Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж
На основе комплексного подхода предложены модели и методы построения информационно-эффективных компьютерных сетей с передачей минимизированных по длительности криптоустойчивых и помехоустойчивых пакетов данных....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6525 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж / Б.М. Шевчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2009. — № 8. — С. 81-89. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6525 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-65252025-02-10T00:02:48Z Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж Models and methods of processing, coding and information transfer for building information-effective computer networks Шевчук, Б.М. На основе комплексного подхода предложены модели и методы построения информационно-эффективных компьютерных сетей с передачей минимизированных по длительности криптоустойчивых и помехоустойчивых пакетов данных. На основі комплексного підходу запропоновані моделі і методи побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж з передачею мінімізованих за тривалістю крипостійких та завадостійких пакетів даних. On the basis of an integrated approach, the models and methods of construction of efficient computer networks to transfer minimized for the duration of crypto and noise immunity data packets. 2009 Article Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж / Б.М. Шевчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2009. — № 8. — С. 81-89. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6525 681.31 uk application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
На основе комплексного подхода предложены модели и методы построения информационно-эффективных компьютерных сетей с передачей минимизированных по длительности криптоустойчивых и помехоустойчивых пакетов данных. |
| format |
Article |
| author |
Шевчук, Б.М. |
| spellingShingle |
Шевчук, Б.М. Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| author_facet |
Шевчук, Б.М. |
| author_sort |
Шевчук, Б.М. |
| title |
Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| title_short |
Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| title_full |
Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| title_fullStr |
Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| title_full_unstemmed |
Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| title_sort |
моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6525 |
| citation_txt |
Моделі та методи обробки, кодування і передачі інформації для побудови інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж / Б.М. Шевчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2009. — № 8. — С. 81-89. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT ševčukbm modelítametodiobrobkikoduvannâíperedačíínformacíídlâpobudoviínformacíinoefektivnihkompûternihmerež AT ševčukbm modelsandmethodsofprocessingcodingandinformationtransferforbuildinginformationeffectivecomputernetworks |
| first_indexed |
2025-12-02T00:10:59Z |
| last_indexed |
2025-12-02T00:10:59Z |
| _version_ |
1850353137034985472 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8 81
B. Chevchuk
MODELS AND METHODS
OF PROCESSING, CODING
AND INFORMATION
TRANSFER FOR BUILDING
INFORMATION-EFFECTIVE
COMPUTER NETWORKS
On the basis of an integrated
approach, the models and methods
of construction of efficient computer
networks to transfer minimized for
the duration of crypto and noise
immunity data packets.
На основе комплексного подхода
предложены модели и методы
построения информационно-эф-
фективных компьютерных сетей
с передачей минимизированных
по длительности криптоустойчи-
вых и помехоустойчивых пакетов
данных.
На основі комплексного підходу
запропоновані моделі і методи
побудови інформаційно-ефектив-
них комп’ютерних мереж з пере-
дачею мінімізованих за триваліс-
тю крипостійких та завадостій-
ких пакетів даних.
Б.М. Шевчук, 2009
УДК 681.31
Б.М. ШЕВЧУК
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ОБРОБКИ,
КОДУВАННЯ І ПЕРЕДАЧІ
ІНФОРМАЦІЇ ДЛЯ ПОБУДОВИ
ІНФОРМАЦІЙНО-ЕФЕКТИВНИХ
КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
Розвиток мікроелектроніки, комп’ютерних та
телекомунікаційних технологій призвів до
появи високошвидкісних оптоволоконних,
проводових та безпроводових комп’ютерних
мереж різного призначення та застосування.
