемой информации, нетрудно получить, следующее выражение для канальной емкости

                                                 .                                                                                        (9)

График этой зависимости  представлен на рисунка 3.

Из рис.3 видно, что после резкого начального подъема зависимость Q от t выходит на насыщение, т.е. канальная емкость перестает зависеть от времени передачи информации. Видно также, что канальная емкость зависит от скорости передачи информации в единицу времени .

Основной характеристикой устройств телеизмерения является точность.

Точность работы ИИС определяется динамическими характеристиками (быстродействием), помехоустойчивостью, разрешающей способности. Она определяется как внутренними факторами (структура системы, алгоритм функционирования и обработки сигналов и т.п.), так и внешними условиями (условия распространения радиоволн, наличия естественных помех и т.п.).

В формуле (*)  относятся к внутренним параметрам системы, а  - к внешним. Из анализа формулы (*) мы сразу приходим к выводу о термодинамических ограничениях точности ИИС. Действительно из (2) следует, что средние потери  будут пропорциональны росту энтропии  и обратно пропорциональны времени информационного процесса.

На каждом этапе элементарного информационного взаимодействия рост энтропии термостата  лежит в пределах:

                                                                              ( 10)    

Левая граница соответствует предельно необратимой реализации переходного процесса, а правая – оптимальному замедлению его.

Необходимо сделать следующее замечание. Действительно, как это следует из (*), замедление переходного процесса (т.е. при увеличении ), вероятность диссипативных процессов уменьшается. Однако на практике такой путь неприемлем и, наоборот, современные и будущие ИИС должны обладать большим быстродействием для передачи большого массива информации.

С другой стороны, негэнтропийный эффект ():

                     ,                                                     (11)

где  - полученное в процессе измерения количество информации.

Таким образом, энтропийная эффективность информационно-измерительного процесса

                                                  (12)               

Потеря части информации в информационно-измерительных системах снижает ее достоверность.

Эффективность (или точность) ИИС определим соотношением:

                                         ,                                                                                                                 (13)

где F – вероятность перехода системы из начального в конечное состояние за время . С учетом (*) это выражение примет вид:

                                           ,                                                                              (14)

где . Заметим сразу, что поскольку , то следует . Зависимость от числа каналов показана на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость эффективности информационно-измерительной системы от числа каналов.

Из приведенных выше рассуждений и рисунка 4 следует, что имеются термодинамические ограничения на число информационных каналов. При  или  ИИС начинает «работать плохо», и потери информации резко возрастают. Поскольку необходимо всегда уменьшение диссипативных потерь в системе, возникает необходимость оптимизировать зависимость (*). Мы рассмотрим следующий подход к оптимизации данной зависимости. Первоначально необходимо перейти от условной оптимизации к безусловной, для этого используется метод внешних штрафных функций. Далее для оптимизации получившейся функции воспользуемся градиентным методом с наискорейшим спуском, так как он за наименьше число шагов приводит к решению задачи. Для поиска величины шага в градиентном методе  используем  метод золотого сечения. Решение задачи можно проводить с помощью программной реализации данных методов. При реализации программы было написано 8 модулей.

В пятом разделе «Принципы построения многомерных информационно-измерительных систем» описаны элементы ИИС и, в частности, систем телемеханики.

Многомерный распределитель импульсов типа гиперпараллелепипед (МРИГП) как электронный коммутатор может найти самое различное применение. Блок-схема представлена на рис.5, где показаны следующие составляющие передающего и приемного полукомплектов: счетчик-дешифратор (СЧ-ДШ), схема управления (СУ), линейные распределители импульсов (ЛРИ), многомерный распределитель импульсов (МРИ), генератор тактовых импульсов (ГТИ), линия связи (ЛС), а также имеются на передающей стороне: анализатор ситуаций (АС), формирователь синхроимпульсов (ФСИ), выходное устройство (ВУ), а на приемной стороне - устройство селекции (УС).

Принципиальный интерес в данной блок-схеме представляют следующие узлы: ЛРИ, МРИ, АС, СУ, которые рассмотрим в отдельности, так как они являются основными блоками в различных многомерных системах передачи информации. Линейные распределители импульсов (ЛРИ), количество которых в общем случае равно m, определяют мерность m и канальную емкость многомерных систем передачи информации, а также, согласно формуле 2m-1, формирует общее число скомбинированных распределителей МРИ.

Рисунок 5 – Блок-схема многомерной системы передачи информации

В общем случае, многомерная система передачи информации (МСП) имеет m линейных распределителей, которые позволяют построить МСПИ, используя как m линейных, так и (N-m) скомбинированных  распределителей (СКР). Рассмотрим m-мерное тело с ребрами {a1, a2,…,am}. Многомерный распределитель будет работать в том случае, когда любая пара ребер {ai, aj} не будет иметь общих делителей, кроме 5. Его длина

                                                                                                      (15)           

а канальная емкость

                    (16)            

При этом тактовая частота генератора F0, определяет набор частот канальных импульсов (2m-1), получаемых со всей совокупности многомерного распределителя. Для наглядности изложения принципа работы многомерного распределителя импульсов примем число линейных распределителей m = 4. Линейные распределители соответственно имеют численные значения a1=2; а2=3; а3=5, а4=7. По отношению к тактовой частоте генератора частота распределителей импульсов будет (F11=F0:2), (F21=F0:3), (F3l=F0:5), (F41=F0:7). Частота генератора тактовых импульсов равна F0 (блок 1). Частоты F11, F21, F31, F41 представляют частоты одномерных распределителей. Обозначим их a1 = а; а2 = b; а3 = с; а4 = d (блоки 2-5).

Рисунок 6 - Структурная схема многомерного распределителя импульсов типа гиперпараллелепипед

Образовав из а, b, с, d сочетания по два, построим двухмерные распределители. Им соответствуют блоки 6-15. Частоты следования при этом (F12 =F0:ab=F0:6), (F22 =F0:ac=F0:10), (F32 =F0:ad=F0:14), (F42=F0:bc=F0:15), (F52=F0:bd=F0:21), (F62=F0:cd=F0:35). Каждый из распределителей имеет соответственно следующее число выходов Q12 =6, Q22=10, Q32=H, Q42=15, Q52=21, Q62=35 (блоки 6-11). Образуя из а, b, с, d сочетания по три, построим трехмерные распределители. В результате получим (F13 = F0:abc=F0:30), (F23 =F0:abd=F0:42), (F33=F0:acd=F0:70), (F43 =F0:acd=F0:105). Канальные емкости распределителей будут Q13=30, Q23=42, Q33=70,Q43=105 (блоки 12-15). Четырехмерному распределителю соответствует одно сочетание из a,b,c,d по четыре с частотой (F14=F0:abcd=F0:210) и канальной емкостью Q4=210(блок 6).

