книги из ГПНТБ / Валиев Т.А. Передача данных по ЛЭП
.pdf
А К А Д Е М И Я Н А У К У З Б Е К С К О Й С С Р
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ С ВЦ АН УзССР
Т.А. ВАЛИЕВ, Ш. А. ЗАРГАРОВ
ПЕ Р Е Д А Ч А
ДА Н Н Ы Х
ПО Л Э П
ИЗДАТЕЛЬСТВО £„ФАН' УЗБЕКСКОЙ ССР
Т А Ш К Е Н Т - 1973
6Ф0.1 В 15
Го<*-. |
ny6n^"uqfl |
|
||
t..„ |
о |
. .. • |
> |
|
ЧИТ ••. .ЬпОГО %АЯА |
|
|||
УДК 621.391:621.315.1.052.63 |
|
|||
Т. А. В а л и е в, |
Ш. А. 3 а р г а р о в. Передача |
данных |
||
по ЛЭП. Изд-во |
«Фан» УзССР, 1973. Табл.—11, |
рис.—46, |
||
библ.—131 |
назв., |
стр. 154. |
|
|
В монографин рассматривается комплекс вопросов, свя занных с проблемой использования ЛЭП для передачи цифро
вой |
информации. На основе анализа |
результатов |
прове |
|||
денных впервые широких |
экспериментальных |
исследований |
||||
определяются возможности |
передачи данных |
по ВЧ-каналам |
||||
ЛЭП |
применительно к АСУ различного |
назначения. |
|
|||
Наибольшее внимание в работе уделено анализу стати |
||||||
стики |
ошибок, выбору математической |
модели |
их источника |
|||
и оценкам |
эффективности |
применения |
основных |
способов |
||
повышения |
помехоустойчивости. Самостоятельное |
значение |
||||
имеют автоматизированные методы экспериментальных иссле дований и обработки результатов измерении, основанные на
эффективном использовании ЭВМ. Разработанные |
системы и |
|||||
алгоритмы машинных |
методов |
регистрации и анализа |
могут |
|||
найти |
применение при исследовании различных каналов |
пере |
||||
дачи |
данных. |
|
|
|
|
|
Настоящая книга |
является |
в отечественной |
литературе |
|||
первой, в которой освещаются |
вопросы |
передачи |
данных по |
|||
ЛЭП. Она рассчитана |
на специалистов |
в области |
передачи |
|||
цифровой информации и разработки АСУ. |
|
|
||||
Ответственный редактор
канд. техн. наук М. Н. АРИПОВ
В |
331 4—0125 |
20-73 |
© Издательство «Фан> УзССР, 1973 г. |
|
355 (06)—73 |
|
|
1000-летнему юбилею Абу РайхаЦа Беру ни посвящается
ВВЕДЕНИЕ
Научно-технический прогресс во второй половине XX столетия характеризуется интенсивными теоретическими исследованиями и практическими достижениями в области управления и инфор мационных процессов. Рост производительности труда, эффектив-,
ность |
использования |
изготовленной |
продукции |
и |
природных |
|||||
ресурсов на современном |
этапе развития |
человеческого |
обще:, |
|||||||
ства |
определяются |
в |
первую |
очередь |
уровнем |
автоматизации |
||||
технических средств и |
систем |
управления |
во всех сферах и на |
|||||||
всех уровнях общественного производства и потребления. |
|
|||||||||
Экономическая |
политика |
КПСС, |
отраженная |
в |
программе |
|||||
партии и планах |
развития |
народного хозяйства |
СССР, |
исходит |
||||||
из объективной необходимости самого широкого и интенсивного внедрения автоматизации в процессы управления и планирования
на базе |
использования |
экономико-математических |
методов к|. |
|||||
средств |
электронно-вычислительной |
техники. |
«Наука серьезно |
|||||
обогатила теоретический |
арсенал планирования, |
разработав |
ме |
|||||
тоды экономико-математического моделирования, |
системного |
|||||||
анализа и другие. Необходимо шире использовать |
эти . методы, |
|||||||
быстрее |
создавать отраслевые автоматизированные |
системы |
уп |
|||||
равления, имея в виду, что в перспективе нам предстоит |
создать |
|||||||
общегосударственную |
автоматизированную систему |
сбора й |
об |
|||||
работки |
информации»*. |
|
|
|
|
|
|
|
Только за текущее пятилетие (1971—1975 гг.) в |
СССР |
наме |
||||||
чено ввести в действие не менее 1600 различных |
автоматизиро |
|||||||
