авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 15 |

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» – Российский государственный технологический ...»

-- [ Страница 7 ] --

Известно, что светодиод (СД) — это прибор, действие которого основано на яв лении испускания фотонов, возникающем при рекомбинации носителей разноимённых зарядов в области контакта материалов с разными типами проводимости. Основными достоинствами светодиодов являются:

• высокая светоотдача (более 140 лм/Вт [1, 2];

• высокий ресурс работы (более 50 тыс. час) при высокой вибро- и ударопрочности;

• низкое рабочее напряжение (до 10 В);

• безынерционность (время включения и выключения менее 0,1 мкс);

• высокое ресурсосбережение (полупроводниковые или пленочные структуры);

• возможность регулировки основных параметров (цветовых температур и соответ ствующих им индексов цветопередачи, световой эффективности и КПД) в широ ком диапазоне.

Поэтому, в настоящее время, подавляющее большинство осветительных светоди одных устройств (более 98 %) изготовлено по полупроводниковой технологии (LED). Но в последние 5 лет наблюдается бурное развитие технологий производства органических светодиодов (OLED/PLED) [3] (рис. 1). Это в первую очередь связано с:

• теоретически максимальным пределом светоотдачи (LED — 300 лм/Вт [4] (синий + люминофор), OLED — 360 лм/Вт [4];

• уменьшением энергозатрат (рабочее напряжение LED — 610 В, а OLED/PLED — 24 В);

• снижением себестоимости изделий за счет внедрения рулонных технологий (на 2020 год предполагаемая себестоимость LED — 5 USD/м2, а для OLED — 2 USD/м2).

Принципы работы неорганических и органических светодиодов достаточно близки друг к другу: в обоих случаях используется излучение фотона с определенной длиной волны при рекомбинации носителей заряда различной полярности (дырок и электронов) в пленочных структурах. Интерес к OLED/PLED связан с применением синтетических по лимерных материалов в качестве источников зарядов. Полимерные материалы, помимо высоких диэлектрических свойств, обладают и высокими эксплуатационными свойства ми (гибкость, ударопрочность и т.п.), что позволяет использовать их в качестве панелей (матриц) практически любых площадей и форм (в т.ч. и объёмных).

Таким образом, выбирая материалы и структуру органического светодиода можно получать излучения с различными длинами волн видимого диапазона [6], [7].

В настоящее время в промышленности существуют две технологии создания ис Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Рис. 1. Рост световой отдачи различных осветительных устройств:

1 — лампа накаливания;

2 — галогенные лампы;

3 — люминесцентные лампы;

4 — LED промышленные белые тёплые;

5 — LED промышленные белые холодные;

6 — OLED промышленные белые тёплые точников получения белого цвета на основе СД [8], [9], [10]:

• с раздельными RGB светодиодами (RGB-mixing).

• с использованием люминофоров (pc- phosphor conversion):

o синий светодиод с жёлтым (жёлто-зелёным) люминофором;

o синий светодиод с зелёным и красным люминофором;

o ультрафиолетовый светодиод с RGB люминофором.

Технология с раздельными RGB светодиодами По этой технологии можно получить любой цветовой оттенок, в том числе и раз личные оттенки белого цвета путём смешивание излучений RGB светодиодов в опре делённых пропорциях с помощью оптической системы (рис. 2). Набор красных, синих и зелёных СД обеспечивает до 16 млн. различных оттенков, включая и тёплый белый.

Спектр излучения близок к спектрам ламп накаливания или солнечному свету, но при ближение пока оказывается достаточно грубым.

Данная технология имеет следующие преимущества по сравнению с технология ми люминофоров:

• более высокий КПД (светоотдача), что исключает тепловые потери;

• получение белого цвета с высоким индексом передачи и в широком диапазоне цветовых температур;

• получение «интеллектуального» света (smart light), т.е. возможность динамическо 200 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Рис. 2. Схема формирования и спектр белого света с использованием раздельных RGB светодиодов R, G, B — основные цвета;

ER, EG, EB — соответствующие эмиттеры;

S — прозрачная подложка (substrate) го управления количественным и качественными параметрами света: интенсивно стью, спектральным распределением, цветовыми координатами и цветовой тем пературой.

Основные недостатки перед технологиями люминофор:

• необходимость подбора СД одинаковой яркости или возможности регулировки яркости;

• высокая стоимость осветительных систем.

Данная технология находит применение в источниках света, меняющих свои ха рактеристики в зависимости от погодных условий (например, в автомобильных фарах, тепличных хозяйствах и т.п.), времени суток (например, в архитектурной и декоративной подсветке) и индивидуальных особенностей личности (эргономическое освещение).

Технологии с использованием люминофоров В настоящее время одной из самых распространенных технологий является тех нология «сэндвич», когда различные виды люминофоров (жёлтый, зелёный + красный, RGB) наносятся на синий (или ультрафиолетовый) светодиод:

• Синий светодиод с жёлтым люминофором;

Технология основана на нанесении на синий светодиод жёлтого (или жёлто зелёного) люминофора. Таким образом, первичное излучение синего светодиода, ча стично преобразуясь в более длинноволновое излучение, в сумме даёт белый цвет (рис.

3а). Такая продукция выпускается большинством производителей. Но качество излучае мого спектра (степень приближения к спектру лампы накаливания 3200K, или же к днев ному свету 5600 K) оставляет желать лучшего.

• Синий светодиод с зелёным и красным люминофором;

Технология основана на нанесении на синий светодиод зелёного и красного люми нофоров. При этом спектр излучения становится более равномерным и приближается к белому (рис. 3.б).

• Ультрафиолетовый светодиод с RGB люминофором.

• Технология основана на нанесении на ультрафиолетовый светодиод RGB люмино форов. При этом спектр излучения максимально близок к белому (рис. 3.в).

Основные достоинства технологий с использованием люминофор:

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ а) б) в) Рис.3. Схемы формирования и спектры белого света с использованием люминофоров:

а) синий светодиод с жёлтым (жёлто-зелёным) люминофором;

б) синий светодиод с зелёным и красным люминофором;

в) ультрафиолетовый светодиод с RGB люминофором Ly, LR + G, LR+G+B — соответствующие световые люминофоры;

BL, УФ и WL — источники синего, ультрафиолетового и белого света соответственно;

S — прозрачная подложка (substrate).

• невысокая стоимость изделий;

• оттенок белого задаётся в процессе производства светодиодов.

Основные недостатки технологий с использованием люминофор:

• меньшая светоотдача (по сравнению c технологией раздельных RGB) из-за потерь света в слое люминофора;

• малый срок службы (скорость старения люминофора больше скорости старения СД);

• необходимость использования стабильного излучения «синего» СД ;

• сложность контроля равномерности нанесения люминофора в технологическом процессе;

• невозможность регулировки цветовой температуры светодиода.

Недостатки OLED/PLED в качестве источников освещения:

• (в настоящее время) низкая светоотдача 2050 лм/Вт и малый ресурс работы — не более 12.000 тыс. час;

• необходимость использования защитных покрытий для структур из-за быстрой де градации параметров полимеров;

• высокая стоимость материалов люминофоров Прогноз технических параметров OLED / PLED (до 2015 года) • Световая отдача промышленно выпускаемых устройств к 2012 г. должна составить 76 лм/Вт, а лабораторных образцов — до 230 лм/Вт при теоретически возможной эффективности 360 лм/Вт;

• Ресурс работы при уровне 0,5 от максимальной яркости к 2015 г. — 100 тыс. час;

• Яркость свечения к 2015 г — не менее 5000 кд/м2;

• При яркости 2000 кд/м стоимость устройств к 2015 году должна составлять не бо лее 0,02 USD/лм.

Но с точки зрения экономической эффективности, чтобы органические светодиоды 202 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ успешно конкурировали с современными источниками света, их световая отдача долж на превышать 100 лм/Вт, при ресурсе работы не менее 20 тыс. час. Таким образом, в ближайшее время не стоит ожидать массового производства осветительных устройств, основанных на органических СД.

Несмотря на это, в настоящее время целый ряд фирм успешно разрабатывают и развивают производство осветительных приборов на базе OLED / PLED:

• Samsung (SDI): к 2012 г предполагается создать опытные образцы гибких дисплеев с охватом более 80 цветов и эффективностью до 50 лм/Вт при ресурсе работы до 40 тыс. часов;

• OLLA и Novaled (Европа) заявили о создании структур белого цвета с эффективно стью свечения на уровне 50,7 лм/Вт и яркостью до 1000 кд/м2;

• Osram объявила о начале серийного выпуска OLED-светильников с 2011-2012 гг. с эффективностью свечения около 70 лм/Вт К сожалению, в РФ отсутствуют не только серийно выпускаемые источники осве щения на основе OLED /PLED, но и разработки промышленного технологического обо рудования.

Литература 1. Шурыгина В. Твёрдотельные осветительные устройства. Прощайте старые добрые светильники // Электроника НТБ, 2008, №5. — С. 88-92.

2. Беляев В. Современные светодиоды. Насколько светлое у них будущее // Электро ника. НТБ, 2009, № 2. — С. 18-24.

3. Майская В. Органические светодиоды. Новые звёзды малых экранов // Электроника.

НТБ, 2005, №8. — С. 10-15.

4. Дорожная карта развития светодиодной промышленности и общего освещения / ГК «Роснанотех», http//www.rusnanoforum.

