Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ПРОГНОЗНЫЕ РЕСУРСЫ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Колесников В.А. 1 Юров В.М. 1
1 Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова
В работе предложена модель, позволяющая проводить оценку ресурсов информационно-измерительных систем. Показано, что наибольшими ресурсами обладают многоканальные информационно-измерительные системы. На сегодняшний день – это один из распространенных видов информационно-измерительных систем, обладающих наиболее высокой надежностью, более высоким быстродействием. Получена связь между функцией отклика информационно-измерительной системы с ее основными характеристиками. В простейшем случае, в качестве функции отклика можно взять отношение выходного сигнала к входному и воспользоваться автокорреляционными функциями процессов на входе и на выходе системы в форме Винера-Ли или в любой другой форме. Предложенная модель позволяет провести качественную, а иногда и количественную, характеристику основных свойств информационно-измерительных систем.
информационно-измерительная система
прогнозируемые ресурсы
термодинамика
1. Дадонов А.Г., Ландэ Д.В. Живучесть информационных систем. – Киев: Наукова думка, 2011. – 256 с.
2. Розоноэр Л.И. Обмен и распределение ресурсов (обобщенный термодинамический подход) // Автоматика и телемеханика. – 1973. – № 5. – С. 115–133; № 6. – С. 65–80; № 8. – С. 82м104.
3. Сафронов Н.И., Мещеряков С.С., Иванов Н.П. Энергия рудообразования и поиски полезных ископаемых. – Л.: Недра, 1978. – 215 с.
4. Колесников В.А., Юров В.М. Некоторые аспекты метода аналогий в проектировании информационно-измерительных систем //Современные проблемы науки и образования // Электронный журнал. – 2013. – № 2.
5. Ранеев Г.Г., Суротина В.А., Калашников В.И. Информационно-измерительная техника и электроника. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 512 с.
6. Пахомов С.А. Экспансия закона Мура // Компьютер пресс. – 2003. – № 1.– С. 16–22.
7. Ямпурин Н.П., Баранова А.В. Основы надежности электронных средств. – М.: Академия, 2010. – 240 с.
8. Деруссо П., Рой Р., Клоуз И. Пространство состояний в теории управления. – М.: Физматгиз, 1962. – 382 с.
9. Пытьев Ю.П. Методы математического моделирования информационно-измерительных систем. – М.: Физматлит, 2004. – 400 с.

Сейчас уже общепринято (см., например, [1]), что информационные и информационно-измерительные системы относятся к классу коммуникационных систем.

Обобщенное понятие «ресурса» коммуникационной системы впервые было введено Л.И. Розоноэром [2]. В этой работе обмен и распределение ресурса в системе рассматривались как происходящие по законам, аналогичным закону распределения энергии в замкнутой системе механических частиц. Позже понятие «ресурса» коммуникационной системы стали связывать с наличием некоторого множества коммуникаций, соединяющих элементы системы, и с характеристиками этих коммуникаций.

Мы будем называть прогнозными ресурсами ИИС ее «истинное» значение определяющего параметра, в отличие от «ресурсов потребления» или фактических ресурсов, которые сложились при функционировании системы на данный период (или момент) времени. В связи с этим мы введем понятие «концентрации» основной характеристики системы, понимая под этим термином величину этой характеристики в единице «объема» системы. «Объем» системы определяется для конкретной системы (общее количество каналов связи и т.д.).

Если исходить из представлений классической термодинамики, то можно ввести понятие «энергии образования» коммуникационной системы в результате термодинамического цикла (например, цикла Карно), подобно тому, как это сделано в работе Н.И. Сафронова и др. [3].

Тогда формула для определения затрат энергии на термодинамический цикл образования системы будет иметь вид:

Eqn1.wmf (1)

где X = C/C0 (для прямого цикла) и X = C/C0 (для обратного цикла); α – число элементов, вовлеченных в процесс образования системы; R – универсальная газовая постоянная; C0 – начальная и С – конечная концентрации основной характеристики.

Концентрацию основной характеристики сложной системы выразим через равновесную концентрацию Cp. Этот параметр пропорционален к.п.д. цикла, так что полная энергия имеет вид:

Eqn2.wmf (2)

Для прямого и обратного цикла

Eqn3.wmf (3)

где α′, α″ – количество элементов, вовлеченных в процесс образования системы в прямом и обратном циклах, соответственно; Eqn4.wmf – общее число элементов, вовлеченных в образование системы. Очевидно, что в прямом цикле α = α′X и в обратном = α = α″X . Подставляя α и Cp в (2), имеем:

Eqn5.wmf (4)

Не меняя общности рассуждений, положим Eqn6.wmf, тогда получим

Eqn7.wmf (5)

Если дифференцированные ресурсы системы в единице «объема» обозначить через Wx, то

Eqn8.wmf (6)

В работе [4] мы применили методы неравновесной термодинамики к ИИС и получили выражение для функции отклика этой системы на внешнее воздействие с учетом диссипативных процессов. После линеаризации полученного нами выражения, функция отклика Ф системы имеет вид:

Eqn9.wmf (7)

где Е – «емкость» канала связи в системе; Eqn10.wmf – среднее число каналов в системе; ΔG0 – энергия Гиббса термостата (внешней среды); β – некоторая постоянная теории, величина которой вычисляется для каждой конкретной системы.

Для идеальных процессов ΔG0 = ΔFп и, с учетом (4), (5) и (6), получим

Eqn11.wmf (8)

Если «объем» ИИС мы обозначим через V, то полные ресурсы системы будут равны

Eqn12.wmf (9)

Из уравнения (9) видно, что ресурсы ИИС будут возрастать с увеличением числа каналов связи и канальной емкости системы, т.е. в случае многоканальных ИИС. На сегодняшний день – это один из распространенных видов ИИС, обладающих наиболее высокой надежностью, более высоким быстродействием [5]. Однако они имеют повышенные сложность и стоимость.

Если принять, что ресурсы ИИС экспоненциально возрастают со временем, т.е. имеет место закон Мура [6], то можно записать:

Eqn13.wmf (10)

где Т – жизненный цикл ИИС.

Для функции отклика из (10) будем иметь:

Eqn14.wmf (11)

Экспериментально жизненный цикл ИИС можно определять по времени отказа того или иного его структурного элемента, используя большой арсенал имеющихся методов определения надежности электронных систем [7].

В простейшем случае, в качестве функции отклика можно взять отношение выходного сигнала к входному и воспользоваться автокорреляционными функциями процессов на входе и на выходе системы в форме Винера-Ли [8] или в любой другой форме [9].

Заключение

В настоящее время автоматизированное проектирование ИИС представляет собой довольно дорогостоящую процедуру, поэтому весьма полезны простые модели, позволяющие провести качественную, а иногда и количественную, характеристику их основных свойств. Именно это мы и хотели показать в настоящей работе.

Работа выполнена по программе МОН РК 055 «Научная и/или научно-техническая деятельность», подпрограмма 101 «Грантовое финансирование научных исследований». Контракт № 341.


Библиографическая ссылка

Колесников В.А., Юров В.М. ПРОГНОЗНЫЕ РЕСУРСЫ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 12. – С. 61-62;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33170 (дата обращения: 08.05.2021).

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