ванных систем управления (АСУ). |
|
|
|
|
|
|||
О значении, которое придается информационным средствам в |
||||||||
наиболее |
развитой |
капиталистической стране — США, |
можно |
|||||
судить по тому факту, что одна треть экономической мощи США
идет на выработку и передачу |
информации. Затраты в |
данной, |
||||||
отрасли в |
2,5 раза превышают |
затраты на |
производство |
товаров |
||||
и предоставление |
услуг. Лидирующее |
положение |
занимают |
про |
||||
изводство |
ЭВМ |
и деятельность |
в области |
обработки |
данных. |
|||
* Л. И. |
Б р е ж н е в . Отчетный |
доклад |
Центрального |
Комитета |
КПСС |
|||
XXIV съезду Коммунистической партии Советского Союза, «Материалы |
X X I V |
|||||||
съезда КПСС», М., Политиздат, 1971, |
стр. 67. |
|
|
|
|
|
||
3
Только в 1969 г. число ЭВМ. в США достигло 70 тыс. общей стои мостью 24 млрд. долл., к 1972 г. ориентировочная стоимость изго товленных ЭВМ превышала 40 млрд. долл. [12].
Основным назначением |
АСУ |
можно |
считать обеспечение сбо |
|
ра, передачи и обработки необходимой |
информации об |
объекте |
||
(системе) и внешней среде |
для |
выработки управляющих |
предпи |
|
саний в соответствии с назначением объекта. Совершенно очевид но, что без средств, обеспечивающих своевременную, достаточно
полную н точную передачу информации |
о состоянии объекта и |
|
внешней среды к устройству обработки |
информации |
(ЭВМ), |
невозможно осуществить эффективный контроль, анализ и управ ление. Если на компактных, локальных объектах с не очень сложными внутренними связями при внедрении АСУ можно огра
ничиться |
доставкой |
информации к |
ЭВМ без |
применения спе |
циальных |
каналов |
связи, то для |
объектов |
с территориально- |
рассредоточенными |
подразделениями |
автоматизация управления |
||
невозможна без организации специальной системы передачи дан ных (СПД), включающей в себя аппаратуру и каналы передачи
цифровой |
информации. |
|
|
|
|
|
|
|||
Особую |
роль |
каналы передачи данных |
приобретают |
в |
связи |
|||||
с объединением |
отдельных вычислительных |
центров (ВЦ) |
и |
ЭВМ |
||||||
в информационно-вычислительные |
системы |
и |
интенсивным |
вне |
||||||
дрением различных терминальных устройств, дающих |
широкому |
|||||||||
кругу клиентуры, удаленной от ВЦ, |
доступ |
к крупным |
ЭВМ. |
|||||||
К 1970 |
г. |
число |
терминальных |
устройств |
(печатающих и |
|||||
визуальных с электронно-лучевой трубкой) |
в |
США |
превышало |
|||||||
200 тыс., 15 |
тыс. из |
них работало |
по принципу разделения |
вре |
||||||
мени. Согласно оценкам специалистов к 1975 г. общее количество
действующих терминальных устройств должно составить более |
|
2 млн. [12]. По прогнозам Ассоциации изготовителей |
канцелярских |
машин (ВЕМА) к 1980 г. более половины ЭВМ |
всех крупных |
фирм будет связано с терминальными устройствами с непосред
ственным вводом-выводом |
данных |
[59]. Некоторые |
специалисты |
|||
[101] считают, что к 1973 |
г. до 80% |
всех |
ЭВМ |
будут |
использо |
|
ваться на основе разделения машинного |
времени с |
применением |
||||
терминальных устройств, |
связанных |
с ЭВМ |
каналами |
передачи |
||
данных. Согласно разработанным в |
США прогнозам |
(1970 г.) в |
||||
пределах одного или двух лет доходы от передачи данных срав
няются с доходами от пользования обычными телефонами |
[101]. |
|||||
О |
масштабах |
развития нового вида электросвязи — передачи |
||||
данных в |
Японии |
может свидетельствовать тот |
факт, |
что |
уже к |
|
1967 |
г. в |
стране |
действовало более 3060 каналов |
передачи |
дан |
|
ных |
в сетях различного назначения [9]. Интенсивно |
проводятся |
||||
