Способ и система для быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений

Изобретение относится к разделу вычислительной техники, в частности к способам и техническим средствам, выполняющим синхронизованные обмены сообщениями между приемо-передатчиками подвижных объектов (далее объектов) и удаленным от них центром ретрансляции цифровых сообщений (далее центром, CRC) в среде с изменяющимися условиями передачи ненаправленных радио и оптических сигналов. Для функционирования подвижных объектов необходимо связанное с перемещением объектов быстрое многократное измерение интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений, так как скорость измерения определяет скорость реакции объектов на события, возникающие в процессе работы объектов, и на возможности выполняемых объектом вычислений.

Известен использованный в качестве прототипа способ измерения времени переноса сигналов между объектами и центром, опубликованный в патенте RU №2454707 С1, дата публикации 27.06.2012, Бюл. №18.

В этом способе стационарные объекты для связи с CRC используют оптические связи и посылку оптических сигналов точно направленных на CRC. Получив эти сигналы, CRC на другой частоте, используя ретрорефлектор, возвращает их только объекту, отправившему сигнал в CRC.

Перед началом взаимодействия с CRC объекты проводят два способа измерения временной удаленности объектов от CRC. В первом из них определяется T_max - максимальная удаленность объектов от CRC. Выделение объектов со значением времени T_max осуществляется последовательным опросом объектов для поиска max среди всех T_i. Результат T_max сообщается всем объектам, во втором для каждого объекта O_i одновременно измеряется его удаленность T_i от CRC.

Прототип следующим способом использует измеренные интервалы времен T_max и T_i.

Центр CRC кроме возможности определения T_max и T_i позволяет объектам обмениваться сообщениями, содержащими данные и команды, управляющие работой объектов. Объекты получают синхросигнал от CRC и с задержкой ^*T_i=2(T_max-T_i) передают свои сообщения в CRC, что обеспечивает одновременное поступление одноименных двоичных разрядов сообщений в CRC. Такое совмещение разрядов сообщений используется для синхронизации сообщений и проведения быстрых распределенных вычислений. Если объектам известны длительности передаваемых сообщений, то объекты, используя ^*T_i, передают сообщения одно за другим без временных пауз между сообщениями. Все это ускоряет взаимодействие объектов.

Таким образом, быстрое определение T_max и T_i - основа быстрого выполнения процессов синхронизации и распределенных вычислений в системах, использующих CRC.

Быстрое определение T_max и T_i - цель данного патента. Но подвижность объектов, функционирование в среде с изменяющимися условиями передачи сигналов, а также использование ненаправленных сигналов потребовали существенно изменить по сравнению с прототипом способ определения T_max и T_i, так как для указанных подвижных объектов способ измерения T_i и T_max в прототипе замедляет действия объектов.

Недостаток способа прототипа. Подвижные системы из-за изменения положения объектов, влияющего также на возможности передачи сигналов, требуют частого определения T_max и T_i. Примененное в прототипе поочередное измерение T_max - процедура длительная, требующая последовательного опроса объектов, и ее многократное применение существенно замедляет работу подвижной системы. Определение T_i в прототипе выполняется быстро за счет использования направленных оптических сигналов и ретрорефлекторов. Но такое решение не применимо в условиях работы подвижных систем, рассматриваемых в данном патенте. Таким образом, общий недостаток прототипа состоит в отсутствии для подвижных систем способа быстрого измерения интервалов времени T_max и T_i переноса сигналов между объектами и CRC.

Известна взятая в качестве прототипа система, измеряющая T_max - максимальную удаленность объектов O_i от CRC и измеряющая для каждого объекта O_i его удаленность T_i от CRC. (патент RU №2454707 С1, дата публикации 27.06.2012, Бюл. №18). Система содержит центр ретрансляции сообщений CRC и объекты O_i, которые передают по оптическим беспроводным линиям связи сигналы, направленные в центр CRC.

Недостаток системы в прототипе состоит в том, что она не обеспечивает указанное выше быстрое определение T_max и T_i, требуемое для подвижных систем.

Задача настоящего изобретения для способа состоит в устранении недостатка прототипа, ведущего к большой затрате времени определения T_max и оперированию только направленными оптическими сигналами для коррекции T_i в процессе работы системы.

Техническим результатом способа является уменьшение времени определения T_max и расширение набора применяемых при коррекции T_i сигналов, включающего ненаправленные оптические и радиосигналы.

