Обработка данных и техническое диагностирование в системах железнодорожной автоматики и телемеханики на основе кодов с суммированием взвешенных разрядов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Никитин, Дмитрий Александрович

• Никитин, Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Никитин, Дмитрий Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ УСТРОЙСТВ 12 АВТОМАТИКИ

И ТЕЛЕМЕХАНИКИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ЗАДАЧИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ 12 С ОБНАРУЖЕНИЕМ ОТКАЗОВ

В УСТРОЙСТВАХ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

1.2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 16 В ОБЛАСТИ СИСТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

1.2.1 Методы технического диагностирования

1.2.2 Функциональное диагностирование

1.2.3 Избыточное кодирование 21 в системах функционального диагностирования

1.3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИИ

2 КОДЫ С СУММИРОВАНИЕМ 32 ЕДИНИЧНЫХ И ОДНОГО ВЗВЕШЕННОГО РАЗРЯДОВ

2.1 ПРИНЦИП ВЗВЕШИВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ 32 РАЗРЯДОВ

2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА НЕОБНАРУЖИВАЕМЫХ ОШИБОК 34 ВО ВЗВЕШЕННЫХ КОДАХ С СУММИРОВАНИЕМ

2.3 СВОЙСТВА КОДОВ С СУММИРОВАНИЕМ С 39 ВЗВЕШИВАНИЕМ ОДНОГО РАЗРЯДА

2.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

2.5 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

3. КОДЫ С СУММИРОВАНИЕМ С ПРЯМОЙ 64 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ВЕСОВ РАЗРЯДОВ

3.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОДОВ С ПРЯМОЙ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ ВЕСОВ

3.2 МОДУЛЬНО ВЗВЕШЕННЫЙ ОПТИМАЛЬНЫЙ КОД

3.3 МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ВЗВЕШЕННЫЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ 83 КОДЫ

3.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

3.5 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

4. ПРИМЕНЕНИЕ КОДОВ С СУММИРОВАНИЕМ 98 ВЗВЕШЕННЫХ РАЗРЯДОВ В СИСТЕМАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

4.1. СИНТЕЗ ТЕСТЕРОВ КОДОВ С СУММИРОВАНИЕМ

4.1.1. Структура и элементная база тестеров

4.1.2. Синтез генераторов кодов с суммированием 102 с одним взвешенным разрядом

4.1.3. Синтез генераторов модульно взвешенных 105 кодов с суммированием

4.1.4 Синтез генераторов модифицированных взвешенных

кодов с суммированием

4.2 РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

4.2.1 Система автоматической локомотивной сигнализации едино- 111 го ряда

4.2.2 Принципы кодирования информации в системе АЛС-ЕН

4.2.3 Анализ сбоев в системах передачи данных

4.2.4 Разработка методов увеличения количества 121 передаваемой информации в системе АЛС-ЕН

4.3 ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Анализ кодов с суммированием с одним

взвешенным разрядом

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Блок схема разработанного программного

обеспечения для проведения экспериментальных исследований контрольных схем

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Описание программного обеспечения для

проведения экспериментальных исследований контрольных схем ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Код программы анализа вероятностных харак- 159 теристик кодов

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Справки о внедрении результатов диссертаци- 162 онного исследования

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

а

в

Уп

зт,к

А*)

- поправочный коэффициент;

- доля необнаруживаемых ошибок кратности d от общего количества ошибок данной кратности;

- доля необнаруживаемых ошибок от общего их количества;

- коэффициент эффективности кода;

- блок основной логики;

Аь Аъ---> Ат - функции, реализуемые на выходе блока основной логики;

АА2- Ат> - информационный вектор;

&(х)

- блок контрольной логики;

g1, g2,..., gk - функции, реализуемые на выходе блока контрольной логики;

g2 - gk>

контрольный вектор;

<д[ д!

d

N

N Т

1 т,к

Бит

- кратность ошибки;

- количество необнаруживаемых ошибок;

- количество необнаруживаемых ошибок оптимальным разделимым кодом;

- общее количество ошибок в информационных разрядах;

г - вес информационного вектора;

S(m,k) - код Бергера;

Я8(т,к) - модифицированный код Бергера;

ВЖБ(т,к) - модифицированный код с суммированием взвешенных информационных разрядов с прямой последовательностью весовых коэффициентов;

wi - вес 1-го разряда;

Ж - суммарный вес информационного вектора;

ШБ(т,к) - код с суммированием взвешенных информационных разрядов с прямой последовательностью весовых коэффициентов;

WS(m,k,wi) - код с суммированием единичных и одного взвешенного разрядов;

WSM(m,k) - модульный код с суммированием взвешенных информационных разрядов с прямой последовательностью весовых коэффициентов;

(т,к)

разделимый код.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обработка данных и техническое диагностирование в системах железнодорожной автоматики и телемеханики на основе кодов с суммированием взвешенных разрядов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертационного исследования. С развитием систем железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) на протяжении всей истории происходило усложнение схемных решений, расширялись функциональные возможности, добавлялись встроенные диагностические функции. В настоящее время современные комплексы систем ЖАТ имеют встроенные диагностические подсистемы, а также снабжаются внешними средствами непрерывного функционального контроля и мониторинга. Это позволяет оперативно фиксировать нарушения в работе систем управления, парировать отказы, а также выдавать техническому персоналу информационные сообщения о возникающих критических ситуациях.

В последние годы наметилась устойчивая тенденция внедрения микропроцессорных и микроэлектронных систем ЖАТ. Сама компьютерная техника постоянно развивается, увеличивается количество полупроводниковых элементов на кристалле, повышается быстродействие. Это требует ответной реакции разработчиков систем для создания средств технического диагностирования. В диссертации рассматривается вопрос развития теории функционального контроля логических устройств автоматики за счет разработки и исследования свойств новых разделимых кодов, являющихся основой при разработке систем функционального контроля.

Степень разработанности темы исследования. Техническая диагностика развивается с 40-50-х годов XX века, в данной области наметилось два устойчивых направления: тестовое диагностирование и функциональный контроль. Вопросами технической диагностики в разное время занимались такие ученые как M. Gössel, D. Das, E. Fujiiwara, P. K. Lala, E. J. McCluskey, D. K. Pradhan, J. Roth, F. F. Sellers, N. A. Touba, R. Ubar, Y. Zorian, А. Д. Закревский, М. Ф. Каравай, А. Ю. Матросова, А. В. Мозгалевский, П. П. Пархоменко, Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, Е. С. Согомонян, В. И. Хаханов, В. Н. Ярмолик и другие. Известно большое количество работ указанных ученых в области теории функцио-

нального контроля логических устройств, в том числе, на основе помехоустойчивых разделимых кодов. В области технической диагностики устройств и систем ЖАТ известны такие ученые как Д. В. Гавзов, А. В. Горелик, Ю. А. Кравцов, В. М. Лисенков, Вал. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, В. И. Шаманов и др.

Тема диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (транспорт)» по пунктам:

п. 8. Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСПТП и др.

п. 14. Теоретические основы, методы и алгоритмы диагностирования (определения работоспособности, поиск неисправностей и прогнозирования), АСУТП, АСУП, АС ТПП и др.