Блок-схема многомерной системы телемеханики представлена на рис. 7. Она состоит из счетчика-дешифратора состояний МРИ (1), анализатора состояний (2), генератора тактовых импульсов (3), блока управления (4) линейными и скомбинированными распределителями, линейных распределителей (5, 6, 7, 8), формирователя синхроимпульсов (9), многовходовых элементов И: первого уровня (10, 11, 12), второго уровня (13, 14, 15) и m-го уровня (16), устройство формирования выходных импульсов (17) передатчика, устройство селекции информационных и синхронизирующих импульсов (18), генератора тактовых импульсов (19), счетчика-дешифратора состояний МРИ (20), блока управления (21) линейными и скомбинированными распределителями, линейных распределителей (22, 23, 24, 25), формирователя синхроимпульсов (26), многовходовых элементов И: первого уровня (27, 28, 29), второго уровня (30, 31, 32) и m-го уровня (33).

Рисунок 7 – Блок-схема многомерной системы телемеханики

Пример практической реализации для случая m=3. Трёхмерный cкомбинированный распределитель можно представить в виде семи элементов трёх уровней (фигура 27):

1.           Трех линейных (P1, P2, P3)

2.           Трех матричных (P12, P13, P23)

3.           Одного объемного (P123) распределителя.

Каждый элемент И трёхмерного распределителя имеет информационный вход “Inf”, информационный выход “Inf”, вход выбора уровня “Разр” и от одного до трёх адресных входов (в зависимости от величины m “Адр1”, “Адр2”, “Адр3”). На основе рассмотренных трёхмерного и линейного распределителей составим структурную схему трёхмерной системы телемеханики.

Поставим в соответствие с состоянием счётчика-дешифратора номер элемента уровня трёхмерного распределителя. Для управления счетчиком-дешифратором возьмем три линейных распределителя РA, РB, PC  с длинами, т.е. числом канальных выходов соответственно, РA=а=3, РB=b=4, РC=с=5. Число объектов телемеханизации в данной реализации составляет 112.

Таблица 1 - Распределитель импульсов и состояния счётчиков-дешифраторов

Распределитель

Состояние

Буквенное обозначение

Число каналов

P1

1

A

3

P2

2

B

4

P3

3

C

5

P12

4

a*b

12

P13

5

a*c

15

P23

6

b*c

20

P123

7

a*b*c

60

Передающий полукомплект многомерной системы телемеханики

Передающий полукомплект состоит из: 1 - счётчик дешифратор, 2 - анализатор ситуации, 3 - ГТИ, 4 - блок управления, формирователь синхроимпульсов, 6 - скомбинированные распределители, устройство формирования выходных импульсов. Анализатор (2) системы должен, выделять окончания опроса линейных и скомбинированных распределителей.

Для согласования системы после включения питания в анализатор дополнительно введены кнопка /ВК/ и элемент И.

Работает передающий полукомплект следующим образом: в начальный момент, после включения питания, состояние Сч/Дш=1, тактовые импульсы поступают на распределитель РA, но содержимое его равно нулю, поэтому на входе трёхмерного распределителя импульсы отсутствуют. Замыканием кнопки (ВК) через элемент И1 (ВК 1) и элемент ИЛИ устанавливается в Сч/Дш состояние "2". Одновременно поступает запускающий импульс на стартовый распределитель РB, открывается цепь для прохождения тактовых импульсов на тактовый вход распределителя РB и формирователя синхроимпульсов (ФСИ) (9) выдаёт в линию связи отрицательной полярности первый синхроимпульс.

Разрешающий потенциал единицы поступает на разрешающий вход элементов И распределителя Р2 и с информационных входов элементов И будет считываться информация в линию связи.

Через четыре такта с четвёртого выхода распределителя РB в анализатор поступит импульс, срабатывает элемент И3 (В&2), запустится распределитель РС и счётчик-дешифратор примет состояние "3".

ФСИ (5) вырабатывает синхроимпульс. Разрешающий потенциал поступит РВЭИ распределителя Р3 . С его информационных выходов информация за пять тактов "считывается" в линию связи.

На пятом такте с пятого выхода распределителя РC  в анализатор (2) поступает импульс, вызывающий срабатывание элемента И4 (С&3) и  ИЛИ Запускающий импульс поступает на распределители А и В, счетчик-дешифратор  устанавливается  в  состояние   "4",   открывается  цепь для прохождения тактовых импульсов на распределители РA , РB . Разрешающий потенциал поступает на РВЭИ распределителя P12.

Через 12 тактов с распределителей А и В одновременно поступят импульсы в анализатор (2), сработает элемент И5 (А&В&4), который запустит распределители А и С и установит счётчик-дешифратор (1) в состояние "5". Откроется цепь для прохождения тактовых импульсов на распределители РA и РС и разрешающий потенциал поступит на РВЭИ распределителя P13 . С его информационных входов за 15 тактов информация поступит в линию связи.

На 15-м такте с распределителей РA и РC в анализатор (2) одновременно поступают импульсы, вызывающие срабатывание элемента Иб (А&С&5), пропускающие импульсы поступят на распределители РB и РC , установится состояние "6" счётчика-дешифратора (1) и откроется цепь для прохождения тактовых импульсов на распределители РB и РC и разрешающий потенциал поступит на РВЭИ распределителя Р23 МРИ. За 20 тактов с его выхода информация поступит в линию связи.

На двенадцатом такте с распределителей РB и РC одновременно поступят импульсы (2), заставляя сработать элемент И7 (В&С&6).

Запускающие импульсы поступят на распределители РA, РB, РC, счетчик (1) установится в состояние "7", откроется цепь для прохождения тактовых импульсов на распределители РA , РB , РC и  разрешающий потенциал поступит на РВЭИ распределителя P123 МРИ.

За 60 тактов информация, поступающая с выходов P123 распределителя, будет передана по линии связи.

На 60-м такте с распределителей РA , РB , РC одновременно поступят импульсы в анализатор (2) и сработает элемент И8 (А&В&С&7). Запустится распределитель РA , ФСИ выдаст синхроимпульс в линию связи, счётчик-дешифратор (1) установится в состояние "1", откроется цепь для прохождения тактовых импульсов на распределитель РA и разрешающий потенциал поступит на РВЭИ распределителя P1 МРИ. Цикл на этом заканчивается.