Технический результат способа достигается тем, что в способе быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений CRC, в том числе T_i - интервала для любого объекта O_i и T_max - интервала для наиболее удаленных от CRC объектов для этих измерений выполняют процесс Р измерения интервала времени между завершением посылки объектом в CRC сигнала ƒ₁ и завершением приема объектом возвращенного от CRC ответного сигнала ^*ƒ₁ и сохранения в объектах значение отсчета времени в момент завершения приема сигнала ^*ƒ₁, причем для измерения T_i каждым объектом O_i в процессе передачи сообщения объект O_i в сообщении посылает в CRC сигнал ƒ₁, до и после которого в заданных временных интервалах отсутствуют сигналы, и выполняет процесс Р, сохраняющий значение 2T_i, или для измерения T_i по команде объекта ^*O последний через CRC посылает объектам O_i команду измерения K₁ и каждый объект O_i при завершении приема K₁ поочередно в соответствии с порядковым номером объекта O_i посылает в CRC сообщение, состоящее из сигнала ƒ₁, до и после которого в заданных временных интервалах отсутствуют сигналы, и выполняет процесс Р, сохраняющий в объекте значение 2T_i, причем для измерения T_max в объектах произвольный объект ^*O через CRC посылает всем объектам команду K, а каждый объект при завершении приема K посылает в CRC сигнал ƒ₁ и выполняет процесс Р, а объект ^*O завершает измерение посылкой в CRC сигнала ƒ₀, в ответ на который CRC посылает объектам сигнал ^*ƒ₀, и для объекта сохраненное процессом Р значение интервала времени равно 2T_max.

Задача настоящего изобретения для системы - устранить указанный недостаток системы устройств прототипа путем ввода в систему новых устройств и связей между ними.

Технический результат для системы устройств состоит в том, что она соединяет объекты и CRC беспроводными связями, передающими ненаправленные радио или оптические сигналы, причем объекты и CRC содержат технические устройства для ускорения измерения интервалов времени T_max и T_i переноса сигналов между объектами и центром CRC.

Технический результат для системы достигается тем, что в системе быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений CRC, в том числе T_i - интервала для любого объекта O_i и T_max - интервала для наиболее удаленных от CRC объектов для измерения T_i и для измерения T_max в объектах она содержит в CRC приемники получаемых от объектов сигналов ƒ₀, ƒ₁ и передатчики посылаемых объектам сигналов ^*ƒ₀, ^*ƒ₁, соединенные линиями связи в пары для сигналов ƒ₀-^*ƒ₀ и ƒ₁-^*ƒ₁, при этом объекты содержат передатчики посылаемых объектами сигналов ƒ₀, ƒ₁, приемники получаемых объектами от CRC сигналов ^*ƒ₀, ^*ƒ₁, таймер, блок управления, причем в объекте выход каждого приемника и вход каждого передатчика соединены линиями связи с блоком управления объекта, который также соединен с таймером линиями связи включения таймера и считывания его показания.

Техническая сущность и принцип действия предложенной системы устройств поясняются чертежами.

Фиг. 1. Способ быстрого измерения T_max.

Фиг. 2. Система взаимодействия объектов с CRC.

Фиг. 3. Приемо-передатчики CRC.

Фиг. 4. Приемо-передатчики, блок управления и таймер объекта.

Приведенные на чертежах устройства следует рассматривать как примеры реализации предлагаемых в патенте устройств.

Краткое описание предложенного способа. В способе одновременно для всех объектов между каждым объектом и CRC выполняются обмен сигналами и посылка команды от одного из объектов через CRC другим объектам, позволяющие в совокупности ускорить измерение T_max и T_i.

Краткое описание предложенной системы устройств.

Для выполнения способа быстрого измерения интервалов времени переноса сигнала между подвижными объектами и центром ретрансляции сообщений CRC система содержит в CRC приемники сигналов объектов, поступающих по беспроводным ненаправленным связям, содержит также передатчики сигналов, посылаемых от CRC к объектам. При этом выход каждого из этих приемников соединен в CRC проводной связью с входом соответствующего приемнику передатчика. В каждом объекте находятся источники посылаемых в CRC сигналов и приемники получаемых от CRC сигналов. Выходы приемников и входы источников этих сигналов соединены линиями связи в объекте с блоком управления, который, используя сигналы приемников и внутреннюю информацию объекта, формирует и посылает сигналы источникам, управляющие передачей сигналов источниками.

