Устройство для анализа структуры и параметров автоматизированных систем

Предлагаемое устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано для исследования параметров автоматизированных систем военного назначения (AC BH), а также для решения задач анализа связности ориентированных графов, являющихся математическими моделями AC BH, сетей связи, телекоммуникации и передачи данных военного назначения.

Целью предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей по анализу функционирования АС BH, выполненных в форме графов.

Устройство для анализа структуры и параметров автоматизированных систем состоит из блока определения конечных вершин (1), блока подключения исходящих ребер графа (2), блока задания первоначальной вершины графа (3), блока задания матрицы смежности (4), блока имитации воздействия помех (5), результирующего блока (6), блока формирования временных интервалов (7), блока моделирования ребер графа (8), блока обработки (9), блока фиксации (10), блока имитации отказов дуг (11), блока индикации (13) и матрицы смежности графа (12).

Предлагаемое устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано для исследования параметров автоматизированных систем военного назначения (AC BH), а также для решения задач анализа связности ориентированных графов, являющихся математическими моделями AC BH, сетей связи, телекоммуникации и передачи данных военного назначения.

Наиболее близким техническим решением к заявленному и принятому за прототип является устройство для исследования связности графа, содержащее матрицу смежности графа из n(n-1) моделей дуг, две группы элементов «ИЛИ» и группу элементов «И» (Пат. 2006932 Российская Федерация, G06F 15/20, G06F 15/419. Устройство для анализа связности графа [Текст] / Борисов A.M., Зубачев А.Б., Хомяков А.Н., Ячкула Н.И.; заявитель и патентообладатель Борисов A.M., Зубачев А.Б., Хомяков А.Н., Ячкула Н.И. 4916872/24; заявл. 05.03.91.; опубл. 30.01.1994.)

Однако известное устройство обладает низким быстродействием, ограниченным кругом решаемых задач исследования параметров графа, а также зависимостью функциональной схемы от топологии исследуемого графа.

Целью предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей по анализу функционирования АС BH, выполненных в форме графов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для анализа структуры и параметров сетевых информационных систем, содержащее матрицу смежности графа из n(n-1) ребер, вместо двух групп элементов «ИЛИ» и группы элементов «И», снабжено блоком задания матрицы смежности 4, блоком подключения исходящих ребер графа 2, блоком определения конечных вершин 1, блоком моделирования ребер графа 8, блоком фиксации 10, блоком формирования временных интервалов 7, блоком задания первоначальной вершины 3, блоком обработки 9, результирующим блоком 6, блоком имитации отказов ребер 11, блоком имитации воздействия помех 4 и блоком индикации 13.

В известном техническом решении имеются признаки, сходные с признаками заявляемого устройства. Это наличие матрицы смежности из n(n-1) ребер 12.

Заявитель не обнаружил аналогичных решений со сходными признаками заявляемого технического решения, в связи с чем заявитель делает вывод, что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для анализа структуры и параметров сетевых информационных систем, которое состоит из блока определения конечных вершин 1, блока подключения исходящих ребер графа 2, блока задания первоначальной вершины графа 3, блока задания матрицы смежности 4, блока имитации воздействия помех 5, результирующего блока 6, блока формирования временных интервалов 7, блока моделирования ребер графа 8, блока обработки 9, блока фиксации 10, блока имитации отказов дуг 11, блока индикации 13 и матрицы смежности графа 12.

Блок определения конечных вершин 1, содержит две секции входов на К·М входов каждая и секцию на К выходов. Кроме того, блок содержит матрицу К·М элементов «И» и К элементов выходной матрицы блока определения конечных вершин, причем первый вход каждого элемента «И» подключен к соответствующему контакту первой секции входов, а второй вход - к соответствующему контакту второй секции входов. Выходы М элементов «И» К-го столбца матрицы подключены к соответствующим М входам К-го элемента матрицы блока определения конечных вершин, а К выходов элементов матрицы блока определения конечных вершин составляют секцию выходов данного блока.

Блок подключения исходящих ребер графа 2, содержит секцию выходов и три секции входов, причем первая секция имеет К·М входов, а вторая и третья - по К входов каждая. Кроме того, блок имеет К·М матрицу селекции. Каждый элемент данной матрицы имеет три входа. Первый вход каждого элемента подключен к соответствующему контакту первой секции входов, вторые входы элементов К-го столбца объединены и подключены к соответствующему контакту второй секции входов, а третьи входы элементов К-го столбца объединены и подключены к соответствующему контакту третьей секции входов. Выходы элементов матрицы селекции составляют секцию выходов блока подключения исходящих ребер графа 2. Элемент матрицы селекции содержит двухвходовый элемент «ИЛИ» и двухвходовый элемент «И», причем выход двухвходового элемента «ИЛИ» подключен к второму входу двухвходового элемента «И».