5. Multi —Year Program Plan EY09-EY14 Solid state lighting researh and development / US Departament of Energy, March 2008, http://apps1.eere.energy.gov/buildings/ publications/pdfs/ssl/ssl_mypp2008_web.pdf.

6. Абаньшин Н, ГорфинкельБ, Жуков Н и др. Плоскопанельные дисплеи на органиче ских светоизлучающих структурах // Электронные компоненты, № 10, 2005. — С.

57-59.

7. Залогин И. Дисплеи на полимерных светодиодах // Электронные компоненты № 10, 2005. — С. 61-63.

8. Кондрашин А.А.,Слепцов В.В., Лямин А.Н. Формирование цветного изображения органическими светодиодами // Нано и Микросистемная техника, 2009, № 11 (112).

— С. 27-31.

9. Кондрашин А.А., Слепцов В.В., Лямин А.Н. Технология органических светодиодов / Научные труды. Вып.16 (88), М. МАТИ, 2009. — С. 159-163.

10. Маркелов А. Светодиодные осветительные приборы // Media Vision. 2010 (1). — С.

49-54.

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ УДК 21.397. ТЕХНОЛОГИЯ IPTV к.т.н., проф. А.А. Кондрашин, д.т.н., проф. В.В. Слепцов, А.Н. Лямин Одной из наиболее перспективных телекоммуникационных технологий «завтрашнего дня», яв ляются технологии передачи телепрограмм через Интернет (IPTV, Web-TV, On line - TV). В работе рас смотрены преимущества и недостатки IPTV перед традиционными методами трансляций видеоконтен та (цифровое эфирное, кабельное и спутниковое телевидение). Подробно описана архитектура систем Интернет-телевидения.

One of the most perspective telecommunication technologies of «tomorrow», technologies of transfer of teleprograms through the Internet (IPTV, Web-TV, On line - TV) are. In work advantages and lacks IPTV before traditional methods of translations of a video content (digital radio, cable and satellite) are considered. The architecture of systems of Internet TV is in detail described.

Введение Современное общество имеет тенденцию к постоянному увеличению потока муль тимедийной и прочей информации на долю каждого члена общества. В настоящее время объём и информативность потока данных приближается к максимуму усвоения и вос приятия пользователей. В данных условиях необходимо внедрение новых телекомму никационных технологий, позволяющих каждому члену общества осуществлять эффек тивный отбор информации по его индивидуальным требованиям. Одной из наиболее важных и востребованных форм получения информации является телевидение.

В настоящее время предоставление телевизионных услуг пользователям произ водится в виде набора телеканалов в рамках базового вещания (broadcast) по трём на правлениям: эфирное, спутниковое и кабельное вещание. Эти виды телевизионного ве щания имеют следующие недостатки:

• ограниченную ширину канала связи;

• небольшое количество сервисных функций;

• низкую скорость передаваемых данных несмотря на внедрение сложных видов модуляций.

Одним из современных направлений развития телевизионных цифровых техно логий является Интернет-телевидение (IPTV — Internet Protocol Television), т.е. техноло гия передачи видео-сигнала по IP-протоколу по проводным и беспроводным сетям [1].

В настоящее время данный широкополосный доступ (ШПД) представляет собой полно ценный интерактивный сервис с обработкой запросов абонентов в режиме реального времени («on-line»), активно развивающийся различными операторами связи. Особен ностью этого сервиса является предоставление пользователям набора услуг по техно логии «Triple Play». Она базируется на передаче коротких импульсных информационных пакетов по локальной вычислительной сети и включает в себя как высокоскоростной до ступ в Интернет (HIS) и телефонию (VoIP), так и IPTV, в т.ч. TV высокой чёткости (HD TV).

На сегодняшний день широкополосная технология «Triple Play» позволила инте рактивному телевидению (IPTV) преодолеть основные ограничения традиционного теле видения. Новая технология позволяет:

• гибко изменять объёмы передаваемых данных;

• использовать режимы группового (multicast) или единичного (unicast) вещания;

• предоставить возможность пользователю самостоятельно выбирать контент и время его просмотра;

204 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ • возможность в дальнейшем предоставит указанные сервисы для мобильных устройств (технология «Quadro play»).

Несмотря на значимые преимущества IPTV обладает и рядом недостатков:

• из-за высоких капитальных затрат при создании инфраструктуры для передачи IPTV, сеть должна быть ориентирована на достаточно большое число потребителей;

• высокая стоимость абонентского оборудования;

• необходимость оператору IPTV заключать лицензионные соглашения с ТВ каналами, владеющими авторскими правами на программы.

Архитектура IPTV-сети IPTV-сеть состоит из системы формирования пакетов IPTV и телекоммуникацион ных сетей (ТКС), включающих в себя магистральные (транспортные) сети (МТС) и рас пределительные сети абонентского доступа (САД), которые также называются сетями «последней мили» [2].

Для организации интерактивного телевидения (IPTV) через сети широкополосного доступа по технологии IPTV необходима интеграция в сеть оператора связи, обеспечива ющая приём и шифрование цифрового сигнала в режимах on-line/off-line, преобразова ние потоков в вещательный формат и передачу их в сеть в режимах multicast или unicast.

На рис. 1 представлена структурная схема головной станции (ГС) формования IPTV, являющейся базой и состоящей из антенного поста (АП) и центра управления (ЦУ).

В существующих системах антенный пост и центр управления должны находиться как можно ближе друг другу, чтобы минимизировать длины соединяющих кабелей.

Рис 1 Структурная схема IPTV сети АП предназначен для приёма и передачи в центр управления видео сигналов раз личных форматов. Источниками видеосигналов, подаваемыми на вход современной ГС — IPTV, могут быть:

• спутниковые TV-каналы, которые принимаются в формате DVB-S;

• аналоговое и цифровое некомпрессированное видео (S-video, SDI);

• эфирные цифровые программы (DVB-ASI);

• видеоконтент IPTV (MPEG over IP, Video over ATM или IP-video over ATM).

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Управление (ЦУ) После того как с АП головной станции IPTV получены сигналы различных фор матов ЦУ определяет качество исходящих телесигналов и системы IPTV в целом. ЦУ формирует пакет телепрограмм в IPTV-формате. Суммарный IP- поток накладывается (инкапсулируется), например, на транспортную среду высокоскоростную технология асинхронной передачи данных ATM (Asynhronouse Transfer Mode) (IP — video over ATM), либо вначале преобразуется в Ethernet, а затем передаётся через среду синхронной пе редачи данных SDH (Synchronouse Digital Hierarhy)-сети. Данные сервисы могут быть доступны пользователям через разные физические типы транспортных сетей. Каждый оператор IPTV составляет свои варианты комбинаций телепрограмм (тарифные планы).

В состав ЦУ входят такие важные подсистемы, как:

• Система условного доступа (CAS — Conditional Access System), необходимая для формирования индивидуальных паролей;

• Middleware — программное обеспечение (ПО), обеспечивающее взаимодействие клиентского оборудования STB и IPTV-сети;

• Видеосерверы;

• Биллинговая система (Billing system), выполняющая функции ведение базы або нентов, базы услуг тарифных планов, учёта трафика клиента и т.д.;

• Сервер управления сервисами и подписчиками.

• Магистральные (транспортные) сети (МТС) используются при передаче инфор мации между странами, регионами, крупными населёнными пунктами. МТС подраз деляются на волоконно-оптические и радиорелейные беспроводные сети.

Основными требованиями к МТС являются:

• увеличение полосы пропускания и ёмкости передаваемого трафика;

• снижения стоимости и минимизации затрат на прокладку и обслуживания обору дования.

Распределительные сети абонентского доступа (САД) САД («Access Network») является необходимой компонентой IPTV и представляет собой совокупность линий, оконечных и промежуточных узлов, включаемых в коммута ционное оборудование транспортной сети. САД является промежуточным звеном между конечным пользователем и магистральной транспортной сетью и одновременно послед ней составляющей IPTV-сети [3].

САД в простейшем случае состоит из трёх основных составляющих:

• абонентского (пользовательского) терминала (АТ);

• абонентской (пользовательской) линии (АЛ);

• узла коммутации (УК), включающего узел доступа (УД) для пользователя.

Условными границами САД со стороны абонентского терминала могут являться коробка или розетка для подсоединения различных устройств конечного пользователя, а со стороны ТС — узел коммутации.

В настоящее время основными требованиями, предъявляемыми к САД, являются:

• подключение абонентов в труднодоступных местах;

• подключение подвижных абонентов.

• сроки окупаемости работ по созданию сети.

