автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Оценка показателей качества факсимильной связи

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОРГАНИЗАЦИЯ ФАКСИМИЛЬНОЙ СВЯЗИ В ТЕЛЕМАТИЧЕСКИХ СЛУЖБАХ.

1.1 Факсимильные телематические службы.

1.2 Факсимильная передача по сетям TCP/IP.

1.3 Критерии оценки качества доставки ФС.

Выводы.

2 ДОСТАВКА HDLC КАДРОВ В ГИБРИДНЫХ СЕТЯХ

ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРОТОКОЛОВ СЕМЕЙСТВА Т.38.

2.1 Вычисление среднего размера генерируемых HDLC кадров

2.2 Характеристики доставки факсимильных сообщений. с использованием IP — сетей.

Выводы.

3 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДОСТАВКИ ФС

И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ

МОДЕЛИРОВАНИЯ.

3.1 Моделирование работы протокола IFP с использованием инструментальной среды MatLab.

3.2 Результаты имитационного моделирования доставки HDLC кадров ФС.

3.3 Экспериментальная проверка выражений для расчета пропускной способности.

3.4 Выбор скорости подключения терминалов к ТМ службе Телефакс в зависимости от параметров транспортной сети.

3.5 Классы качества обслуживания Fax Relay.

Выводы.

4 ИСКАЖЕНИЯ ФАКСИМИЛЬНЫХ РЕПРОДУКЦИЙ И ИХ ОЦЕНКА

4.1 Виды искажений при передаче и приеме ФС.

4.2 Нормирование искажений факсимильных репродукций.

4.3 Тест-таблицы для оценки качества факсимильных репродукций. 98 Выводы.

5 АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА

ФАКСИМИЛЬНЫХ СООБЩЕНИЙ.

5.1 Разработка тест-таблицы для использования в АПК.

5.2 Алгоритмы для расчета репродукционных искажений.

Выводы.

Развитие и широкое применение телекоммуникационных технологий является глобальной тенденцией мирового развития и научно-технической революции последних десятилетий. Неотъемлемой частью современных телекоммуникационных технологий является факсимильная связь. Факсимильные аппараты позволяют передавать не только печатные тексты, но и графические изображения, печати на документах, фотографии, письма с рукописным текстом, причём могут использоваться разнообразные средства письма (шариковая ручка, карандаш, тушь) в различных цветовых пространствах. Основное достоинство факсимильной связи - простота использования, что обеспечивает рост продаж факсимильного оборудования.

Факсимильные аппараты различных типов имеют значительный по объему рынок, который является конкурентным и представляет интерес для отечественной промышленности. Сегодня в мире установлено более 100 млн. факс-машин и ежегодно продается до 6 млн. новых аппаратов [13]. По данным исследований Davidson Consulting объем рынка факс-серверов в 2004 году составил 270 млн. долларов, в 2005 году - 285 млн., а к 2009 году прогнозируется увеличение объема рынка до 375 млн. долларов [48, 50].

Хотя факсимильная связь по популярности не может сравниться с такими средствами коммуникации, как электронная почта или голосовая телефония, тем не менее, она не утратила своего значения в течение последних 30 лет. А с появлением стандартов на передачу факсимильных сообщений через Интернет в реальном масштабе времени (ITU-T Т.38) можно ожидать, что факсимильная связь по-прежнему будет широко востребована.

В настоящее время выделяют два направления в развитии систем факсимильной связи:

- повышение качества передачи факсимильных сообщений;

- развертывание систем факсимильной связи на базе новых коммуникационных сред. Это в полной мере относится к факсимильным терминалам G3, сочетающим возможности работы, как с аналоговыми, так и цифровыми системами.

