Адаптивный коммутатор

 

1. АДАПТИВНЫЙ КОММУТАТОР, содержащий анализаторы активности входных сигналов, входы которых объединены с информационными входами канальных элементов и подключены к входам адаптивного коммутатора, ходы канальных элементов соединены с первым выходом адаптивного коммутатора , блрк формирования приогдатета , блоки сравнения, переключатель , каналов, выход которого соединен с информационным входом шифратора i первые выходы которого соединены с вторым выходом адаптивного коммуЧ татора, вторые выходы через последовательно соединенные регистр и дешифратор соединены с управляю- / (НИМИ входами канальных элементов, о т л и,ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения надежностиадап-: тивного коммутатора, в него введены генератор нормального шума,;масштабирующий преобразователь и узел Kopiрекции , первый н второй выходы генератора нормального шума соединены :с соответствующими входгиш масштабирующего преобразователя, выхсщ . которого соединен с первыми входгиш; блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блока .формирования приоритетов, третьи входы - с выходами соответствующих анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами узла коррекции, выход которого соединен с управляющим входом генератора нормальйогр шума, выходы блоков сравнения соединены с входами переключателя каналов. 2;. Коммутатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что масшта- . бирующий преобразователь выполнен на компараторе, умножителях, вычитателе и переключателе, выход компаратррй соединен с управляющим 9 входом переключателя, выход которого через первый умножитель соединен с выходом масштабирующего преобразователя , выход .второго умножителя соединен с первым входом вычитателя , выход которого соединен с пер- S 1ВЫМ информационным входом переключателя , второй информационный вход ;которого объединен с вторым входом вычитателя и подключен к первому входу масштабирующего преобразователя , второй вход которого соединен с входом второго умножителя. 3. Кэкмутатор по п. 1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что узел ксфрекции выполнен в виде параллельно соединенных пиково:го детектора и сумматора, входы которых объединены и соединень с входом блока коррекции , выходы соединены с первым л и втойзэм входами арифметического блока, выход которого соединен с выходом узла коррекции.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(Я). G 08 С 19/ 23

°, I,r, т (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3484529/18-24 (22 ) 17.08.82 (46 ) 15.12.83, Вюл. )) 46, l (72) В.С.Альтшулер, A À .Васюхно, Л.Н.Волков, A .. В..Орлов и В.М.Филатов (53) 628.398(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство .СССР

)) 225036, кл. Q 08 С 19/28, 1968..

2. Авторское свидетельство СССР., В 8242264, кл. Q 08 С 19/28, 1981 (прототип ). (54) (57) 1. АдАптиВный коммутлтоР, содержащий анализаторы активности входных сигналов, входы которых объединены с информационными входами канальных элементов и подключены к входам адаптивного коммутатора, вы-. ходы канальных элементов соединены с первым выходом адаптивного комму-., татора, блок формирования приоритета, блоки сравнения, переключатель .. каналов, выход которого соединен с информационным входом шифратора первые выходы которого соединены с вторым выходом адаптивного коьв)утатора, вторые выходы через после- довательно соединенные регистр и дешифратор соединены с управляющими входами канальных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности адап-: тивного коммутатора, в него введены генератор нормального шума, масштабирующий преобразователь и узел коррекции, первый и второй вымоды гене. ратора нормального шума соединены,.,с соответствующими входами масшта« бирующего преобразователя, выход которого соединен с первыми входава) блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блока . формировани я приоритетов, третьи входы - с выходами соответствующих анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами узла коррекции, выход которого соединен с управлянхцим входом генератора нормального шума, выходы блоков сравнения соединены с входами переключателя каналов.

2 Коммутатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и.й с я. тем, что масштабирующий преобразователь. выполнен на компараторе, умножителях, вычитателе и переключателе, выход компаратора соединен с управляющим .I входом .переключателя, выход которого через первый умножитель соединен с. вьходом масштабирующего преобразователя, выход второго умнажи-теля соединен с первым входом вычитателя, выход которого соединен с пер- Я вым информационным входом переключателя, второй информационный вход

; которого объединен. с вторым входом вычитателя и подключен к первому входу масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с входом второго умножителя.