Блок задания первоначальной вершины графа 3 содержит элементы «И», одновибратор и переключатель В1. Блок имеет вход начальной установки S, вход запуска устройства «Пуск» и секцию на К выходов.

Блок задания матрицы смежности 4, содержит секцию на К·М выходов, каждый из которых подключен к соответствующему переключателю В из матрицы К·М переключателей. Уровень логической "1" на выходе соответствует наличию дуги между соответствующими вершинами графа, уровень "0" - ее отсутствию.

Блок имитации воздействия помех 5 содержит секцию К·М выходов, матрицу К·М трехвходовых элементов «И», два имитатора помех и четырехвходовый элемент «И».

Результирующий блок 6 содержит две секции входов по К·М входов каждая, секцию на К·М выходов, переключатель В1, резистор R и матрицу К·М выходов результирующего блока, состоящую из элементов данной матрицы, причем первый вход каждого элемента матрицы выходов результирующего блока подключен к соответствующему контакту первой секции входов, третий вход - к соответствующему контакту второй секции входов, вторые входы всех элементов объединены и подключены к переключателю В1. Выходы элементов матрицы выходов результирующего блока образуют секцию выходов. Элемент матрицы выходов результирующего блока представляет собой логическую схему, состоящую из двух элементов «НЕ», двухвходового элемента «ИЛИ» и трех двухвходовых элементов «И».

Блок формирования временных интервалов 7 содержит матрицу К·М элементов формирования временных интервалов. Входы элементов матрицы объединены в секцию входов К·М, а выходы этих же элементов объединены в секцию выходов К·М. Первый вход каждого элемента матрицы подключен к соответствующему контакту секции входов, вторые входы объединены и на них подается сигнал начальной установки блока S. Элемент матрицы формирования временных интервалов представляет собой одновибратор DD1 с соответствующими времязадающими цепями.

Блок моделирования ребер графа 8 содержит две секции по К·М входов каждая, секцию на К·М выходов, задающий генератор, матрицу К·М трехвходовых элементов матрицы моделирования ребер графа.

Блок обработки 9 содержит две секции по К·М входов каждая, секцию на К·М выходов, вход начальной установки S, матрицу К·М трехвходовых элементов «ИЛИ-НЕ» и элемент «НЕ».

Блок фиксации 10 содержит одну секцию на К·М входов, секцию на К·М выходов, вход начальной установки S и матрицу К·М двухвходовых регистрирующих элементов.

Блок имитации отказов ребер 11 содержит секцию на К·М выходов и матрицу К·М переключателей В, причем каждый переключатель соединен с соответствующим контактом секции выходов. Наличие логического "0" на выходе соответствует исправной дуге, логической "1" - неисправной.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в блок 4 вводят данные о связности графа. При этом ребра графа задают двумя противоположно направленными углами К-М и М-К. Логической "1" соответствует наличие ребра между вершинами, номера которых определяются номером строки и столбца матрицы смежности, логическому "0" - ее отсутствие. Подачей отрицательного импульса на вход R устройства обнуляют блоки задания первоначальной вершины графа 3, формирования временных интервалов 7, регистрации 10, моделирования ребер графа 8, причем элементы матрицы моделирования ребер графа обнуляют через соответствующие элементы «ИЛИ-НЕ» блока обработки 9. Переключателем В1 блока задания первоначальной вершины графа 3 устанавливают номер вершины-источника, с которой начинается распространение сигнала в графе. Переключателями В1, входящими в состав элементов матрицы моделирования ребер графа, выставляются временные задержки распространения сигнала по ребрам графа в зависимости от моделируемой скорости передачи информации по каналам связи. Подачей на вход S отрицательного импульса запускают устройство. При этом из блока задания первоначальной вершины графа 3 в течение времени, определяемого одновибратором, в блок селекции ребер графа 2 по одному из входов третьей секции входов подается сигнал, разрешающий начало моделирования ребер, исходящих от вершины источника к сопряженным с ней вершинам. Информация о наличии связей между ними поступает в блок подключения исходящих ребер графа 2 из блока задания матрицы смежности 4 через первую секцию входов или из матрицы смежности 12 через секцию входов. Наличие логических "1" на выходах блока селекции ребер графа 2 разрешает начало моделирования соответствующих ребер в блоке моделирования ребер графа 8. Через некоторое время, определяемое задержкой распространения сигнала в элементах матрицы моделирования ребер графа, на соответствующих выходах блока моделирования ребер графа 8 появятся сигналы логических "0", которые будут зарегистрированы в блоке регистрации 10 триггерами, входящими в состав регистрирующих элементов. На соответствующих выходах блока фиксации 10 появятся сигналы логических "1", означающие то, что ребро графа промоделировано и сигнал достиг вершины-приемника. Эти сигналы поступят в блок формирования временных интервалов 7 и запустят соответствующие одновибраторы в элементах матрицы формирования временных интервалов, которые определяют время, разрешенное для передачи сигнала далее по графу от вершин-приемников. Импульсы логических "1" поступают из блока формирования временных интервалов 7 в блок определения конечных вершин 1 через вторую секцию входов, где они складываются с соответствующими сигналами из блока задания матрицы смежности 4 или матрицы смежности 12, поступающими через первую секцию входов, и в случае, если существуют ребра из вершины-приемника к другим вершинам, на выходе соответствующих элементов выходной матрицы блока определения конечных вершин формируются сигналы логических "1". Эти сигналы разрешат прохождение информации из блока задания матрицы смежности 4 в блок моделирования ребер графа 8 для начала моделирования новых ребер графа. Далее цикл повторяется.