Технологии САД можно разделить по средам передачи на две группы:

• проводные 206 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ o телефонный кабель ( хDSL ) [4];

o коаксиальный кабель (система кабельного телевидения — DOCSIS) [5];

o Ethernet (витая пара) [1];

o Ethernet (оптическое волокно -ВОКС) [6];

o электросети (технология PLC) [7];

o гибридные проводные сети (FTTx / Ethernet [ 8 ] и т.п.);

• беспроводные • наземные (эфирные) сети:

o телевизионного вещания (MMDS, LMDS, MVDS [9], DVB-H [10,11];

o сети сотовой связи (стандарты GSM, CDMA и EV-DO)[12];

o сети на базе WiFi (WLAN и городские сети с топологией «Mesh») [13];

o сети WIMAX с фиксированным и мобильным доступом [13];

• спутниковые (космические) сети:

o DVB-S/S2 с использованием VSAT[14];

o гибридные спутниковые технологии (спутник -3G) [15,16];

В настоящее время большинство российских операторов предоставляют ШПД по проводным (фиксированным) сетям и используют технологии ADSLх, оптический Ethernet и гибридные технологии FTTx / Ethernet. Но, по нашему мнению, технологии ADSL, DOCSIS и т.п. являются лишь временным решением проблемы передачи IP HDTV, в отличие от технологий FTTx или FTTx / Ethernet. Несмотря на имеющиеся достоинства проводных линий связи (высокая скорость передачи данных, стабильность работы, не высокая стоимость услуг,...), данные линии связи обладают и одним значительным не достатком — отсутствием мобильности. Этот недостаток не позволяет обеспечить поль зователям сервисы - вида «anyvideo», «anytime» и «anywhere» (любой видеоматериал в любое время в любом месте), т.е. осуществить концепцию трёх экранов (сначала про смотр пользователем трансляции программы на экране телевизора, затем продолжение её просмотра на экране смартфона (или КПК) по пути к транспорту, а далее — или на экране встроенного в авто-компьютера или того же КПК.

Несмотря на бурное развитие технологий передачи видео-контента по беспровод ным сетям, в настоящее время лишь только разрабатываются стандарты и оборудова ние, позволяющие достигнуть скорости, надежности и стоимости услуг передачи данных по проводным сетям. Поэтому развитие сетей мобильной связи в целом будет направле но в первую очередь на расширение спектра услуг IPTV по сетям сотовой и спутниковой связи, а в городах с высокой плотностью населения — по сетям сотовой связи и город ским наземным сетям, типа WIMAX.

В целом, что касается стратегических перспектив развития технологий проводных и беспроводных САД, то наша точка зрения совпадает с существующей концепцией раз вития универсальной персональной связи — UPT (Universal Personal Telecommunication).

Данная концепция базируется на принципе единой интегрированной системе стандартов и устройств, обеспечивающих одновременно как мобильный, так и стационарный доступ пользователей к телекоммуникационной сети в любой точке Земли. В данную систему должны входить:

• терминал VSAT, обеспечивающий высокоскоростной канал передачи, • системы коммутации абонентов в локальную сеть, состоящую из проводных или беспроводных точек доступа:

o VSAT + FTTx / Ethernet;

o VSAT + WIMAX.

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Литература 1. Тюхтин М.Ф. Системы интернет — телевидения — М.: Горячая линия — Телеком, 2008.

2. Барг А.И., Колгатин С.Ю., Колпаков И.А. IP-телевидение. Головные станции // «Т-Cоmm», 2007, № 1-2. — С. 37-43.

3. Барабаш П., Воробьёв С., Махровский О. Проводные технологии сетей абонентского доступа: принципы построения, классификация // Системы абонентского доступа, 2008. — С. 18-22.

4. Бакланов И.Г. Технология ADSL/ADSL2+: теория и практика применения — М.: «Ме тротек», 2007.

5. Системы кабельного телевидения / З.А. Зима, И.А. Колпаков, А.Л. Романов, М.Ф.

Тюхтин — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007.

6. Колпаков И.А., Субботин М.Ю. Оптические транспортные сети // Фотон-экспресс, № 1, 2008. — С. 26-29.

7. Уютов В. Предоставление доступа в Интернет на базе технологии PLC // Технологии и средства связи, № 4 (сентябрь-октябрь), 2007. — С. 38-41.

8. Гасымов И. Архитектура оптических сетей доступа FTTH (Fiber — to - the-home) // Фотон-экспресс, № 1, 2008. С. 8 -10.

9. Мамаев Н.С, Мамаев Ю.Н, Теряев Б.Г. Системы цифрового телевидения и радиове щания — М.: Горячая линия — Телеком, 2007.

10. Кондрашин А.А.. Слепцов В.В. Технологии мобильного телевидения (M-TV) Mobile video // Известия Международной Академии Наук Высшей Школы», № 4 (46), 2008.

— С. 147-154.

11. Кондрашин А.А., Слепцов В.В., Лямин А.Н. DVB-H-технология современного мо бильного телевидения / Научные труды. Вып. 15 (87). — М.: МАТИ, 2009. — С. 166 171.

12. Вишневский В., Красилов А., Шахнович И. Технология сотовой связи — почти 4G // «Первая миля», 2009, № 2 (11), c. 2-13.

13. Алпатов А.В. Wi-Fi Mesh и WiMAX — беспроводной доступ современного города / Системы абонентского доступа, 2006.

14. Ануфриев А. Стандарт DVB-S2 как средство развития новых сервисов на спутнико вых сетях связи. // «Broadcasting. Телевидение и радиовещание», № 3, 2007. — С.

48-50.

15. Анпилогов В. Спутники связи и вещания нового поколения (обзор тенденций разви тия) / Технологии и средства связи. Спутниковая связь и вещание, 2009. — С. 28 -26.

16. Цветкова Ю. Решения ND SatCom для операторов сотовой связи / Технологии и средства связи. Спутниковая связь и вещание, 2009. — С. 82.

208 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ УДК 621.317. ИССЛЕДОВАНИЕ СЕНСОРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСПРОВОДНЫХ ГАЗОВЫХ ДАТЧИКОВ С ПОМОЩЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ* к.т.н., доц. А.В. Савкин, Д.Н. Спирякин, М.А. Иванов В статье представлена система для автоматизированного получения сенсорных характеристик беспроводных газовых датчиков. Описаны функциональные элементы и принцип её работы. Даны резуль таты исследования датчиков на базе термокаталитических сенсоров.

In the paper we presented the system for an automated investigation of sensor characteristics of autonomous wireless gas nodes. Its functional units and principles of operation are described. In conclusion, investigation results of sensors based on catalytic gas sensing elements are given.

На современном этапе развития нефтегазодобывающей и газораспределительных отраслей существует проблема реализации непрерывного мониторинга утечек взрывоо пасных газов [1]. Используемые системы детектирования основаны на проводной пере даче телеметрической информации и жёстко привязаны к сетям электроснабжения. Как следствие, эти особенности значительно ограничивают сферу применения подобных си стем.

Практика [2] показала, что наиболее эффективным в решении задач непрерывно го масштабного мониторинга параметров физических сред является применение техно логии беспроводных сенсорных сетей (WSN) — распределённых систем беспроводных интеллектуальных датчиков. В отличие от проводных детектирующих систем техноло гия WSN лишена недостатков, связанных с большим расходом кабельной продукции, и имеет меньшее время развёртывания. Также благодаря децентрализованной топологии сети, состоящей из самоорганизующихся датчиков, системы WSN обладают гибкостью и имеют более отказоустойчивые каналы передачи телеметрической информации по сравнению с проводными детектирующими системами.

Ключевой особенностью в рамках рассматриваемой проблемы является то, что системы WSN полностью автономны и могут функционировать даже на не электрифици рованных участках. Однако этот факт предъявляет повышенные требования к энергоэф фективности её сенсорных модулей.

Наиболее энергоэкономичные из беспроводных систем обнаружения взрывоо пасных газов [3] не являются пригодными для решения данной проблемы, так как они не обеспечивают более одного месяца автономной работы. Основная причина этого — высокое энергопотребление сенсорных элементов, используемых для детектирования взрывоопасных газов.

Решение проблемы применения технологии WSN для длительного мониторинга утечек горючих газов обусловлено увеличением срока автономного функционирования беспроводных датчиков. Это выполнимо за счёт перехода на перспективные малопо требляющие газовые сенсоры [4] и оптимизации детектирующих характеристик с точки зрения энергосбережения.

Задачами данной работы являются:

• разработка системы, которая обеспечит получение ряда точных сенсорных харак теристик беспроводных датчиков сети WSN;

* Работа проводилась в рамках ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектро ники» по ГК № 01.426.11.0022.

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ • проведение на базе системы серии экспериментов для исследования параметров малопотребляющих газовых сенсоров;

• выработка предложений по оптимизации энергосбережения газовых датчиков сети WSN.

Решение подобных исследовательских задач невозможно без применения автома тизированных измерительных систем. Они имеют целый ряд функциональных преиму ществ по сравнению с беспроцессорными средствами того же назначения и гарантируют более высокую точность [5].

Основным элементом разработанной системы является беспроводный процессор ный измерительный стенд (БПрИС) (рис. 1) — прототип WSN —датчика.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема устройства БПрИС БПрИС состоит из микроконвертера (МК) ADuC836 и беспроводного ZigBee модема ETRX2. МК имеет процессорное ядро 8051, Flash/EE ПЗУ, два неза висимых 16-разрядных — АЦП, 12-разрядный ЦАП, часы реального време ни и несколько режимов пониженного энергопотребления. ETRX2 представляет приёмопередатчик ISM-диапазона спецификации ZigBee/802.15.4;

с частотой несущей 2,4 ГГц, выходной мощностью — 3 дБмВт, чувствительностью — 98 дБмВт и скоростью передачи данных до 250 кбит\с. ОУ AD8532 играет роль токового буфера. БПрИС снаб жён батарейным питанием, которое стабилизируется до 3,3 В посредством ADP3335.

После включения питания МК, через интерфейс UART на скорости 115200 бит/с по сылает команды инициализации ETRX2. Затем, путём установления связи в режиме не посредственной передачи данных («Data Mode») между ETRX2 и ZigBee-шлюзом ETRX USB — Stick, осуществляется подключение БПрИС к удалённой системе управления и сбора информации (рис. 2). ZigBee-шлюз подсоединён к ЭВМ по шине USB. Интерфейс между ZigBee-шлюзом и средой для технических вычислений MATLAB реализован с по мощью драйвера виртуального последовательно порта (COM-порта).