Цели и задачи диссертации. Основной целью диссертации является разработка методов построения разделимых кодов с улучшенными характеристиками обнаружения ошибок в информационных векторах по сравнению с известными кодами с суммированием, а также исследование вопросов их применения в системах функционального контроля. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Анализ способов модификации классических кодов с суммированием и их известных модификаций.

2. Разработка способа построения кода с суммированием с уменьшенным количеством необнаруживаемых ошибок по сравнению с классическим кодом с суммированием, позволяющего сохранять основное его свойство, заключающееся в возможности обнаружения любых монотонных ошибок в информационных векторах.

3. Разработка способов построения кодов с суммированием с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок в информационных векторах при заданном количестве контрольных разрядов.

4. Разработка методов синтеза генераторов новых кодов с суммированием, входящих в структуры тестеров систем функционального контроля.

5. Увеличение значности системы интервального регулирования движения поездов АЛС-ЕН на основе использования модульных взвешенных кодов с суммированием с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок.

Объектом исследования являются системы функционального контроля логических устройств ЖАТ, основанные на применении разделимых кодов, а предметом - характеристики предлагаемых для применения помехоустойчивых кодов с суммированием и методы анализа и синтеза типовых блоков систем функционального контроля.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложен способ модификации классического кода с суммированием, позволяющий строить коды с улучшенными характеристиками с сохранением свойства обнаружения любых монотонных ошибок в информационных векторах.

2. Предложено новое семейство кодов с суммированием - коды с суммированием единичных и одного взвешенного разрядов в информационных векторах.

3. Разработан способ построения кода с суммированием с наименьшим общим количеством необнаруживаемых ошибок с заданным значением количества контрольных разрядов, основанный на взвешивании разрядов весовыми коэффициентами из прямой последовательности натуральных чисел.

4. Предложены семейства модифицированных кодов с суммированием с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок в информационных векторах с различными характеристиками обнаружения ошибок по кратно-стям.

5. Разработаны способы синтеза генераторов новых кодов с суммированием.

Теоретическая значимость работы заключается в получении и изучении новых кодов с суммированием на основе принципа взвешивания разрядов в ин-

формационных векторах, а также в установлении их характеристик в системах функционального контроля.

Практическая значимость работы подчеркивается возможностью применения ее результатов для построения систем функционального контроля с уменьшенной по сравнению с дублированием структурной избыточностью.

Методология и методы исследования. Использованы методы булевой алгебры, теории дискретных устройств и технической диагностики дискретных систем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ улучшения характеристик обнаружения ошибок классическими кодами Бергера, основанный на взвешивании одного из разрядов информационного вектора натуральным числом.

2. Характеристики обнаружения ошибок в информационных векторах кодами с суммированием единичных и одного взвешенного разрядов.

3. Способ построения кода с суммированием с наименьшим общим количеством необнаруживаемых ошибок в информационных векторах, основанный на использовании в качестве весовых коэффициентов прямой последовательности весовых коэффициентов и применения модуля кода Бергера, а также характеристики обнаружения им ошибок.

4. Способы модификации кода с суммированием взвешенных информационных разрядов с прямой последовательностью весовых коэффициентов, позволяющий строить коды с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок в информационных векторах с различными характеристиками обнаружения ошибок.

5. Методы синтеза генераторов для новых кодов с суммированием.

6. Увеличение значности системы интервального регулирования движения поездов АЛС-ЕН на основе использования модульных взвешенных кодов с суммированием с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок.

Степень достоверности результатов подтверждается точными вычислениями и экспериментальными исследованиями с набором контрольных логических схем.

Апробация результатов. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5 международных конференциях и 4 научно-практических семинарах, включая: международные конференции «IEEE East-West Design & Test Symposium» (г. Киев, Украина, 2014 год и г. Батуми, Грузия, 2015 год), «Интел-лектТранс» (г. Санкт-Петербург, РФ, 2015 год), «Транспортные интеллектуальные системы» (г. Санкт-Петербург, РФ, 2017 год); семинары «Автоматика и дискретная математика» на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I (Санкт-Петербург, РФ, 2015 - 2016 годы).

Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 11 работах, в том числе, в 2 академических публикациях, 3 публикациях в изданиях, включенных в Перечень ВАК РФ и 2 публикациях, индексированных в международной базе цитируемости SCOPUS.

Основные научные и практические результаты диссертационного исследования внедрены в программное обеспечение системы автоматической локомотивной сигнализации единого ряда АЛС-ЕН. Использование предложенных кодов с суммированием взамен кода Бауэра позволило расширить функциональные возможности системы по передаче данных на локомотив с требуемым уровнем надежности без внесения аппаратной избыточности в формирователь сигналов.

Структура и объем диссертации. Работа содержит 163 страницы машинописного текста, включая 46 рисунков и 55 таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и пяти приложений; библиографический список включает в себя 103 наименования.

1 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ 1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ЗАДАЧИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

С ОБНАРУЖЕНИЕМ ОТКАЗОВ В УСТРОЙСТВАХ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Бурное развитие железнодорожного транспорта вызвано научно-техническим прогрессом второй половины XX века, когда человечество переступило от точечного транзистора сначала к первому логическому элементу на кристалле, а затем и к большим и сверхбольшим интегральным схемам, позволяющим реализовывать громадное количество функций. Тем не менее, на пространстве Российских железных дорог, начиная с 30-х годов XX века, внедрялись и внедряются системы управления движением поездов на релейной основе, и лишь в середине второго десятилетия XXI века наметилась тенденция внедрения систем управления на микроэлектронной и микропроцессорной основе [43]. Сегодня такими системами оборудовано не так много станций и перегонов - около 5%, однако, будущее железных дорог именно за системами на базе компьютерной техники с развитым функционалом [53].

В релейных системах железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) безопасность обеспечивается за счет применения в ответственных цепях неконтролируемых реле (реле I класса надежности) [25, 44]. Данный элемент автоматики имеет внушительные габариты (0,5 - 4 дм ), а их количество для системы электрической централизации (ЭЦ) небольшой станции в 10 стрелок достигает сотен и даже тысяч штук. Микропроцессорные же системы имеют меньшие габариты и способны выполнять большее количество функций при меньших затратах на техническую реализацию [34]. Однако это требует особенных принципов организации их архитектуры и применения принципов резервирования и технического диагностирования блоков и узлов [7, 67, 68].

Релейные системы задумывались без встроенных средств оценки технического состояния и высокими темпами были внедрены на железных дорогах СССР

в середине XX века [69]. Их обслуживание требует создания специализированных бригад электромехаников сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) и выполнения ряда профилактических работ [68]. Для повышения надежности устройств и систем ЖАТ в середине XX века были задуманы системы диспетчерского контроля (например, системы ДК-ЦНИИ и ЧДК), впоследствии развившиеся в целые диагностические комплексы, облегчающие работу электромехаников СЦБ и даже позволяющие совершенствовать технологию обслуживания [13, 15, 20, 32].