Прикладом динамічного розвитку комп’ю-
терних мереж є стрімке впровадження у по-
всякденну діяльність фізичних осіб, різнома-
нітних підприємств, установ та закладів про-
гресивних Інтернет-технологій, мереж супу-
тникового та мобільного зв’язку (GEO-,
MEO- та LEO-мереж, VSAT-, USAT-мереж,
UMTS-, CDMA-, GSM-мереж), безпроводо-
вих мереж персонального, локального та ре-
гіонального зв’язку (WPAN, WLAN, WMAN,
WRAN, включаючи мережі Wi-Fi, WiMAX),
сенсорних мереж (ZigBee та ін.) [1–4]. Перс-
пективою розвитку комп’ютерних мереж
є впровадження мереж WiMAX з застосу-
ванням технології MIMO, супутникових ме-
реж з мережевою технологією MPLS [2],
UWB-мереж [1, 4], персональних терміналів
стільникових мереж з інтелектуальними ан-
тенами [5], технології побудови програмного
радіо та когнітивних радіомереж, включаючи
мереж стандарту IEEE 802.22 [2, 5], високо-
швидкісних mech-радіомереж промислового
призначення з самоорганізацією та великим
радіусом зв’язку, включаючи мереж стандар-
ту IEEE 802.11s, регіональних безпроводо-
вих мереж з багатосекторними антенами [2],
регіональних та глобальних мереж на базі
висотних аероплатформ [2], сенсорних та ло-
Б.М. ШЕВЧУК
82 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
кальних мереж з ентропійними методами маніпуляції сигналів [6].
Широке використання та впровадження комп’ютерних мереж у різноманіт-
них галузях людської діяльності вимагає від розробників створення високона-
дійних, завадостійких мереж передачі інформації. Надійність зв’язку передба-
чає інтеграцію сенсорних, локальних, регіональних та глобальних мереж у спі-
льну мережу з наявністю резервних каналів зв’язку (проводових/безпроводових)
та шляхів доставки інформації між віддаленими абонентами. Ефективне викори-
стання інтегрованих мереж вимагає від абонентів реалізації багатофункціональ-
ної обробки та кодування вхідних даних. Актуальність роботи полягає у вирі-
шенні проблем підвищення надійності та якості передачі даних за рахунок реалі-
зації абонентами швидкодіючих та точних методів і алгоритмів обробки та ко-
дування даних в місцях їх утворення.
Мета роботи − розробка методів підвищення інформаційної ефективності
роботи абонентів та мережі в цілому. В результаті реалізації абонентами таких
методів в інтегровану мережу відправляються достовірні та компактні пакети
інформації, що суттєво підвищує якість та надійність зв’язку в мережі.
Методологічні основи та моделі побудови інформаційно-ефективних
комп’ютерних мереж. Підвищення ефективності функціонування комп’ютер-
них мереж грунтується на вирішенні комплексу проблем, пов’язаних з введен-
ням (відбором) інформації в мережу, обробкою, кодуванням та передачею двій-
кових масивів даних у ланці “джерело інформації ↔ засоби введення інформації
↔ абонентська (об’єктна) система мережі ↔ мережа передачі даних ↔ центра-
льна станція мережі (інші абоненти)”. Незалежно від виду мережі передачі да-
них (проводова, оптоволоконна, безпроводова, лазерна, гідроакустична та ін.)
при заданих величинах виділеної (робочої) смуги частот каналу зв’язку F та
ймовірності помилкового прийому елементарного дискретного сигналу або ко-
дової послідовності пP ефективність роботи мережі характеризується поточною
швидкістю передачі інформації R , яка залежить від рівня шумів у каналі зв’язку
та є функцією багатьох параметрів. Тобто
),,/,,( 0 cbп КBNEPFfR = ,
де −0/ NEb відношення енергії сигналу на один біт (питомої енергії одного біту)
до густини потужності на один герц (спектральної густини потужності шуму),
,bb TSE ⋅= −S потужність сигналу, −bT тривалість бітового сигналу, 0N =
/N F= , −N потужність шуму; −⋅= bTFB база сигналу (коефіцієнт розширен-
ня спектра сигналу); −⋅⋅= 321 kkkКc сумарний коефіцієнт стиску даних, що пі-
длягають до передачі інформаційних пакетів (ІП) та в процесі передачі ІП, −1k
коефіцієнт стиску даних з втратами (характерний при обробці сигналів і зобра-
жень, при стиску масивів даних 11 =k ), −2k коефіцієнт стиску даних без втрат,
−3k коефіцієнт стиску даних у процесі формування та передачі ІП, величина
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ОБРОБКИ, КОДУВАННЯ І ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ДЛЯ ПОБУДОВИ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8 83
якого у випадку використання бінарних (простих та завадостійких) схем маніпу-
ляції може досягати величини 2...6.13 ≥k [7].
