Способ обработки, хранения и передачи команд телекодового управления
Владельцы патента RU 2592456:
Акционерное общество "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств"(АО"КНИИТМУ") (RU)
Изобретение относится к области обработки, хранения и передачи команд телекодового управления в комплексах оконечной связи. Технический результат - повышение надежности, достоверности и информационной безопасности команд телекодового управления. Способ содержит: на передающей стороне выделяют постоянную и переменную части команды телекодового управления, в массив сжатой информации помещают код индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, переменную часть команды телекодового управления нормируют и также помещают в массив сжатой информации, выполняют статистическое кодирование массива сжатой информации. При восстановлении исходных данных на приемной стороне после статистического декодирования принятой информации по коду индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления находят постоянную часть команды телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации, затем для переменной части команды телекодового управления выполняют операцию, обратную ее нормализации, проверяют допустимый диапазон значений переменной части команды телекодового управления и при выполнении этой проверки помещают переменную часть команды в массив восстановленной информации. При отсутствии кода индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления или при невыполнении проверки допустимого диапазона значений переменной части команды телекодового управления в массив восстановленной информации записывают признак стирания команды телекодового управления. 5 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области обработки, хранения и передачи информации и может быть использовано в комплексах оконечной связи для обработки, хранения и передачи команд телекодового управления.
Основной задачей комплексов оконечной связи является доведение команд телекодового управления от источника этих команд на передающей стороне до получателя команд на приемной стороне в заданное время с вероятностью не менее требуемого значения, близкого к 1. Источником команд телекодового управления могут быть датчики телемеханических систем, ПЭВМ, должностные лица командных и управляющих центров. Получателями команд телекодового управления на приемной стороне являются исполнительные органы систем управления, ПЭВМ, операторы исполнительных устройств и другие должностные лица. Передаваемые данные представляют собой команды телекодового управления самолетов и вертолетов, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), средств воздушной разведки, робототехнических систем, мобильных транспортных средств, различных систем вооружений и других.
Команды телекодового управления имеют ограниченную номенклатуру, от нескольких десятков до сотен различных команд. В командах можно выделить постоянную часть и переменную часть команды. Постоянная часть команды определяет действия получателя команды, а переменная часть - параметры выполняемого действия, которые могут изменяться в некотором допустимом диапазоне значений. Команды телекодового управления могут иметь определенное смысловое значение, понятное для должностных лиц, являющихся источниками и получателями этих команд. В этом случае команды обычно имеют существенную избыточность. Команды телекодового управления могут также вырабатываться автоматическими системами, тогда обычно используют условные коды команд и их избыточность будет небольшой.
В любом случае использование заранее известной информации о передаваемых командах телекодового управления в процессе их обработки, хранения и передачи часто позволяет обеспечить дополнительное сжатие передаваемых данных, повышает их достоверность и информационную безопасность. Учет структуры и содержания команд телекодового управления повышает надежность информационного обмена, сокращает объем памяти для хранения этих команд и время доведения команд. Комплексы оконечной связи часто устанавливают на подвижных объектах или являются переносными, что обуславливает необходимость сокращения их габаритных размеров и массы. Это возможно только при использовании несложных алгоритмов обработки команд телекодового управления. Важно также, что доведение команд телекодового управления должно осуществляться без потерь информации.
Известен способ обработки, хранения и передачи команд телекодового управления, при котором сначала на передающей стороне в исходных данных выделяют код команды телекодового управления, далее определяют наличие или отсутствие этого кода в базе данных команд телекодового управления, и при наличии выделенного кода в базе данных команд телекодового управления индекс кода, определяющий адрес кода команд в базе данных команд телекодового управления, помещают в массив сжатой информации, а при отсутствии выделенного кода команды в базе данных команд телекодового управления, выделенный код команды помещают в базу данных команд телекодового управления и в массив сжатой информации. При восстановлении исходных данных на приемной стороне, при наличии в массиве сжатой информации индекса кода команды телекодового управления, выбирают по этому индексу из базы данных команд телекодового управления соответствующий код команды телекодового управления и помещают его в массив восстановленной информации, а при наличии в массиве сжатой информации кода команды, этот код помещают в массив восстановленной информации и в базу данных команд телекодового управления [Ситняковская Е.И. Построение эффективных побуквенных кодов для словарных методов сжатия данных. Проблемы передачи информации, 1998, #34, вып. 2, стр. 47].