В настоящее время микропроцессорные системы технического диагностирования вышли на качественно новый уровень при реализации автоматизации телеизмерений в устройствах ЖАТ, когда впервые появилась возможность прогнозирования изменений величин аналоговых сигналов, а, следовательно, и предотвращения отказов [13]. За период с 2011 по 2015 годы выявлено и устранено более 210 тысяч предотказных состояний. На скоростном участке Санкт-Петербург - Москва - 67411 предотказов (рис. 1.1 и рис. 1.2).

Динамика выявленных и устраненных предотказных состояний в период с 2011 по 2015 гг.

70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

64248

54269

6831

52455

0631

43030

17126

12823

15734

4946

2011

2012

год 2013

2014

2015

□ всего предотказов

Опредотказы Санкт-Петербург- Москва

Рисунок 1.1. Распределение предотказных состояний

25000 20000 15000 10000 5000 0

Зависимость отказов и предотказов на скоростном участке Санкт-Петербург - Москва в период с 2011 по

2015 годы

2011

2012

год

2013

2014

2015

800 700 600 500 400 300 200 100 0

предотказы Санкт-Петербург- Москва отказы Санкт-Петербург- Москва Ш

отказы Санкт-Петербург- Москва

Рисунок 1.2. Тенденции сокращения отказов за счет обнаружения предотказных состояний

Современные системы технического диагностирования стали развитыми средствами непрерывного мониторинга, способными анализировать большие потоки данных - как дискретных, так и аналоговых измерений [13, 32]. Измерительные контроллеры подключаются в схемные узлы как релейных, так и микропроцессорных систем. И, несомненно, использование внешнего диагностирования и мониторинга является важным и полезным средством к совершенствованию всей технологии эксплуатации устройств и систем ЖАТ [6, 21]. Тем не менее, анализ выявленных предотказов за 2015 г. показывает, что доля предотказов, получаемая средствами технического диагностирования и мониторинга, составляет всего 2,5% (рис. 1.3), что свидетельствует о недостаточном их применении. Таким образом, требуется их развитие с целью возможности получения более полной диагностической информации и, прежде всего, в напольном технологическом оборудовании [16, 17].

Вышестоящее Локомотивные руководство бригады 8527

63158 3%

24% _

Руководство дистанций 17022 6.5%

Визуальные

Вагоны^^Н^^^^^^^^^^^^^^^МН/ осмотры ^НННН 168418

лаборатории 1616 1%

Средства мониторинга; 6813; 2.5%

Рисунок 1.3. Распределение пред отказов по способу их выявления

64%

Технология и методы технического диагностирования в устройствах и системах ЖАТ непрерывно развиваются. Отдельно развиваются средства встроенного диагностирования микроэлектронных и микропроцессорных элементов и узлов, а также средства внешнего технического диагностирования и непрерывного мониторинга. Все большее количество информации о техническом состоянии объектов управления позволяет сокращать количество возникающих отказов на стадии их развития и, как следствие, избегать потенциальных нештатных ситуаций в перевозочном процессе: от задержек поездов до аварий и катастроф. Кроме того, совершенствуется и сам процесс обслуживания устройств ЖАТ - снижается доля участия человека в этом процессе, что само по себе ведет к улучшению качества функционирования средств обеспечения движения поездов [6].

Дальнейшее совершенствование методов внешнего и внутреннего технического диагностирования неизбежно.

1.2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ СИСТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ 1.2.1 Методы технического диагностирования

При построении систем внешнего и внутреннего диагностирования, естественно, используются современные микроэлектронные компоненты: от точечных транзисторов до нескольких штук и миллионов на одном кристалле [13]. Для обеспечения надежности функционирования микроэлектронной и микропроцессорной техники используются такие мероприятия, как структурная (аппаратная), временная и программная избыточность, а также методы технического диагностирования блоков и узлов [28, 29, 33, 70, 71, 72, 88].

Так как возникновение отказа возможно в любом, даже самом маленьком компоненте микропроцессорной и микроэлектронной системы, своевременность его обнаружения и парирования крайне важна. Именно эти задачи и ставятся перед технической диагностикой [72].

Сама процедура технического диагностирования представляет собой процесс определения технического состояния объекта диагностирования (ОД) с требуемой полнотой и глубиной обнаружения [72].

Существует две стратегии технического диагностирования: тестовое диагностирование и функциональное (рабочее) диагностирование [72].

На рис. 1.4 показана схема организации тестового диагностирования логического устройства. Стратегия тестового диагностирования подразумевает под собой полную изоляцию от всех воздействий на объект диагностирования, кроме воздействий со стороны системы диагностирования. Состав и последовательность воздействий определены заранее и могут быть выбраны исходя из различных условий. Также состав входных воздействий на объект диагностирования выбирается исходя из результатов ответов выходных сигналов, полученных ранее при подаче входных воздействий. Такие воздействия называют тестовыми.

Тестовые воздействия

сд од

Ответы

> Г

Результаты диагностирования

Рисунок 1.4. Схема тестового диагностирования

Функциональное диагностирование несколько отличается от тестового. Схема функционального диагностирования представлена на рис. 1.5. При организации такого типа диагностирования средства диагностирования не формируют воздействий на объект диагностирования. На объект диагностирования и средства диагностирования поступают рабочие воздействия, предусмотренные алгоритмом функционирования объекта. Система диагностирования действует в процессе рабочего функционирования ОД и решает задачи правильности функционирования ОД и поиска неисправностей, нарушающих нормальное функционирование.

Рабочие воздействия

> г > г

сд <- Ответы од

> г

Рисунок 1.5. Схема функционального диагностирования

Рассмотрим подробнее функциональное диагностирование логических устройств автоматики.

1.2.2 Функциональное диагностирование

Схема работы системы функционального диагностирования в виде блоков представлена на рис. 1.6. На схеме видна основная особенность такой стратегии определения технического состояния объекта диагностирования - вся процедура проводится в режиме выполнения объектом своих функций [94, 103]. Это важно для систем реального времени, отключение которых от выполнения своих функций недопустимо и возможно только при 100%-ном резервировании.

Рисунок 1.6. Схема функционального диагностирования в виде блоков

Наиболее часто при рассмотрении вопросов функционального диагностирования пользуются моделью константных неисправностей [72]:

- константа единицы (переход 0 в 1, фиксация постоянного сигнала 1 на выходе логического элемента);

- константа нуля (переход 1 в 0, фиксация постоянного сигнала 0 на выходе логического элемента).

Такой тип неисправностей составляет до 80-95% от всех возможных неполадок в работе логических устройств в зависимости от технологии изготовления

[41, 67].

Одним из требований при построении систем функционального контроля является обнаружение 100% одиночных константных неисправностей в контролируемом объекте Дх), что требует внесения структурной избыточности в виде схемы контроля, состоящей из блока контрольной логики g(x) и тестера (рис. 1.7). Кроме того, любые неисправности во внутренней структуре системы функцио-

нального контроля должны обнаруживаться хотя бы на одном входном наборе и фиксировать на выходах схемы соответствующий сигнал контроля [42].