3. Квм)утатор по п. 1, о т л и « ч а ю шийся тем, что узел коррекции выполнен в виде параллельно соединенных пикового детектора и сумматора, входы которых объединены и соединены с входом блока коррекции, выходы соединены с первым и вторьз) входами арифметического в блока, выход которого соединен с выходом узла коррекции.

1061170

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах сбора и обработки данных с целью сокращения потока передаваемой информации.

Известен адаптивный коммутатор, содержащий анализаторы активности измеряемых процессов, схему памяти моментов появления требований, детектор максимального сигнала, логическую схему выбора каналов, схемы статической и динамической памяти адресов, диодную матрицу и схему рли Я .

Недостатками данного устройства являются низкая надежность и значительные весогабаритные характеристики, что особо проявляется при большом количестве первичных датчиков и обусловлено сложностью выполнения генераторов пилообразного напряжения, необходимостью буферизации, разравнивания данных и запоминания моментов взятия отсчетов при групповых требованиях на опрос.

Кроме того,известное устройство отличается низким- быстродействием, невозможностью программной коррекции частот опроса первичных датчиков.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является адаптивный коммутатор, содержащий аиалйзаторы активности, входы которых соединены с выходами первичных датчиков и инФормационными входами канальных элементов, выходы которых соединены с шиной данных,адап- . тивного коммутатора, блок формирования приоритетов, блоки контрольных сигналов,!блоки сравнения, выходы которых соединены с входами блока формирования приоритетов, выходы которого соединены с входами блока памяти моментов появления требований, выходы которого соединены с входами детектора максимального сигнала, выходы которого соединены с входами блока выбора каналов, выходы которого соединены с входами шифратора, первые входы которого

- соединены с шиной адреса адаптивного коммутатора, а вторые - с входами регистра, выходы которого через дешифратор соединены с управляю.щими входами канальных элементов, а также блок опроса каналов и эле" мент ИЛИ f2)

Наличие в каждом канале генератора линейно изменяющегося напряжения приводит к недопустимому снижению надежности устройства уже при количестве опрашиваемых датчиков более ста. В то же время в случае группового требования в известном устройстве возможны потери информа ции, степень сжатия информации в

45 о

65 ми соответствующих анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами узла коррекции, выход которого соединен с управляющим входом генератора нормального шума, а выходы блоков сравнения соединены с вхрдами переключателя каналов.

Йроме того, масштабирующий преобразователь выполнен на компарато« ре, умножителях, вычитателе и переключателе, выход компаратора соединен с управляющим входом переключателя, выход которого через первый умнажитель соедйнен с выходом масштабирующего преобразова" теля, выхэд второго умножителя соединен с первым входом вычитателя, выход которого соедйнен с первым информационным входом переключатепа, второй информационный вход которого объединен с вторым входом вычитателя и подключен к первому входу масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с входом второго умнсжителя.

?Ьмимо этого узел коррекции выполнен в виде параллельно соединенных пикового детектора и сумматонем невелика, также как и степень адаптации к изменению активности первичных датчиков.

Цель изобретения — повышение надежности адаптивного коммутатора, 5 снижение его весогабаритных характеристик, повышение степени сжатия информации.

Указанная цель достигается тем, что в адаптивный коммутатор, со10 держащий анализаторы активности входных сигналов, входы котофях объединены с информационными входами канальных элементов и подключены к входам адаптивного коммутатора, выходы канальных элементов соединены с первым выходом адаптивного коммутатора, блок Формирования приоритета, блоки сравнения, переключатель каналов, выход которого соединен с информационным входом шифратора, первые выходы которого соединены с вторым выходом адаптивного коммутатора, вторые выходы через последовательно сое25 диненные регистр и дешифратор соединены с управляющими входами канальных элементов, введены генератор нормального шума, масштабирую" щий преобразователь и узел коррекцйи, при этом первый и второй вы3О ходы генератора нормального шума соединены с соответствующими входами масштабирующего преобразОва теля, выход. которого соединен с первыми входами блоков сравнения, 3> вторые входы которых соединены с выходами блока формирования приоритетов, третьи входы - с выхода1061170 ра, входы которых объединены и соединены с входом блока коррекции, а выходы соединены с первым и вторым входами арифметического блока, выход которого соединен с выходом 5 узла коррекции.

