Загальні положення автоматизованого проектування систем зв’язку

Особливості мережі зв’язку; проектування автоматизованої системи: вибір глобального показника якості, ефективності; визначення структури мережі і числових значень параметрів. Етапи проектування технічних систем, застосування математичних методів.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ ЗВ'ЯЗКУ

Вступ

Проектування - це початковий етап створення нової чи модернізації існуючої системи, який включає перетворення інформації, що задана технічним завданням, у технічну документацію на виготовлення цієї системи. Проектування включає комплекс робіт з дослідження, розрахунків, оптимізації, моделювання, конструювання для одержання оптимальної (найкращої у визначеному розумінні) системи, що задовольняє вимоги технічного завдання.

В сучасних умовах постійно зростають потреби суспільства у нових системах зв'язку. Поряд із ускладненням систем зв'язку виникають вимоги скорочення термінів їх проектування та підвищення якості проєктування без зростання кількості проектувальників. Цього можна досягти шляхом застосування автоматизованого проектування системи, що означає виконання проектних процедур при тісній взаємодії людини та ЕОМ. Розглянемо деякі загальні положення та особливості початкових етапів проектування систем.



1. Етапи та особливості проектування технічних систем

Зміст даного підрозділу базується на відомих роботах з теорії та практики проектування, зокрема, автоматизованого проектування систем. Життєвий цикл складної технічної системи, як правило, включає такі етапи:

1) формування вимог до системи і формування технічного завдання на її розробку;

2) проектування системи;

3) виготовлення, дослідження та доопрацювання дослідних зразків системи;

4) серійне виробництво;

5) експлуатація;

6) модернізація системи,

7) утилізація.

Етап 1 також називають зовнішнім проектуванням. При цьому виясняється мета, заради якої створюється система; уточнюється коло розв'язування нею задач; визначаються умови роботи системи, формулюються вимоги до технічних характеристик та показників якості системи.

Етап 2 називають також внутрішнім проектуванням. При цьому визначаються структура і параметри системи, варіанти побудови та способи практичної реалізації, конструкція, технологія виготовлення підсистем та системи в цілому. Метою внутрішнього проектування є розробка необхідної технічної документації, що складає собою проект системи.

На етапі внутрішнього проектування в свою чергу виділяють наступні стадії: розробка технічної пропозиції, ескізного проекту, технічного проекту, робочої конструкторської документації. На стадії розробки технічної пропозиції формується концепція побудови та визначаються основні параметри системи, що задовольняють вимоги технічного завдання. При цьому фактично узгоджуються вимоги зовнішнього проектування з можливостями внутрішнього проектування. Основна задача ескізного проектування - розробка структури, визначення основних характеристик системи. На стадії технічного проектування уточнюється та деталізується проект системи, створюється та випробовується дослідницький зразок системи. На заключній стадії проектування розробляється комплект конструкторської документації на виробництво та експлуатацію системи.

Процес внутрішнього проектування системи у загальному випадку включає виконання таких робіт: аналіз аналогічних систем та обґрунтування вихідних даних і обмежень на систему; вибір принципів побудови і визначення структури системи; схемотехнічний синтез системи; конструювання системи; розробка технології виготовлення системи, підготовка апаратури для випробувань системи.

При проектуванні спочатку виконуються науково-дослідні роботи, в межах яких проводиться пошук шляхів створення та дослідження нових принципів побудови системи. Результатом є формулювання технічного завдання на розробку нової системи. Потім проводяться експериментально-конструкторські роботи, в межах яких перевіряються і конкретизуються способи побудови системи, а також створюється дослідницький зразок системи. Результатом є ескізний проект системи. При технічному проектуванні виконується детальна розробка усіх схемних, конструкторських і технологічних рішень, необхідних для виготовлення, випробувань та експлуатації системи.

Опис складної технічної системи складається з декількох аспектів: функціонального, конструкторського, технологічного. Функціональний аспект відбиває фізичні, інформаційні процеси, що відбуваються в системі при її функціюванні. Конструкторський аспект характеризує структуру, розташування у просторі і форму складових частин системи. Технологічний аспект характеризує технологічність, можливість і засоби виготовлення системи в заданих умовах.