Приемный полукомплект многомерной системы телемеханики

Приёмный полукомплект c линией связи соединяется через блок селекции (18), работающий следующим образом: диод пропускает отрицательные синхроимпульсы на инвертор, с его выхода импульсы будут иметь положительную полярность и поступают эти импульсы через определённое число информационных импульсов, выдаваемый линейными и скомбинированными распределителями передатчика на счетчик-дешифратор (20) и блок управления (21) линейными и скомбинированными МРИ приёмного полукомплекта. Блок (19) является генератором тактовых импульсов.

Работает приёмный полукомплект следующим образом: в начальный момент счетчик-дешифратор находится в состоянии "1", а содержимое распределителя равно нулю.

С появлением первого синхроимпульса запускается через элемент И2 распределитель РB и устанавливается в счетчике-дешифраторе состояние "2". Разрешающий потенциал поступит на распределитель Р2 и информация, поступающая из линии связи, будет выдана через распределитель Р2 по своим информационным каналам  (выходам).

С появлением второго синхроимпульса запускается через элемент И3 определителя Pс  и  устанавливается в счётчике-дешифраторе состояние "3". Откроется цепь для прохождения тактовых импульсов на распределитель Р3 и разрешающий потенциал поступит на разрешающий вход элемента И РВЭИ определителя Р3. С выходов распределителя Р3 считывается информация, вступающая из линии связи. С появлением третьего синхроимпульса через элементы И12_ поступят запускающие импульсы на распределители РA и PB также изменится состояние счётчика-дешифратора (20), которое перейдёт в стояние &4&, и тем самым через элементы ИЛИ, И4 и И5 пройдут тактовые импульсы на распределители PA и PB , что приведет к срабатыванию двухмерного распределителя P12. И информация, поступающая из линии связи, будет выдаваться по всем информационным цепям этого распределителя. Аналогично пройдут информационные сигналы через распределители Р1, Р13, P23, Р12. Для наглядности поясним, как будет проходить информация через кубический распределитель.

С появлением шестого синхроимпульса через элементы И1 2 и И3 поступают единицы через три элемента ИЛИ на вход распределителя РA , PB и PC, которые запускаются; одновременно шестой синхроимпульс переводит счётчик-дешифратор в состояние "7" и тем самым три элемента ИЛИ и элементы И4 , И5 , И6 формируют цепь прохождения тактовых импульсов с ГТИ (19) на тактовые входа распределителей РA , PB и РС совместная работа которых активизирует распределитель P123 , на РВЭИ которого поступает разрешающий потенциал с выхода "7" счётчика-дешифратора (1) и тем самым исходит приём информации из линии связи по всем информационным каналам кубического распределителя P123 . Седьмой импульс переводит счётчик-дешифратор в состояние "1" и тем самым процесс повторяется. На рисунке 5.2. P1 , P2, P3,  P12, P23, P123  и на рисунке 5.3 P1, Р2, Р3, P123, P13, P23, P123  выполняют функции информационных блоков приёма и выдачи формации   по   всем   распределителям:   линейным   1,  P2, P3), cкомбинированным двухмерным (P12, P13, P23) и трёхмерным (P123).

Таким образом, положительный эффект достигается за счёт выполнения обычного распределителя импульсов в виде МРИ, а также введением в передающем и приёмном полукомплекте счётчика-дешифратора состояний МРИ, анализатора ситуаций, блока управления линейными и скомбинированными распределителями, что позволяет использовать большое число объектов телемеханизации (102 -105 ). Как, например, в случае m=3, РB=4, РC=5 число это составляет 112, а также имеет и жёсткую синхронизацию передающего и приёмного полукомплекта, а так же число синхроимпульсов равно 2m-1 (23-1 )=7.

В шестом разделе «Алгоритмы функционирования многомерных систем передачи информации» показано, что многомерные системы передачи информации отличаются тем, что они имеют не жесткую, а гибкую архитектуру построения. Многомерная телеизмерительная система (МТИС) состоит из двух взаимодействующих автоматов (полукомплектов) AI – передающий, А2 – приемный. В каждом FI, А2 распределители импульсов выступают в роли униблоков. Передающий AI имеет m-мерный МРИ (информационный) и m-линейных распределителей импульсов (РИ). Элементы AI: анализатор ситуаций, счетчик – дешифратор, блок управления линейными и информационными распределителями, формирователь синхроимпульса, узел сопряжения с линией связи можно рассматривать как формеры, для которых достаточно проанализировать формали.

AI допускает подключения 2m- 1 группу источников информации (при условии ), которые будут отличаться по быстродействию и точности измерения. M-мерный информационный распределитель будет состоять из  информационных распределителей:

 (1-го уровня) с длинами ,

 (2-го уровня) с канальными емкостями ,

 (m-го уровня) с канальной емкостью .

Пусть заранее известно, что по отношению к датчику, подключенному к распределителю , остальные датчики должны опрашиваться

 - в

 - в ,

 - в  раз чаще по сравнению с частотой , где  - частота опроса датчика, подключенного к распределителю . Тогда число состояний счетчика-дешифратора определяется по формуле:

                      ,                             (17)

где  - число обращений к группе датчиков через  за один цикл запроса, т.е., промежуток времени между двумя обращениями к датчику .

Общая длительность цикла опроса определяется по формуле:

                               .          (18)

Если частота опроса датчика через распределитель  равна , то частота ГТИ должна быть: .

Чтобы построить таблицу состояний информационного распределителя с графами: состояние, информационные распределители, линейные распределители, ситуация, число позиций, нужно задать некоторое отображение j множества  на множество

                         .                                        (19)

Заметим, что множество информационных распределителей всех уровней естественно нумеруется числами от 1 до , т.е. множеством М. А именно распределитель  к-го уровня получает номер

                     .                     (20)

d определяется так: множество  выборок К элементов из m чисел  лексикографически упорядочивается и d - номер элемента  при таком упорядочивании. При обратном отображении получаем

                           .                                               (21)

Отображение  для таблицы состояний должно удовлетворять условиям: для каждого  прообраз  скомбинированный распределитель СКР должен содержать ровно  элементов , причем эти числа примерно равномерно распределены, т.е. расстояния

                          

примерно равны числу . Вместо равенства расстояний можно потребовать примерное равенство временных интервалов между соседними обращениями к датчику группы n. Обозначим через  (Z – множество целых чисел) функцию емкости, т.е. емкость информационного распределителя, занумерованного числом  (если n нумерует распределитель ), то

                                             .

