RU2012053C1

RU2012053C1 - Device for analysis of networks

Info

Publication number: RU2012053C1
Authority: RU
Inventors: В.Г. Анисимов; Е.Г. Анисимов; А.М. Борисов; А.Б. Зубачев; Н.И. Ячкула
Original assignee: Анисимов Владимир Георгиевич; Анисимов Евгений Георгиевич; Борисов Александр Михайлович; Зубачев Александр Борисович; Ячкула Николай Иванович
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: device has loop counter, clock, counter for loop length, counter for length of modeling, two delay gates, group of code-to-probability converters, group of N units for modeling recovery. Each of latter units has three prohibition gates and generator of pulse s having random duration. In addition device has keypad, group of N AND gates, group of N counters of favorable outcomes (where N maximal number of probabilistic nodes of investigated network), OR gate. Device operations are based on determination of estimation for expected value of normal operation of network if probability of failure and recovery of its nodes is stochastic. EFFECT: increased functional capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для решения задач анализа сетей, описываемых вероятностными графами. В частности, оно позволяет определять оценку математического ожидания времени исправного функционирования сети с учетом стохастического характера выхода из строя и восстановления ее элементов на заданном отрезке времени. The invention relates to computer technology and is intended to solve the problems of analysis of networks described by probability graphs. In particular, it allows one to determine the estimate of the mathematical expectation of the time for the network to function properly, taking into account the stochastic nature of the failure and restoration of its elements over a given period of time.

Известно устройство для операций над графом, содержащее блок определения смежных вершин графа, две группы элементов ИЛИ, группу счетчиков, матрицу генераторов случайных событий, группы входов опроса вершин графа устройства и группу выходов признаков связности [1] . A device for operations on a graph is known, comprising a block for determining adjacent vertices of a graph, two groups of OR elements, a group of counters, a matrix of random event generators, a group of inputs for polling the vertices of a graph of a device, and a group of outputs for connected signs [1].

Известно также устройство для вычисления характеристик графов, содержащее сдвигающий регистр, блок элементов И, блок перебора сочетаний, две группы регистров, элементы И, ИЛИ, НЕ, задержки, сумматор, блок умножения [2] . There is also known a device for calculating graph characteristics, containing a shifting register, a block of AND elements, a block of enumeration of combinations, two groups of registers, elements AND, OR, NOT, delays, an adder, a multiplication block [2].

Известные устройства не позволяют при анализе сетей учитывать процесс многократного нарушения и восстановления работоспособности их элементов. Known devices do not allow the analysis of networks to take into account the process of repeated disruption and recovery of their elements.

Наиболее близким по техничской сущности к заявляемому устройству является вероятностное устройство для анализа сетей, содержащее генератор тактовых импульсов, счетчик циклов, наборное поле, блок выходных счетчиков, блок преобразователей код-вероятность, элемент ИЛИ, элемент И, элемент задержки и группу элементов И [3] . Closest to the technical nature of the claimed device is a probabilistic device for network analysis, containing a clock pulse generator, a cycle counter, a dial-up field, a block of output counters, a block of code-probability converters, an OR element, an AND element, a delay element and a group of AND elements [3 ].

Недостатком известного устройства является то, что при исследовании надежности сети оно не позволяет определять математическое ожидание времени исправного функционирования сети с учетом нарушения и восстановления работоспособности ее элементов. A disadvantage of the known device is that in the study of network reliability, it does not allow to determine the mathematical expectation of the time of proper functioning of the network, taking into account the violation and restoration of the operability of its elements.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности определения на заданном интервале времени работы оценки математического ожидания времени исправного функционирования сети с учетом стохастического характера нарушения и восстановления работоспособности ее элементов. The aim of the invention is to expand the functionality of the device by making it possible to determine, at a given time interval, the estimates of the mathematical expectation of the time for proper functioning of the network, taking into account the stochastic nature of the violation and restore the operability of its elements.