210 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Рис. 2. Структурная схема Рис. 3. Блок БПрИС с ДТК- автоматизированной измерительной системы Программа, написанная в среде MATLAB, инициирует начало измерений и отправ ляет команды на блок БПрИС. ETRX2 передаёт эти управляющие команды на МК. Далее, согласно микропрограммного обеспечения, МК устанавливает необходимые режимы пи тания сенсорной схемы и с помощью встроенных АЦП осуществляет преобразование её параметров в эквивалентные цифровые коды. БПрИС транслирует эти коды на ZigBee шлюз, после чего они вводятся для обработки в среду MATLAB. В итоге, полученные данные наглядно отображаются в виде графиков в режиме реального времени.

К примеру, данная система позволила исследовать детектирующие характеристи ки WSN —датчиков на базе термокаталитических газовых сенсоров пелисторного типа ДТК-2. На рис. 3 представлен блок БПрИС с установленными сенсорами ДТК-2. Эти сен соры разработаны научно —техническим центром измерительных газочувствительных датчиков (ООО «НТЦ ИГД») и в настоящее время являются одними из самых малопо требляющих (60 —70 мВт) [4]. ДТК-2 представляют собой платиновую спираль из литого микропровода диаметром 10 мкм в кварцоидной изоляции толщиной 2 мкм. На спираль осаждён слой Al2O с широкоразветвлённой поверхностью, на который нанесено катали тически активное вещество — смесь платины (Pt) и палладия (Pd).

Принцип действия сенсоров ДТК-2 заключается в беспламенном окислении взры воопасного газа, которое сопровождается выделением тепла. Это приводит к повыше нию температуры спирали и, как следствие, увеличению её электросопротивления, по степени изменения которого определяется концентрация взрывоопасного газа. Для обе спечения реакции окисления через спираль должен протекать ток, разогревающий ката лизатор до 450 оС.

ДТК-2 были использованы в пороговых автономных WSN-датчиках метана (CH4) [6]. В этих приборах сенсорная часть основана на измерительном мосте Уитстона (рис.

1), куда включены активный и компенсационный сенсоры ДТК-2. Компенсационный сен сор не имеет катализатора, что позволяет схеме снизить влияние таких факторов внеш ней среды, как температура и влажность.

В целях энергосбережения автономные газовые датчики [6] должны функциони ровать в периодическом режиме детектирования концентрации CH4. Поэтому задачей исследования являлось получение точного отклика их сенсорной схемы от момента её включения и до выхода на рабочий режим.

Получение характеристик было реализовано следующим образом: сенсоры ДТК- были установлены по указанной схеме в блок БПрИС, который помещался в экспери Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Рис. 4. Характеристики ДТК-2 при Uпит = 2,8 В ментальную газовую камеру, выполненную из радиопрозрачного материала. Затем по ко мандам удалённой системы управления и сбора информации блок БПрИС отрабатывал различные режимы работы сенсорной схемы, конвертировал её параметры в цифровые коды и отправлял в виде потока данных на ZigBee —шлюз. Исследования проводились как в среде воздуха, так и при стравливании в камеру 0,25 % и 2 % CH4.

На рис. 4 изображены зависимости отклика сенсорной схемы от воздействующего реагента при напряжении нагревающего импульса 2,8 В. Неравномерность выходного напряжения мостовой схемы при нагреве сенсоров связана с тем, что из-за разной мас сы осаждённого на нагреватель вещества, активный и компенсационный сенсоры имеют различное время достижения своей рабочей температуры.

Как видно из рис. 4, для достижения более высокой разрешающей способности датчика необходимо более длительное время нагрева сенсоров. Т.е., при детектирова нии порога в 2 % CH4 достаточно 0,35 секунд нагрева, но для уверенного определения 0,25 % CH4 требуется в 1,5 раза больше времени. Решение сводится к компромиссу между точностью и экономичностью (рис.5, 6).

Рис. 5. Характеристики при Uпит = 2,4 В Рис. 6. Энергопотребление схемы Для того, чтобы датчик на основе ДТК-2 мог выявлять концентрацию в 0,25 % CH4 при Uпит = 2,4 В, необходимо затрачивать на нагрев почти 2,5 мДж за 0,8 с. В случае же Uпит = 2,8 В это значение составляет 2,0 мДж за 0,5 с.

Вывод: снижение питающего напряжения не приводит к повышению энергоэффек тивности датчиков, а наоборот, увеличивает их время выхода на рабочий режим и долю энергии, рассеиваемой при нагреве в пространство.

212 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Дальнейшее усовершенствование автоматизированной системы исследования за ключается в реализации алгоритмов, позволяющих вычислить температуру нагревателя катализатора ДТК-2. Также планируется адаптация системы для работы с газовыми сен сорами полупроводникового типа.

Литература 1. Плюснин И.И., Бушмелева К.И., Бушмелев П.Е. Мобильная система диагностическо го обслуживания и мониторинга газопроводных систем. // Фундаментальные иссле дования, 2006, №1. — С. 65.

2. Jerome P. Lynch, Kenneth J. Loh. A Summary Review of Wireless Sensors and Sensor Networks for Structural Health Monitoring. // The Shock and Vibration Digest, 2006, v. 38, pp. 91 — 128.

3. Kiernan B.M., Beirne S., Fay C., Diamond D.. Gas L. Monitoring at Borehole Wells using an Autonomous Environmental Monitoring System. // World Academy of Science, Engineering and Technology, 2008, v. 43, рp. 166 — 171.

4. Vasiliev A., Pavelko R., Gogish — Klushin S., Kharitonov D., Gogish —Klushina O., Pisliakov A., Sokolov A., Samotaev N., Guarnieri V., Zen M., Lorenzelli L. Sensors Based on Technology “Nano —on —Micro” for Wireless Instruments Preventing Ecological and Industrial Catastrophes. / Sensors for Environment, Health and Security. Dordrecht:

Springer Netherlands, 2008, pp. 205 — 227.

5. Раннев Г.Г. Интеллектуальные средства измерений. — М: ИЦ «Академия», 2010. — 272 с.

6. Somov A.S., Spirjakin D.N., Ivanov M.A., Khromushin I.V., Passerone R., Baranov A.M., Savkin A.V. Combustible Gases and Early Fire Detection: an Autonomous System for Wireless Sensor Networks. / Proceedings of the First International Conference on Energy —Efficient Computing and Networking, 2010, pp. 85 — 93.

МАТЕМАТИКА И МЕХАНИКА УДК 629. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ОПЕРАЦИЙ В КОСМОСЕ НА КРУГОВЫХ И ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ОРБИТАХ д.т.н. проф. В.А. Иванов, к.ф.-м.н., доц. В.С. Ручинский, Е.В. Ручинская В данной работе рассматриваются научные результаты применения метода математического мо делирования различных режимов движения тросовых систем для выполнения транспортных операций в космосе при обслуживании космических аппаратов на круговых и эллиптических орбитах.

In this research is examined the scientific results of mathematical method application for simulation different rates of rope system movement for calculating transport operation in space by service space machines on circular and elliptical orbits.

Практически ни одна космическая программа не может выполняться без проведе ния соответствующих транспортных операций. Цель этих операций заключается в об служивании орбитальных станций (ОС) и других космических объектов (доставка грузов, смена экипажей, аварийное спасение космонавтов), в доставке полезной нагрузки на заданные орбиты, в сборке крупных космических конструкций и проведении определен ных работ и научных исследований в окрестности ОС [1-4]. Все эти задачи могут быть объединены под общим понятием транспортного обслуживания космических аппаратов (КА). В данной работе рассматривается решение задач транспортного обслуживания в космосе с использованием тросовых систем (ТС).

В табл. 1 приводится сопоставление достоинств и недостатков выполнения транс портного обслуживания с использованием ТС. Простота и легкость конструкции опреде ляется тем, что ТС включает в себя всего три элемента: лебедку.

Таблица Достоинства и недостатки выполнения транспортного обслуживания Достоинства Недостатки 1.Ограничения на параметры обслужива 1. Простота и легкость конструкции.

емых орбит.

2. Выполнение компланарных операций 2. Для операций со стыковкой необходимо без включения двигателя. фазирование орбит.

3. Возможность многократного примене- 3.Для некомпланарных операций требуется ния. включение двигательной установки.

4. Универсальность.

5. Экологическая чистота проводимых в окрестности орбитальной станции экс периментов.

6. Скрытность проведения транспортных операций.

214 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) МАТЕМАТИКА И МЕХАНИКА Универсальность ТС заключается в возможности применения одной и той же систе мы для выполнения различных межорбитальных и локальных операций транспортного обслуживания различных КА. Управляемое перемещение научных моделей в окрестно сти ОС без использования двигательной установки обеспечивает экологическую чисто ту проведения экспериментов. Выполнение транспортных операций без использования двигательной установки гарантирует скрытность проведения этих операций.

В зависимости от поставленной задачи транспортного обслуживания целесоо бразно использовать тот или иной режим относительного движения ТС (равновесный стационарный, колебании или вращения вокруг центра масс). Для решения ряда задач весьма перспективным является равновесный стационарный режим движения ТС, ког да при движении связки она все время ориентирована по местной вертикали. В случае применения этого режима реализуется устойчивое движение связанных объектов ТС [2].

