Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОСТОЙЧИВОСТЬЮ

Кравец О.Я., Тупота А.В.
При построении беспроводных вычислительных машин, многопроцессорных и многомашинных систем используется Bluetooth технологии для обеспечения обмена данными между отдельными элементами этих машин и систем.

В Bluetooth-технологии сфокусированы лучшие на сегодняшний день достижения современной микроэлектроники как в области аппаратуры, так и в программном обеспечении. Bluetooth-системы относятся к классу взаимодействующих открытых систем. Bluetooth-устройства физически представляют собой микросхемы, обеспечивающие связь в диапазоне 2,4 ГГц В России к технологии Bluetooth проявляется огромный интерес. Наиболее перспективными являются те области промышленности и народного хозяйства, где требуется сбор и обработка большого количества одновременно измеряемых параметров, например, нефтепромыслы, металлургические заводы, жилищно-коммунальное хозяйство и так далее.

Основополагающим принципом построения систем Bluetooth является использование метода расширения спектра при скачкообразном изменении частоты . Весь выделенный для Bluetooth-радиосвязи частотный диапазон 2,402:2,480 ГГц разбит на 79 частотных каналов. Смена каналов производится по псевдослучайному закону с частотой 1600 Гц.

Несмотря на то, что смена частотных каналов производится по псевдослучайному закону с частотой 1600 Гц, устройства Bluetooth не всегда могут исключить проблемы связанные с воздействием помех в диапазоне 2,4 ГГц. При этом требуется разработка научных подходов, методов и алгоритмов символьной и специальной обработки информации для обеспечения надежности функциональной устойчивости и диагностики функционирования вычислительных машин и систем. Это достигается представлением и обработкой информации в конечном поле Fp, p>2 c использованием псевдослучайных последовательностей символов конечного поля для выбора каналов передачи информации устройств Bluetooth.

Для повышения быстродействия процессов обработки и обмена информации между отдельными устройствами машин и систем целесообразно в качестве характеристики конечного поля целесообразно выбрать простые числа p=2m+1, mε2,4,8,16 [1].

Для того, чтобы получить псевдослучайную последовательность символов конечного поля Fp максимальной длины N=pk -1, где k-целое, большее единицы, необходимо найти примитивный многочлен степени k и по его виду определить структуру регистра сдвига.

Поскольку нахождение примитивных многочленов степени k над полем Fp в общем случае представляет трудноразрешимую на практике задачу, то поступим следующим образом.

В поле F2 определим структуру регистра сдвига, позволяющего вырабатывать двоичную псевдослучайную последовательность максимальной длины с периодом, равным N, а для того, чтобы на каждом такте работы регистра сдвига иметь не двоичные псевдослучайные числа, а числа соответствующие характеристике выбранного нами поля Fp (p=2m+1), 2,4,8,16 необходимо информацию параллельным кодом снимать одновременно с m ячеек (линий задержки) регистра сдвига.

Порядок считывания информации с выбранных линий задержки регистра сдвига может быть выбран любой. При этом регистр сдвига будет генерировать псевдослучайную последовательность чисел (символов) {0,1,...,p-2} с периодом совпадающим с периодом псевдослучайной последовательности двоичных чисел.

В псевдослучайной последовательности символов конечного поля Fp, точно также как в псевдослучайной последовательности двоичных чисел, в пределах своего периода отсутствуют скрытые периодичности и обеспечивается статистическая равномерность используемых символов.

Поскольку псевдослучайные символы конечного поля Fp могут сниматься с различных ячеек (линий задержки) регистра сдвига и в разной последовательности, то могут использоваться различные псевдослучайные последовательности символов конечного поля, причём каждая из них будет нелинейной, так как не воспроизводит один символ конечного поля, равный p-1 и не будет являться циклически сдвинутой относительно других псевдослучайных последовательностей символов.

Для обеспечения функциональной устойчивости и надежности систем в условиях индустриальных и взаимных помех должна быть также сформирована перебирающая последовательность символов конечного поля. Сформированная перебирающая последовательность является последовательностью символов мультипликативной группы конечного поля Fp {1,2,...,p-1}. Использование двух последовательностей позволяет формировать в поле Fp функцию для символьной обработки исходного текста a, включающую операцию умножение по модулю p символа исходного текста на символ перебирающей последовательности и операцию сложения по модулю p полученного результата с символом псевдослучайной последовательности.