XI

Х2

Рисунок 1.7. Структурная схема функционального диагностирования в виде блоков

X

На выходе контролируемого логического устройства /х) формируются значения системы булевых функций/1, /2,..., /т, а сами выходы образуют информационный вектор </1 /2 ... /т> длины т. Блок контрольной логики g(x), вычисляющий функции g1, g2,..., gk, таким образом, формирует некоторый контрольный вектор g2... gk > длины к. Для контроля соответствия значений информационного и контрольного векторов в схеме контроля присутствует самопроверяемый тестер, выходы которого и являются выходами системы функционального контроля [38, 42, 89, 96].

Тестер имеет два выхода (г1 и г2) и обладает свойствами контроля входного вектора и самопроверки. Если на входе исправного тестера присутствует вектор заданного кода, то на выходах и формируются противоположные сигналы (г1 не равно г2). При поступлении на вход тестера некодового вектора или при возникновении неисправности в структуре самого тестера на его входах формируются одинаковые сигналы (г1=г2), чем и фиксируется отказ системы. Иными словами, при возникновении непарафазного сигнала на выходе самопроверяемого тестера можно диагностировать неисправность оборудования.

Самопроверяемый тестер в системе функционального контроля должен обладать следующими свойствами [42]:

- технический объект должен быть защищен от внутренних неисправностей;

- технический объект должен быть самотестируемым.

В основе системы функционального контроля, изображенной на рис. 1.7, лежит некоторый, заранее выбранный, помехоустойчивый код с длиной контрольного вектора к<т. От правил формирования значений разрядов контрольного вектора и от количества разрядов в нем зависят такие важные показатели системы функционального контроля, как структурная избыточность (сложность технической реализации) и обнаруживающая способность.

Таким образом, неисправность, возникающая в блоке /(х), приводит к возникновению искажений значений на выходах и, как следствие, к возникновению ошибки определенной кратностью в информационном векторе. Это событие и фиксируется схемой тестера.

Так как выходы внутренних логических элементов блока Дх) могут быть связаны с произвольным количеством выходов/1,/2,..., /т, в информационном векторе может возникать ошибка произвольной кратности й. Возможность ее обнаружения определяется характеристиками выбранного на этапе проектирования системы функционального контроля кода.

Система контроля, изображенная на рис. 1.7, использует в качестве основы разделимый код. Обозначим его далее, как (т,к)-код.

Различные (т,к)-коды обладают различными характеристиками обнаружения ошибок в информационных векторах кратности й. Кроме того, (т,к)-коды обладают различными способностями обнаружения ошибок определенных видов: монотонных и немонотонных, симметричных и асимметричных. Классификация ошибок на рабочих выходах схем приведена в [47], где подробно изучены и свойства их показателей в информационных векторах различных длин.

Ошибка называется монотонной, если ее возникновение связано с одинаковым количеством искажений нулевых или единичных разрядов. Если же искажа-

ются и те и другие разряды, то ошибка считается немонотонной. При возникновении немонотонной ошибки может быть два случая: симметричное искажение (симметричная ошибка) и асимметричное искажение (асимметричная ошибка). Симметричная ошибка связана с возникновением одинакового количества искажений нулей и единиц, а асимметричная - с нарушением данного соотношения.

Различные (т,к)-коды по-разному «реагируют» на возникновения различных видов ошибок, что является и основой в их использовании при организации систем функционального контроля [23, 24, 52, 53, 55, 79, 92, 95, 97, 98].

1.2.3 Избыточное кодирование в системах функционального диагностирования

Часто при организации систем функционального контроля используются коды с повторением и коды паритета, являющиеся в некотором смысле противоположными по своим характеристикам [1, 71].

Классический код с повторением строится следующим образом: контрольный вектор повторяет информационный вектор (существуют и другие модификации кода с повторением, например, коды Бауэра [70]). Таким образом, для кода с повторением к=т. В табл. 1.1 задан код с повторением с т=4.

В коде с повторением обнаруживается любая ошибка, искажающая разряды информационного вектора, так как каждому контрольному вектору соответствует только один информационный вектор. Такое свойство кода с повторением крайне полезно и позволяет строить часто используемую систему дублирования [67]. Сложность системы дублирования, однако, является достаточно высокой и достигает 300-400% от сложности контролируемого объекта.

Таблица 1.1. Код с повторением с т=4

Информационные разряды Контрольные разряды

№ /4 /3 /2 /1 g4 £3 g2 £1

0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 0 0 0 1

2 0 0 1 0 0 0 1 0

3 0 0 1 1 0 0 1 1

4 0 1 0 0 0 1 0 0

5 0 1 0 1 0 1 0 1

6 0 1 1 0 0 1 1 0

7 0 1 1 1 0 1 1 1

8 1 0 0 0 1 0 0 0

9 1 0 0 1 1 0 0 1

10 1 0 1 0 1 0 1 0

11 1 0 1 1 1 0 1 1

12 1 1 0 0 1 1 0 0

13 1 1 0 1 1 1 0 1

14 1 1 1 0 1 1 1 0

15 1 1 1 1 1 1 1 1

Код паритета - это код с проверкой четности значений в информационном векторе. У кода паритета к=1 и строится он единственным возможным случаем -значения контрольного разряда получается как сумма по модулю два всех информационных разрядов [1]. В табл. 1.2 задан код паритета с т=4.

У кода паритета всего два контрольных вектора: <0> и <1>. Информационные векторы равномерно распределены между всеми контрольными векторами (табл. 1.3). Любая ошибка четной кратности не будет обнаружена кодом паритета, что требует при построении системы функционального контроля разбиения выходов блока /х) на группы независимых выходов [71].

Таблица 1.2. Код паритета с т=4

№ Информационные разряды Контрольный разряд

/4 /3 /2 /1 £

0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 1

2 0 0 1 0 1

3 0 0 1 1 0

4 0 1 0 0 1

5 0 1 0 1 0

6 0 1 1 0 0

7 0 1 1 1 1

8 1 0 0 0 1

9 1 0 0 1 0

10 1 0 1 0 0

11 1 0 1 1 1

12 1 1 0 0 0

13 1 1 0 1 1

14 1 1 1 0 1

15 1 1 1 1 0

Таблица 1.3. Распределение информационных векторов кода паритета с т=4

на контрольные группы

Контрольный вектор

0 1

Информационные векторы

0000 0001

0011 0010

0101 0111

0110 1000

1001 1011

1010 1101

1111 1110

Код с повторением обладает максимальной обнаруживающей способностью, а код паритета - минимальной. В теории передачи данных и технической диагностики распространение получили также коды с числом контрольных разрядов \<к<т. Такие коды могут быть построены путем применения операций суммирования значений разрядов или весовых коэффициентов, приписанных разря-

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Никитин, Дмитрий Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа представляет собой законченное исследование, направленное на решение актуальной задачи в теории функционального контроля логических устройств - исследованию способов построения кодов с суммированием взвешенных информационных разрядов для систем технического диагностирования, а также установлению особенностей их приложения в задаче обеспечения надежности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

В ходе работы получены следующие основные результаты:

1. Предложен способ улучшения характеристик обнаружения ошибок классическими кодами Бергера, основанный на взвешивании одного из разрядов информационного вектора натуральным числом.