На частоту помилок на один біт, яка для якісних каналів зв’язку задаєть-
ся величиною 126 10...10 −−≤пP , впливає тільки енергетичне співвідношення
0/ NEb . При обмеженій смузі частот F необхідна величина rNE r
ob /)12(/ −≥
[8], де −= WRr / спектральна швидкість, яка вимірюється в бітах в секунду
на герц. Показники пP , 0/ NEb і r – є найважливішими характеристиками циф-
рової системи передачі даних, при цьому ефективнішою є мережа, яка при за-
даних величинах F і 610−≤nP забезпечує досягнення максимальної величини
maxrr → при використанні менших потужностей абонентських передавачів
(радіопередавачів). Дослідження Найквіста показали [3], що для сигналу з ши-
риною смуги F (Гц) найбільша швидкість передачі не перевищує величину
F2 (біт/с), а ефективність використання смуги частот ξ 2к= = біт/с/Гц [3].
При передачі найбільш високочастотних двійкових послідовностей ...1010... або
...0101... з тривалістю двійкового символу bT секунд (період повторення двій-
кових послідовностей bп Tt 2= , відповідно 1/ 1.2 )п bF tТ= = максимальна ка-
нальна швидкість передачі інформації bк TRv /1maxmax == біт/c. Реальна про-
пускна здатність цифрових каналів зв’язку понижується з ідеальних 2 -х до
4,1...8,1 символ/c/Гц [3], що пов’язано з виникненням міжсимвольної інтерфе-
ренції під час передачі цифрових сигналів по каналу зв’язку. В результаті цього
фронти цифрових (імпульсних) сигналів ”розмиваються” та накладаються на
сусідні інтервали передачі двійкових сигналів, що, в свою чергу, призводить до
підвищення ймовірності появи похибок у процесі прийому даних. Для зменшен-
ня похибок при прийнятті рішення щодо прийому відповідного двійкового
символу необхідно збільшувати ширину смуги каналу зв’язку з урахуванням
заданої якості відновлення крутизни фронтів імпульсних сигналів. Тобто
2/ksvkF = , де ( ) oos FFFk /+= − коефіцієнт, що враховує якість відновлення
фронтів цифрових сигналів ( )8,1...4,1>sk , oF – надлишкова смуга частот, kv –
канальна швидкість передачі інформації ( )Rvk = . Підвищення швидкості kv
при обмеженій смузі частот досягається за рахунок збільшення кількості еле-
ментів сигналу, що передається несучою. Слід зазначити, що ширина спектра
прямокутного відеоімпульса, тривалістю T частот визначається першим нулем
спектра. Тобто TF /1= , )1( =⋅TF , а якщо ширина спектра такого сигналу зна-
ходиться за умови отримання 99 % енергії, то TF /10≈ [9]. При побудові без-
проводових мереж на сьогоднішній день не існує єдиного визначення ширини
смуги частот радіоканалу. Найбільш популярною мірою ширини смуги радіока-
налу є ширина основного спектрального пелюстка, в якому зосереджена основна
потужність сигналу, проте для деяких видів модуляції спостерігається відсут-
Б.М. ШЕВЧУК
84 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
ність явно вираженого пелюстка з центром на несучій частоті. Тому основний
критерій визначення величини F пов’язано з вмістом у смузі частот певної час-
тоти сумарної потужності сигналу. Наприклад, згідно вимог Федеральної комісії
по засобам зв’язку США (FCC) смуга частот обмежується шириною, за межами
якої знаходиться 1 % потужності сигналу. Існують оцінки смуги частот з ураху-
ванням величини спектральної густини потужності за рівнем x децибел, напри-
клад, 35 дБ, 50 дБ [10].
Підвищення швидкості передачі інформації R при обмеженій смузі частот
F досягається за рахунок попереднього стиску даних, збільшення кількості
елементів M канального сигналу (КС), що передається несучою, а також за ра-
хунок формування та передачі L ортогональних сигналів у спільному спектрі
частот F . Відповідно максимальна швидкість передачі інформації визначається
виразом
B
L
T
Mkkk
B
L
T
KR
b
mi
b
c ⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=
1log1
221max ,
де −ik коефіцієнт підвищення швидкості передачі інформації за рахунок коду-
вання та формування інтервально-імпульсних сигналів на інформаційному рівні
[7]; −mM кількість станів КС (рівнів маніпуляції), яка визначає розмір набору
КС за рахунок багаторівневої маніпуляції несучої; 4/BL ≤ [11].