Недостатком этого способа является невысокая степень сжатия информации, обусловленная тем, что базу данных команд телекодового управления строят при сжатии и восстановлении информации, и входящие в массив исходной информации команды телекодового управления, по меньшей мере, один раз войдут и в массив сжатой информации, а также невысокая достоверность и низкая информационная безопасность, поскольку не проверяются структура и содержание команд телекодового управления.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) обработки, хранения и передачи команд телекодового управления, заключающийся в том, что сначала на передающей стороне в исходных данных выделяют команду телекодового управления, затем находят выделенную команду телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, и код индекса, определяющий адрес команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, помещают в массив сжатой информации. После кодирования всех команд телекодового управления, последовательность кодов индексов массива сжатой информации кодируют статистическим кодом. При восстановлении команд телекодового управления на приемной стороне сначала принятую информацию декодируют с использованием статистического кода, затем по коду индекса выбирают из базы данных команд телекодового управления соответствующую команду телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации (Патент РФ №2437148, МПК 7 G06F 17/22. Квашенников В.В., Трушин С.А. Способ сжатия и восстановления сообщений в системах обработки, передачи и хранения текстовой информации. Приор. 22.10.2010, Опубл. 20.12.2011, Бюл. №35).
Недостатком этого способа также являются невысокая степень сжатия информации из-за того, что не все команды телекодового управления могут находиться в базе данных команд телекодового управления, и невысокая достоверность и информационная безопасность команд телекодового управления, поскольку не проверяется структура и содержание команд телекодового управления.
Целью изобретения является повышение степени сжатия информации за счет того, что все используемые команды телекодового управления находятся в базе данных команд телекодового управления, а также повышение достоверности и информационной безопасности команд телекодового управления за счет контроля структуры и содержания команд телекодового управления.
Для достижения цели предложен способ обработки, хранения и передачи команд телекодового управления, заключающийся в том, что сначала на передающей стороне в исходных данных выделяют команду телекодового управления, затем находят выделенную команду телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, и код индекса, определяющий адрес команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, помещают в массив сжатой информации. После кодирования всех команд телекодового управления, последовательность кодов индексов массива сжатой информации кодируют статистическим кодом. При восстановлении команд телекодового управления на приемной стороне сначала принятую информации декодируют с использованием статистического кода, затем по коду индекса выбирают из базы данных команд телекодового управления соответствующую команду телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации. Новым является то, что при формировании на передающей стороне массива сжатой информации выделяют постоянную и переменную части команды телекодового управления, и в массив сжатой информации помещают код индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления. Переменную часть команды телекодового управления нормируют и помещают в массив сжатой информации, и только после этого выполняют статистическое кодирование массива сжатой информации. При восстановлении исходных данных на приемной стороне после статистического декодирования принятой информации по коду индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления находят постоянную часть команды телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации. Затем для переменной части команды телекодового управления выполняют операцию, обратную ее нормализации, далее проверяют допустимый диапазон значений переменной части команды телекодового управления и при выполнении этой проверки помещают переменную часть команды в массив восстановленной информации. При отсутствии кода индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления или при невыполнении проверки допустимого диапазона значений переменной части команды телекодового управления, в массив восстановленной информации записывают признак стирания команды телекодового управления. При этом на передающей стороне команды в базе данных команд телекодового управления располагают в лексикографическом порядке, и поиск команды в базе данных команд телекодового управления выполняют методом дихотомии. На приемной стороне команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления располагают по величине кодов индексов этих команд. Причем на передающей и приемной сторонах в базе данных команд телекодового управления задают коэффициенты смещения и децимации для нормализации переменной части команды. На приемной стороне в базе данных команд телекодового управления задают предельно допустимое значение переменной части команды телекодового управления. При этом на приемной стороне используют несколько баз данных команд телекодового управления в зависимости от числа используемых на приемной стороне систем управления.
Предлагаемый способ обработки, хранения и передачи команд телекодового управления реализуется следующим образом.
На передающей стороне источник команд вырабатывает команды телекодового управления, представляющие собой последовательность символов, которые можно разделить на две части
где С - постоянная часть команды телекодового управления,
V - переменная часть команды телекодового управления.
Число различных команд телекодового управления, отличающихся своей постоянной частью относительно небольшое. Поэтому все постоянные части команд телекодового управления можно определить заранее и поместить в базу данных команд телекодового управления. Одновременно в базу данных команд телекодового управления помещают коды индексов команд телекодового управления, определяющие адрес команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления. Также в базу данных команд телекодового управления помещают коэффициенты смещения и децимации для нормализации переменной части команд телекодового управления.