Для оценки качества факсимильной связи в настоящее время в нормативных документах (ГОСТ 50988-96, 26631-85; ITU-T Е.452, Е.453) рекомендованы следующие параметры: процент неуспешных факсимильных транзакций; процент успешных факсимильных вызовов, для которых не удалось задействовать максимальный по скорости протокол модуляции; процент состоявшихся факсимильных транзакций, однако, факсимильные сообщения доставлены с неудовлетворительным качеством; процент успешных факсимильных транзакций, когда факсимильные сообщения доставлены с удовлетворительным качеством.

В настоящее время вычисление значений этих параметров осуществляется экспериментально при эксплуатации уже существующей сети. Их определение требует большого количества испытаний на конкретной развернутой телематической службе. Также эти параметры факсимильной связи не позволяют оценить качество доставки факсимильных сообщений от структуры сети и факторов, вызывающих коллизии. Поэтому для решения задачи оценки успешности доставки факсимильных сообщений целесообразно использовать параметры, которые определяются механизмом доставки факсимильных сообщений, и могут быть рассчитаны аналитически, как функции параметров транспортных сетей.

Допустимые искажения факсимильной репродукции (горизонтальная и вертикальная разрешающая способность, геометрические искажения, отклонение плотности развёртки, разрешение элемента развертки, соответствие градаций полутонов оптическим плотностям, относительная площадь искажений на репродукции) нормируются согласно требованиям

ГОСТ 50988-96, 25218-82; ITU-T Т.4, Т.22, Т.23. Существующие способы оценки допустимых искажений факсимильной репродукции базируются на использовании тест-таблиц и визуальном анализе оператором принятой репродукции, что вносит субъективный фактор.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью разработки методики оценки качества факсимильной связи, исходя из пригодности IP-каналов для доставки факсимильных сообщений в реальном масштабе времени и параметров гибридных сетей. Также необходима методика, позволяющая упростить определение показателей качества факсимильной репродукции и сделать выводы о соответствии их нормам, повысить оперативность и объективность анализа.

Вопросам развития факсимильной техники и исследования систем факсимильной связи посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов (E.JI. Орловский, JI.H. Щелованов, А.С. Ефимов, Ю.И. Медников, R.G. Tebbs, К. Toyoda и др.). Однако отмеченным проблемам уделено недостаточное внимание.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является выявление закономерностей влияния аппаратуры, среды и способов передачи на воспроизведение факсимильных сообщений и выяснение возможностей объективной оценки качества услуг факсимильной связи. Указанная цель достигается решением следующих задач.

1. Разработка моделей доставки HDLC кадров t.30 для наиболее критичного случая - использование сетей с коммутацией пакетов и применение протоколов семейства Т.38.

2. Разработка математических моделей и алгоритмов машинного моделирования сетей доставки факсимильных сообщений для исследования их вероятностных характеристик и влияния сетевых параметров на успешность факсимильных транзакций.

3. Выбор критериев и параметров для оценки факсимильных репродукций и разработка машинных алгоритмов их оценки.

4. Разработка методики объективной оценки качества доставки факсимильных сообщений.

Решение поставленных задач осуществлялось на основе теории моделирования, теории вероятностей, методов математической статистики и машинной графики, что должно свидетельствовать о достоверности полученных результатов. Программное обеспечение, необходимое для решения задач, реализовано на языках ассемблера и Object Pascal.

Правомерность использования аналитических выражений пропускной способности доставки HDLC кадров факсимильных сообщений подтверждена результатами натурного эксперимента.

Получены математические модели доставки факсимильных HDLC кадров, позволяющие оценить пригодность гибридных сетей, используемых телематической службой Телефакс, для обеспечения требуемого качества предоставления услуг. Модели учитывают разнообразие транспортных протоколов семейства Т.38 (UDPTL, RTP, ТРКТ).

Предложена методика, позволяющая анализировать влияние базовых параметров транспортной IP-сети и сети доступа на успешность факсимильных транзакций с помощью математических моделей.

Предложена методика для объективного и оперативного анализа влияния факсимильного оборудования на качество доставки факсимильных сообщений.