2. Показано, что коды с суммированием единичных и одного взвешенного разрядов при значении весового коэффициента м?>т обладают всеми ключевыми свойствами кодов Бергера, а значит, могут применяться для решения задач диагностики.

3. Установлено, что за счет использования принципа взвешивания разрядов в информационном векторе и последующей модификации правил построения кода с суммированием могут быть построены коды с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок при заданных значениях т и к.

4. Предложен способ построения кода с наименьшим общим количеством необнаруживаемых ошибок в информационных векторах с длиной контрольного вектора к = (т + 1)", основанный на использовании в качестве весовых коэффициентов прямой последовательности весовых коэффициентов и применения модуля кода Бергера, а также установлены свойства нового класса кодов.

5. Разработан алгоритм модификации кода с суммированием взвешенных информационных разрядов с прямой последовательностью весовых коэффициентов, позволяющий строить коды с минимальным общим количеством необ-

наруживаемых ошибок в информационных векторах с различными характеристиками обнаружения ошибок.

6. Разработаны методы синтеза генераторов для новых кодов с суммированием.

7. На основе разработанных в диссертации кодов с суммированием с минимальным общим количеством необнаруживаемых ошибок предложен способ повышения информационной емкости системы интервального регулирования движения поездов АЛС-ЕН.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Никитин, Дмитрий Александрович, 2017 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аксёнова Г.П. Необходимые и достаточные условия построения полностью проверяемых схем свертки по модулю два // Автоматика и телемеханика. - 1979. - № 9. - С. 126135.

2. Блюдов А.А., Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Коды с суммированием для организации контроля комбинационных схем // Автоматика и телемеханика. - 2013. - №6. - С. 153-164.

3. Блюдов А.А., Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. О кодах с суммированием единичных разрядов в системах функционального контроля // Автоматика и телемеханика. - 2014. - №8. - С. 131-145.

4. Блюдов А.А., Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Построение модифицированного кода Бергера с минимальным числом необнаруживаемых ошибок информационных разрядов // Электронное моделирование. - 2012. - Том 34. - №6. - С. 17-29.

5. Брылеев А.М., Поупе О., Дмитриев В.С., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Автоматическая локомотивная сигнализация и авторегулировка. М.: Транспорт, 1981, 319 с.

6. Вотолевский А.Л. Проектирование дорожных центров мониторинга устройств ЖАТ // Автоматика, связь, информатика - 2012. - №6. - С. 10-11.

7. Гавзов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Методы обеспечения безопасности дискретных систем // Автоматика и телемеханика. - 1994. - № 8. - С. 3-50.

8. Дмитриев В. В. Особенности синтеза генераторов кодов с суммированием взвешенных переходов при различной полноте информации о контролируемой логической схеме // Сборник материалов конференции «Проблемы безопасности и надежности микропроцессорных комплексов»; под ред. д-ра техн. наук, профессора В. В. Сапожникова. - СПб: ПГУПС, 2015, с. 158-166.

9. Дмитриев В.В. О двух способах взвешивания и их влиянии на свойства кодов с суммированием взвешенных переходов в системах функционального контроля логических схем // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2015. - №3. - С. 119-129.

10. Ефанов Д.В. Анализ способов построения кодов с суммированием с улучшенными характеристиками обнаружения симметричных ошибок в информационных векторах // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. - 2015. - №4. - С. 69-81. - DOI: 10.17223/19988605/32/9.

11. Ефанов Д.В. Предельные свойства кода Хэмминга в схемах функционального диагностирования // Информатика и системы управления - 2011. - №3. - С. 70-79.

12. Ефанов Д.В. Три теоремы о кодах Бергера в схемах встроенного контроля // Информатика и системы управления - 2013. - №1. - С. 77-86.

13. Ефанов Д.В. Функциональный контроль и мониторинг устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: монография. - СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016. - 171 с.

14. Ефанов Д.В. Применение кода с суммированием в системах технической диагностики и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.08.: защищена 10.11.10 : утв. 11.03.11 / Ефанов Дмитрий Викторович; [Место защиты: Петерб. гос. ун-т путей сообщ.]. - СПб, 2010. - 192 с. - Библиогр.: с. 148-159. : ил. РГБ ОД, 61 11-5/289.

15. Ефанов Д. В. Становление и перспективы развития систем функционального контроля и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики // Автоматика на транспорте. - 2016. - Том 2. - №1. - С. 124-148.

16. Ефанов Д.В., Богданов Н.А. Мониторинг параметров рельсовых цепей тональной частоты // Транспорт Урала. - 2013. - №1. - С. 36-42.

17. Ефанов Д.В., Богданов Н.А. О достоверности фиксации предотказных состояний в системах непрерывного контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт: наука, техника, управление. - 2012. - №2. - С. 27-30.

18. Ефанов Д.В., Блюдов А.А. Коды Хэмминга и их обнаруживающие способности в схемах функционального контроля // Информатика и системы управления. - 2012. - №2. - С. 100-111.

19. Ефанов Д.В., Грошев Г.М., Маликов О.Б. Способы организации систем функционального диагностирования логических схем без памяти // Электротехника. - 2016. - №5. - С. 53-56.

20. Ефанов Д.В., Лыков А.А. Основы построения и принципы функционирования систем технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики : учеб. пособие. - СПб. : Петербургский государственный университет путей сообщения, 2012. - 59 с.

21. Ефанов Д.В., Плеханов П.А. Обеспечение безопасности движения за счет технического диагностирования и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики // Транспорт Урала. - 2011. - №3. - С. 44-48.

22. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. О свойствах кода с суммированием в схемах функционального контроля // Автоматика и телемеханика. - 2010. - №6. - С. 155-162.

23. Ефанов Д.В., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Применение модульных кодов с суммированием для построения систем функционального контроля комбинационных логических схем // Автоматика и телемеханика. - 2015. - №10. - С. 152-169.

24. Гессель М., Согомонян Е.С. Построение самотестируемых и самопроверяемых комбинационных устройств со слабо-независимыми выходами // Автоматика и телемеханика. -1992. - №8. - С. 150-160.

25. Кравцов Ю.А., Архипов Е.В., Бакин М.Е. Перспективные способы кодирования рельсовых цепей тональной частоты // Автоматика на транспорте. - 2015. - Том 1. - №2. - С. 119126.

26. Лисенков В.М., Шалягин Д.В., Казимов Г.А. Автоматическая локомотивная сигнализация АЛС-ЕН // АТИС. - 1987. - №Л2. - С. 26-29.

27. Лисенков В.М., Шалягин Д.В., Казимов Г.А., Розенберг Е.Н. Автоматическая локомотивная сигнализация АЛС-ЕН // АТИС. - 1987. - С. 11-16.

28. Лыков А.А., Ефанов Д.В., Власенко С.В. Техническое диагностирование и мониторинг состояния устройств ЖАТ // Транспорт Российской Федерации. - 2012. - №5. - С. 67-72.

29. Матросова А.Ю., Николаева Е.А., Румянцева Е.В. Синтез логических схем, кон-тролепригодных относительно неисправностей задержек путей // Известия вузов. Физика. 2012. - Т. 55, № 11. - С. 114-116.