разработки по передаче данных в Англии, ФРГ, Швеции, Фран ции, Италии и других странах. Быстрыми темпами создаются СПД и в нашей стране. Известно, что полеты советских искус ственных спутников, космических кораблей и автоматических станций обслуживаются наземным автоматизированным команд-
4
но-измерительным комплексом, в состав которого входит аппара тура радиолокации, радиоизмерения и радиотелеуправления, связанная с координационно-вычислительным центром каналами
передачи |
данных. |
Существуют |
отраслевые |
системы передачи |
|||
цифровой |
информации, системы |
специального |
назначения (на |
||||
пример, в АСУ Аэрофлота), разработана различная |
аппаратура |
||||||
передачи данных |
(АПД). |
|
|
|
|
||
Для обеспечения |
широкого |
обмена цифровой информацией в |
|||||
сравнительно сжатые |
сроки |
и |
из экономических |
соображений |
|||
целесообразно использовать для передачи данных в первую оче редь существующие каналы связи. При применении соответствую
щих методов |
повышения помехоустойчивости |
(защиты |
от оши |
|
бок) существующие проводные и радиорелейные |
телефонные |
и |
||
телеграфные |
каналы вполне пригодны для передачи |
по |
ним |
|
цифровой информации с приемлемой скоростью на достаточные расстояния.
Выбор параметров СПД и методов повышения помехоустой чивости зависит от качества канала (ширины полосы частот, характера и частости ошибок, надежности, существующей нагруз
ки и т. д.) и |
требований объекта, обслуживаемого системой. |
Оптимальный |
выбор параметров СПД должен производиться с |
учетом экономических факторов, определяющих в конечном счете
стоимость затрат на передачу информации, |
потери |
от |
ошибок, |
||||
задержки |
и полезный |
эффект |
(стоимость |
|
приобретений) от |
||
передачи информации. |
|
|
|
|
|
| |
|
Статистические характеристики |
и методы |
описания |
каналов |
||||
передачи данных изучались во многих работах, |
как |
отечествен |
|||||
ных, так |
и зарубежных |
[10, 85, 98, |
113, 117, 126 |
и др.]. |
Основное |
||
внимание в них уделено исследованию стандартных. телефонных каналов так называемой коммерческой связи.
В ближайшем будущем в связи с внедрением отраслевых АСУ
следует ожидать |
резкого роста потоков информации, передавае |
|
мой в цифровой |
форме. Ввиду того, что существуют |
практические |
ограничения по |
пропускной способности, нагрузке и |
надежности |
существующей стандартной сети связи поиск резервных каналов для передачи данных является назревшей задачей. Такими кана
лами |
могут |
служить различные |
сети |
коммуникаций, |
|
построен |
|||
ные |
из электропроводных |
материалов |
и |
предназначенные |
для |
||||
транспортировки жидкостей, газа, энергии, |
грузов, |
нецифровой |
|||||||
информации и т. д. Особый интерес с этой точки зрения |
представ |
||||||||
ляет |
исследование возможностей |
передачи |
цифровой |
информации |
|||||
по электроэнергетическим |
сетям. |
Это объясняется тем, |
что: |
|
|||||
а) |
степень разветвленнности |
электроэнергетических |
сетей |
не |
|||||
уступает разветвленности |
информационных: |
|
|
|
|
||||
б) каналы передачи данных, организованные по линиям элек |
|||||||||
тропередачи |
(ЛЭП), являются естественными и наиболее подхо |
||||||||
дящими для АСУ энергосистемами; |
|
|
|
|
|
||||
5
в) накопленный опыт в отношении эксплуатации имеющихся систем служебной телефонной связи и телемеханики позволяет считать эти каналы наиболее подготовленными для организа ции СПД;
г) совпадение графов энергетических и информационных пото ков и сравнительно малая ожидаемая нагрузка каналов передачи данных для АСУ самих энергосистем позволяют использовать эти каналы для обмена цифровой информацией в других, не относя щихся к энергетике, системах.