Цель достигается тем, что в вероятностное устройство для анализа сетей, содержащее счетчик числа циклов, генератор тактовых импульсов, блок преобразователей код-вероятность, наборное поле, группу из N элементов И, группу из N счетчиков положительных исходов и элемент задержки, дополнительно включены счетчик продолжительности цикла, счетчик продолжительности моделирования, второй элемент задержки, элемент ИЛИ и N блоков моделирования восстановления, каждый из которых содержит три элемента ЗАПРЕТ и генератор импульсов случайной длительности, причем вход запуска генератора тактовых импульсов является входом запуска устройства, а его выход соединен с входом счетчика продолжительности моделирования, входами первого и второго элементов задержки, входом запуска преобразователя код-вероятность и суммирующим входом счетчика продолжительности цикла, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и суммирующим входом счетчика циклов, вход обнуления которого соединен с входами обнуления группы счетчиков положительных исходов и входом обнуления счетчика продолжительности моделирования, вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом обнуления счетчика продолжительности цикла, установочным входом устройства, выход счетчика циклов соединен с входом останова генератора тактовых импульсов, выходы блока преобразователей код-вероятность соединены с информационными входами соответствующих блоков моделирования восстановления, входы запуска которых соединены с выходом второго элемента задержки, а выходы - с одноименными входами наборного поля, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента задержки, а выходы - с суммирующими входами соответствующих счетчиков положительных исходов, вход запуска блока моделирования восстановления соединен с информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ блока, управляющий вход этого элемента соединен с информационным входом второго элемента ЗАПРЕТ блока и информационным входом блока, а выход соединен с информационным входом третьего элемента ЗАПРЕТ блока, выход которого соединен с входом генератора импульса случайной длительности, выход которого соединен с управляющим входом второго элемента ЗАПРЕТ и управляющим входом третьего элемента ЗАПРЕТ блока, выход второго элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом блока. The goal is achieved in that a probabilistic device for network analysis, containing a counter of the number of cycles, a clock pulse generator, a code-probability converter block, a type-setting field, a group of N elements And a group of N counters of positive outcomes and a delay element, additionally includes a duration counter cycle, simulation duration counter, second delay element, OR element and N recovery simulation blocks, each of which contains three elements BAN and a pulse generator of random duration and, the start input of the clock generator is the start input of the device, and its output is connected to the input of the simulation duration counter, the inputs of the first and second delay elements, the start code-probability converter input and the summing input of the cycle duration counter, the output of which is connected to the first input of the element OR and the summing input of the cycle counter, the zeroing input of which is connected to the zeroing inputs of the group of counters of positive outcomes and the zeroing input of the counter for a long time simulation bridge, the second input of the OR element, the output of which is connected to the input of the zeroing of the cycle duration counter, the installation input of the device, the output of the cycle counter is connected to the stop input of the clock pulse generator, the outputs of the code-probability converter block are connected to the information inputs of the corresponding restoration simulation blocks, the trigger inputs which are connected to the output of the second delay element, and the outputs are connected to the inputs of the same field of the same type, the outputs of which are connected respectively to ne by the first inputs of elements AND groups, the second inputs of which are connected to the output of the first delay element, and the outputs to the summing inputs of the respective counters of positive outcomes, the start input of the recovery simulation block is connected to the information input of the second element of the FORBID block, the control input of this element is connected to the information input of the second the element FORBID of the block and the information input of the block, and the output is connected to the information input of the third element of the FORBID of the block, the output of which is connected to the input of the generator a random pulse duration, the output of which is connected to a control input of the second element and the inverted control input of the third gate with inverted unit, an output of the second element connected to the output with inverted block.

На чертеже представлена блок-схема устройства. The drawing shows a block diagram of a device.

Устройство содержит счетчик 1 циклов, генератор 2 тактовых импульсов, счетчик 3 продолжительности цикла, счетчик 4 продолжительности моделирования, первый элемент 5 задержки, второй элемент 6 задержки, блок 7 преобразователей код-вероятность, группу из N блоков 8_i моделирования восстановления (i=

), наборное поле 9, группу из N элементов И 10_i (i=

), группу из N счетчиков 11_i положительных исходов, причем каждый блок моделирования восстановления содержит три элемента ЗАПРЕТ 12, 13, 14 и генератор 15 импульсов случайной длительности, элемент ИЛИ 16.The device 1 comprises a counter cycles, clock generator 2, a counter 3, the cycle length counter length 4 simulation, the first delay element 5, a second delay element 6, a block code converters 7-likelihood group of N blocks 8 _i modeling of recovery (i =

), a type-setting field 9, a group of N elements AND 10 _i (i =

), a group of N counters 11 _{i of} positive outcomes, and each recovery simulation block contains three

elements BAN

12, 13, 14 and a pulse generator 15 of random duration, an OR element 16.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Перед началом работы в блоке 7 преобразователей код-вероятность устанавливаются значения вероятностей исправного состояния каждой из вершин, счетчик 1 настраивается на код числа планируемых циклов, счетчик 3 - на величину количества импульсов Т, равную по времени продолжительности одного цикла, в наборном поле 9 отображается граф исследуемой вероятностной сети, суммирующие счетчики 1, 3, 4, 11_i сигналом через условный вход устанавливаются в нулевое состояние.Before starting work, in block 7 of the code-probability converters, the probabilities of the healthy state of each of the vertices are set, counter 1 is set to the code of the number of planned cycles, counter 3 is set to the number of pulses T equal to the duration of one cycle, the graph displays the graph 9 of the probabilistic network under study, the totalizing counters 1, 3, 4, 11 _i are set to the zero state through a conditional input.