Таким образом, базу данных команд телекодового управления на передающей стороне можно представить в виде
где Ci - постоянная часть i-ой по порядку команды телекодового управления,
i - код индекса команды, представляющий собой адрес постоянной части команды в двоичном коде,
αi, βi - коэффициенты нормализации, включающие соответственно коэффициент смещения и коэффициент децимации, используемые для преобразования переменной части команды по дробно-линейному закону.
Входом [Ci] базы данных команд телекодового управления на передающей стороне является множество постоянных частей команд телекодового управления, а выходом [i, αi, βi] - совокупность соответствующих кодов индексов команд и коэффициентов, использующихся при нормализации переменной части команды. Команды в базе данных команд телекодового управления располагают в лексикографическом порядке (по алфавиту), что упрощает и ускоряет поиск команд телекодового управления в базе данных команд при сжатии информации.
На передающей стороне при формировании массива сжатой информации выделяют постоянную Ci и переменную части Vi команды телекодового управления и выполняют поиск постоянной части команды в базе данных команд телекодового управления. Поскольку команды в базе данных упорядочены в лексикографическом порядке, то поиск команды целесообразно проводить методом дихотомии (деления области поиска пополам). При этом сначала искомую команду сравнивают со средней командой базы данных. Если искомая команда лексикографически больше этой средней команды, продолжают поиск в верхней половине базы данных, в противном случае - в нижней половине базы данных и так далее. Если команда найдена, то считывают из базы данных код индекса i обнаруженной команды и записывают его в массив сжатой информации.
Затем считывают из базы данных коэффициенты αi и βi, использующиеся для нормализации переменной части команды телекодового управления. Нормализацию переменной части команды выполняют путем ее дробно-линейного преобразования по формуле
Коэффициенты нормализации выбирают таким образом, чтобы обеспечить минимальную величину переменной части команды телекодового управления после ее преобразования. Коэффициент смещения αi выбирается равным минимальному значению переменной части команды телекодового управления, а коэффициент децимации βi определяется необходимой точностью задания этой переменной части.
Полученную величину Wi также записывают в массив сжатой информации. Таким образом, массив сжатой информации (МСИ) на передающей стороне будет представлен в виде
Команды телекодового управления используют с разной частотой, поэтому, для дальнейшего сокращения объема информации целесообразно использовать статистическое кодирование без потерь. Такое кодирование можно выполнять неравномерными разделимыми кодами, например с помощью кода Хаффмена или других эффективных кодов: Фано-Шеннона, арифметического с марковским предсказанием и так далее, учитывающих частоту использования команд телекодового управления.
Затем закодированные команды телекодового управления передают по каналу связи на приемную сторону. В случае, если канал связи занят, закодированные команды телекодового управления сохраняют в запоминающих устройствах до освобождения канала связи. При передаче закодированных команд телекодового управления по каналу связи на сигнал воздействуют помехи, которые могут искажать сигнал и приводить к ошибкам при приеме команд телекодового управления.
На приемной стороне сначала для восстановления команд телекодового управления выполняют статистическое декодирование. Далее восстанавливают постоянную и переменную части команд телекодового управления. Для этого используют массив сжатых команд телекодового управления и базу данных команд телекодового управления, которая содержит те же команды телекодового управления, что и база данных, используемая при сжатии команд телекодового управления, но расположенные в другом порядке. Команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, используемой при восстановлении команд, упорядочены по величине кода индексов команд, который определяет эти команды в базе данных. Такой порядок расположения команд телекодового управления в базе данных команд на приемной стороне упрощает и ускоряет поиск команд телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, поскольку позволяет для их поиска использовать обычную адресацию по коду индексов этих команд.
Таким образом, базу данных команд телекодового управления на приемной стороне можно представить в виде
где γi - максимально допустимое значение переменной части i-ой по порядку команды телекодового управления.
Входом базы данных команд телекодового управления на приемной стороне является множество кодов индексов [i] команд телекодового управления, а выходом - множество [Ci, αi, βi, γi], включающее соответствующую постоянную часть команды Ci, коэффициенты нормализации αi, βi и максимально допустимое значение γi переменной части команды телекодового управления.