Однако, обслуживание КА с нулевой относительной скоростью возможно только при дви жении КА по эллиптическим орбитам и при определенном соотношении между параме трами ТС.

Возможности ТС для выполнения транспортных операций в космосе значительно расширяются в случае применения режимов колебаний и вращения ТС вокруг центра масс, особенно если обслуживание КА должно осуществляться при ограничениях на ве личину относительной скорости в процессе обслуживания. В табл. 2 приведены значе ния относительной скорости Vотн. [м/с] в процессе обслуживания КА на круговых орбитах с использованием режима колебаний ТС с амплитудой для различных длин троса D в случае движения базового объекта (БО) связки по орбите радиуса r0 = 6671 км.

Видно, что при увеличении амплитуды колебаний ТС до = 60о относительная скорость в момент обслуживания КА уменьшается практически до нулевого значения.

При этом обслуживание должно происходить в момент прохождения связкой вертикаль ного положения и в той фазе колебаний, в которой угловая скорость вращения связки противоположна орбитальной устойчивости БО связки.

Таблица Значения относительной скорости Vотн. [м/с] в процессе обслуживания КА на круговых орбитах, град D, км 10 30 45 1,0 1,3895 0,7345 0,3189 0, 10 13,8894 7,3369 3,1830 0, 25 34,6991 18,3246 7,9331 0, 50 69,3176 36,5685 15,7855 0, 100 138,3155 72,8173 31,2541 0, Обслуживание с нулевой относительной скоростью КА, движущихся по эллиптиче ским орбитам, с использованием режимов колебания и вращения ТС вокруг центра масс может быть реализовано в перигейной и апогейных точках орбиты КА.

В табл. 3 приведены характеристики ТС для обслуживания КА, движущегося по эллиптической орбите с радиусом перигея 6760 км при различных радиусах апогея r, для r0 = 6671 км.

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) МАТЕМАТИКА И МЕХАНИКА Таблица Характеристики ТС для обслуживания КА на эллиптических орбитах r,, км 6780 6800 6825 6850 v, град D, км 10 10 10 10 ОР -1,0015 -0,5080 0,1127 0,7270 1,, град 0 35,3243 17,0565 3,7103 24,8192 D, км 30 50 75 100 ОР -1,6642 -1,6959 -1,7103 -1,7164 -1,, град – – – – – В табл. 3: v – значение угла истинной аномалии орбиты КА, при котором про исходит обслуживание аппарата;

r, – радиус апогея орбиты КА, D – длина троса, – угловая скорость вращения связки относительно орбитальной системы ко ОР = n ординат, n – средняя орбитальная угловая скорость движения КА на орбите, ОР – без размерная угловая скорость вращения ТС в момент прохождения связкой вертикального положения;

– амплитуда колебаний ТС, соответствующая требуемому значению ОР. Прочерки в строке означают, что в данном случае обслуживание КА осуществляется из режима вращения ТС вокруг центра масс.

Выигрыш в энергетике за счет транспортного обслуживания КА с использованием ТС в работе оценивался величиной характеристической скорости Vхор и массой эконо мии топлива m. Величина Vхор определялась тем значением характеристической скоро сти, которая потребовалась бы обычному маневрирующему аппарату для выполнения аналогичной задачи транспортного обслуживания. Используя формулу Циолковского [4], было получено выражение для определения экономии топлива с учетом массы mП того объекта связки, который осуществляет решение задачи обслуживания, и принимая во внимание основные характеристики гипотетического маневрирующего аппарата.

В табл. 4 приведены результаты расчетов энергетических затрат за счет исполь зования ТС для «мягкого» обслуживания КА на круговых орбитах при r0 = 6671 км и m = 5000 кг.

Таблица Результаты расчетов энергетических затрат mT, кг rA, км D, км Vхар, м/с n=1 n=5 n = 6690 19 10,98 18,34 91,70 183, 6710 39 22,50 37,64 188,18 376, 6740 69 39,67 65,43 327,13 654, 216 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) МАТЕМАТИКА И МЕХАНИКА В табл. 4: r — радиус орбиты обслуживаемого КА, n — количество операций обслуживания.

Видно, что за счет использования ТС для выполнения транспортных операций достигается существенное уменьшение энергетических затрат по сравнению с обыч ными средствами решения этой задачи маневрирующими аппаратами. Выигрыш в энергетике возрастает с увеличением радиуса обслуживаемых орбит и увеличением массы объекта, решающего задачу обслуживания. Многоразовость операций обслу живания соответственно увеличивает выигрыш в энергетике. Следует иметь ввиду, что масса системы обслуживания уменьшается больше, чем величина массы экономии то плива m, так как масса самой ТС меньше массы двигательной установки совместно с топливными баками.

Литература 1. Елкин К.С., Федоров С.Б., Даниленко А.В., Лягушина С.Ц. Использование орбиталь ных тросовых систем для реализации транспортных и стыковочных операций. / Тезисы докладов Пятого международного аэрокосмического конгресса. IАС’06. — М., 2006. — С. 321.

2. Иванов В.А., Купреев С.А., Ручинский В.С. Динамика полета и математическое моде лирование орбитального функционирования системы связанных космических объек тов. — М.: МАТИ, 2008. — 200 с.

3. Сидоров И.М. Предложения о построении группировки космических объектов, пред назначенных для решения транспортных и энергетических задач. // Космические исследования. Т. 42, №1, 2004. — С. 63-75.

4. Иванов В.А., Ручинская Е.В. Методика определения эффективности различных ре жимов движения орбитальных тросовых систем для сближения в космосе.

// Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение», 2009, № 4.

5. Полет космических аппаратов. Примеры и задачи. / Ю.Ф. Авдеев, А.Н. Беляков, А.В.

Брыков и др. — М.: Машиностроение, 1990.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 378.02:372. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИМУЛЯТОРА PACKET TRACER В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ к.т.н., доц. С.Н. Куликов, Е.Н. Кутузова, к.т.н., доц. А.Е. Шерышев Настоящая статья знакомит широкий круг преподавателей сетевых технологий и студентов, же лающих изучить или углубить свои знания в области моделирования, проектирования, конфигурирования компьютерных сетей, с симулятором Packet Tracer.

This article introduce a wide range of network technologies teachers and students wishing to explore or deepen their knowledge in the field of modeling, design, configuration of computer networks with a simulator Packet Tracer.

Packet Tracer – это программный продукт, который был специально разработан в рамках программы сетевых академий CISCO для создания, тестирования и изучения сетевых топологий в виртуальной среде.

Эмулятор сетевой среды, позволяет делать вполне работоспособные модели сети, настраивать (в том числе командами ICSO IOS) маршрутизаторы и коммутаторы, осу ществлять взаимодействие между несколькими пользователями. Кроме того, есть сер веры DHCP, HTTP, TFTP, FTP, рабочие станции, различные модули к ним и маршрутиза торам, устройства WiFi, различные кабели.

Packet Tracer интегрирован в курс CCNA Discovery, и студенты могут запускать ин терактивный курс из интерфейса CCNA Discovery для получения доступа к тестам и ла бораторным практикумам.

Packet Tracer успешно позволяет создавать даже сложные макеты сетей, прове рять на работоспособность логические топологии. Данная программа предназначена для симуляции сетей Cisco практически любой сложности, а так же для настройки каж дого сетевого элемента.

Можно выделить следующие направления применения Packet Tracer в учебном процессе:

• использование демонстраций при чтении лекций;

• проведение лабораторных работ в «домашних условиях»;

• изучение настроек дорогостоящего оборудования, которое невозможно приобре сти для использования в учебном процессе;

• контроль знаний;

• самостоятельное углубленное изучение сетевых технологий и оборудования CISCO, выходящие за рамки учебной программы.

При моделировании и изучении сетей Packet Tracer дает следующие возможности:

• симуляция локальной сети с использованием маршрутизаторов, точек доступа, коммутаторов и другого оборудования Cisco;

• огромный выбор готовых шаблонов и конфигураций сетевого оборудования;

• симуляция командной строки;

• симуляция команд IOS;

• визуализация сетевого трафика, в т.ч. пакетов отдельных протоколов;

• работа в многопользовательском режиме (начиная с v.5).

218 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Важным аспектом работы Packet Tracer является возможность изучения и тестиро вания созданной сети, в том числе:

• правильность используемых соединений – кроссированный кабель не будет рабо тать в соединении, где нужен прямой;

• симуляция прохождения пакетов различных протоколов по сети в реальном времени – можно не только «увидеть» прохождение пакетов от узла к узлу, но и просмотреть модификацию заголовков канального и сетевого уровней (рис. 1) Рис. 1. Окно иллюстрации изменения заголовков канального и сетевого уровней, а также изменения порта физического уровня при прохождении пакета • изучение и анализ совместной работы сетевых протоколов (IP, ARP, TCP, ICMP, RIP и др.) при продвижении пакета – можно визуализировать прохождение пакетов различных протоколов;

• работа с любым сетевым оборудованием – рабочей станцией, хабом, комму татором, маршрутизатором, облаком, линиями связи, которые мы тоже можем причислить к оборудованию сети - размещая какое-либо сетевое устройство на вкладке физического описания можно просмотреть его внешний вид и подклю ченные сетевые интерфейсы, например, вот так выглядит ноутбук с подключен ным WiFi (рис. 2).

