Международный
научный журнал

Использование геометрических сфер для контроля качества информационных систем


The use of geometric spheres for quality control of information systems

Цитировать:
Власов В.И., Власов С.В. Использование геометрических сфер для контроля качества информационных систем // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2017. № 3(36) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/4514 (дата обращения: 17.09.2019).
 
Прочитать статью:

Keywords: Information system, signals, sphere, model

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены полярные системы координат, представление сигналов в виде сфер, пример сравнительной оценки значений параметров сигналов, модулированных QAM и помехи как геометрическое взаимодействие поверхностей сфер в единой системе координат.

ABSTRACT

This article describes the polar coordinate system, representation of signals in the form of spheres, an example of a comparative assessment of values of parameters of signals modulated by QAM and interference as the geometrical interaction between the surfaces of the spheres in unified coordinate system.

 

В современных системах контроля качества информационных систем (ИС) используется традиционный параметрический подход, который предусматривает измерение параметров элементов ИС – оконечной аппаратуры, предназначенной для ввода-вывода и обработки информации и каналов передачи данных, включающих в себя линии связи и промежуточную аппаратуру. В качестве измерительных параметров служат как входные сигналы элементов ИС, так и отклики ИС на входные сигналы. Параметрический подход влечет значительные затраты аппаратных и людских ресурсов и не позволяет отслеживать негативные изменения в ИС от воздействия внутренних и внешних дестабилизирующих факторов в режиме реального времени. К существенным недостаткам можно отнести отсутствие объективного наглядного анализа взаимодействия комплексного функционирования ИС во время негативного воздействия помех и параметрических отклонений ИС  в результате возникающих дефектов и неисправностей от заданных параметров по эксплуатационным требованиям [2].

Известны методы использования комплексных показателей качества. К таким можно отнести корреляционный метод [5].

Предлагается в качестве комплексных показателей использовать как геометрические сферы, так и их геометрическое взаимодействие.

Проведенные исследования показали, что удобно использовать сферические системы координат в трех измерениях посредством задания трех координат: r, φ, θ, где r – расстояние от центра до поверхности сферы, θ – зенитный угол, φ – азимутальный угол (рисунок 1) [4].

 

Рисунок 1.  Сферические системы координат

 

В качестве меры взаимодействия сфер в пространстве можно использовать расстояния между центрами сфер, площади поверхностей или объемы шаровых сегментов пересекающихся в пространстве сфер (Рисунок 2).

 

Рисунок 2. Представление шарового слоя и шарового сегмента

 

Сферу в полярных системах координат можно представить в виде системы уравнений:  

    

где α – зенитный угол, β – азимутальный угол, r – радиус сферы, x0 , y0, z0 смещения центров сфер относительно начала координат.

На рисунке 3 представлены изображения двух сфер и пересечение сфер в пространстве с выделением шаровых сегментов двух сфер.

 

Рисунок 3. Изображения пересечения сфер в пространстве

 

Для параметрического анализа любого сигнала ИС используется 3 параметра: амплитуда, частота и фаза. Нетрудно заметить, что в аналитическом представлении сферы (шара) также присутствует 3 параметра: α – зенитный угол, β – азимутальный угол, г – радиус сферы.

Предлагается при анализе  совокупности параметров ИС перейти к геометрической интерпретации сигналов в виде сфер, подставляя вместо геометрических параметров сферы параметры сигналов. При исследовании отклонений параметров анализируемых ИС во времени можно использовать  вместо x0 , y0, z0  значения изменяемых параметров во времени или наглядно анализировать степени комплексного взаимодействия параметров информационных систем.

В качестве примера рассмотрим взаимодействие сигнала с QAM и помехи.

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ, англ. Quadrature Amplitude Modulation, QAM) — разновидность амплитудной модуляции сигнала, которая представляет собой сумму двух несущих колебаний одной частоты, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90° (π/2 радиан, поэтому «квадратурная»), каждое из которых модулировано по амплитуде своим модулирующим сигналом [3]: ,

    где  и  - амплитуды модулирующих сигналов,  - несущая частота.

Помехи, воздействующие на линию связи канала передачи данных можно аналитически описать выражением:  ,                                           где .

Можно наглядно рассмотреть взаимодействие энергий информационного сигнала и помех, если использовать их геометрическое представление  в виде сфер.

Соответственно, в виде шара (сферы) можно представить геометрически помеху, если параметры шара изменить на параметры помехи, причем, если значения частоты сигнала и частоты помехи совпадают, тогда значение радиуса для вычисления общей поверхности шара можно заменить на значение амплитуды помехи: .

Для создания геометрической модели взаимодействия информационного сигнала и помехи необходимо совместить в одних системах координат шар-сигнал и шар-помеху. На рисунке 4 приведены примеры их взаимодействия при различных параметрах сигнала и помехи.

 

Рисунок 4. Геометрическое представление сигнала и помехи

 

При использовании сфер, как моделей сигналов и помех появляется возможность проведения наглядного обобщенного анализа их взаимодействия.

Использование объемных геометрических фигур при обобщенном анализе сигналов ИС для автоматизации контроля качества информационных систем, сигналов, каналов передачи данных позволит перейти от параметрического анализа к анализу качества и развить научное направление многомерных метрических пространств [1]. 

 


Список литературы:

1. Власов В.И. Моделирование процесса оценки качества каналов передачи данных на основе многопара-метрических пространств (статья). Вестник Северо-Кавказского государственного технического универси-тета. Технические науки. №3 (7) – 2006. – с.39-42
2. Власов В.И. Шипилова Д.Ю. Математическое моделирование комплексного показателя для автоматизации контроля качества линий связи каналов передачи данных вычислительных сетей. Инфотелекоммуникаци-онные технологии. Том 5, № 3, 2007. – с. 78-81
3. Лагутенко О.И. Современные модемы. – М.: Эко-Трендз, 2002.
4. Погорелов А.В..Учебник по геометрии за 10‐11 класс: 13-е изд. - М.: Просвещение 2014 год.
5. Федоренко В.В., Власов В.И. Информативные свойства корреляционных функций сложных сигналов (ста-тья) Известия вузов. Радиоэлектроника. № 3, 1994, стр. 68-72

Информация об авторах:

Власов Валерий Иванович Vlasov Valery

канд. техн. наук, профессор РАЕ, заслуженный работник науки и образования, Московский государственный университет приборостроения и информатики, (филиал г. Ставрополь), Институт сервиса и технологий (филиал) ДГТУ, 357500, РФ, Ставропольский край, г. Пятигорск, бульвар Гагарина, 1, корпус 1

Candidate of Engineering Sciences, Professor of RAE, honored worker of science and education, Moscow state University of instrument engineering and Informatics, (branch, Stavropol), the Institute of service and technology (branch) DSTU, 357500, Russia, Stavropol territory, Pyatigorsk, Gagarin Boulevard, 1, building 1


Власов Сергей Валерьевич Vlasov Sergey

студент ФГБОУ ВО «Московский технологический университет» (Филиал МИРЭА в г. Ставрополе), 355000, РФ, г.Ставрополь, проспект Кулакова 8

student, Moscow state technical University (Branch of MIREA in the city of Stavropol), 355000, Russia, Stavropol, Kulakova ave., 8


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66236 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAirediscovery

CiteFactor

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.