Известно, что в ряде капиталистических стран возникли труд ности при организации крупных СПД государственного масшта ба. Вследствие противоречий между капиталистическими монопо лиями и компаниями, владеющими сетями связи или производя щими информационные средства, и пользователями ЭВМ рацио
нальная |
организация |
национальных |
СПД сомнительна. Так, в |
|||||||||||
Японии |
жесткая |
монополия |
и |
стремление |
компании |
«НТТ» |
||||||||
(«Ниппон телефон |
энд |
телеграф») |
сохранить |
за |
собой |
выгодную |
||||||||
сферу |
деятельности сдерживают |
реализацию |
проекта |
по |
созда |
|||||||||
нию Национальной службы передачи данных. |
Переговоры |
между |
||||||||||||
«НТТ» и правительством Японии об участии |
постороннего |
част |
||||||||||||
ного капитала |
(что повлекло |
бы |
участие |
и в |
разделе |
прибыли) |
||||||||
в организации и эксплуатации Национальной |
службы |
передачи |
||||||||||||
данных положительных результатов не дали [9]. |
|
|
|
|||||||||||
При социалистической системе общественных отношений госу |
||||||||||||||
дарственные интересы |
совпадают |
с |
общенародными. Необходимо |
|||||||||||
использовать |
преимущества |
нашего |
общественного |
строя при |
||||||||||
создании |
Общегосударственной |
|
системы |
передачи |
данных |
|||||||||
(ОГСПД), в том числе СПД различных |
назначений. Немаловаж |
|||||||||||||
ное значение при этом будет иметь организация |
каналов |
пере |
||||||||||||
дачи данных по ЛЭП для обслуживания АСУ |
электроэнергетикой |
|||||||||||||
и другими отраслями народного хозяйства. В |
предлагаемой |
чита |
||||||||||||
телю |
книге освещены |
вопросы |
использования |
высокочастотных |
||||||||||
(ВЧ) |
каналов |
по ЛЭП |
для передачи |
данных. Экспериментальные |
||||||||||
и теоретические результаты были получены авторами при иссле дованиях каналов Министерства энергетики и электрификации УзССР, проводившихся Отделом теории информации ордена Трудового Красного Знамени Института кибернетики с Вычисли тельным центром АН УзССР. Основные выводы и рекомендации были приняты к внедрению для республиканской АСУ энергети кой Узбекистана. Многие из вошедших в книгу результатов были опубликованы в трудах ордена Трудового Красного Знамени Ин ститута кибернетики с ВЦ АН УзССР «Вопросы кибернетики». Некоторые из выводов докладывались на IV и V конференциях по теории передачи и кодирования информации и на семинаре в Со вете по кибернетике АН СССР.
Настоящая работа является первой попыткой освещения комплекса вопросов, связанных с передачей данных по ЛЭП, поэтому она не может претендовать на полноту и безапелляцион-
6
ность выводов. Однако авторы надеются, что книга поможет исследователям разобраться в некоторых вопросах, касающихся использования Л Э П для передачи данных, и будет полезным ме тодологическим пособием. Замечания и предложения по данной работе помогут устранить недостатки и приобрести необходимую ориентацию при дальнейших исследованиях.
Авторы благодарны сотрудникам Отдела теории информации Института кибернетики с ВЦ АН УзССР И. Мухамеджанову, А. Исмаилову, Б. Мусаеву, Т. Нишанбаеву, В. Умарову, работ
никам |
Министерства |
энергетики |
и элекрификации |
УзССР |
|||
A. Смарщевскому, Р. Батраковой, |
сотрудникам |
ЦНИИС ЛО |
|||||
B. Л. Мореву, П. А. Юнакову, |
Л. |
А. Сизовой, |
сотрудникам |
||||
ВНИИЭ |
Я. Л. Быховскому, |
В. С. Скитальцеву, а также |
К. А. Бру- |
||||
силовскому и А. С. Замрию |
за |
содействие в работе. |
|
||||
Глава I
ПРОБЛЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЭП ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
§1. Электроэнергетика
исвязь
Еще В. И. Ленин предвидел, что электрификация страны явит ся огромной преобразующей силой и прочной материальной базой, без которой невозможен переход на путь строительства коммунизма.