В левой колонке рис. 2 представлен перечень возможных подключаемых модулей «перетаскиванием» левой кнопкой мыши. В правом нижнем углу – подключенный в на стоящее время модуль WiFi. Это не просто картинки – это реальное воспроизведение се тевого оборудования, вплоть до того, что вам не удастся поменять интерфейсную карту, не отключив оборудование от сети.

• конфигурирование компьютера – настройка IP-конфигурации, присвоение адреса основного шлюза, DNS сервера и т.п.;

• эмуляция командной строки Windows, например, командой ipconfig вы можете про смотреть заданные вами настройки оборудования, а, например, команда ping по зволит выполнить реальный эхо-запрос в созданной вами виртуальной сети (рис.

3);

при этом будут мигать индикаторы сетевой активности устройств, свидетель ствующие о прохождении трафика.

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 2. Окно подключенного сетевого Рис.3. Эмуляция работы операционной системы при устройства выполнении команд ipconfig и ping Начиная с 5-й версии Packet Tracer, возможно использование многопользователь ского режима, т.е возможно запустить Packet Tracer на нескольких компьютерах, подклю ченных к сети, и реализованные на каждой машине сетевые технологии связать между собой через реальные сетевые соединения. Для этого используется собственный Packet Tracer Messaging Protocol (PTMP).


Студенты, каждый на своей машине могут работать над разными участками сети.

Важным в процессе обучения является то, что преподаватель может скрыть от студентов фрагменты логической топологии сети. При этом получается некое подобие «черного ящика», с содержимым которого студенту предстоит разобраться.

Так на одном из WEB-семинаров Cisco была представлена обучающая игра «Царь горы». Была предложена следующая топология (рис. 4).

Рис. 4. Пример созданной топологии обучающей игры К центральному маршрутизатору (инструкторской консоли) подключен ряд облаков (кластеров) со своей топологией и искусственно созданными проблемами, например, как показано на рис. 5. А, например, команда ping позволит выполнить реальный эхо-запрос в созданной Вами виртуальной сети.

220 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис.5. Рабочая область интерфейса Packet Tracer с номерами сетей, размещенным сетевым оборудованием и линиями связи В заключение отметим, что Packet Tracer бесплатно доступен для всех студентов, инструкторов и выпускников сетевых академий через Academy Connection. Сама про грамма занимает около 30 МБ, а документация и демонстрационные примеры – еще столько же. К сожалению, Cisco не планирует выпускать русскую версию Packet Tracer.

Разумеется, никакой эмулятор не может заменить работу с реальным оборудова нием, однако, в условиях ограничения финансирования и сокращения часов, отводимых на изучение дисциплин, использование Packet Tracer может и должно стать мощным инструментом в изучении сетевых технологий.

УДК 621. ФОРМАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С ЕСТЕСТВЕННО-ЯЗЫКОВЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ А.А. Правиков Статья описывает опыт применения СК-языков, задаваемых теорией К-представлений, для раз работки русскоязычного интерфейса, строящего семантические представления запросов пользователей рекомендательной системы (РекС). Описываются принципы разработки языка отображения ситуаций диа лога с пользователем РекС. Анализируются полученные экспериментальные результаты.

The article describes the experience of using the SK-languages, defined by the theory of K-representations, for the design of a Russian language interface building semantic representation of the requests by the user of a recommender system (RecS).

Введение За последнее время рекомендательные сервисы претерпели значительные изме нения. Первое поколение рекомендательных систем (РекС) базировалось на выборе же лаемого товара при помощи меню и контентного поиска. Подобного рода системы имеют Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ряд недостатков: во-первых, пользователь должен владеть тематикой товара, запрос на который производится;

во-вторых, не всегда удаётся грамотно подобрать ключевые сло ва, что увеличивает время, затраченное на поиск. Введённые слова сравниваются со всеми характеристиками товара: названием, категорией и так далее. Если указать слиш ком мало слов, то по запросу будет указано очень большое количество товаров. Если же указать слишком много слов, то, скорее всего, результат будет нулевым.

Следующим этапом рекомендательных сервисов являются РекС, основанные на профилях пользователя. Подобного рода системы используют разные алгоритмы кон тентной или коллаборативной фильтрации. Минусом данного рода систем является предвзятость пользователя в оценке того или иного товара, а также необходимость за полнения его персонального профиля. После заполнения профиля необходимо собрать базу данных с оценками различного рода и типа товаров, только после этого будет воз можно получить рекомендацию. Чем больше товаров с оценками есть в профиле у поль зователя, тем адекватней будет рекомендация.

Новое, третье поколение РекС характеризуется применением интерфейсов, пре доставляющих пользователю возможность вести диалог на естественном языке (ЕЯ), что значительно упрощает процесс выбора товара. Диалог ведётся на языке, на кото ром люди общаются повседневно: на русском, английском и т.д. Важным преимуществом РекС с ЕЯ-интерфейсом является то, что пользователь не должен владеть тематикой области, товары которой он ищет, а также не должен регистрировать и оценивать различ ные товары. В ходе диалога система сама задаёт вопросы, ответы на которые позволяют сделать релевантную рекомендацию [2-7].

Преобразования исходного запроса пользователя в семантическое представление Предлагается следующая схема организации диалога пользователя с РекС. За прос, состоящий из одной или нескольких фраз, вводится на нормализованном русском языке. Первая фраза (возможно, единственная) описывает класс интересующих объек тов с помощью существительных, прилагательных, предлогов и, возможно, логических связок «НЕ», «И», «ИЛИ». Например, это может быть выражение «Легковые автомобили из Германии не старше 5 лет». Последующие фразы могут только уточнять параметры объектов интереса («Цвет – темно-зеленый или темно-синий» и т.п.).

После получения запроса на ЕЯ система строит его семантическое представление(СП), являющееся выражением некоторого СК-языка, т.е. К-представлением (КП) запроса [1, 4]. Например, КП запроса может являться выражением Объект-интереса (запрос1, все авто * (Элемент, S1),Описание (произв авто * (Элемент, S1) : y1, (Страна-производ (y1, Германия) AND Цвет (y1, (темно-зел OR темно-син)) AND NOT Больше1(Возраст(y1), 5/год)))).

При построении этого формального выражения было использовано несколько но вых выразительных механизмов СК-языков. Во-первых, выражении произв авто * (Эле мент, S1) : y1 обозначает произвольный автомобиль, являющий элементом множества S1, с которым связана метка y1. В логике предикатов первого порядка( ППП ) нет средств для построения формальных выражений такого вида. Во-вторых в, выражении темно зел OR темно-син логическая связка или(OR) соединяет два обозначения цвета, что невозможно сделать в логике ППП.

222 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Запрос «Легковые автомобили из Германии не старше 5 лет» преобразуется в SQL-выражение, которое соотносится с содержанием базы данных о товарах. Затем формируется список подходящих товаров. Если товар не найден, система выдаёт пред ложение о смягчении параметров поиска. После получения положительного отклика на запрос система инициирует диалог, направленный на демонстрацию похожих товаров, имеющихся в ассортименте.

Разработка алгоритма преобразования К-представления запроса в SQL-выражение В простейшем случае К-выражение можно представить в виде строки, главную роль в которой играет объект, далее идут его свойства, описанные как названия и их значения, например: авто*(страна, США). Для простоты написания, К-представлению объекта присваивают переменную, например, х1. В запросе мы видим, что в качестве объекта указано авто, у него представлено только одно свойство – страна и его зна чение США. Таким образом, мы можем понять, что пользователь запрашивает все ав томобили, собранные в стране – США. Подобного рода выражение может быть описа но запросом вида: объект-интереса (запрос1, все авто * (Элемент, S1):y1, страна производитель(y1, Германия)).

Слово “авто” в данном случае, есть скорее указание предметной области, т.к. будет присутствовать, так или иначе, во всех запросах. Слово «страна» указывает на поле в таблице с характеристиками автомобиля. Название поля в БД, по которому нужно произ водить выборку, мы получаем из дополнительной таблицы, содержащей названия полей и их русскоязычные наименования. В итоге преобразований, запрос к SQL серверу будет выглядеть следующим образом: select * from auto where auto.country=’США’.

Разработанный подход не предполагает жёсткой привязки к структуре базы дан ных (БД), т.к. в подобном случае его внедрение будет не рентабельным. Для связи интер претатора и таблиц с товаром и его характеристиками используются промежуточные та блицы, в которых русскоязычные значения и их семантическое представление связаны с соответствующими полями товара. Связь может осуществляться как напрямую, т.е. поле «Цена» соответствует полю «price», так и может быть выполнена в виде подзапроса.

Поскольку большинство готовых БД имеют хотя бы первую степень нормализации, рассмотренный выше пример запроса будет некорректен. Как правило, в таблице с това ром будет храниться только идентификатор страны, а само значение в другой таблице.

Поскольку предлагаемая структура имеет гибкую форму, запрос может выглядеть сле дующим образом:

select * from country, country_kategories,_tovar, kategories where country.country_ name = 'США' and country.country_id = country_kategories.country_id and tovar.id_kat egorii = kategories.id_kategories and kategories.id_pred_kategorii = country_kategories.

id_kategories ) Запрос может содержать более одного параметра, например, авто*(страна, США) (тип кузова, седан)(цена,=14000). Такой запрос преобразуется в решение: select * from auto where auto.country=’США’ and cars.body.type=’седан’ and cars.price=14000. Несмо тря на то, что К- представление может иметь довольно сложную структуру(например вло женность значений характеристик и их отношение) он имеет структурированную форму и легко поддается обработке, например, при помощи рекурсии.