Подробное описание предложенного способа определения T_i и T_max.

При определении T_i и T_max используется процесс Р, который измеряет интервал времени между завершением посыпки объектом в CRC сигнала ƒ₁ и завершением приема объектом возвращенного от CRC ответного сигнала ^*ƒ₁. Результат измерения процесс Р сохраняет в объекте, как значение отсчета времени в момент завершения приема сигнала ^*ƒ₁.

Предложенный способ при измерении T_i в процессе работы системы (текущего значения T_i) действует следующим образом. Начальное измерение T_i выполняется для объектов O_i как в прототипе. Для коррекции T_i при перемещении объектов выполняются два варианта действий: независимо каждым объектом и под управлением выделенного для этой операции объекта.

Первый вариант. Объект корректирует T_i, используя для этого сигналы разрядов ƒ₁ своих сообщений. Для этого объект выполняет следующие действия.

1. В своем сообщении объект выделяет двоичный разряд коррекции интервала T_i и помещает в него сигнал ƒ₁, при этом должно быть свободное от сигналов место в начале и в конце разряда. Это достигается применением более короткого, чем обычно сигнала ƒ₁ или увеличением размера разряда коррекции.

2. Модуль CRC переведет этот сигнал ƒ₁ в сигнал ^*ƒ₁ и возвратит объекту.

3. Если объект сместился, то возвращенный от CRC сигнал ^*ƒ₁ сместится в пределах разряда. Объект измеряет интервал времени между посылкой сигнала ƒ₁ и приемом сигнала ^*ƒ₁ и сохраняет измеренное значение как 2T_i (выполняет процесс Р), что позволяет скорректировать T_i.

Второй вариант. Инициатором определения T_i является выделенный объект ^*O, выполняющий следующие действия.

Объект ^*O он через CRC посылает объектам O_i команду измерения K₁ и каждый объект O_i при завершении приема K₁ поочередно в соответствии с порядковым номером объекта O_i посылает в CRC сообщение, состоящее из сигнала ƒ₁, до и после которого в заданных временных интервалах отсутствуют сигналы, и выполняет процесс Р, сохраняющий в объекте значение 2T_i.

Двоичную последовательность этих, состоящих из единственного сигнала ƒ₁, сообщений далее для краткости назовем шкалой. Шкалу объекты синхронно посылают в CRC. Достижение синхронности не является предметом изобретения и аналогично способу, примененному в прототипе. Сообщению каждого объекта в шкале выделено соответствующее место - разряд шкалы. Объект помещает в свой разряд шкалы сигнал ƒ₁ с сохранением свободных от сигналов мест в начале, и в конце разряда.

Модуль CRC переводит в шкале сигналы ƒ₁ в сигналы ^*ƒ₁ и возвращает шкалу объектам. Если объект сместился, то возвращенный от CRC сигнал ^*ƒ₁ сместится в пределах разряда шкалы. Объект измеряет и сохраняет значение интервала времени между посылкой сигнала ƒ₁ и приемом ^*ƒ₁, (выполняет процесс Р), что позволяет скорректировать T_i.

Таким образом, посылкой одной шкалы корректируются T_i для всех объектов. Ускорение коррекции достигается за счет того, что вместо организации посылки многих сообщений, требуется организовать посылку единственного короткого сообщения.

Посылка команды K₁ дает дополнительную возможность. После того, как для объекта O_i выполнено начальное определение T_i, шкала позволяет регулярно корректировать T_i, не ожидая завершения начального определения T_i для всех O_i. Кроме этого наличие в шкале сигналов ƒ₁ позволяет обнаружить все работающие объекты O_i.

Предложенный способ при измерении T_max действует следующим образом.

Один их объектов ^*O, имеющий право инициировать измерение T_max, посылает в CRC сигналами ƒ₀ и ƒ₁ сообщение-команду K - начать определение T_max. Эту команду CRC одновременно посылает всем объектам О сигналами ^*ƒ₀ и ^*ƒ₁ соответственно. Код команды K покидает модуль CRC в момент времени T₀=0. В момент T_i код команды K покидает объект O_i, который начинает отсчет времени и одновременно отправляет в CRC сигнал ƒ₁. Так действуют все объекты, включая наиболее удаленные объекты O_max, для которых положим T_i=T_max.