На фиг, 1 приведена структуриая схема адаптивного коммутатора; на фиг. 2 - масштабирующий преоб- . разователь; а на фиг. 3 — узел кор- рекции.

Устройство содержит (фиг.l) анализаторы 1 активности входных сигналов по числу. первичных преобразователей информ ции генератор 2 - 15 нормального шума, масштабирующий: . преобразователь 3, блок 4 формиро-. вания приоритетов, блоки 5 сравне ния, переключатель б каналов, шифратор -7, регистр 8, дешифратор 9, канальные элементы 10 и узел 11 кор- 20 рекции °

Иасштабирующнй преобразователь

3 (Фиг.2) содержит компаратор 12, переключатель 13, первый умножитель

14, вычитатель 15 и второй умно-, . 25 житель 16. Узел 21 коррекции (фиг. 3) выполнен в виде параллельно соеди-. ненных пикового детектора 17 и сумматора 18, выходы которых соедине- . 30 ны с входами арифметического бло. ка 19 .

2 енератор 2, масштабирующий преобразователь 3, блоки 4 и 5, узел 11, а также анализаторы 1 - З5 активности могут быть выполнены как в аналоговой, так и в цифровой форме, однако в дальнейшем для простоты предполагается, что они выполнены в виде аналоговых схем с выходным сигналом в виде напряжения, а не кода.

Устройство работает следующим образом.

Анализаторы 1 .активности, из-. меряя уровень и скорость измене- . ния входных величин., вырабатывают напряжение, пропорциональное скорости изменения входных величин либо их уровню (отклонению от нормального значения ), либо суперпо- 50 вицин уровня и скорости — в зависимости от априорных данных о. порядке опроса первичных датчиков.

Выходные сигналы анализаторов l активности, определяющие динами.-: 55 ческий приоритет входных величин, поступают на третьи входы блоков

5, на первые входы которых посту- .пает выходное напряжение масштабирующего преобразователя 3, à íà 60 вторые - выходные напряжения с соответствующих выходов блока 4, которые определяют программный приоритет на основании априорных данных. В блоке 5 происходит сравнение суммй . 65 программного и динамического приоритетов (суммы напряжений с выхода соответствующего анализатора 1 активности и соответствующего выхода блока 4) с выходным напряжением масштабирующего преобразователя 3, при этом выходной сигнал поступает с блока 5 на соответствующий вход переключателя б в том случае, если сравнимые напряжения отличаются менее чем на величину b, определяемую из соотношения

Е

g=kгде — коэффициент пропорциональ= ности, определяемый экспериментально или по априорным данным;

E — - вероятностное отклонение выходного сигнала генератора 2;

П вЂ” количество первичных датчиков или, что то же, выходов адаптивного коммутатора.

По сигналам блоков 5 переключатель 6 производит выбор опрашивае" мого канала. В случае одновременного прихода нескольких входных сигналов переключатель б осуществляЭ ет запоминание требований и последующую их обработку в порядке, одределяемом сигналами управления, поступающими. íà его вход (не показан), или априорно. Таким образом,. тре-. бования на опрос поступают с входа переключателя б на его выход. либо Непосредственно, либо с эа" держкой, определяемой количеством требований за интервал времени, равный рабочему такту устройства и задаваемому хронизатором (не показан), осуществляющим тактирование схемы, выработку служебных сигналов обнуления, перезаписи и т.п.

В шифраторе 7 Формируется адрес соответствующего информационного канала, который можно изменить, по сигналам, подаваемым на установочный вход шифратора 7. адрес поступает в шину адреса и на дешифратор 9, который открывает соответствующий канальный элемент 10, осуществляющий трансляцию входного сигнала в шину данных. Выходные сигналы анализаторов 1 активности поступают также на входы узла ll который анализирует уровень активности первичных датчиков, количество активизированных датчиков и, в зависимости от указанных величин осуществляет управление дисперсией генератора 2..

Иасштабирующий преобразователь

3 (фиг. 2) осуществляет преобраэо« . ванне выходного сигнала генератора

2, подчиняющегося нормальному закону распределения, симметричному значению 0@(или Noâ случае циф1061270 рового выполнения генератора.2), равному математическому ожиданию выходного сигнала, в асимметрично распределенный сигнал с удвоенной средней частотой появления значений.

Так, на вход компаратора 12 поступает текущее значение выходного сигнала генератора 2 (U или И) и е математическое свкидание. В случае, если 060, переключатель 13 пропус кает на вход первого умножителя 14 величину U, а в случае, если U>U величину (U -(U-Uo)), при этом коз

Фициент передачи второго умножителя 16 равен двум, а коэффициент передачи первого умнсюкителя 14 определяется диапазоном изменения те кущего приоритета, равного сумме программного (поступающего с блока

4) и динамического (поступающего с анализаторов 1 активности).

Пиковый детектор 17 в узле 11 (фиг. 3) осуществляет определение максимальной величины динамическог приоритета. Сумматор 18 измеряет средний уровень выходных сигналов анализаторов 1 активности, а арифметический блок 19 по среднему уровню и максимальному значению ди намичеекого приоритета определяет оптимальное значение дисперсии выходного сигнала генератора 2.

Устройство мажет работать в тре основных режимах.

При отсутствии априорных данных выходные сигналы блока 4 устанавливают равными нулю. Н. этом случае выбор канала производится со средней частотой, которая зависит .лишь от активности данного канала. Устройство осуществляет при этом адаптивную выборку входной информации.

В случае необходимости адаптив-, ный коммутатор может осуществлять программное сжатие .данных„ для чего выходной сигнал анализаторов 1 активности устанавливают равным константе, величину которой определяют из условия оптимальной дисперсии для априорно определяемых средних частот. опроса каналов, а выходные сигналы блока 4 устанавливают в соответствии с укаэанными частоT cWH °

В общем случае устройство рабо. тает в смешанном режиме, когда текущий приоритет определяется как программным, так и динамическим.

При этом начальное значение дисперсии á выбирается исходя из программного приоритета, т.е. априорного соотношения необходимых частот опроса каналов, а в процессе работы, в зависимости от активности первичных датчиков, узел 11 осуществляет изменение текущего значения дисперсии(в сторону уменьшения, если активности датчиков отличаются сильно в сторону увели5 чения по сравнению cci в случае .о необходимости опроса датчиков с близкими средними частотами опроса.

Диапазон изменения текущего приго оритета выбирается равным Uy-KE где 1с) (3.

10 Наилучшие результаты получают прн большом количестве каналов (более ста), когда погрешность восстаф- новления данных за счет отклоненИя реальной частоты опроса каналов от

15 средней необходимой частоты опроса становится на порядок ниже погрешностей, обусловленных прочими факторами, в том числе.и информационными потерями.

Регулировка выходных сигналов блока 4 и анализаторов 1 активности может осуществлятъся как однократно . о при наладке устройства по априор25 ным данным, так и программно по управляющим входам (не показаны).

Таким образом, частота опроса каналов в. предлагаемом устройстве определяется не только порогом срабатывания анализаторов 1 активности, одинаковым для всех каналов, но и величиной отклонения скорости х изменения входных сигналов адаптивного коммутатора, т.е. адаптация носит дифференцированный характер,, 35 что способствует увеличению точности восстановления передаваемой информации. Достигается это с минимальными аппаратурными затратами в каждом канале, благОдаря чему

40 конструкция коммутатора упрощается, а надежность повышается, поскольку вклад схем, общих для всех каналов, при большом числе последних, является незначительным по сравнению

45 с суммой аппаратурных затрат всех. каналов. Этому способствует введение в адаптивный коммутатор упрайляемого генератора нормальногб шума, масштабирующего преобразова-, 50 теля и блока коррекции. Предлагаемый адаптивный коммутатор обладает широкими функциональными возмокностями, так как может работать в различных режимах, а также повы55 щенной степенью сжатия информ ции.

Технико-экономическая эффектив=йость применения адаптивного коммутатора обуславливается снижением аппаратурных затрат, повышением отказоустойчивости и ремонтопригодности, а также рядом косвенных фак" торов, таких как повышение точности передачи информации, большей пропускной способностью.

Фиа1 .

Rue-2 фиРЗ

ВЙИИПИ Закаэ 10045/53 Тираж 618 Подписное

ФиЛиал НПП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4