Как и выше, пусть распределителю с номером n соответствуют числа

                                        .

Тогда временные интервалы

          (22)

должны примерно равняться числу .

Итак, построение таблицы состояний информационного распределителя сводится к экстремальной комбинаторной задаче: поиску отображений  с заданными свойствами и оптимальным распределением прообразов .

 

 

Таблица 2 - Состояния информационного МРИ в МТИС

Состояние

Информацион-ные распределите-ли

Линейные распределители

Ситуация

Число позиций

1

2

3

4

5

1

Р1

V1*U1

7

2

Р23

V2*V3*U2

72

3

Р33

V3*U3

9

4

Р12

V1*V2* U4

56

5

Р23

V2*V3*U5

72

6

Р13

V1*V3*U6

63

7

Р3

V3*U7

9

8

Р123

V1*V2*V3*U8

504

9

Р23

V2*V3*U9

72

10

Р13

V1*V3*U10

63

11

Р3

V3*U11

9

Продолжение таблицы 2

 
12

Р12

V1*V2* U15

72

13

Р2

V2*V3*U16

8

14

Р123

V1*V2*V3*U14

504

15

Р13

V1*V3*U15

63

16

Р23

V2*V3*U16

72

17

Р12

V1*V2*U17

56

18

Р2

V2*U18

8

19

Р123

V1*V2*V3*U19

504

20

Р23

V2*V3*U20

72

21

Р13

V1*V3*U21

63

 

Если в произвольной строке таблицы 2 в графе 1 - «состояние» - записано число n, а в графе 2 – символ , то в графе 3 будет записано , а в графе 4 – произведение  (логическая функция), а в графе 5 – число , где  - разрешающий сигнал с последнего разряда линейного распределителя . На основании таблицы состояний можно записать формали для формеров МТИС. Анализатор ситуаций имеет формаль:

                                           .                                         (23)

Множество чисел К (состояний счетчика-дешифратора) на основе отображения j разбивается на m непересекающихся подмножеств , где  содержит в точности те номера строк таблицы состояний, в графу которых попадает . Формали тактовых входов линейных распределителей следующие:

                                   ,             (24)

Где  - сигнал с ГТИ.

Формали разрешающих входов информационных распределителей следующие:

                                   ,             (25)

В частности, .

Указанные формали для линейных и информационных распределителей реализуются в блоке управления.

В разделе представлен алгоритм функционирования многомерной системы телемеханики для конкретного случая, когда мерность равна 3, а ребра имеют длину 3, 4, 5 элементарных ячеек, набором формалей, которые описывают состояния счетчика 0 дешифратора через лексиграфическое множество, анализатора ситуаций, выходных сигналов различного уровня.

Так как функционирование многомерной системы телемеханики с кадровой синхронизацией отличается от функционирования многомерной системы телемеханики особенностями синхронизации, то в данном случае приведены алгоритмы функционирования многомерной системы телемеханики с кадровой синхронизацией в плане анализа различных случаев сбоя синхроимпульсов и реакции приемного полукомплекта на эти искажения.

В результате выполненного анализа инструментальных средств нами выявлено, что в качестве средства разработки АИС «выбора параметров для многомерной ИИС» удобно использовать Delphi, как наиболее оптимальное средство разработки с точки зрения разработчика.

Используя Delphi можно создавать приложения с минимальными затратами времени, т.к. в её основе лежит концепция быстрого создания приложений (RAD).

Визуальная технология разработки программ позволяет быстро создавать приложения путём размещения в форме стандартных компонентов. При этом соответствующий код программы автоматически генерируется Delphi. Такая технология освобождает разработчика от рутинной работы по созданию пользовательского интерфейса и позволяет уделить больше внимания внутренней организации данных и обработке данных.

В приложениях   даны программные коды в среде Delphi  для  расчета  конструктивных параметров многомерного устройства (многомерного распределителя импульсов типа гиперпараллелепипед), копии авторских свидетельств на изобретения, акты внедрения результатов работы на промышленных предприятиях и в учебных заведениях.

 


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Краткие выводы по результатам диссертационных исследований. В рамках диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

1.        Разработаны принципы структурного анализа многомерных ИИС, позволяющие дать единый способ описания взаимосвязанных распределенных систем (в том числе и ИИС) с помощью импульсных переходных или передаточных функций и правил соединения отдельных блоков систем.

2.        Разработаны принципы логического проектирования многомерных ИИС, где в качестве математического инструмента для формального описания работы этих устройств и систем выбрана алгебра логики, на основе которой реализована методика логического проектирования дискретных устройств.

3.        Разработаны  алгоритмы функционирования многомерных систем передачи информации, таких как:

- многомерная система телемеханики;

- многомерная система телемеханики с кадровой синхронизацией;

- многомерная телеизмерительная система.

4.        Разработаны  алгоритмы функционирования линейного распределителя импульсов, который является основным узлом, «ребром», многомерного распределителя импульсов требуемой мерности многомерного пространства.

5.        Разработаны методы  расчета конструктивных параметров многомерных устройств, таких, как многомерный распределитель импульсов типа гиперпараллелепипед, многомерный распределитель импульсов типа гиперкуб, многомерный распределитель импульсов типа множество гиперкубов.

6.        Составлены пакеты таблиц квазиоптимальных конструктивных параметров многомерного устройства (многомерного распределителя импульсов типа гиперпараллелепипед);

7.        Предложены и апробированы модели термодинамического анализа многомерных ИИС, позволяющих производить оценку энергетической и энтропийной цены информации, термодинамических ограничений на канальную емкость, точность и быстродействие многомерных ИИС.

Оценка полноты решений поставленных задач.  Поставленные  в диссертационной  работе задачи реализованы в полном объеме. Разработаны модели и методы анализа многомерных информационно- измерительных систем таких как,   многомерная система телемеханики,   многомерная система телемеханики с кадровой синхронизацией,   многомерная телеизмерительная система отличаются существенными преимуществами , в основу  которые заложен управляемый  многомерный  распределитель импульсов, являющийся основным узлом многомерных систем, позволяют получить требуемое число информационных каналов для передачи и управления больших массивов информации. Разработанные  термодинамические модели  многомерных ИИС,  производят  оценку энергетической и энтропийной цены информации, термодинамических ограничений на канальную емкость, точность, быстродействие и другие параметры многомерных ИИС. Результаты исследования доведены до внедрения, что подтверждает обоснованность предложенных и проработанных  моделей и методов  и практических решений.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Полученные в работе научно- методические  результаты , связанные с разработкой моделей и методов анализа многомерных информационно- измерительных систем  включены в перспективные план МТУ «Кварц», Шахтинского завода нестандартного оборудования .  Внедрены в ООО «Завод Промсплав» (г.Нижний Тагил, Россия» при проектировании разработки информационной системы управления для производства  специальных видов  стали, ООО:  «СтеклоТекс» (г.Томск, Россия) при изготовлении информационной системы измерения параметров стеклопроизводства и управления технологическим процессом.