В нашей стране энергетика развивается более высокими тем
пами, чем другие отрасли народного хозяйства. Если |
|
за восемь |
|
предыдущих пятилеток (1928—1970 гг.) промышленное |
производ |
||
ство возросло в 75 раз, то выработка |
электроэнергии |
увеличи |
|
лась в 176 раз. Для этой отрасли характерны широкая |
|
концентра |
|
ция производства и централизованное |
управление |
выработкой |
|
ираспределением особой продукции — электроэнергии. Централизованное электроснабжение от развитых, крупных
энергосистем является наиболее целесообразным путем решения задачи электрификации всей страны. Поэтому развитие энерге тики идет в направлении объединения работы электростанций на общие энергетические сети. Энергетические связи между электро станциями, объединение их в единую систему позволяют маневри ровать мощностями и устанавливать оптимальные режимы энер
госнабжения. |
Создаются мощные, |
территориально |
разветвлен |
||
ные энергосистемы, которые в свою очередь соединяются |
в еще |
||||
более крупные |
объединенные |
системы. Наконец, |
в недалеком |
||
будущем будет |
организована |
Единая |
энергосистема |
всей |
страны. |
В настоящее время действуют Единая энергосистема |
европей |
||||
ской части СССР, объединенные энергосистемы Сибири |
и Сред |
||||
ней Азии; завершаются работы по созданию объединенных энер госистем Северного Казахстана и Дальнего Востока.
Успешно функционирует международная объединенная энерго система «Мир», в которую входят энергосистемы Болгарии, Венг рии, ГДР, Польши, Румынии, СССР и Чехословакии.
Передача и распределение электроэнергии в объединенных энергосистемах осуществляются по токонесущим проводам, обра зующим мощную и разветвленную электроэнергетическую сеть, покрывающую громадную территорию страны. Общая протяжен ность государственных ЛЭП в СССР уже превысила 3 млн. км.
8
Энергетика по сравнению с другими отраслями народного хо зяйства имеет ряд специфических особенностей. Наиболее важ
ными из них являются следующие: |
|
1. Невозможность хранения готовой продукции |
(существую |
щие аккумуляторы электроэнергии из-за ничтожной |
емкости по> |
сравнению с мощностью энергосистем можно не принимать в рас чет), вследствие чего возникает необходимость обеспечения еди новременное™ производства и потребления электроэнергии.
2. Наличие хорошо развитой сети коммуникаций для быстрой транспортировки продукции (энергии) к потребителям.
3.Случайный характер потребления энергии.
4.Заметное влияние потребителей на функционирование энер госистемы.
5.Сильно выраженная (иногда полная) зависимость функци онирования важных в народнохозяйственном отношении потре бителей от снабжения электроэнергией.
Указанные факторы определяют исключительное значение в энергосистемах четкого контроля и управления, которые могут
быть обеспечены |
только |
при |
наличии высококачественной и на |
дежной системы |
связи. |
|
|
Основным видом связи |
в |
энергосистемах является ВЧ-связь- |
|
по ЛЭП. Высокочастотные |
каналы по ЛЭП в СССР используются |
||
для диспетчерской и технологической служебной телефонной свя зи, целей телемеханики, автоматики и импульсного контроля [61, 78, 95, 109]. За рубежом ВЧ-каналы связи по ЛЭП применя
ются в |
основном для |
тех же |
целей, что и в Советском |
Союзе |
[44, 64, |
112]; некоторое |
отличие |
в конструктивных решениях, |
аппа |
ратуре и методах расчета не принципиально. В Японии, напри мер, ВЧ-каналы по ЛЭП частично используются для нужд общегосударственной связи.
В некоторых странах Европы и в США на ЛЭП начали приме няться провода со специальным высокопроводным покрытием для увеличения ширины используемой полосы частот, уменьшения затухания и упрощения присоединения ВЧ-аппаратуры к прово дам. В ряде зарубежных стран для организации ВЧ-связи исполь зуются грозозащитные тросы. Опыт эксплуатации ВЧ-каналов по-
грозозащитным тросам в |
ГДР, Чехословакии |
и США |
показал, |
что по эксплуатационной |
надежности связи |
они не |
уступают |
фазовым проводам ЛЭП. Высокочастотная связь по грозозащит ным тросам начала внедряться на линиях 500—750 /се и в Совет ском Союзе (ЛЭП-500 кв, Ташкент—Чимкент, опытно-промыш ленная передача на ЛЭП-750 кв, Конаково—Москва).
При эксплуатации больших энергосистем протяженность сетей связи, как правило, соответствует протяженности высоковольтных электроэнергетических сетей, которые в индустриально развитых государствах покрывают всю страну [129]. В таких промышленное развитых странах, как США, Франция, Чехословакия, ГДР, Япо ния, Швеция, Швейцария и другие, для связи используются прак-