30. Мельников Ю.Н. Достоверность информации в сложных системах. М.: «Сов. Радио», 1973, 192 с.

31. Мехов В.Б., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Контроль комбинационных схем на основе модифицированных кодов с суммированием // Автоматика и телемеханика. -2008. - №8. - С. 153-165.

32. Молодцов В.П., Иванов А.А. Системы диспетчерского контроля и мониторинга устройств железнодорожной автоматики и телемеханики : учеб. пособие. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. - 140 с.

33. Никитин А.Б., Бушуев С.В., Гундырев К.В., Алексеев А.В., Гребель С.В., Попов А.Н. Средства технической диагностики и удаленного мониторинга СТД-МПК // Автоматика, связь, информатика. - 2012. - № 10. - С. 6-8.

34. Никитин А. Б. , Королев М. Ю. Реализация комплексной автоматизированной системы диспетчерского управления линией метрополитена // Наука и транспорт: метрополитены будущего. - 2010. - С. 39-41.

35. Никитин Д. А. Анализ характеристик оптимальных кодов с суммированием, полученных на основе взвешивания разрядов информационных векторов, в системах функциональ-

ного контроля // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2016. - №4. - С. 607-616.

36. Никитин Д.А. Модульно-взвешенный код с суммированием с прямой последовательностью весов в сравнении с модульным кодом Хэмминга // Информационные технологии на транспорте: сборник материалов секции «Информационные технологии на транспорте» Юбилейной XV Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика - 2016», Санкт-Петербург, 26-28 октября 2016 г.; под. ред. Вал. В. Сапожникова. - СПб: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2016, с. 9-16.

37. Никитин Д.А. Эксперименты по анализу свойств обнаружения ошибок в контрольных комбинационных схемах модифицированными взвешенными кодами с суммированием с прямой последовательностью весовых коэффициентов // Транспортные интеллектуальные технологии: сборник материалов I международной научно-практической конференции «Транспортные интеллектуальные технологии - 2017» (Т18-2017), Санкт-Петербург, 16-17 февраля 2017 г.; под. ред. Вал. В. Сапожникова и Д. В. Ефанова. - СПб: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2017, с. 32-39

38. Останин С.А., Матросова А.Ю., БуторинаН.Б., Гребнев А.О. Синтез монотонных детекторов для подмножества равновесных кодов //Известия вузов. Физика. 2016. - Т. 59, № 8/2 - С. 79-81.

39. Переборов А.С., Дрейман О.К., Кондратенко Л.Ф. Диспетчерская централизация: Учебник для вузов ж.д. трансп.; под ред. Вал.В. Сапожникова. - М.: Транспорт, 1989. - 303 с.

40. Попов П.А., Королев И.Н., Мыльников П.Д. Основные принципы контроля корректности бортовой системы позиционирования средствами железнодорожной автоматики // Автоматика на транспорте. - 2015. - Том 1. - №4. - С. 355-366.

41. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Основы технической диагностики. - М.: Маршрут, 2004, 316 с.

42. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самопроверяемые дискретные устройства. -СПб: Энергоатомиздат, 1992, 224 с.

43. Сапожников Вл.В., Кокурин И.М., Кононов В.А., Лыков А.А., Никитин А.Б. Эксплуатационные основы автоматики и телемеханики: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Под ред. проф. Вл.В. Сапожникова. - М.: Маршрут, 2006. - 247 с.

44. Сапожников В.В., Кравцов Ю.А., Сапожников Вл.В. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Под ред. В.В. Сапожникова. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. - 394 с.

45. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Анализ свойств кодов с суммированием взвешенных информационных разрядов по обнаружению ошибок в системах функционального контроля логических устройств // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2015. - №1. - С. 114-126.

46. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Взвешенные коды с суммированием для организации контроля логических устройств // Электронное моделирование. - 2014.

- Том 36. - №1. - С. 59-80.

47. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Классификация ошибок в информационных векторах разделимых кодов // Известия вузов. Приборостроение. - 2015. - Т. 58.

- №5. - С. 333-343. Б01 10.17586/0021-3454-2015-58-5-333-343.

48. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Контроль комбинационных схем на основе кодов с суммированием с одним взвешенным информационным разрядом // Автоматика на транспорте. - 2016. - Том 2. - №4. - С. 564-597.

49. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Об одном классе кодов, пригодных для синтеза систем функционального контроля логических устройств // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2014. - №2. - С. 48-58.

50. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Построение кодов с суммированием с наименьшим количеством необнаруживаемых симметричных ошибок в информационных векторах // Радиоэлектроника и информатика. - 2014. - №4. - С. 46-55.

51. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Предельные свойства кода с суммированием // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2010. - №3. - С. 290-299.

52. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Применение кодов с суммированием при синтезе систем железнодорожной автоматики и телемеханики на программируемых логических интегральных схемах // Автоматика на транспорте. - 2015. - Том 1. - №1. - С. 84107.

53. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Синтез контролепригодных дискретных устройств путем применения модульных кодов с суммированием // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2013. - №4. - С. 134-144.

54. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В. Теория дискретных устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: учебник // Под ред. В.В. Сапожникова. -М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016. - 339 с.

55. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Блюдов А.А. Применение кодов Бергера и Хэмминга в схемах функционального контроля // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2013. - №2. - С. 168-182.

56. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Дмитриев В.В. Новые структуры систем функционального контроля логических схем // Автоматика и телемеханика. - 2017.

- №2. - С. 127-143.

57. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Дмитриев В.В. Свойства кодов с суммированием взвешенных переходов с прямой последовательностью весовых коэффициентов // Информатика и системы управления. - 2014. - №4. - С. 77-88.

58. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Дмитриев В.В., Черепанова М.Р. Организация систем функционального контроля комбинационных схем на основе модифицированного кода с суммированием взвешенных переходов (начало) // Электронное моделирование. - 2015. - Том 37. - №6. - С. 49-68.

59. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Никитин Д.А. Метод построения кода Бергера с повышенной эффективностью обнаружения ошибок в информационных разрядах // Электронное моделирование. - 2013. - Том 35. - №4. - С. 21-34.

60. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Никитин Д.А. Исследование свойств кодов с суммированием с одним взвешенным информационным разрядом в системах функционального контроля // Электронное моделирование. - 2015. - Том 37. - №1. - С. 25-48.

61. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Никитин Д.А. Модульно взвешенный код с суммированием для систем технического диагностирования // Информатика и системы управления. - 2015. - №3. - С. 53-62.

62. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Никитин Д.А. О способах построения кодов с суммированием с минимальным общим числом необнаруживаемых искажений в информационных векторах // Известия Петербургского университета путей сообщения. -2014. - №1. - С. 82-91.

63. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Черепанова М.Р. Модульные коды с суммированием в системах функционального контроля. I. Свойства обнаружения ошибок кодами в информационных векторах // Электронное моделирование. - 2016. - Том 38. - №2.

- С. 27-48.

64. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Черепанова М.Р. Модульные коды с суммированием в системах функционального контроля. II. Уменьшение структурной избыточности систем функционального контроля // Электронное моделирование. - 2016. - Том 38. - №3. - С. 47-61.

65. Сапожников Вал.В., Сапожников Вл.В., Ефанов Д.В., Дмитриев В.В. Об одной модификации кода с суммированием взвешенных переходов между разрядами информационных векторов // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2016. - Т. 59, №8/2. - С. 89-92.

66. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В, Гёссель М., Морозов А.А. Метод построения комбинационных самопроверяемых устройств с обнаружением всех одиночных неисправностей // Электронное моделирование. - 1998. - Т. 20. - №6. - C. 70-80.

67. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Христов Х.А., Гавзов Д.В. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики / Под ред. Вл.В.Сапожникова. - М.: Транспорт, 1995. - 272 с.

68. Сапожников Вл.В., Кононов В.А., Куренков С.А., Лыков А.А., Наседкин О.А., Никитин А.Б., Прокофьев А.А., Трясов М.С. Микропроцессорные системы централизации: Учебник для техникумов и колледжей железнодорожного транспорта / Под ред. Вл.В. Сапожникова // М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2008. - 398 с.

69. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики // Ю.А. Кравцов, В.Л. Нестеров, Г.Ф. Лекута, И.М. Кокурин, В.А. Кононов, Л.И. Борисенко, П.Ф. Бестемьянов, И.В. Беляков, И.Д. Долгий, Л.В. Пальчик; под ред. Ю.А. Кравцова. - М.: Транспорт, 1996, 400 с.

70. Системы управления движением поездов на перегонах: Учебник для вузов ж.-д. транспорта: В 3 ч. Ч. 2 / В.М. Лисенков, П.Ф. Бестемьянов, В.Б. Леушин, А.В. Лисенков, А.Е. Ваньшин; Под ред. В.М. Лисенкова. - М. ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009. - 324 с.

71. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь, 1989, 208 с.

72. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства). М.: Энергоатомиздат, 1981, 320 с.

73. Черепанова М.Р. Исследование влияния значения модуля кода с суммированием на структурную избыточность систем функционального контроля // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2016. - №2. - С. 279-288.

74. Benchmarks: LGSynth89 [Режим доступа: http://www.cbl.ncsu.edu:16080/benchmarks/LGSynth89/mlexamples/].

75. Berger J.M. A Note on Burst Detecting Sum Codes // Information and Control, 1961, vol. 4, issue 2-3, pp. 297-299.

76. Berger J.M. A Note on Error Detection Codes for Asymmetric Channels // Information and Control. - 1961. - Vol. 4. - Issue 1. - Pp. 68-73.

77. Blyudov A., Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl. Properties of Code with Summation for Logical Circuit Test Organization // Proceedings of 10th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2012), Kharkov, Ukraine, September 14-17, 2012, pp. 114-117. DOI 10.1109/EWDTS.2013.6673150.

78. Bose B., Lin D.J. Systematic Unidirectional Error-Detection Codes // Proceedings of IEEE Trans. Comput. 1985. V. C-34, Nov., pp. 1026-1032.

79. Busaba F.Y., Lala P.K. Self-Checking Combinational Circuit Design for Single and Unidirectional Multibit Errors // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications, 1994, issue 5, pp. 19-28.

80. Collection of Digital Design Benchmarks [Режим доступа: http://ddd.fit.cvut.cz/prj/Benchmarks/].

81. Das D., Touba N.A. Synthesis of Circuits with Low-Cost Concurrent Error Detection Based on Bose-Lin Codes // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications, 1999, vol. 15, issue 1-2, pp. 145-155.

82. Das D., Touba N.A. Weight-Based Codes and Their Application to Concurrent Error Detection of Multilevel Circuits // Proc. 17th IEEE Test Symposium, USA, California, 1999, pp. 370376.

83. Das D., Touba N.A., Seuring M., Gossel M. Low Cost Concurrent Error Detection Based on Modulo Weight-Based Codes // Proceedings of IEEE 6th International On-Line Testing Workshop (IOLTW), Spain, Palma de Mallorca, July 3-5, 2000, pp. 171-176.

84. Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl. On One Method of Formation of Optimum Sum Code for Technical Diagnostics Systems // Proceedings of 14th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2016), Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016, pp. 158-163. DOI: 10.1109/EWDTS.2016.7807633.

85. Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Blyudov A. On the Problem of Selection of Code with Summation for Combinational Circuit Test Organization // Proceedings of 11th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2013), Rostov-on-Don, Russia, September 27-30, 2013, pp. 261-266.

86. Efanov D., Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Nikitin D. Sum Code Formation with Minimum Total Number of Undetectable Errors in Data Vectors // Proceedings of 13 th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2015), Batumi, Georgia, September 26-29, 2015, pp. 141-148. DOI 10.1109/EWDTS.2015.7493112.

87. GoesselM., Graf S. Error Detection Circuits. - London: McGraw-Hill, 1994. - 261 p.

88. Gorshe S.S., Bose B. A Self-Checking ALU Design with Efficient Codes // Proceedings of 14th VLSI Test Symposium, Princeton, NJ, USA, 1996, pp. 157-161.

89. Jha N. K. Totally Self-Checking Checker Designs for Bose-Lin, Bose and Blaum Codes // IEEE Trans. Computer-Aided Design, Vol. CAD-10, Feb. 1991, pp. 136-143.

90. Lala P.K. Self-Checking and Fault-tolerant Digital Design. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 2001, 216 p.

91. Marouf M.A., Friedman A.D. Design of Self-Checking Checkers for Berger Codes // Proc. of the 8th Annual Intern. Conf. on Fault-Tolerant Computing, Toulouse, France, 1978, pp. 179183.

92. Matrosova A.Yu., Levin I., Ostanin S.A. Self-Checking Synchronous FSM Network Design with Low Overhead // VLSI Design. - 2000. - Vol. 11. - Issue 1. - Pp. 47-58.

93. Mehov V., Saposhnikov V., Sapozhnikov Vl., Urganskov D. Concurrent Error Detection Based on New Code with Modulo Weighted Transitions between Information Bits // Proceedings of 7th IEEE East-West Design & Test Workshop (EWDTW'2007), Erevan, Armenia, September 25-30, 2007, pp. 21-26.

94. Mitra S., McCluskey E.J. Which Concurrent Error Detection Scheme to Choose? // Proceedings of International Test Conference, 2000, USA, Atlantic City, NJ, 03-05 October 2000, pp. 985-994.

95. Morosow A, Saposhnikov V.V., Saposhnikov Vl.V., Goessel M. Self-Checking Combinational Circuits with Unidirectionally Independent Outputs // VLSI Design, 1998, vol. 5, issue 4, pp. 333-345.

96. Nicolaidis M., Zorian Y. On-Line Testing for VLSI - A Compendium of Approaches // Journal of Electronic Testing: Theory and Applications, 1998, issue 12, pp. 7-20.

97. Ostanin S., Matrosova A., Butorina N., Lavrov V. A Fault-tolerant Sequential Circuit Design for Soft Errors Based on Fault-Secure Circuit //Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2016). Kharkov: IEEE Computer Society, 2016. P. 607-610.