Разработаны новые способы оценки параметров факсимильной репродукции и специальные тест-таблицы, содержащие тест-элементы, алгоритмический анализ которых позволяет количественно оценить искажения факсимильной репродукции.

Практическое применение разработанных моделей доставки факсимильных HDLC кадров позволит до этапа эксплуатации оценить пригодность конкретных направлений для доставки факсимильных сообщений с заданным QoS.

Новый подход, в основе которого лежит использование разработанного аппаратно-программного комплекса (АПК), позволяет тестировать факсимильные терминалы (ФТ) и с меньшими временными затратами получать объективные значения основных параметров ФТ, в частности, разрешающую способность, геометрические искажения, градационную характеристику, степень искажений репродукции и др.

АПК реализован в зарегистрированном программном продукте «Факс-тестер» и может быть использован разработчиками факсимильной аппаратуры, сертификационными лабораториями, органами Госсвязьнадзора и службами, предоставляющими услуги факсимильной связи.

Основные результаты работы внедрены в научно-исследовательских разработках ЗАО Телрос, ЗАО Технодалс и в учебном процессе СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены на 55, 56, 57, 58-й НТК профессорско-преподавательского состава СПбГУТ и международной научной конференции «Региональная информатика». По результатам проведенных исследований опубликовано 11 работ (2 в соавторстве).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Модель доставки HDLC кадров Т.ЗО для различных протоколов семейства Т.38.

2. Модель и алгоритмы машинного моделирования сетей доставки факсимильных сообщений для исследования ВХ и их влияния на успешность факсимильных транзакций.

3. Методика и алгоритмы оценки факсимильных репродукций.

4. Аппаратно-программный комплекс оценки качества факсимильных сообщений и методика автоматизированной оценки качества факсимильной аппаратуры в реальном масштабе времени.

5. Нормы и оценки качества предоставления услуг телематической службой Телефакс.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, девяти приложений и списка литературы. Работа содержит 143 страницы текста, 76 рисунков, 12 таблиц и 59 наименований отечественной и зарубежной литературы.

141 Выводы

1. Так как существующие способы определения качества ФС требуют трудоемких измерений, то предложен новый подход, в основе которого лежит использование специального аппаратно-программного комплекса. Такой комплекс позволяет тестировать факсимильные терминалы и с меньшими временными затратами получать объективные значения основных параметров ФТ. В частности, разрешающую способность, геометрические искажения, градационную характеристику, степень искажений репродукции и др.

2. Разработаны новые способы оценки параметров факсимильной репродукции, создан аппаратно-программный комплекс оценки качества факсимильных сообщений, предложена методика его использования. Наличие ЭВМ в составе комплекса потребовало разработки специальных тест-таблиц, содержащих тест-элементы, алгоритмический анализ которых позволяет количественно оценить искажения факсимильной репродукции.

3. Применение АПК позволяет сократить время, повысить точность определения характеристик ФА, исключить субъективный фактор, вносимый человеком. Стало возможным достаточно быстро и с небольшими материальными затратами определять уровень потребительских качеств факсимильных терминалов.

4. АПК реализован в зарегистрированном программном продукте «Факс-тестер» и может быть использован разработчиками факсимильной аппаратуры, сертификационными лабораториями, органами Госсвязьнадзора и службами, предоставляющими услуги факсимильной связи [П.8,9].

142

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с задачей диссертационной работы проведен комплекс исследований для выявления закономерностей влияния факсимильной аппаратуры, среды и способов передачи на воспроизведение ФС и выяснения возможностей улучшения показателей качества телематических услуг факсимильной связи.

В ходе исследований получены следующие основные результаты.

1. Разработана модель доставки HDLC кадров Т.ЗО для наиболее критичного случая - с использованием IP-сетей и применением различных транспортных протоколов семейства Т.38. Получены зависимости параметров доставки ФС от параметров транспортных IP-сетей.

2. Экспериментально выявлено распределение длин ФС. