Исследование характеристик кодов Рида-Соломона для реализации в устройствах систем управления

Abstract

RU: Актуальность. Выполнены исследования характеристик кодов Рида-Соломона для оценки влияния параметров кода и канала связи на достоверность и эффективность передачи информации между устройствами систем управления. Объектом исследования являются избыточные недвоичные коды Рида-Соломона, предмет исследования – теоретические и экспериментальные исследования зависимости характеристик кодов Рида-Соломона от его параметров и свойств среды передачи. Цель работы – анализ соотношений характеристик и параметров кодов Рида-Соломона для их использования в процедурах кодирования и декодирования при программной реализации в устройствах систем управления. Методы. Использован математический аппарат и теория построения кодов Рида-Соломона. Получены расчетные формулы для оценки достоверности передачи информации кодом Рида-Соломона с учетом искажений символов кода и отдельных бит данных. Исследованы зависимости вероятности правильной передачи от параметров кода и среды распространения сигналов. Получены и исследованы зависимости показателей эффективности (информационной скорости) передачи кодом Рида-Соломона от параметров кода. Выполнено программное моделирование системы управления с выбранным способом помехоустойчивого кодирования. Реализованы процедуры кодирования и декодирования для их адаптации и применения в устройствах систем управления. Результаты. Получены зависимости показателей достоверности (вероятность правильной передачи) и эффективности (информационная скорость) кодов Рида-Соломона от его параметров (модуль поля Галуа, кратность исправляемых ошибок, степень укорочения кода). Даны рекомендации по использованию полученных результатов при выборе параметров кода. Создана и сконфигурирована модель системы передачи в среде MathWorks MatLab Simulink. Разработаны программные модули процедур кодирования и декодирования для их практической реализации во встроенном программном обеспечении устройств систем управления. Выводы. Проведенные в работе исследования иллюстрируют зависимости показателей достоверности и эффективности передачи информации от параметров кодов Рида-Соломона. Это позволяет проектировать надежные системы управления, в которых заданный уровень достоверности передачи информации обеспечивается обоснованным подбором параметров кода Рида-Соломона. UK: Актуальність. Виконано дослідження характеристик кодів Ріда-Соломона для оцінки впливу параметрів коду і каналу зв’язку на достовірність і ефективність передачі інформації між пристроями систем керування. Об’єктом дослідження є надлишкові недвійкові коди Ріда-Соломона, предмет дослідження – теоретичні та експериментальні дослідження залежності характеристик кодів Ріда-Соломона від його параметрів і властивостей середовища передачі. Мета роботи – аналіз співвідношень характеристик і параметрів кодів Ріда-Соломона для їх використання в процедурах кодування і декодування при пропрограмній реалізації в пристроях систем керування. Методи. Використано математичний апарат і теорію побудови кодів Ріда-Соломона. Отримано розрахункові формули для оцінки достовірності передачі інформації кодом Ріда-Соломона з урахуванням спотворень символів коду і окремих бітів даних. Досліджено залежності ймовірності правильної передачі від параметрів коду і середовища поширення сигналів. Отримано і досліджено залежності показників ефективності (інформаційної швидкості) передачі кодом Ріда-Соломона від параметрів коду. Виконано програмне моделювання системи керування до обраного способу завадостійкого кодування. Реалізовано процедури кодування та декодування для їх адаптації та застосування в пристроях систем керування. Результати. Отримані залежності показників достовірності (ймовірність правильної передачі) і ефективності (інформаційна швидкість) кодів Ріда-Соломона від його параметрів (модуль поля Галуа, кратність виправлення помилок, ступінь укорочення коду). Надано рекомендації щодо використання отриманих результатів при виборі параметрів коду. Створена і налаштована модель системи передачі в середовищі MathWorks MatLab Simulink. Розроблено програмні модулі процедур кодування та декодування для їх практичної реалізації у вбудованому програмному забезпеченні пристроїв систем керування. Висновки. Проведені в роботі дослідження ілюструють залежності показників достовірності та ефективності передачі інформації від параметрів кодів Ріда-Соломона. Це дозволяє проектувати надійно системи керування, в яких заданий рівень достовірності передачі інформації забезпечується обґрунтованим підбором параметрів коду Ріда-Соломона. EN: Context. Research of a Reed-Solomon codes characteristics for estimation of code and communication channel parameters influence at the reliability and efficiency of information transmission between of control systems devices are performed. The research object is encoding with using nonbinary redundant Reed-Solomon codes, the research subject is the theoretical and experimental studies of relation between the Reed-Solomon codes characteristics and their parameters and transmission channel properties. The purpose is characteristics and properties relation analysis for their using within encoding and decoding procedures at software of control systems devices. Methods. The math methods and Reed-Solomon codes building theory are used. The formulas for information transmission reliability estimation with using Reed-Solomon codes taking into account of code character and individual data bits distortions are received. The dependencies of correct transmission probability from the code and transmission channel parameters are researched. The dependencies of efficiency indicators (information rate) of transmission with using the Reed-Solomon codes from code parameters are received and researched. The simulation of control system with using selected method of the noise stability encoding is done. The encoding and decoding procedures for their adaptation and using within control systems devises software are realized. Results. The dependencies of the Reed-Solomon codes reliability indicators (correct transmission probability) and the efficiency indicators (information rate) from its parameters (Galua field module, number of corrected errors, code shortening degree) are received. The recommendations for using results for code parameters selecting are done. The control system model with using MathWorks MatLab Simulink is created and configured. The software modules with encoding and decoding procedures for their practical realization within embedded software of control systems devices are developed. Conclusions. The performed research illustrates the dependence of the reliability and efficiency indicators of information transmission from the Reed-Solomon codes parameters. This allows design reliable control systems with preset level of reliability than provided by a reasonable selection of Reed-Solomon code parameters.