При описуванні системи виділяються такі рівні абстрагування: системний, функціональний, схемотехнічний і компонентний. На системному рівні як система фігурує той об'єкт, що призначений для проектування, наприклад, система автоматичного телефонного зв'язку або мережа передачі даних між ЕОМ. Функціональними елементами виступають блоки та пристрої, наприклад, модем, передавач, приймач, демодулятор. Схемними елементами виступають, наприклад, генератор сигналів, підсилювач, лічильник, дешифратор. На компонентному рівні розглядаються процеси, що протікають у компонентах схеми, наприклад, інтегральних схемах, транзисторах.

У залежності від того, в якій послідовності виконується проектування, розглядають спадний і висхідний спосіб проектування системи. При спадному проектуванні, що протікає ”зверху-вниз”, задачі більш високих ієрархічних рівнів проектування вирішуються раніше, ніж задачі нижчих ієрархічних рівнів. При висхідному проектуванні - ”знизу-вверх”, навпаки, задачі нижчих ієрархічних рівнів проектування вирішуються раніше, ніж задачі більш високих ієрархічних рівнів. Функціональне проектування є, як правило, спадним, а конструкторське - висхідним.

Успішне вирішення задачі проектування системи можливе лише на базі різностороннього, цілістного розгляду проектованої системи та її розвитку (зміни) у процесі взаємодії із зовнішнім середовищем та іншими системами. Лише такий підхід, який називається системним, здатний привести до істино творчих, новаторських проектних рішень. В основі системного підходу лежать такі принципи.

Врахування всіх етапів "життєвого циклу" системи, що розробляється (проектування, виготовлення, експлуатація, утилізація).

2. Врахування історії і особливо перспектив розвитку систем даного та близьких класів систем.

3. Різносторонній розгляд взаємодії системи з навколишнім середовищем (з природою та суспільством взагалі).

4. Врахування основних видів взаємодії елементів самої системи (функціональної, конструктивної, енергетичної, інформаційної, динамічної).

5. Врахування взаємодії між розвитком елементної бази та системотехніки.

6. Врахування можливості зміни вихідних даних і навіть вирішуваної задачі в процесах проектування, виготовлення та експлуатації системи.

7. Виділення головних показників якості системи, що повинні враховуватися та покращуватися при проектуванні.

8. Поєднання принципів композиції, декомпозиції та ієрархічності при створенні підсистем, пристроїв, блоків.

9. Розкриття основних технічних протиріч, що перешкоджають покращенню основних показників якості системи та пошук шляхів їх усунення.

9. Правильне поєднання різних методів проектування: математичних, евристичних, експериментальних, а в рамках математичних методів - аналітичних та з допомогою ЕОМ.

10. Забезпечення відповідної взаємодії в процесі проектування спеціалістів різного профілю.

Розглянемо деякі особливості проектування систем зв'язку з урахуванням вказаних принципів системного підходу.

Оскільки складність систем зв'язку швидко зростає, то для аналізу і синтезу таких складних систем існує лише один шлях - розчленування їх на різні елементи та дослідження множини їх структур і взаємодії. Ці проблеми відбиті у науковому напрямку - архітектура систем. Архітектура систем - містке поняття, що містить три важливих види взаємопов'язаних структур: фізичну, логічну, програмну. Кожна з цих структур визначається набором елементів і характером їх взаємодії.

Складній системі зв'язку притаманні такі відмінні ознаки:

- велика кількість взаємопов'язаних і взаємодіючих елементів;

- складність функції, яку виконує система;

- можливість розбивання системи на підсистеми, функціонування яких підпорядковані загальній цілі функціонування системи;

- керування розгалуженою мережею (часто ієрархічної структури) і потоками інформації;

- взаємозв'язок із зовнішнім середовищем і функціонування в умовах впливу випадкових факторів.

Сучасні системи зв'язку є типовими представниками складних систем з ієрархічною, функціональною та структурною організацією. Функціональна ієрархія відбиває специфіку задач кожного елемента системи та підпорядкованість елементів, зумовлену їх спільним функціонуванням у складі системи зв'язку.

У сучасній практиці створення складних систем для їх синтезу використовується поєднання змістовних (еврістичннх, інтуітивних) та формальних (алгоритмічних) методів. Синтез складних систем полягає у визначенні структури системи, що синтезується, та процесів її функціонування. Функціонально-структурний підхід зводиться до розбивання складних систем на окремі структурні рівні (підсистеми) для визначення їх функціонального призначення. Така організаці...