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Преобразования K-выражения в SQL запрос, то есть запрос, который пригоден для обращения к БД, происходит главным образом путём подстановки полученного выраже ния в заранее известный шаблон. После анализа шаблона мы можем сопоставить ряд значений с реальной базой данных.


Применение бизнес правил для преобразования первичного К-представления в глубинное К-представление Формирование рекомендации может быть скорректировано наложением бизнес правил [3]. Бизнес-правила, во-первых, предназначены для продвижения того или иного товара или групп товаров. Подобная необходимость может быть связана с ярко выражен ной сезонной принадлежностью или проведением рекламной компании того или иного бренда. Другим аспектом применения бизнес-правил является уточнение нечётких харак теристик [6], упоминаемых в запросе. Например, уточнение размера (большой, средний, крупный) или цены (дорогой – дешевый). Подобные характеристики не являются чёткими и по ним нельзя непосредственно построить SQL запрос. Однако их можно сравнить с зара нее заготовленными значениями, связав тип товара и набор констант, обозначающих его характеристики. Так, запрос «Дорогой мобильный телефон» может быть интерпретирован как «телефон, цена которого выше средней цены всех мобильных телефонов или его цена выше 20 000 р». Последний пример демонстрирует прямое сопоставление неявного пара метра поиска с заранее определённой константой для типа товар – мобильный телефон.

Реализована первая версия системы в программной среде PHP + MySQL.

Экспериментальные результаты Тестирование показало, что средний запрос, включающий 2 характеристики, вы полняется за 0.09сек. и обращается к SQL серверу 12 раз. Добавление неоднозначного параметра приводит к незначительному увлечению времени работы скрипта, а именно до 0.15сек. и количество SQL запросов в таком случае возрастает до 16.

Для проверки работоспособности разработанных скрипов, они были внедрены на сайт с реально существующей БД автомобилей. В ходе эксперимента, на основании рейтинга LiveInternet, был отмечен рост посещаемости от 20 до 30 процентов по срав нению с аналогичным периодом неделей ранее, а также увеличилось среднее время посещения сайта и количество просмотров в целом в среднем на 40 процентов.

Отслеживание результатов работы показало, что корректность распознавания составляет 60 % от общего числа запросов, что является хорошим показателем на на чальной стадии внедрения.

Заключение В ходе проделанной работы были формализованы некоторые методы для реали зации ЕЯ-интерфейса рекомендательной системы. Были разработаны бизнес правила, позволяющие повысить эффективность продвижения того или иного товара и магазина в целом, а также преобразовывать первичные семантические представления запроса пользователя РекС в глубинные. Экспериментальные данные показывают, что внедре ние разработанных методов является довольно эффективным способом повышения по пулярности ресурса.

Литература 1. Фомичёв В.А. Формализация проектирования лингвистических процессоров. – М.:

Макс Пресс, 2005.

2. Правиков А.А. Некоторые принципы и средства организации диалога с пользовате 224 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ лем рекомендательной системы. / Научные труды. Вып. 15(87). – М.: МАТИ, 2009. – С. 192.

3. Chai J., Horvath V., Nicolov N. Natural Language Assistant – A Dialog System for Online Product Recommendation. // AI Magazine, 2002, V. 23, No. 2, p. 63-76.

4. Fomichov V.A. Semantics-Oriented Natural Language Processing: Mathematical Models and Algorithms. – Springer: New York, Heidelberg, London, 2010. 354 p.

5. Правиков А.А. Разработка и программная реализация методов математического мо делирования содержания диалога с ЭВМ пользователя рекомендательной системы.

/ Научн. труды Междунар. молодежн. научн. конф. XXXV ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ.

Москва, 7-10 апреля, 2009 г. Т. 4. – М.: МАТИ. – С. 44-46.

6. Правиков А.А. Элементы формализации диалога с пользователем русскоязычно го интерфейса рекомендательной системы. / Научн. труды Междунар. молодежн.

научн. конф. XXXVI ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ Москва, 8-9 апреля, 2010 г. Т. 4. – М.:

МАТИ. – С. 39-40.

7. Жигалов В.А. Естественное общение с приложением. // Открытые системы, №12, 2001. – С. 22-27.

УДК 621:658.011. О СИСТЕМНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ к.т.н., доц. В.А. Прудников В статье показывается методологическое обоснование методики системного проектирования для существующего технологического процесса. Предложены пути обеспечения качества для новых изделий машиностроения и условия реализации конкретных технологических заделов в принципиальном подходе производственного планирования и системного проектирования.

Article are shown the methodological substantiation of technique system designing for existing technological process. Ways of maintenance are offered as quality for new products of mechanical engineering and condition of realization the concrete technological reserves in the principle approach of planning productions and system designing.

Современные машиностроительные производства, исторически, как правило, сформированные на принципах формализации и алгоритмизации, переживают серьез ные изменения по реинжиниригу и инновациям, важным компонентом которых является внедрение интегрированных автоматизированных систем. К сожалению, по мнению ав тора, этим вопросам в современных научных публикациях по этой теме уделяется не до статочно внимания. Решения проектных задач в таких системах следует рассматривать в одновременной взаимосвязи и обусловленности технологических и конструкционных за дач. Здесь область проектного рассмотрения решений расширяется, в принципиальном подходе, дополнительными принципами: комплексности, параллельности, инверсии, сквозных технологий и технологичности.

Под термином технологическое сопровождение процесса проектирования изделий машиностроения понимают параллельную, с минимально возможным лагом запаздыва ния, работу по проектированию технологического процесса изготовления и испытания разрабатываемого изделия и соответствующего ему (процессу) наземного оборудова Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ и краткосрочных прогнозах составляется план работ. В нём формируется две семантемы (словесно утверждаемых очевидных конструкции) – диагноз, предсказывающий основ ные характеристики будущего изделия и план, задающий конкретных технологический метод создания изделия.

В современных стандартах, качество конечной продукции определяется как сово купность свойств, определяющих её меру полезности при использовании по назначению, и в исходных технических заданиях часто определяется в виде критериальных характе ристик изделия. Вместе с тем, работы по качеству выпускаемого изделия представляют собой комплексную задачу, регламентируемую стандартом менеджмента качества, кото рую следует рассматривать в таких основных направлениях работ как:

• определение требований заказчика;

• поднятие уровня научно-технической разработки проекта;

• используемые материалы и полуфабрикаты;

• возможности производств.

Кроме того, рекомендуется проводить оценки эффективности результатов работ по готовому изделию или его отдельных агрегатов по критериям: пригодности, оптималь ности превосходства [2].

ij yij [i = 1(1)m;

j = 1(1)n ] – показатель качества i-го свойства j-го объекта. Тогда Пусть критерий пригодности определяется как m G: ( y ij { y }), [ j = 1(1)n ], ij ij i j Д n = ij ij где { y ij } – множество допустимых значений показателя y.

i j Критерий оптимальности m ij kj ( ykj = ykjopt ) j = 1(1)n;

mo = 1(1)m] ij ( yij { y }), [ i j i =1 k {k }m O:.

kj opt y – оптимальное значение показателя k-го свойства j-го объекта;

k j m {k} – объем множества номеров оптимизируемых свойств.

o mo Критерий превосходства Д m m ij n n ( y { y } ( yil yij ) [l = 1(1)n].

S: ), ij i j i =1 l =1 i =1 j l, j = Ясно, что критерии оптимальности и превосходства являются частным случаем критерия пригодности.

Не останавливаясь подробно на методологии исследования СТС, всё же заметим, что по мере повышения уровня исследуемой системы, инженерные вопросы всё более переплетаются с организационными. Поэтому одной из основных проблем управления ор ганизационно-прогностическими моделями повышения качества образцов изделий маши ностроения, можно считать наличие нечёткости, а зачастую и противоречивости стоящих перед разработчиками СТС целей и задач, с общими системными целями и задачами. От сюда возникает необходимость совместимости во времени и пространстве проектно-кон структорских работ и разрабатываемых технологических процессов их производства, а так же совмещения конструкторской и технологической отработки изделия, которая может быть Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ обеспечена, в том числе, развитием и совершенствованием интегрированных автоматизи рованных систем и составляют основу новой эффективной методологии разработки СТС.

В настоящее время в системах автоматизированного проектирования, таких как Solid Edge, Unigraphics, ADEM и других, намечается всё большая интеграция подсистем CAD/CAM/CAE [3] с контуром PLM (Planning Management). Здесь наблюдается попытка совместить заделы, достигнутые в объектном проектировании, с требованиями процесс ного подхода в поддержке жизненного цикла изделий и перехода к тенденциям индустри ального развития.

Интегрированные системы проектирования допускают определённую свободу в выполнении декомпозиции по проекту изделия. Вместе с тем вопросы работы произ водств по технологическому согласованию частей изделия остаются не достаточно под робно рассмотренными, так как в этих узловых точках производств интегрированные си стемы взаимодействуют с другими организационно- техническими контурами поддержки жизненного цикла изделия при помощи автоматизированных систем способных решать вопросы конструкторского согласования и логистических увязок. Задача так же требует усложнённых решений, если работы выполняются отдельными организациями в парал лельных режимах.