Устройство начинает работать с приходом сигнала на вход генератора 2 тактовых импульсов с входа запуска устройства. Запускается генератор 2 и с его выхода импульсы поступают на вход счетчика 3 продолжительности циклов, входы элементов 5, 6 задержки, вход блока 7 преобразователей код-веероятность и вход счетчика 4 продолжительности моделирования. The device starts to work with the arrival of a signal at the input of the generator 2 clock pulses from the input of the start of the device. The generator 2 is started and from its output, the pulses are fed to the input of the counter 3 of the duration of the cycles, the inputs of the delay elements 5, 6, the input of the block 7 code-probability converters and the input of the counter 4 of the simulation duration.

При поступлении очередного импульса на вход счетчика 3 продолжительности цикла его содержание увеличивается на единицу. Процесс повторяется до момента, когда содержимое счетчика 3 становится равным Т-1. С приходом на вход счетчика 3 следующего импульса на выходе его появляется импульс переполнения, который поступает через элемент ИЛИ 16 на вход обнуления счетчика 3 и на вход счетчика 1 циклов, увлеичивая его содержимое на единицу. When the next pulse arrives at the input of the counter 3 of the cycle duration, its content increases by one. The process is repeated until the contents of the counter 3 becomes equal to T-1. With the arrival of the next pulse at the input of counter 3, an overflow pulse appears at its output, which enters through the OR element 16 to the input of resetting the counter 3 and to the input of the counter 1 cycles, increasing its content by one.

Импульс с выхода второго элемента 6 задержки поступает на входы блоков 8_i (i=

) моделирования восстановления, с выхода которых поступает на информационный вход первого элемента ЗАПРЕТ 12 блока 8_i(i=

).The pulse from the output of the second delay element 6 is supplied to the inputs of blocks 8 _i (i =

) recovery modeling, the output of which is supplied to the information input of the first element is PROHIBITED 12 of block 8 _i (i =

)

При поступлении импульса от генератора 2 на вход блока 7 преобразователей код-вероятность на его выходах, соответствующих случайному событию исправного состояния i-1 вершины графа сети i ∈{ 1,2, . . . , N} , появляется разрешающий потенциал, который подается на информационный вход i-го блока 8, i ∈ { 1,2, . . . , N} моделирования восстановления, на выходах, соответствующих неисправным узлам сети, разрешающий потенциал отсутствует. When a pulse arrives from generator 2 at the input of block 7 of converters, the code-probability at its outputs corresponds to a random event of a healthy state i-1 of the vertex of a network graph i ∈ {1,2,. . . , N}, a resolving potential appears, which is fed to the information input of the i-th block 8, i ∈ {1,2,. . . , N} simulation recovery, at the outputs corresponding to faulty network nodes, the resolving potential is absent.

Сигнал, поступающий с информационного входа блока 8_i моделировнаия восстановления, закрывает первый элемент ЗАПРЕТ 12 и поступает на информационный вход второго элемента ЗАПРЕТ 13, с выхода которого поступает на соответствующие входы наборного поля 9.The signal from the information input of block 8 _{i of the} simulation recovery closes the first element BAN 12 and goes to the information input of the second element BAN 13, from the output of which goes to the corresponding inputs of the dialed field 9.

Если узел сети неисправен, то сигнал с выхода блока 7 преобразователей код-вероятность не поступает на информационный вход соответствующего блока 8_i моделирования восстановления и элемент ЗАПРЕТ 12 остается открытым. Импульс с выхода элемента 6 задержки поступает на информационный вход элемента ЗАПРЕТ 12 блока 8_i. С входа блока 8_i моделирования восстановления импульс через открытые элементы ЗАПРЕТ 12, 14 поступает на вход генератора 15, на выходе которого появляется сигнал случайной длительности, моделирующий продолжительность восстановления неисправного элемента. Этот сигнал поступает на управляющие входы элементов ЗАПРЕТ 13, 14, закрывая их.If the network node is faulty, the signal from the output of block 7 of the code-probability converters does not go to the information input of the corresponding block 8 _{i of} simulation of restoration and the element BAN 12 remains open. The pulse from the output of the delay element 6 is fed to the information input of the element BAN 12 of block 8 _i . From the input of the recovery simulation block 8 _i , the pulse through the open elements is PROHIBITED 12, 14 is fed to the input of the generator 15, the output of which appears a signal of random duration, simulating the recovery time of the faulty element. This signal is fed to the control inputs of the elements BAN 13, 14, closing them.

