Алгоритмическое и программное обеспечение системы для разработки кодеков помехоустойчивых кодов

• Автор: Мальчуков, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ.

1.1. Автоматизированные системы для разработки кодеков

I

помехоустойчивых кодов

1.2. Классификация помехоустойчивых кодов.

1.3. Систематические помехоустойчивые коды

1.4. Выбор помехоустойчивого кода.

1.5. Цель и задачи исследования.

1.6. Основные результаты и выводы по главе

ГЛАВА 2. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КОДЕКОВ
2.1. Алгоритм функционирования системы для разработки кодеков.
2.2. Выбор образующего полинома.
2.2.1. Алгоритм поиска образующего полинома.
2.2.2. Компьютерный эксперимент по поиску образующих полиномов
2.2.3. Обсуждение результатов.
2.3. Алгоритмы деления полиномов в арифметике но модулю два.
2.3.1. Классический алгоритм деления
2.3.2. Алгоритм Башина
2.3.3. Двусторонний алгоритм
2.3.4. Матричный алгоритм.
2.3.5. Задача исследования эффективности алгоритмов деления
полиномов по модулю два
2.3.6. Анализ результатов компьютерного эксперимента
2.4. Алгоритм функционирования кодека.
2.4.1. Алгоритм функционирования кодера.
2.4.2. Алгоритм функционирования декодера.
2.4.3. Компьютерный эксперимент по исследованию эффективности алгоритмов функционирования кодека.
2.4.4. Анализ результатов эксперимента
2.5. Методы уменьшения требуемого объма памяти при
1
аппаратной реализации кодека с использованием таблиц
2.5.1. Метод запоминания позиций ошибок.
2.5.2. Метод составления словаря
2.5.3. Метод выборки исправляющей комбинации
2.5.4. Рекомендации по использованию методов уменьшения требуемого объма памяти.
2.6. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ IV ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КОДЕКОВ
3.1. Описание ПО системы для разработки кодеков помехоустойчивых полиномиальных кодов.
3.1.1. Требования к ПО системы iv.
3.1.2. Структура ПО системы iv
3.1.3 Описание шаблона кодека
3.2. Библиотека классов для полиномиальных вычислений
3.2.1. Общее описание разработанной библиотеки классов
3.2.2. Базовый класс пот
3.2.3. Дочерний класс .
3.2.4. Анализ результатов.
3.3. Программное обеспечение для поиска образующих полиномов
3.3.1. Требования к ПО для поиска образующих полиномов
3.3.2. Описание класса i.
3.3.3. Алгоритм функционирования ПО для поиска образующих полиномов
3.3.4. Описание пользовательского интерфейса ПО поиска образующих полиномов.
3.4. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ IV
4.1. Задача повышения достоверности передачи данных в системе управления процессом бурения.
4.1.1. Постановка задачи.
4.1.2. Создание файлов проекта кодека для его реализации на ПЛИС.
4.1.3. Создание файлов проекта кодека для его программной реализации на микроконтроллерах
4.2. Задача повышения достоверности передачи данных в инклинометрической системе для буровой установки.
4.2.1. Постановка задачи.
4.2.2. Создание файлов проекта кодека с помощью ПО системы iv.
4.2.3. Пример аппаратной реализации кодека.
4.3. Основные результаты и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Входными данными для модулей системы является задаваемые пользователем параметры проектируемого кодека (длина информационного блока и корректирующая способность кода), файл данных образующих полиномов и файл данных шаблона проектируемого кодека. Результатом работы Г являются файлы проекта кодека. В случае выбора пользователем программной реализации кодека на микроконтроллерах в проекте содержатся данные, необходимые для написания управляющей программы для микроконтроллера. В случае аппаратной реализации кодека на ПЛИС с использованием выбранной САПР проект кодека компилируется и затем конфигурируется конкретная ПЛИС. Описывается кроссплатформенная библиотека классов PCodeWords, лежащая в основе разработанного ПО для поиска образующих полиномов и ПО системы MagDiv. Эта библиотека создана с учётом современных требований к разработке библиотек классов. Библиотека классов PCodeWords имеет самостоятельную практическую ценность, поскольку позволяет создавать на её основе исследовательское ПО в области полиномиальных вычислений и помехоустойчивого кодирования. Приводится описание 0 для поиска образующих полиномов. Указываются особенности программной реализации и описывается структура ПО. Даётся описание разработанного интерфейса пользователя. Приводятся примеры результатов работы созданных программных средств для компьютера под управлением ОС Windows ХР и для суперкомпыотерного кластера «СКИФ-политех» под управлением ОС Linux. Описываются результаты применения разработанного ПО системы для решения задачи повышения достоверности передачи данных в системе управления процессом бурения и для решения задачи повышения достоверности передачи данных в инклинометрической системе для буровой установки. Разработаны соответствующие кодеки помехоустойчивых полиномиальных кодов. По результатам апробации сделан вывод о работоспособности и эффективности алгоритмического и программного обеспечения системы Ма§Ош. Указывается, что результаты диссертационного исследования внедрены в ООО «Технологическая Компания Шлюмберже» (в прошлом Томский филиал ООО «Сибирская Геофизическая Компания») и в ООО «ТомскНефтеГазИнжиниринг». В заключении приведены основные выводы и результаты диссертационной работы. В приложение 1 вынесены акты о внедрении полученных результатов. Научную новизну полученных в работе результатов определяют. Предложенный алгоритм функционирования автоматизированной системы для разработки кодеков помехоустойчивых полиномиальных кодов, позволяющий создавать проектные файлы кодеков, как для последующей программной реализации кодеков на микроконтроллерах, так и для САПР при проектировании кодеков на ПЛИС различных фирм-производителей. Алгоритм поиска образующих полиномов, отличающийся от известных меньшим количеством итераций вычислений, необходимых для поиска образующего полинома. Впервые предложенный и математически обоснованный матричный алгоритм деления полиномов в арифметике по модулю два. Разработанный шаблон кодека помехоустойчивых полиномиальных кодов, реализованный на языке описания аппаратуры Уегік^. Практическая ценность и реализация результатов работы. Практически значимыми являются созданные алгоритмы, ПО системы для разработки кодеков ІУ^Оіу и ПО для поиска образующих полиномов. РСосІеХУогск, также имеющую самостоятельную практическую ценность. Vindows 9х/Ш0/ХР/УІ8Іа. Г для поиска образующих полиномов функционирует на суперкомпьютерном кластере «СКИФ-политех» под управлением ОС Ьіпих или на компьютерах под управлением ОС Vindows 9х/ЫТ//ХР/йзШ. Объем исходного кода разработанного ПО составляет более сірок на языках С++ и Уегік^. Результаты работы внедрены в ООО «Технологическая Компания Шлюмберже» (в прошлом Томский филиал ООО «Сибирская Геофизическая Компания») и в ООО «ТомскНефтеГазИнжиниринг». Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами. Личный вклад. Постановка задач диссертационного исследования выполнена автором совместно с Н. Г. Марковым. Разработка алгоритма функционирования системы для создания кодеков помехоустойчивых полиномиальных кодов выполнена автором совместно с А. ГІ. Осокиным.