Формування M елементів КС можливе на інформаційному рівні ( )iM M=
та рівні модуляції (маніпуляції) несучої ( )mM M= , а також за рахунок реалізації
комбінованого кодування, при якому mi kkk ⋅=3 , де −= )( ii Mfk коефіцієнт
підвищення швидкості передачі інформації за рахунок кодування та формування
інтервально-імпульсних сигналів, −iM кількість інформаційних елементів (дис-
кретів) КС, −= mm Mk 2log коефіцієнт підвищення швидкості передачі інфор-
мації за рахунок реалізації багаторівневої маніпуляції несучої. Фактично мова
йде про додатковий стиск двійкових масивів даних без втрат у процесі передачі
пакетів інформації. Один із ефективних способів формування iMM = полягає
у використанні нерівномірного кодування двійкових даних в темпі введення,
обробки та передачі даних або з накопиченням відповідних підмасивів даних,
при цьому короткі інтервали використовуються для передачі відповідних послі-
довностей бітів, що апріорно або з визначеною ймовірністю частіше зустріча-
ються, а більш тривалі – для передачі послідовностей, які менш частіше зустрі-
чаються [7]. Прикладом ефективного формування mMM = елементів КС на
рівні модуляції несучої є застосування методу множини несучих в локальних та
локально-регіональних мережах стандартів IEEE 802, коли робочий діапазон
F розбивається на підканали з різними частотами OFDM (Orthogonal Frequency
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ОБРОБКИ, КОДУВАННЯ І ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ДЛЯ ПОБУДОВИ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8 85
Division Multiplexing) та OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
[1, 2], по яким передається потік даних паралельними каналами. Широкого
застосування отримали методи маніпуляції несучої BPSK (Binary Phase Shift
Keying, Mm = 2 − один біт на символ), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,
Mm = 4 − два біта на символ), QAM (Quadrature Amplitude Modulation), включаю-
чи 16-QAM (Mm = 16 − чотири біта на символ), 64-QAM (Mm = 64 − шість біт на
символ). У стандарті IEEE 802.16 передбачено використання 256-рівневої квад-
ратурної модуляції 256-QAM [1].
Зі збільшенням швидкості передачі дискретної інформації R при обмеженій
смузі пропускання каналу зв’язку F зменшується енергія КС, що призводить до
зменшення завадостійкості передачі даних. Ступінь правильності інформації,
яка передається по дискретному каналу з шумами оцінюється ймовірністю пра-
вильного/неправильного прийому кожного КС (двійкового елементу або групи
двійкових елементів), при цьому 1=+ nb pp , де −bp ймовірність правильного
прийому КС, −np ймовірність помилкового прийому КС. Статистичні дослі-
дження роботи дискретних каналів зв’язку різного типу та дальності дії виявили
такі типи помилок [3, 5, 8]: незалежні спотворення послідовностей дискретних
елементів; групові помилки; спалахи помилок на досить тривалому інтервалі,
який визначається сотнями-тисячами елементарних інтервалів дискретних еле-
ментів. За реальними умовами в каналі зв’язку виявляються всі типи помилок,
при цьому чим вища його якість ( нbb NENE )/(/ 00 ≥ , де −nb NE )/( 0 необхідне
енергетичне співвідношення сигналу до шуму, відповідно nb pp > ), тим більшу
долю помилок складають одиночні (незалежні) помилки, а чим більше канал
піддається впливу імпульсних завад, тим нижчою є його якість і основну долю
помилок утворюють пакети помилкових рішень. При цьому важливо своєчасно
виявити тривалі інтервали наближення 5.0≥np . Оскільки ймовірність помилок
у каналі зв’язку є функцією суми завад (теплового шуму, широкосмугового
гауссового шуму, утвореного від роботи сусідніх станцій, джерел промислових
та імпульсних завад), то необхідне енергетичне співвідношення nb NE )/( 0 у ка-
налі зв’язку для підтримки заданого рівня ймовірності помилок пP можна запи-
сати як відношення )/( 00 JNEb + , де 0 0/J J F N= >> [3], −J середня потуж-
ність сумарних завад. Тому основою для вибору максимальної канальної швид-
кості jRmax , −j номер поточного пакета інформації, за заданою ймовірністю пP
є підтримка та корекція необхідного співвідношення nb NE )/( 0 за рахунок опе-
ративної зміни бази КС пакетів інформації, оскільки 0( / ) / ( / )b n bE J S T J F= ⋅ =
( / )S J B= ⋅ . Ефективним способом підтримки необхідного енергетичного спів-
відношення nb NE )/( 0 у каналах зв’язку безпроводових мереж є використання
абонентів-ретрансляторів (повнофункціональних пристроїв у сенсорних мере-
жах стандарту ZigBee, точок доступу в локальних мережах стандарту IEEE 802,
супутникових ретрансляторів та ін.) [1–4].
Б.М. ШЕВЧУК
86 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
Універсальним методом досягнення необхідного співвідношення нb NE )/( 0
при обмежених потужностях абонентських передавачів є реалізація широко роз-
повсюджених операцій канального кодування [3, 5, 8], включаючи рандомізацію
(скремблірування) даних, завадостійке кодування та перемішування (інтерлівін-
га) даних. Остання операція дозволяє мінімізувати дію пакетних помилок на ма-
сиви даних інформаційних кадрів, що передаються по каналу зв’язку з шумами,
які на прийомній стороні, після виконання зворотної операції перетворюються в
масиви даних з незалежними (одиничними) помилками. Для боротьби з помил-
ками широкого розповсюдження отримали коди Ріда − Соломона, каскадні коди
з зовнішнім кодом Ріда − Соломона та внутрішнім згортковим кодом, блокові
турбокоди [1, 3]. Наприклад, в засобах стандарту IEEE 802.16 (WiMAX) залежно
від рівня шумів у каналі зв’язку використовується одна із чотирьох схем коду-
вання, серед яких у базовому алгоритмі кодування Ріда − Соломона формують-
ся блоки даних за розміром 2040 біт, із яких 128 перевіркових біт (приблизно
6,3 % блоку даних), що дозволяють виправити 64 пошкоджених біт (3,1 % блоку
даних) або виявити до 120 пошкоджених біт (до 5,8 % блоку даних). Ефектив-
ним завадостійким методом кодування даних є використання шумоподібних
сигналів при передачі двійкових послідовностей [9]. Таке кодування даних
призводить до суттєвого зменшення швидкості передачі інформації. Перспекти-
вним способом завадостійкої передачі пакетів інформації є передача даних без
несучої та шляхом використання ефективних надширокосмугових методів
зв’язку [1– 4, 12].
Таким чином, побудова інформаційно-ефективних комп’ютерних мереж
грунтується на реалізації абонентами мережі комплексу методів та алгоритмів
компактного, криптостійкого та завадостійкого кодування даних з оперативною
адаптацією параметрів КС до поточного рівня шумів у каналі зв’язку. З ураху-
ванням централізованого/децентралізованого керування доступом абонентів
(об’єктних систем) безпроводової мережі до абонентів-ретрансляторів матема-
тична модель реалізації інформаційно-ефективної передачі даних у ком-
п’ютерних мережах описується системою виразів
( ) ( )
( )
min0
min min min
max min
; 1,
/ / ,
,
/ ,
nпd nc
b n
dr ip pk dr ip pk
j j
b
P P P
E J S J B
tТ Т t T T
R K L T B
≤ →
≥ ⋅
+ + → + +
= ⋅ ⋅
де −ndP допустима величина ймовірності помилкового прийому КС; ncP − ймо-
вірність безконфліктної передачі пакетів інформації у процесі множинного дос-
тупу абонентів мережі до спільних ресурсів (моноканалів, абонентів); jBmin −
мінімально необхідна база канальних сигналів для підтримки необхідного енер-
гетичного співвідношення ( )nb JE 0/ в точці прийому для j-го пакета; tdr − інте-
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ОБРОБКИ, КОДУВАННЯ І ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ДЛЯ ПОБУДОВИ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8 87
рвал доступу абонентів до спільних ресурсів мережі; −ipT тривалість інформа-
ційного пакета; −pkT тривалість пакета-квитанції.