Таким образом, формируется вероятностный граф, в котором может существовать или отсутствовать путь от истока графа к каждой из соединенных с входами счетчиков 11_i(i=

) положительных исходов вершин. При наличии такого пути на первом входе соответствующего элемента И 10_iбудет разрешающий потенциал и задержанный элементом 5 задержки импульс поступает на вход счетчика 11_i положительных исходов, при отсутствии пути на первом входе элемента И 10_i разрешающего потенциала нет и импульс с выхода элемента 5 задержки в счетчик 11_i не поступает.Thus, a probability graph is formed in which the path from the source of the graph to each of the counters 11 _i (i =

) positive outcomes of vertices. If there is such a path at the first input of the corresponding element And 10 _{i there} will be a resolving potential and the pulse delayed by the delay element 5 is fed to the input of the counter 11 _{i of} positive outcomes, if there is no path at the first input of the element And 10 _i there is no resolving potential and the pulse from the output of the delay element 5 counter 11 _i does not enter.

Если при поступлении очередного сигнала на вход счетчика 1 циклов содержимое счетчика 1 оказывается равным заданному значению количества импульсов, то на выходе счетчика 1 циклов появляется сигнал переполнения, который поступает на вход останова генератора 2 и работа устройства прекращается. If when the next signal arrives at the input of the counter 1 cycles, the contents of the counter 1 is equal to the specified value of the number of pulses, then an overflow signal appears at the output of the counter 1 cycles, which is fed to the stop input of the generator 2 and the device stops working.

Таким образом, устройство позволяет моделировать сети с учетом стохастического характера нарушения и восстановления работоспособности узлов и получать оценки математического ожидания времени исправного состояния сети на заданном интервале функционирования. По сравнению с прототипом данное устройство решает более широкий круг задач анализа сетей. Thus, the device allows you to simulate the network taking into account the stochastic nature of the violation and restore the health of nodes and get estimates of the mathematical expectation of the time of a healthy state of the network at a given interval of operation. Compared with the prototype, this device solves a wider range of network analysis tasks.

Claims

DEVICE FOR ANALYSIS OF NETWORKS, containing a counter of the number of cycles, a clock pulse generator, a block of converters code - probability, a set-up field, a group of N elements And, a group of N counters of positive outcomes and the first delay element, the outputs of the set-up field are connected respectively to the first inputs of AND elements groups, the second inputs of which are connected to the output of the first delay element, and the outputs are connected to the summing inputs of the respective counters of positive outcomes, characterized in that, in order to expand the area at Using the possibility of determining, at a given time interval, the estimates of the mathematical expectation of the time for the network to function properly, taking into account the stochastic nature of the violation and restoring the health of its nodes, a cycle duration counter, a simulation duration counter, a second delay element, an OR element, and N recovery modeling blocks are introduced into the device moreover, the start input of the clock generator is the start input of the device, and its output is connected to the increasing input of the simulation duration counter, the inputs of the first and second delay elements, the start code-probability converter input, and the summing input of the cycle duration counter, the overflow output of which is connected to the first input of the OR element and the summing input of the number of cycles counter, the zeroing input of which is connected to the zeroing inputs of the counters positive outcomes of the group, with the input of zeroing the counter of the simulation duration, with the installation input of the device and the second input of the OR element, the course of which is connected to the input of zeroing the counter of duration, the overflow output of the counter of the number of cycles is connected to the stop input of the clock generator, the outputs of the converter code-probability block are connected to the information inputs of the corresponding recovery simulation blocks, the start inputs of which are connected to the output of the second delay element, the outputs are connected to inputs of the same type, each of the reconstruction simulation blocks contains three elements BAN, a pulse generator random duration, the start input of the recovery simulation block is connected to the information input of the first element of the FORBID block, the control input of this element is connected to the information input of the second element of the FORBID block and the information input of the block, and the output is connected to the information input of the third element of the BAN block, the output of which is connected to the input of the pulse generator of random duration, the output of which is connected to the control input of the second element BAN and to the control input of the third element BAN the block The second element is PROHIBITED connected to the output of the unit.