Сигналы ƒ₁ от объектов поступают в CRC, который преобразует их в сигналы ^*ƒ₁ и отправляет эти сигналы объектам. Фиг. 1 показывает, что для сигнала ^*ƒ₁, посланного от CRC в ответ на поступление сигнала ƒ₁ от наиболее удаленных от CRC объектов, его приход к объекту O_i завершается через время 2T_max после завершения отправки сигнала ƒ₁ этими объектами. Для сигналов остальных объектов ^*ƒ₁ приходят к объекту O_i раньше момента 2T_max. При завершении прихода каждого сигнала ^*ƒ₁ объект O_i сохраняет время его прихода, заменяя им предыдущее значение прихода ^*ƒ₁. Объект ^*О завершает операцию посылкой в CRC сигнала ƒ₀, который CRC переводит в ^*ƒ₀ и отправляет объектам. Последнее сохраненное перед приходом сигнала ^*ƒ₀, значение интервала времени равно 2T_max. В результате каждый объект определит значение T_max. В отличие от прототипа время определения T_max для группы объектов равно времени измерения T_max для одного объекта, что дает ускорение в определении T_max.

Отметим, что измерение и сохранение интервала времени между посылкой объектом ƒ₁ и приемом сигнала ^*ƒ₁ и есть процесс Р.

Следует добавить объяснение. Количество сигналов ^*ƒ₁ может быть меньше количества участвующих в определении объектов и даже равно единице. Это возможно, так как сигналы разных объектов могут совмещаться во времени, что не мешает определению T_max. Для этого достаточно фиксировать момент завершения сигнала ^*ƒ₁ и (или) вычитать из этого времени известную длительность сигнала ^*ƒ₁.

Предложенные способы определения T_i и T_max дают существенное ускорение в определении этих интервалов времени.

Подробное описание предложенной системы устройств.

Структура взаимодействия устройств предложенной системы приведена на фиг. 2. Здесь CRC (1) соединен беспроводными связями (2) с группой объектов (3). Беспроводные связи выполняются передачей ненаправленных радио или оптических сигналов в пространстве. Взаимодействие объектов выполняется в соответствии со способом, предложенным в патенте. Для этого CRC и объекты содержат следующие технические средства.

Техническое устройство компонент модуля CRC, участвующих в измерении T_i и T_max, но непосредственно не измеряющих их, показано на фиг. 3. Здесь треугольниками 4, 5 показаны приемники, на входы которых 6, 7 от передатчиков объектов поступают соответственно сигналы ƒ₀, ƒ₁, направляемые объектами в CRC. Треугольниками 8, 9 показаны передатчики, с выходов которых 10, 11 посылаются объектам соответственно сигналы ^*ƒ₀, ^*ƒ₁. Выходы приемников и входы передатчиков соединены линиями связи в пары так, что входной сигнал приемника формирует выходной сигнал передатчика в следующем соответствии: ƒ₀-^*ƒ₀, ƒ₁-^*ƒ₁.

Техническое устройство средств объекта, выполняющих измерение T_i и T_max, показано на фиг. 4. Здесь треугольниками 12, 13 показаны соответственно передатчики сигналов ƒ₀, ƒ₁, направляемых объектом в CRC, треугольниками 14, 15 показаны соответственно приемники сигналов ^*ƒ₀, ^*ƒ₁, поступающих в объект от CRC. На входы 16, 17 передатчиков поступают от 18 - блока управления объекта сигналы, формирующие на выходах передатчиков направляемые в CRC сигналы ƒ₀, ƒ₁. Поступающие от CRC радио или оптические сигналы ^*ƒ₀, ^*ƒ₁ приемники преобразуют в электрические сигналы и по линиям 19, 20 направляют в блок 18.

Устройство блока управления 18 здесь не рассматривается, так как в его организации нет специфики, характерной для измерения T_i и T_max. Блок 18 действует одинаково для всех требуемых объекту действий - он принимает от приемников сигналы CRC, расшифровывает передаваемую ими инструкцию и посылает управляющие сигналы в компоненты объекта. В частности блок 18 вырабатывает и принимает все приведенные на фиг. 4 сигналы.

Кроме указанных средств объект имеет таймер 21, который блок управления, используя линию 22, включает для выполнения отсчетов времени, требуемых способом, и с которого блок управления, используя линию 23, считывает выполненный отсчет времени.