Описанный процесс будет повторяться до тех пор, пока у вершин, из которых разрешена передача сигнала на данный момент времени, существуют непромоделированные ребра. Для моделирования процесса распространения сигнала в графе при воздействии помех и проявления отказов ребер предназначены блоки имитации воздействия помех 5, обработки 9, имитации отказов ребер 11. Блок имитации воздействия помех 5 вырабатывает псевдослучайные сигналы воздействие помех. Блок имитации отказов ребер 11 построен по схеме с автоматическим вводом отказа. Сигналы логических "1" из этих двух блоков через соответствующие входы поступают в блок обработки 9, где они инвертируются и поступают на соответствующие входы блока моделирования ребер графа 8, вызывая сброс регистров в элементах матрицы моделирования ребер графа, что при моделировании в этот момент времени соответствующих ребер обеспечивает дополнительную задержку при распространении сигнала. Задержка может оказаться столь большой, что истечет время, отведенное для передачи сигнала из данной вершины. В таком случае ребро останется непромоделированным, что будет выявлено результирующим блоком 6 после прекращения распространения сигнала по графу. Результирующий блок 6 в зависимости от положения переключателя В1 определяет промоделированные и непромоделированные ребра в графе. При наличии на выходе В1 логической "1" элементы матрицы выходов результирующего блока выдают сигналы логических "1" при наличии промоделированных ребер. При наличии на выходе В1 логического "0" на выходах соответствующих элементов матрицы выходов результирующего блока появятся логические "1" в случае непромоделированных ребер. Выходы элементов матрицы выходов результирующего блока подключены к блоку индикации 15.

Блок индикации 15 обеспечивает отображение параметров исследуемых сетевых информационных систем в удобной для пользователя форме.

Использование предлагаемого устройства для анализа структуры и параметров AC BH по сравнению с прототипом дает возможность расширить функциональные возможности по анализу AC BH, выполненных в форме графов, позволяя моделировать процессы распространения сигнала в исследуемой АС ВH, с учетом воздействия помех на ребра графа и появления отказов в них, с учетом времени, отведенного для передачи сигнала из каждой вершины, а также дает возможность выявлять промоделированные и непромоделированные ребра в графе.

Источники информации:

1. Пат. 2006932 Российская Федерация, G06F 15/20, G06F 15/419. Устройство для анализа связности графа [Текст] / Борисов A.M., Зубачев А.Б., Хомяков А.Н., Ячкула Н.И.; заявитель и патентообладатель Борисов А.М., Зубачев А.Б., Хомяков А.Н., Ячкула Н.И. 4916872/24; заявл. 05.03.91.; опубл. 30.01.1994.

Устройство для анализа структуры и параметров автоматизированных систем, содержащее матрицу смежности графа из n(n-1) ребер, отличающееся тем, что в конструкции устройства предлагается использовать блок задания первоначальной вершины графа и блок задания матрицы смежности, выходы которых через первую секцию входов и матрицу смежности связаны со входами блока селекции ребер, выходы которого связаны со входами блока моделирования ребер графа, выходы которого, в свою очередь, связаны с блоком фиксации, выходы которого связаны с блоком формирования временных интервалов, выходы которого, в свою очередь, связаны с блоком определения конечных вершин, входы которого также связаны с выходами блока задания матрицы смежности и матрицей смежности; блок имитации воздействия помех и блок имитации отказов ребер, выходы которых связаны со входами блока обработки, инвертирующие сигналы логических «1», поступающие от блоков имитации воздействия помех и имитации отказов ребер, выходы которого связаны с блоком моделирования ребер графа; блок фиксации, регистрирующий от блока моделирования ребер сигналы логических «0», выходы которого связаны со входами результирующего блока, определяющего промоделированные и непромоделированные ребра в графе, выходы которого подключены к блоку индикации.