Поскольку символы перебирающей последовательности x являются элементами мультипликативной группы конечного поля Fp, то могут быть вычислены обратные величины

x-1º xp-2(mod p),

а для символов псевдослучайной последовательности y, которые составляют аддитивную группу конечного поля Fp, могут быть вычислены сопряжённые элементы

y*=p-y,

которые позволяют реализовать обратные преобразования в конечном поле Fp и восстановления символов исходного текста

(b+y*)x-1º a (mod p).

Так как в преобразованиях в конечном поле используется две нелинейные последовательности символов конечного поля Fp, то обеспечивается функциональная устойчивость системы в условиях промышленных и взаимных помех при обмене информации между её элементами.

Если одна ошибка произойдет на интервале, соответствующем смене порождающих элементов перебирающей последовательности, то такая ошибка будет обнаружена и скорректирована. Для этого на передающей стороне формируется суммарный символ исходного текста в виде двоичного вектора путем сложения в конечном поле Fp, символа исходного текста со всеми предыдущими символами исходного текста, аналогично вычисляется суммарный символ преобразованного текста, меняется порождающий элемент перебирающей последовательности при появлении в ее составе символа 1 на символ суммарного исходного текста. При этом суммарные символы исходного и преобразованного текста передаются по линии связи, а на приемной стороне корректируется искаженные символы. Для этого:

  • вычисляют расхождение a в суммарных символах переданного исходного текста Ca и вычисленного C*a на приемной стороне
  • вычисляют расхождение b в суммарных символах переданного преобразованного текста Сb и вычисленного C*b на приемной стороне

  • вычисляют символ перебирающей последовательности, используемый для корректировки искаженного при приеме символа

где a-1º(∆a)p-2(mod p) - обратный элемент по отношению к символу a в поле Fp;

  • корректируют искаженный символ исходного текста по формуле

aºa+∆a(mod p)

Возможность обнаружения и корректировки символов исходного текста на приемной стороне приводит к повышению помехоустойчивости передаваемой информации.

Формирование символов x перебирающей последовательности в виде двоичных векторов на каждом такте работы регистра сдвига можно осуществить за счет вычисления порожденных элементов конечного поля Fp путем умножения предыдущего символа этой последовательности на порождающий элемент xn:

xiºxi-1xn(mod p).

Если в процессе вычислений на каком-то i-ом такте работы регистра сдвига окажется, что x=1, то в этом случае меняется порождающий элемент xn поля Fp. При этом в качестве нового порождающего элемента xn принимается сформированный на данном такте работы регистра сдвига суммарный символ исходного текста Ca конечного поля Fp, xn=Ca, если

Ca <2, то xn=2.

Сформированные последовательности конечного поля Fp используются символьного преобразования потока данных:

a×x+yºb(mod p)

Так как в перебирающей последовательности конечного поля элементы формируются за счёт возведения в степень порождающего элемента xn, имеющего порядок k, то все элементы  будут различны на интервале k тактов работы регистра сдвига. В силу того, что порождающие элементы xn могут быть разного порядка в конечном поле Fp, то смена порождающих элементов будет осуществляться по псевдослучайному закону. При этом обеспечивается статистическая равномерность символов преобразованного текста на интервале, равном p-1 тактов работы регистра сдвига, что обеспечивает равномерное использование каналов устройств Bluetooth.

Поскольку для данной символьной обработки информации ошибки в отдельных каналов устройства Bluetooth могут быть обнаружены и исправлены, то обеспечивается контроль функционирования системы и своевременная смена каналов устройства Bluetooth, подверженных сильным индустриальным и взаимным помехам. В этом случае повышается скорость передачи информации между отдельными устройствами, так как исключается её повторная передача при возникновении ошибки в отдельных каналах передачи информации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Тупота В.И. Адаптивные средства защиты информации в вычислительных сетях // Радио и связь. - М., 2002. -176 с.

Библиографическая ссылка

Кравец О.Я., Тупота А.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОСТОЙЧИВОСТЬЮ // Фундаментальные исследования. – 2004. – № 6. – С. 118-119;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=6502 (дата обращения: 17.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074