Следующая заметная проблема в развитии интегрированных систем связана с согласованием стандартов программ по станкам с ЧПУ. К сожалению, на сегодняшний день, сложно говорить о существовании действительно гибких автоматизированных линий по всему технологическому процессу и реально в производстве находят место системы с фрагментарным управлением станками автоматизированным способом при помощи программ. Но даже эти решения при рациональной организации производств позволяют заметно повышать производительность и реализовать производственные ре шения в применении принципа «сквозного проектирования».

Кроме этого, анализ задач технологического прогнозирования позволяет рассма тривать и решить вопрос о целесообразности выполнения испытаний на различных тех нологических циклах и производственных участках.

Следует также обратить внимание на все большее усложнение производственных и связанных с ними информационных процессов. Последние являются наиболее важ ным фактором для оценки перспектив использования на предприятии той или иной раз рабатываемой технологии и управления ею. Информационные технологии позволяют наиболее эффективно использовать минеральные ресурсы, энергию, оборудование, а главное – экономить время, необходимое для реализации производственных процессов и развития сопровождающих их информационных процессов.

Современные тенденции развития автоматизированных систем вне зависимо сти от типа их размещения (серверного или на отдельных графических станциях) удачно вкладываются в такое методологическое рассмотрение и способствуют со вершенствованию производственных циклов. Интегрированные автоматизирован ные системы следует рассматривать для применения в рамках единых производств в одном методологическом обосновании. Апробация подобной методики уже прошла в производствах крылатых ракет, о результатах которых уже публиковалось [4]. Ав тор выражает уверенность в целесообразности внедрения такого подхода в других машиностроительных производствах с учетом совершенствований и специфики уже имеющихся заделов.

228 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Литература 1. Моисеев Н.Н. Простейшие математические модели экономического прогнозирова ния. – М. Знание – «РУМБ», 1987. – 84 с.

2. Гордеев Ю.А., Юсупов Р.М. Эффективность сложных технических систем – М.: Нау ка, 1981. – 260 с.

3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования, 4-е изд. – М.: Изд.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 451 с.

4. Новые наукоёмкие технологии, Энциклопедия. Т10. / Под общ. ред. К.С. Касаева – М.: НЦИТЕХ, 1999. – 264 с.

УДК 004.4' АКТУАЛЬНОСТЬ LR(1) – РАЗБОРА к.филол.н., доц. В.В. Лидовский, М.В. Молоканов Статья посвящена анализу актуальности LR(1)-сканеров для современного компьютерного обору дования. Она описывает результаты, полученные специально разработанной программой, которая генери рует LR(1)-, LALR(1)-таблицы и другие соответствующие числовые величины для заданных формальными грамматиками языков программирования. Делается вывод о полезности опциональной поддержки LR(1) разбора программой GNU bison.

This article analyzes the actuality of LR(1)-parsers for the modern computer hardware. It describes the results produced by specially designed computer program which generates LR(1), LALR(1) tables, and other numeric values corresponding to the given formal grammars of the programming languages. It concludes that as option LR(1) will be useful as expansion to GNU bison program.

Существуют три способа разбора фраз произвольного КС-языка: алгоритмом Кока-Янгера-Касами [9], по алгоритму Ерли [4], методом GLR [8]. Первый и второй спо собы отличаются кубической зависимостью времени работы от размера разбираемой фразы. Хотя для второго способа существует модификация, позволяющая понижать степень до квадратной для однозначных грамматик или даже линейной, для почти всех LR(k)-грамматик [1]. Алгоритм GLR имеет линейную зависимость для LALR(1)-языков, квадратичную для однозначных языков и кубическую для прочих. Для разбора фраз фор мальных языков в абсолютном большинстве случаев используются имеющие линейную зависимость методы LALR(1), LL(k) и рекурсивный спуск, хотя существуют единичные реализации с модифицированным алгоритмом Ерли, а методы LR(1) и, особенно, GLR с ростом оперативной памяти компьютеров становятся все более популярными. Исполь зование LR(1)-разбора может сократить количество конфликтов свёртка-свёртка, кото рые, как отмечается, в [11], «обозначают серьёзную проблему». LR(1)-разбор успешно справляется с ситуациями, порождающими «таинственные конфликты свёртка-свёртка»

[3] при LALR(1)-разборе.

После опубликования Д. Кнутом в 1965 работы [6], определяющей LR(k)-алгоритм, прошло более 10 лет, прежде чем его упрощённый вариант LALR(1) [2, 7], чрезвычайно удачно реализованный С. Джонсоном в 1972 в программе YACC, стал вытеснять прежде преобладавшие методы разбора сверху-вниз. Необходимость упрощения вытекала из аппаратных ограничений вычислительных машин того времени. Ещё в 1985 в фунда ментальном труде [10] отмечалось, что «построение полной системы LR(1)-множеств пунктов требует слишком много памяти и времени, чтобы использоваться на практике».

Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Сегодня, когда компьютер с 512-2048 мегабайтами оперативной памяти уже стал фактическим стандартом, можно справедливо усомниться в верности приведённой ци таты, сформулированной тогда, когда стандартным объёмом памяти считались 64- килобайт.

Таблица Источники исходных данных Вер Язык Разработчик Исходные тексты Примечания сия Free Software http://tiswww.case.edu/php/ язык оболочки, стандарт bash 2009 Foundation (FSF) chet/bash/bashtop.html для Linux http://www.gnu.org/software/ GNU вариант YACC, bison 2008 FSF bison/ синтаксического сканера Си 2001 FSF http://gcc.gnu.org/ GNU вариант, GCC The Regents of GNU вариант LEX, flex 1990 the University of http://flex.sourceforge.net/ лексического сканера California Си++ 2001 FSF http://gcc.gnu.org/ GNU вариант, G++ http://www.gnu.org/software/ GNU вариант AWK, языка gawk 2009 FSF gawk/ Ахо-Кернигана-Вайнберга http://www.gnu-pascal.de/ Паскаль 2006 FSF GNU вариант, GPC gpc/h-index.html hoc 1984 Керниган, Пайк описан в [11] консольный калькулятор вариант, разрабатываемый Ява 2001 FSF http://gcc.gnu.org/ GNU, соответствующий [5] MySQL AB, Sun популярный вариант языка MySQL 2008 http://www.mysql.com/ Microsystems SQL язык, похожий на Си, для Objective C 2001 FSF http://gcc.gnu.org/ систем фирмы Apple Larry Wall and Перл 2008 http://www.perl.org/ others PHP 2010 Zend Technologies http://www.php.net PostgreSQL 2010 Global Group Development http://www.postgresql.org/ вариант SQL Рубин 2007 Yukihiro Matsumoto http://www.ruby-lang.org/en/ Python Software Питон 2008 http://www.python.org/ Foundation (PSF) На кафедре «Моделирование систем и информационные технологии» МАТИ было проведено соответствующее исследование. На языке программирования Си++ со стандартной библиотекой была реализована компьютерная программа lr-lalr-test (http:// lr-lalr-test.atspace.com), которая по заданной грамматике строит соответствующую ей полную каноническую систему LR(1)-множеств пунктов, а также полную систему LALR(1) множеств пунктов. Последнее построение позволяет, в частности, верифицировать ре 230 Научные труды МАТИ, 2010 г. Вып. 17 (89) ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ зультаты программой bison. Программа также вычисляет количества терминалов, мета символов, правил, LR- и LALR-пунктов (отдельно вычисляется количество пунктов ядер состояний) и другие численные характеристики грамматики. Выбор языка программиро вания был обусловлен, прежде всего, необходимостью проведения больших объемов расчетов за приемлемое время и поддержкой быстрой работы с множествами. Языки Лисп и Пролог, а также Перл, Питон, Рубин и некоторые другие, имеющие необходимые средства, показали до 100 и более раз меньшую скорость работы. Для анализа исполь зовались следующие языки в их свободно-распространяемых вариантах с открытыми исходными текстами (см. табл. 1).

Таблица Числовые характеристики синтаксиса (грамматики) Вес Нетерми Тер- Пра- грамма- LR(1)/ LALR(1) Язык налы LR(1)/ LALR(1)-пункты (ядро) миналы вила тики, множества (неявные) знаков 654322 Bash 59 38 (0) 167 680 3684 (117360) (15223) bison 56 33 (3) 105 267 239 142 15270 (6917) 13581 (5805) 819443 Си 87 167 (40) 426 1357 2888 (153812) (33443) flex 68 27 (0) 97 275 232 139 14288 (4801) 6573 (2580) 17485988 Си++ 112 294 (57) 918 3030 31683 (1452910) (116773) 1110091 gawk 66 56 (5) 165 526 3217 (176935) (15720) 13131420 Паскаль 138 294 (65) 797 2394 39355 (1878258) (34262 ) hoc 40 17 (2) 63 210 692 119 35794 (12665) (68953) 2436499 Ява 110 163 (12) 504 1721 5594 (210421) (32676) Objective 1243720 87 237 (65) 589 1814 4353 C (212257) (56027) 2220342 Перл 89 65 (2) 209 727 3600 (309849) (42266) 8315629 PHP 154 180 (68) 463 1513 11037 (1353014) (120919) 174 (83*) Питон 85 333 876 4758 529 94037 (8303) (76754) MySQL 589 836 (176) 2377 6937 4076 ?

? ?

Postgre 329 356 (1) 1400 4196 2356 ?

? ?

SQL 203034930 Рубин 148 170 (32) 561 1730 180954 (23957766) (114731) * это количество метасимволов и, соответственно, правил, добавленных к грамматике при её преобразовании от расширенных НФБН, принятой в PSF, к bison-НФБН.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 15 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.