У залежності від способів оперативної підтримки якості каналу зв’язку
(поточної величини ( )nb JB 0/ ) максимальна швидкість передачі інформації
jRmax може змінюватись від КС до КС або від пакета до пакета інформації. Таку
величину jRmax доцільно визначити як кількість інформації в бітах, яка переда-
ється на протязі тривалості поточного інтервалу зайнятості каналу зв’язку zt ,
тобто ( )pkipdrIPzIP
j ТТtІtIR ++== //max .
Формування і передача компактних, криптостійких та завадостійких
пакетів даних. Підвищення ефективності функціонування комп’ютерних мереж
досягається за рахунок реалізації у місцях зародження інформаційних потоків
методів та алгоритмів багатофункціональної обробки і кодування даних (сигна-
лів, відеосигналів, масивів даних) з урахуванням мінімізації вихідних потоків
ІП. Пакети даних мають бути компактними (з мінімальною тривалістю), крипто-
стійкими та завадостійкими [7, 13]. Природа більшості процесів, що підлягають
контролю та дослідженню, є неперервною часовою функцією. Кожний введе-
ний сигнал характеризується мінімальними і максимальними значеннями амплі-
тудних і частотних параметрів, відповідно min ,X maxX та min ,f maxf . Найбільш ін-
формативними (суттєвими) відліками сигналів (відеосигналів) є екстремуми та
точки зміни опуклості обвідної, які крім амплітудно-часових значень, характе-
ризуються додатковими параметрами, такими як поточне вхідне співвідношення
сигнал/шум в околиці суттєвих відліків [с / ш]in та параметрами поточної дина-
міки обвідної. Дані величини визначають вибір частоти введення (дискретизації)
сигналів df та кількість біт q для кодування відліків сигналів. Мінімально не-
обхідні параметри n
df = max2 m m
fnK f= і jj
i XXq minmax2 /log= [7, 13] визначають
первинні інформаційні потоки даних, подальше зменшення яких на абонентсь-
ких системах без втрати якості введення точної і достовірної інформації досяга-
ється шляхом прорідження введених відліків сигналів на величину коефіцієнта
прорідження ),]/([ f
ijinp Xшсfk ∆= , −i поточний суттєвий відлік j -го сигналу,
nj ,1= , −n кількість каналів введення сигналів, −m
fK коефіцієнт підвищення
частоти дискретизації за Котельниковим m
dKf найбільш високочастотного m -го
сигналу з частотою mfmax ( mm
dK ff max2= ), nm < (в залежності від параметрів вхі-
дного фільтра нижніх частот (ФНЧ) 10...8≥fK при 10max ≥q ), −∆ f
ijX поточна
величина приростів відфільтрованого сигналу j -го каналу. При стиску аналого-
вих сигналів з контрольованими втратами виявлені суттєві відліки на чистих від
Б.М. ШЕВЧУК
88 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8
шумів ділянках сигналів, що кодуються більш точно в порівнянні із зашумлени-
ми відліками. Формат вихідних даних сучасних відеосенсорів суттєво залежить
від технології розміщення світлофільтрів перед чутливим елементом, який реа-
гує на яскравість світла. Первинний потік даних з відеосенсора суттєво залежить
від формату відеокадру NM ⋅ ( −M кількість пікселів у рядку, −N кількість
пікселів у стовпчику), прийнятої схеми кольорового відеокодування, топології
побудови світлофільтрів, кількості біт для кодування градацій яскравості світла.
Сумарний потік даних з відеосенсора визначається виразом
)( cvвс CqNMKV ⋅⋅⋅= ,
де −vK кількість кадрів/с; −⋅NM роздільна здатність відеосенсора; ( )cq C − кі-
лькість біт, виділених для кодування кольорових сигналів у залежності від схе-
ми кодування відеоданих cC .
Компактне кодування суттєвих і несуттєвих відліків сигналів та відеосигна-
лів здійснюється в темпі введення даних або з накопиченням необхідної вибірки
даних з наступною їх обробкою та кодуванням. Додатковий стиск масивів пер-
винних даних здійснюється за рахунок безутратних методів стиску інформації.