Результаты диссертационной работы нашли широкое применение в учебном процессе  при подготовке специалистов по специальности «Компьютерные информационные системы», «Информационные системы» Карагандинского государственного технического университета , Карагандинского экономического университета.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения.

Разработанные принципы построения многомерных устройств и систем ,  методы  расчета конструктивных параметров многомерных устройств использованы при создании комплекса технических средств контроля, измерения и управления нестандартного оборудования  в угольном  департаменте АО «Митл Стил». Экономический эффект от внедрения теоретических результатов , изложенных в диссертационной работе , составил  3,7 млн. тенге за счет снижения затрат на разработку и внедрения новых устройств.

Разработанные  термодинамические модели  многомерных ИИС, позволяющие  производить оценку энергетической и энтропийной цены информации,  при заданных термодинамических ограничений на канальную емкость, точность, быстродействие использованы при создании средств управления и связи в МТУ «Кварц». Экономический эффект  от внедрения устройств преобразования и систем передачи и управления информацией составляет   5, 4 млн. тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Проблема разработки моделей и методов  анализа многомерных систем и устройств является актуальной, так как вопросы создания методов и техники цифровой коммутации в виде управляемых многомерных средств преобразования ,  передачи и обработки  информации в информационно-измерительных системах сегодня представляют одну из важнейших проблем в информационной и вычислительной технике.

Развитие информационно-измерительных систем (телемеханики и т.д.) настоятельно требует выявления тех или иных термодинамических ограничений как на структуру самих систем, так и на информационные процессы, включая управление или активное измерение. Известные  разработки в этой области  носят большей частью теоретический характер.

Разработанные  принципы построения многомерных устройств и систем ,  методы  расчета конструктивных параметров многомерных устройств, термодинамические модели ИИС позволили определить термодинамические ограничения, которые  имеют не только принципиальное, но и практическое значение в современных информационно-измерительных системах и системах управления, при  передаче информации на большие расстояния и ее получение, которые характеризуются передачей и обработкой больших массивов информации с высоким быстродействием, оперируют высокой точностью.

Полученные научные результаты сопоставимы и хорошо согласуются с опубликованными данными признанных ученых, которые прошли комплексные испытания и внедрены на крупных отечественных предприятиях, что свидетельствует о высоком уровне выполненной работы.

Содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список опубликованных источников

 

1.  А.с. № 1394977 СССР, Многомерная система телемеханики. Опубл. 26.02.86. (в соавторстве Бер Л. К.,Когай Л.И..)

2.  А.с. №1428069 СССР, Многомерная телеизмерительная система. Опубл. 09.07.86. (в соавторстве Бер Л. К.,Когай Л.И..)

3.  Патент N  202 0594 Россия , Многомерная система телемеханики с кадровой синхронизацией. Опубл. 27.06.94  (в соавторстве Бер Л. К.,Когай Л.И..)     

4. Когай Г.Д., Тен Т.Л. Определение конструктивных параметров многомерного распределителя импульсов типа гиперпараллелепипед. //Труды межд.науч. конф.:Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030».- Караганда, КарГУ 2000.-с.217-220.

5.  Когай Г.Д., Тен Т.Л. Разработка многомерной системы телемеханики с кадровой синхронизацией.// Труды университета.- Караганда,  КарГУ, 2000. с. 67-70.

6.  Когай Г.Д., Тен Т.Л. Многомерные системы передачи информации. //Тр. междун. науч. конф.: Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» посвященный 10-летию Независимости Казахстана», - Караганда, КарГТУ, вып.2.  2001.с.88-91.

7. Когай Г.Д., Тен Т.Л. Использование новых информационных технологий в дистанционном обеспечении. //Матер. Междунар. науч.метод. конф. - Караганда, КЭУ, 2002. с.

8. Тен Т.Л. Интеллектуальные информационные системы. //Учебное пособие. - Караганда, КЭУ, 2002,185с.

9.  Когай Г.Д., Тен Т.Л. Приемный полукомплект многомерной системы телемеханики. //Труды университета.- Караганда, КарГТУ, №1 2003. с.70-72.

10. Яворский В.В., Тен Т.Л. Функционирование блока синхронизации многомерной системы. //Материалы  регион. научн.-метод. конф.:Современное образование: интеграция учебы, науки и производства -Томск, ТГУСУР, 2003. с. 118-120.

11.  Яворский В.В., Тен Т.Л. Система контроля достоверности параметров организационной системы с использованием OLAP-технологий. // Тр.  междун. симп. :Информационные и системные технологии в индустрии образования и науке, посвященное 50-летию КарГТУ.- Караганда, 2003. с. 300-303.

12.  Яворский В.В., Тен Т.Л. Функционирование организационных систем многомерной структуры данных. // Тр.  междун. симп. :Информационные и системные технологии в индустрии образования и науке, посвященное 50-летию КарГТУ.- Караганда, 2003. с. 303-305.

13.  Яворский В.В., Тен Т.Л. Развитие методик многопараметрического анализа организационных данных. // Тр.  междун. симп. :Информационные и системные технологии в индустрии образования и науке, посвященное 50-летию КарГТУ.- Караганда, 2003. с. 306-308.

14. Тен Т.Л. Проектирование экономических информационных систем. //Учебное пособие.-  Караганда, КЭУ, 2003.286с.

15.  Тен Т.Л., Ким Д.Ю.Экспертные  системы. //Учебное пособие.-  Караганда, КЭУ, 2004.196с.

16. Тен Т.Л., Косова Е.Г. Системный анализ и исследование операций.// Учебное пособие. - Караганда, КЭУ, 2004.246с.

17. Тен Т.Л., Пустолайкина И.А Программирование в среде Delphi. //Учебное пособие. - Караганда, КЭУ, 2005.324с.