Теперь постоянную часть команды телекодового управления Ci получают на выходе базы данных команд телекодового управления, а переменную часть команды вычисляют, используя коэффициенты нормализации αi и βi по формуле линейного преобразования
При восстановлении команды телекодового управления выполняют следующие проверки:
1. Контроль принадлежности кода индекса i команды телекодового управления допустимому диапазону значений адресов базы данных команд телекодового управления
2. Контроль величины переменной части Vi команды телекодового управления, которая не должна превосходить максимально допустимого значения γi переменной части команды телекодового управления
При выполнении проверок постоянную и переменную части команды помещают в массив восстановленной информации. Проверки контролируют структуру и содержание команд телекодового управления.
При отсутствии кода индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления или при невыполнении проверки допустимого диапазона значений переменной части команды телекодового управления, в массив восстановленной информации записывают признак стирания команды телекодового управления и команда считается непринятой.
Важное значение при реализации способа имеет объем базы данных команд телекодового управления. При большом объеме базы данных команд телекодового управления код индекса команды телекодового управления будет иметь большое число разрядов, что уменьшает величину сжатия информации. Команды телекодового управления могут относиться к различным системам управления на приемной стороне. В этом случае для повышения степени сжатия команд целесообразно использовать различные базы данных команд телекодового управления, относящиеся к различным системам управления. Например, БПЛА используют команды телекодового управления, относящиеся к системам управления полетом, системам управления устройствами наблюдения и видеосъемки, системам управления вооружениями и другим системам. Использование нескольких баз данных команд телекодового управления, относящихся к различным системам управления, позволяет сократить разрядность кода индекса или адресации этих баз данных, а значит, сократить объем передаваемой информации. Поэтому, во многих случаях целесообразно использование нескольких баз данных команд телекодового управления для обработки, хранения и передачи команд телекодового управления на передающей и приемной сторонах.
Предлагаемый способ позволяет сжимать информацию команд телекодового управления, а сжатая информация требует для своего хранения меньший объем памяти и передается за меньшее время, чем исходная информация. При этом степень сжатия информации будет больше, чем например, при словарном методе сжатии информации, за счет заранее сформированной на передающей и приемной сторонах базы данных команд телекодового управления. Сокращение объема передаваемой информации уменьшает вероятность ее искажения и повышает надежность передачи команд телекодового управления.
Проверка структуры и содержания принятых команд телекодового управления позволяет также повысить достоверность и информационную безопасность команд телекодового управления.
Достигаемым техническим результатом способа обработки, хранения и передачи команд телекодового управления является повышение надежности за счет увеличения степени сжатия команд телекодового управления, а также повышение достоверности и информационной безопасности.
1. Способ обработки, хранения и передачи команд телекодового управления, при котором сначала на передающей стороне в исходных данных выделяют команду телекодового управления, затем находят выделенную команду телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, код индекса, определяющий адрес команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, помещают в массив сжатой информации, после кодирования всех команд телекодового управления последовательность кодов индексов массива сжатой информации кодируют статистическим кодом, а при восстановлении команд телекодового управления на приемной стороне сначала принятую информацию декодируют с использованием статистического кода, затем по коду индекса выбирают из базы данных команд телекодового управления соответствующую команду телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации, отличающийся тем, что при формировании на передающей стороне массива сжатой информации выделяют постоянную и переменную части команды телекодового управления и в массив сжатой информации помещают код индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, переменную часть команды телекодового управления нормируют и помещают в массив сжатой информации и только после этого выполняют статистическое кодирование массива сжатой информации, а при восстановлении исходных данных на приемной стороне после статистического декодирования принятой информации по коду индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления находят постоянную часть команды телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации, затем для переменной части команды телекодового управления выполняют операцию, обратную ее нормализации, далее проверяют допустимый диапазон значений переменной части команды телекодового управления и при выполнении этой проверки помещают переменную часть команды в массив восстановленной информации, при отсутствии кода индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления или при невыполнении проверки допустимого диапазона значений переменной части команды телекодового управления в массив восстановленной информации записывают признак стирания команды телекодового управления.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на передающей стороне команды в базе данных команд телекодового управления располагают в лексикографическом порядке и поиск команды в базе данных команд телекодового управления выполняют методом дихотомии.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на приемной стороне команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления располагают по величине кодов индексов этих команд.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на передающей и приемной сторонах в базе данных команд телекодового управления задают коэффициенты смещения и децимации для нормализации переменной части команды.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на приемной стороне в базе данных команд телекодового управления задают предельно допустимое значение переменной части команды телекодового управления.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на приемной стороне используют несколько баз данных команд телекодового управления в зависимости от числа используемых на приемной стороне систем управления.