Ефективним способом захисту інформації є гаміювання даних з довготривалими
псевдохаотичними послідовностями, які від пакета до пакета є змінними. При
цьому закони генерації абонентських псевдопослідовностей можуть бути різно-
манітними та локально визначеними на короткому інтервалі часу. Кодові ключі
генерації абонентських псевдопослідовностей задаються бітами секретного
ключа асиметричної криптосистеми. Для завадостійкого кодування інформацій-
них кадрів ІП у залежності від якості каналу зв’язку доцільно використовувати
різноманітні за ефективністю, швидкодією та складністю алгоритми Ріда − Со-
ломона, каскадного кодування, турбокодування, багатопорогового кодування.
Висновки. При обмеженій робочій смузі частот функціонування інформа-
ційно-ефективних комп’ютерних мереж грунтується на мінімізації тривалості та
кількості ІП, що передаються в спільному каналі зв’язку мережі, з урахуванням
підтримки абонентами мережі необхідного енергетичного співвідношення кана-
льного сигналу до шуму за рахунок оперативної зміни бази канальних сигналів.
Основою формування і передачі компактних, криптостійких та завадостійких ІП
є реалізація абонентами мережі алгоритмів стиску сигналів і зображень з допус-
тимими втратами, стиску даних без втрат, стиску даних у процесі формування
і передачі ІП на інформаційному та модуляційному рівнях, захисту інформації
з використанням шифрів з одноразовим ключем та маскування ІП в шумах кана-
лу зв’язку, а також завадостійкого кодування ІП.
1. Шахнович Н.В. Современные технологии беспроводной связи, 2-е изд.: – М.: Техносфе-
ра, 2006. – 288 с.
2. Ільченко М.Ю., Кравчук С.О. Сучасні телекомунікаційні системи. – К.: НВП Вид-во
Наук. думка НАН України, 2008. – 328 с.
МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ ОБРОБКИ, КОДУВАННЯ І ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ДЛЯ ПОБУДОВИ…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2009, № 8 89
3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е изд.:
Пер. с анг. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 1104 с.
4. Ильченко М.Е., Бунин С.Г., Войтер А.П. Сотовые радиосети с пакетной радиосвязью. –
Киев: Наук. думка, 2003. – 266 с.
5. Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи. – М.: Горячая линия-Телеком, 2006. –
536 с.
6. Мельничук С.І. Теорія ентропійних методів маніпуляції сигналів // Матеріали проблем-
но-наукової міжгалузевої конф. "Інформаційні проблеми комп’ютерних систем, юрис-
пруденції, економіки та моделювання" (ПНМК-2009). – Бучач: Бучачський інститут ме-
неджменту і аудиту, 2009. – Вип. 5. – Том. 1. – С. 6–9.
7. Шевчук Б.М. Теоретичні основи побудови високоінформативних інтелектуальних ра-
діомереж обробки і передачі інформації // Праці міжнар. конф. “Питання оптимізації
обчислень (ПОО-ХХ111)”. – К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України. –
2007. –
С. 310–311.
8. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ. – М.: Мир,
1986. – 576 с.
9. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь,
1985. − 384 с.
10. Бадалов А.Л., Михайлов А.С. Нормы и параметры электромагнитной совместимости
РЭС: Справочник. – М.: Радио и связь, 1990. – 272 с.
11. Голяницкий И.А. Математические модели и методы в радиосвязи / Под ред. Ю.А. Гро-
макова. – М.: Эко-трендз, 2005. – 440 с.
12. Урядников Ю.Ф., Аджемов С.С. Сверхширокополосная связь. Теория и применение.
– М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 368 с.
13. Шевчук Б.М. Методи оперативної обробки та кодування сигналів і відеосигналів для
побудови інтелектуальних сенсорів та відео сенсорів // Матеріали проблемно-наукової
міжгалузевої конф. "Інформаційні проблеми комп’ютерних систем, юриспруденції, еко-
номіки та моделювання" (ПНМК-2009). – Бучач: Бучачський інститут менеджменту
і аудиту, 2009. – Вип. 5. – Том. 1. – С. 10–14.
Отримано 19.08.2009
|