98. Piestrak S.J. Design of Self-Testing Checkers for Unidirectional Error Detecting Codes. - Wroclaw: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroclavskiej, 1995, 111 p.

99. Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D., Nikitin D. Combinational Circuits Checking on the Base of Sum Codes with One Weighted Data Bit // Proceedings of 12th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2014), Kyev, Ukraine, September 26-29, 2014, pp. 126-136. DOI 10.1109/EWDTS.2014.7027064.

100. Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl. New Code for Fault Detection in Logic Circuits // Proc. 4th Int. Conf. on Unconventional Electromechanical and Electrical Systems, St. Petersburg, Russia, June 21-24, 1999, pp. 693-696.

101. Sapozhnikov V., Sapozhnikov Vl., Efanov D. Modular Sum Code in Building Testable Discrete Systems // Proceedings of 13th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'2015), Batumi, Georgia, September 26-29, 2015, pp. 181-187. DOI 10.1109/EWDTS.2015.7493133.

102. Sentovich E.M., Singh K.J., Lavagno L., Moon C., Murgai R., Saldanha A., Savoj H., Stephan P.R., Brayton R.K., Sangiovanni-Vincentelli A. SIS: A System for Sequential Circuit Synthesis // Electronics Research Laboratory, Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Berkeley, 4 May 1992, 45 p.

103. Touba N.A., McCluskey E.J. Logic Synthesis Techniques for Reduced Area Implementation of Multilevel Circuits with Concurrent Error Detection // Proceedings of the 1994 IEEE/ACM International Conference on Computer-aided Design, San Jose, California, USA, November 06-10, 1994, pp. 651-654.

140

ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ А - Анализ кодов с суммированием с одним взвешенным разрядом

В данном приложении рассмотрим Б(4,3)- код (или ЖБ(4,3,[1,1,1,1]) и сравним его с кодом с единственным взвешенным разрядом, при этом проведем эксперименты со всеми возможными вариациями взвешивания, а именно кодами:

• ЖБ(4,3,[1,1,1,2]), ЖБ(4,3,[1,1,2,1]), ЖБ(4,3,[1,2,1,1]), ЖБ(4,3,[2,1,1,1])

• ЖБ(4,3,[1,1,1,3]), ЖБ(4,3,[1,1,3,1]), ЖБ(4,3,[1,3,1,1]), ЖБ(4,3,[3,1,1,1])

• ЖБ(4,3,[1,1,1,4]), ЖБ(4,3,[1,1,4,1]), ЖБ(4,3,[1,4,1,1]), ЖБ(4,3,[4,1,1,1]) В таблице П.А.1 представлено распределение информационных векторов

кода Б(4,3) по группам весов при применении классического кода с суммированием. В первой строке указана весовая группа для кодовых слов.

Таблица П.А.1 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Б(4,3)

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 0111 1111

0010 0101 1011

0100 0110 1101

1000 1001 1110

1010

1100

Из таблицы П.А.1 очевидно, что информационные векторы распределены по группам неравномерно. Рассмотрим перераспределение информационных векторов по группам при применении алгоритмов взвешивания одного информационного разряда и проанализируем равномерность перераспределения для взвешивания различных разрядов различными весами.

Для кодов ЖБ(4,3,[1,1,1,2]), ЖБ(4,3,[1,1,2,1]), ЖБ(4,3,[1,2,1,1]), ЖБ(4,3,[2,1,1,1]) построим таблицы распределения векторов.

Таблица П.А.2 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж^(4,3,[1,1,1,2])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0010 0001 0011 0111 1111

0100 0110 0101 1011

1000 1010 1001 1101

1100 1110

Таблица П.А.3 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[1,1,2,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0010 0011 0111 1111

0100 0101 0110 1011

1000 1001 1010 1110

1100 1101

Таблица П.А.4 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[1,2,1,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 0101 0111 1111

0010 0100 0110 1101

1000 1001 1011 1110

1010 1100

Таблица П.А.5 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[2,1,1,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 0111 1011 1111

0010 0101 1001 1101

0100 0110 1010 1110

1000 1100

Из представленных таблиц видно, что при взвешивании одного разряда значением «2» распределение информационных слов по группам стало более равномерным, при этом количество векторов в каждой группе не изменилось при изменении позиции взвешиваемого разряда, меняется лишь взаимное распределение

векторов по группам. Рассмотрим распределение векторов по группам при взвешивании значениями «3» и «4» для кодов Ж£(4,3,[1,1,1,3]), Ж£(4,3,[1,1,3,1]), Ж^4,3,[1,3,1,1]), Ж£(4,3,[3,1,1,1]), ЖБ(4,3,[1,1,1,4]), Ж^4,3,[1,1,4,1]), Ж^4,3,[1,4,1,1]), Ж^4,3,[4,1,1,1]).

Таблица П.А.6 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[1,1,1,3])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0010 0110 0001 0011 0111 1111

0100 1010 1110 0101 1011

1000 1100 1001 1101

Таблица П.А.7 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[1,1,3,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0101 0010 0011 0111 1111

0100 1001 1101 0110 1011

1000 1100 1010 1110

Таблица П.А.8 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[1,3,1,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 0100 0101 0111 1111

0010 1001 1011 0110 1101

1000 1010 1100 1110

Таблица П.А.9 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[3,1,1,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 0111 1001 1011 1111

0010 0101 1000 1010 1101

0100 0110 1100 1110

При увеличении веса информационного разряда распределение информационных векторов по группам стало более равномерным, таким образом такой способ кодирования будет обладать лучшей обнаруживающей способностью, ближе

к оптимальному коду. При этом сохраняется тенденция одинакового распределения количества векторов в каждой группе независимо от позиции взвешиваемого разряда.

Далее проанализируем распределение информационных векторов по группам при взвешивании информационного разряда максимально возможным весом, то есть взвешиванием значением «4».

Таблица П.А.10 Распределение информационных векторов по весовым

группам в коде Ж£(4,3,[1,1,1,4])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0010 0110 1110 0001 0011 0111 1111

0100 1010 0101 1011

1000 1100 1001 1101

Таблица П.А.11 Распределение информационных векторов по весовым группам в коде Ж£(4,3,[1,1,4,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0101 1101 0010 0011 0111 1111

0100 1001 0110 1011

1000 1100 1010 1110

Таблица П.А.12 Распределение информационных векторов по весовым группам в коде Ж£(4,3,[1,4,1,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 1011 0100 0101 0111 1111

0010 1001 0110 1101

1000 1010 1100 1110

Таблица П.А.13 Распределение информационных векторов по весовым группам в

коде Ж^(4,3,[4,1,1,1])

000 001 010 011 100 101 110 111

0000 0001 0011 0111 1000 1001 1011 1111

0010 0101 1010 1101

0100 0110 1100 1110

Из представленных распределений сделаем вывод, что при увеличении значения не меняется свойство независимости выбора, какой именно разряд необходимо взвесить, при этом распределение становится еще более равномерным, по сравнению с кодами с весом равным «3» в последнем распределении будут исключены ошибки перехода слов в группе 011 и 100.