18. Яворский В.В., Тен Т.Л.,  Косова Е.Г. Моделирование информационных систем на основе методов системного анализа. //Учебное пособие.- Караганда, КЭУ, 2006, 246с.

19. Яворский В.В., Тен Т.Л. Основы анализа многомерных информационных систем. //Монография.- Караганда, КЭУ, 2006, 344с.

20. Яворский В.В., Тен Т.Л. Анализ параметров многомерных информационных систем. Монография, Караганда, КГТУ, 2006, 434с.

21.  Яворский В.В., Тен Т.Л. Формирование интегрированного носителя многомерной структуры данных. // Тр.  междун. симп. :Информационные и системные технологии в индустрии образования и науке, посвященное 50-летию КарГТУ.- Караганда, 2003. с. 309-311.

22.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М Многомерные распределители импульсов и термодинамика информационных процессов.:Вестник Карагандинского университета.- Караганда, КарГУ, №1, 2006. с. 58-67.

23.  Тен Т.Л. Многомерные информационно- измерительные системы.// Матер. 5 междун. науч. конф. :Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперимент. - Астана: ЕНУ им. Гумилева Л.Н., 2006. с.290-293.

24. Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Термодинамические аспекты многомерных информационно- измерительных систем. .// Матер. 5 междун. науч. конф. :Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперимент. - Астана: ЕНУ им. Гумилева Л.Н., 2006. с. 293-297.

25. Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Точность информационно- измерительных систем. //Матер.  9 междун. научн.  конф.: физика твердого тела.-  Караганда: КарГУ им. Букетова, 2006. с.248-254.

26.  Тен Т.Л. Анализ информационно- измерительных систем. //Матер.  9 междун. научн.  конф.: физика твердого тела.-  Караганда: КарГУ им. Букетова, 2006. с.255-264.

27. Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Многомерные информационно- измерительные системы в технологических процессах. //Междун. научн.- практ. конф. :Рациональное использование недр - важный фактор устойчивого развития региона.- Караганда, КарГУ, 2006. с.116- 120

28.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Термодинамические аспекты информационно- измерительных систем. //Междун. научн.- практ. конф. :Рациональное использование недр - важный фактор устойчивого развития региона.- Караганда: Кар ГУ, 2006. с.130- 132.

29.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Многомерные распределители импульсов и термодинамика информационных процессов.// Вестник Карагандинского университета. - Караганда, КарГУ, 2006. Серия физика №1(41). с. 58-67.

30.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Термодинамические ограничения точности информационно- измерительных систем.// Вестник Карагандинского университета. - Караганда, КарГУ, 2006. Серия физика №2(42). с. 72-76.

31.  Тен Т.Л. Влияние канальной емкости на эффективность многомерных распределительных импульсов. //Труды университета  Караганда, КарГТУ, 2006. №2. с. 76-79.

32. Тен Т.Л. Неравновесная статистическая термодинамика и информационные процессы. // Науч. тр. междун. симп.: Информационные и системные технологии в индустрии, образовании и науке.-  Караганда, КарГТУ, 2006 .с.161-164.

33. Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Многомерная телеизмерительная система. // Науч. тр. междун. симп.: Информационные и системные технологии в индустрии, образовании и науке.-  Караганда, КарГТУ, 2006 .с.164-167.

34.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Телеизмерение и методы макроскопических измерений. // Науч. тр. междун. симп.: Информационные и системные технологии в индустрии, образовании и науке.-  Караганда, КарГТУ, 2006 .с.178-181.

35.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Диссипативные процессы в информационно- измерительных системах. //Поиск.-  Алматы. 2006. № 2 с. 159-162.

36.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Термодинамические ограничения канальной емкости информационно- измерительных систем. //Поиск.-  Алматы. 2006. № 2 с. 164-168.

37.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Термодинамика и канальная емкость информационно- измерительных систем. //Междун. научн.- практ. конф.: Валихановские чтения -11. - Кокшетау, КГУ, 2006. с.256-259.

38.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Процессы диссипации в информационно- измерительных системах. //Междун. научн.- практ. конф.: Валихановские чтения -11. - Кокшетау, КГУ, 2006. с.259-262.

39.  Тен Т.Л. Влияние канальной емкости на эффективность многомерных  распределителей импульсов.// Научное обозрение - Москва: Наука, 2007 . №5. с.48-51.

40.  Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Информационные характеристики процесса измерения. // Труды университета. - Караганда, КарГТУ, 2007. №2.с.85-88.

41. Тен Т.Л. Термодинамика многомерных информационных систем. //Труды университета .- Караганда, КарГТУ, 2007. №4.с.64-67.

42. Тен Т.Л. Многомерные средства преобразования и передачи информации. //Вестник развития науки и образования – Москва,  Наука, 2007 . № 5.с. 20-23.

43.  Тен Т.Л. Алгоритмы функционирования многомерных систем.// Монография.-  Караганда, КЭУК, 2007, 165.

44. Яворский В.В., Тен Т.Л., Юров В.М. Термодинамика многомерных информационно- измерительных систем.// Научное обозрение .- Москва, Наука, 2007. №4. с.30-34.

45. Тен Т.Л. Физические измерения и их термодинамические модели. //Труды университета.- Караганда, КарГТУ, 2008. №1. с. 77-80.

46.  Тен Т.Л., Яворский В.В. Юров В.М. Термодинамика информационно- измерительных систем.//Вестник Кузбасского государственного технического университета.- Кемерово, 2008. с.45-48.

47.  Тен Т.Л., Яворский В.В. Юров В.М. Прогнозные ресурсы информационно- измерительных систем.//Вестник Кузбасского государственного технического университета.- Кемерово, 2008. с.48-52.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тен Татьяна Леонидовнаның

Көп мөлшерлі ақпараттық-өлшеу жүйелерін талдау және әзірлеу әдістерінің модельдері

тақырыбына арналған

техника ғылымдарының докторы ғылыми дәрежесіне іздену диссертациясының авторефераты

 

051301 мамандығы бойынша: «Ақпаратты жүйелік талдау, басқару және өңдеу»

 

Тақырыптың көкейкестілігі. Көп мөлшерлі жүйелерді және құрылғыларды талдау моделдері мен әдістерін әзірлеу мәселесі көкейкесті болып табылады, өйткені ақпараттық-өлшеу жүйелерінде ақпаратты түрлендірудің, берудің және өңдеудің басқаралытан көп мөлшерлі құралдар түрінде сандық коммутация әдістері мен техникасын құру сұрақтары  бүгінгі күні ақпараттық және есептеу техникасында маңызды мәселелердің бірі болуда.

Зерттеу мақсаты: көп мөлшерлі АӨЖ практикалық қолданылуы үшін олардың талдау моделдері мен әдістерін әзірлеу. диссертацияда қойылған мәселелерді шешу үшін келесі міндеттер шешіледі:

1.            АӨЖ-нің құрылымдық параметрлік синтезінің міндеттерін қоюды жүргізу және математикалық моделді құру есебі құрастырылып тұрғызылған.

2.            Элементтердің өзара әрекеттесудің жартылай реттелген құрылымның негізінде АӨЖ басқару құрылымы тұрғызылған.

3.            Элементтердің деңгейлерге сәйкес келу функциясы барынша көп етілетін және элементтердің реттілігі бұзылмайтын элементтердің өзара әрекеттесу деңгейлерін анықтайтын оңтайлы иерархия синтезі есебі құрастырылған және шешілген.

4.            Рекурсивті алгоритмді пайдалана  отырып, минималды варияциялардың әзірленген әдісін қолданумен бірге бастапқыдан оңтайлы иерархияға көшу әдісі құрастырылған.

5.            Оңтайлы иерархияларды құру моделін дискретті бағдарламалау есептерін шешуге жалпы амалы ретінде ұсыну. Элементтердің арасындағы байланыс жолдарын қалыптастыруға жалпы амалы ұсынылды.

6.            Өзара әрекеттесу теңдеулеріне сәйкес келетін гипержазықтықта проекцияларды жүйелі құрудың әзірленген процедурасын қолдана отырып, ақпараттық жүйенің элементтері арасында әлеуетті корреспонденцияларды анықтауды жүзеге асыру ықтималдылығы анықталды.

7.            Көп мөлшерлі құрылғыларды және жүйелерді құру қағидаттарын әзірлеу. Гиперпараллелепипед типті импульстерді көп мөлшерлі үлестіруші, гиперкуб типті импульстерді көп мөлшерлі үлестіруші, гиперкубтар көптігі типті импульстерді көп мөлшерлі үлестіруші сияқты көп мөлшерлі құрылғылардың конструкциялық параметрлерін есептеу әдістерін әзірлеу құрастырылды.

8.            Көп мөлшерлі телемеханика жүйесі, кадрлық синхрондаумен көп мөлшерлі телемеханика жүйесі, көп мөлшерлі телеөлшеу типті әзірленген басқарылатын көп мөлшерлі құралдардың негізінде  ақпаратты беруге арналған ақпараттық-өлшеу жүйелерін жасау құрастырылды.

9.            Көп мөлшерлі АӨЖ құрылымдық және қисынды талдау қағидаттарын әзірлеу, олардың жұмыс істеу алгоритмдері құрастыру.

10. Көп мөлшерлі АӨЖ термодинамикалық талдауның қағидаттарың құрастырылып ұсынылды.

Ғылыми жаңашылдық және қорғауға шығарылатын негізгі жағдайлар:

1.            АӨЖ құрылымдық-параметрлік синтезі әдісінің негізінде синтездің бір критерийлік есебінің математикалық моделі құрылды және оны шешудің алгоритмдері ұсынылды.

2.            Шешімдердің реттелген көптігі бойынша жылжы отырып, бастапқыдан оңтайлы иерархияға көшуге мүмкіндік беретін рекурсивті алгоритмін қолданумен бірге минималды варияциялар әдісі бірінші рет әзірленді.

3.            АӨЖ-да шынайы ағындармен элементтердің арасындағы әлеуетті корреспонденциялардың өзара байланыстың сызықтық теңдеулерін қалыптастыруға мүмкіндік беретін өзара әрекеттесуді іске асыру жолдарын – байланыс жолдары туралы деректер базасын және байланыс жолдарын қалыптастырудың тиімді тәсілі әзірленді.

4.            Анықталған  термодинамикалық шектеулерде қажет етілетін арналық сыйымдылықты алуға мүмкіндік берген басқарудың көп мөлшерлі құрылғылардың конструкциялық параметрлерін есептеу әдістері бірінші рет әзірленді.

5.            Осы құрылғылар мен жүйелердің жұмысын нысанды сипаттауға арналған математикалық құрал-сайман ретінде қисын алгебрасы таңдалған көп мөлшерлі АӨЖ қисынды жобалау қағидаттары әзірленді, оның негізінде дискретті құрылғыларды қисынды жобалау әдістемесі іске асырылды.

6.            Басқа  автоматтарда қолдануға қолайлы кейбір униблоктың негізінде іске асырылған автомат болып табылатын униавтомат әзірленді; автограмма бойынша нәтижені алу мүмкіндігімен, қарапайымдылығымен және автоматтандырылуымен айрықшаланатын униавтоматты нысанды-қисынды ұсыну алгоритмінің әдістемесі қарастырылды.

7.            Ақпараттың энергетикалық және энтропиялық бағасын, арналық сыйымдылыққ термодинамикалық шектеулерді көп мөлшерлі АӨЖ дәлдігін, тез әрекет етуін және басқа параметрлерін бағалауға мүмкіндік беретін көп мөлшерлі АӨЖ термодинамикалық моделдері бірінші рет әзірленді.

Практикалық мағыналығы

1.            АӨЖ басқарудың әзірленген құрылымы өзара әрекеттесудің жартылай реттелген құрылымымен – контурсыз бағдарланған бағанмен сипатталуы мүмкін. Осындай құрылым қадамдық басқарудың көптеген алгоритмдерінде, сондай-ақ дискретті оңтайландыру есептерін шешу кеңістігінде де бар.

2.            Импульстерді сызықтық үлестірушіні көп мөлшерлі ұсынуға негізделіп әзірленген сызба техникалық қағидат арналарды қалыптастыратын элементарлы ұяшықтардың барынша аз санының көп ақпараттық (арналық) сыйымдылығымен және түрлі топтық арналар бойынша импульстермен берілетін түрлі жиіліктердің жиынымен айрықшаланатын көп мөлшерлі электрондық құрылғыны жасауға мүмкіндік берді (А.с. 1428069 КСРО, (МКИ) G 08С 19/28, № 4987389/24-24; 09.07.86).

3.            Көп мөлшерлі телемеханика жүйесі, кадрлық синхрондаумен көп мөлшерлі телемеханика жүйесі (№ 2020594 патенті, Ресей (МКИ) G 08С 19/28, № 18 бюл., 1994), көп мөлшерлі телеөлшеу сияқты гиперпараллелепипед типті импульстерді көп мөлшерлі үлестірушінің (ГПИКҮ) базасында құрылған ақпаратты берудің көп мөлшерлі жүйелері негізгі торап болып табылатын ГПИКҮ типті импульстердің көпмөлшерлі үлестірушінің негізіне салынған айтарлықтай функционалдық артықшылықтармен айрықшаланады.

Осы зерттеудің нәтижелері ғылыми ұйымдарда және өнеркәсіп кәсіпорындарында ендірілген.

Ғылыми нәтижелердің, қорытындылардың және ұсыныстардың негіздеуі және дұрыстығы

Жұмыста алынған ғылыми нәтижелер дәлелдеудің қатаң математикалық әдістерін қоладнумен, жүйелік талдау және имитациялық моделдеу әдістемесін пайдаланумен негізделген, зерттеу нәтижелері өнертабысқа авторлық куәлікті алумен, сараптамалық қызмет тәжірибесімен, автордың жұмыстарын апробациялаумен және ендірумен қамтамасыз етіледі.

Жариялымдар. Зерттеу нәтижелері 55 ғылыми жұмыстарында жария етілген, соның ішінде 2 авторлық куәлік, Ресей Федерациясының патенті, 4 монографияда, 8 оқулықта және оқу-практикалық құралдарында.

 

 

 

 

 

 

THE SUMMARY

 

by Ten Tatyana Leonidovna

Dissertational Research for Doctor’s Degree in Sciences

 

Modeling Methods of Analysis and Development of Multidimensional Data-Measuring Systems (MDMS)

 

In accordance with specialization: 05.13.01 – “Systematic analysis, information management and processing”

 

Topic Significance

 

The development problems of models, multidimensional systems analysis, and devices are vital, since the uncertainties regarding the formation of methods and techniques of digital commutation in the form of controllable multidimensional means of reorganization, and information transmission and processing in data-measuring systems represent one of the biggest challenges in information technology.

Statement of the problem:  The developments of models and MDMS methods of analysis for practical applications. To solve the problem stated in the dissertation:

1.                        The objectives of the structural parametric DMS synthesis have been formulated and stated and mathematical model has been built.

2.                       The structure of DMS management structure based on partially ordered structure of collaboration of elements has been built.

3.                       The synthesis of optimal hierarchy, which identifies the collaboration levels of elements for which the correspondence function of elements, in relation to levels, maximizes and the sequencing of elements is not violated, has been formulated and solved.

4.                       The method of minimal variations, with the application of recursive algorithm, and the method of transition from initial to optimal hierarchy have been developed.

5.                       The construction model of optimal hierarchy as the common approach to problem solution of discrete programming and the common approach to connection-routes formation between the elements have been proposed.

6.                       The potential correspondences between information system elements have been defined, by using the developed procedure of sequenced structure of projections on hyper-plane that match the equations of correspondence.

7.                       The principles of formation of multidimensional devices and systems have been developed. The computing methods of constructive parameters of multidimensional devices, such as multidimensional impulse distributor of hyper-parallelepiped form, multidimensional impulse distributor of hyper-cube form, multidimensional impulse distributor of variety of hyper cubes, have also been developed.

8.                       The DMSs for data transmission have been generated, based on the controllable multidimensional means of the following types: multidimensional system of telemechanics, multidimensional system of telemechanics with cadre synchronization, multidimensional system of telemeasurement.

9.                       The principles of structural and logic analysis of MDMS, and algorithms of their performance, have been elaborated.

10.                   The principles of thermodynamic analysis of MDMS have been elaborated.

 

Scientific Innovations and Fundamental Statements

 

1.Based on the structural-parametric DMS synthesis method, the mathematical model of mono-criteria synthesis problem has been generated and algorithms for their solution proposed;

2.For the first time, the method of minimal variations has been developed with the implementation of recurcive algorithm that allows to transfer from initial hierarchy to the optimal hierarchy moving repositioning itself on the sequenced variety of solutions;

3.The effective reception of realization correspondence routes establishment has been developed – the connection lines and their database that allows composing linear equations demonstrating the interrelation of potential correspondences between elements with actual streams in DMSs;

4.For the first time, the calculation methods for constructive parameters of directing multidimensional devices which allowed to obtain the required canal volume within certain thermodynamic restrictions;

5.The principles of logical scheming for MDMS have been developed where the logical algebra has been chosen as the mathematical instrument for formal description of the devices’ procedures, based on which the methodology of logical scheming of discrete devices has been carried out.

6.There is also a uni-automatic machine that has been developed, which is an automatic machine that has been realized based on certain uniblock, suitable for applications in other machines. The methodology of algorithm for formal-logical imagination of uni-automatic machine which differs from others with its simplicity, automation and capability to acquire the results from auto-gramme.

7.For the first time, the thermodynamic models of MDMSs have been developed. These models enable to generate a score for energetic and entropic values of data, thermodynamic restrictions for canal volume, accuracy, pace, and other parameters of MDMSs.

Practical Significance

1.The developed structure of DMS management can partially be described by sequenced interrelation structure (that is oriented by count without curcuit). The same structure exists in algorithms of exponential management, and also the interval of solutions of discrete optimization.

2.The developed schemo-technical principle which is based on multidimensional perception of linear impulse distributor has enabled to create multidimensional electronic device that has different data (canal) capacity with a small number of fundamental cells (formulating these canals) and has a collection of various frequencies that are exposed by special impulses in various canals. (А.с N 1428069 USSR (MKI) G 08C 19/28, 4987389/24-24; 09.07.86)

3.The multidimensional systems of data transmission are formed based on multidimensional hyper-parallelepiped type impulse distributor. These multidimensional systems of data transmission, such as multidimensional system of telemechanics and multidimensional system of telemechanics with cadre synchronization (Patent N 2020594 Russia (MKI) G 08C 19/28, N18, 1994), and multidimensional system of telemeasurement, differ with significant operating advantages which are contained in the foundation of multidimensional hyper-parallelepiped type impulse distributor which is the primary point.

The research results are implemented in scientific organizations and industrial entities.

Explanation and Reliability of Scientific Results, Conclusions, and Recommendations

The scientific results obtained are justified with the use of strict mathematical proofs, application of systematic analysis methodology, and imitational modeling. The research results are provided by acquisition of patents, experiment itself, probing, and implementation.

Publicaitons

 

The research results are published in fifty five scientific publications, including two authors’ certificates, Patent of the Russian Federation, four monographic publications, eight textbooks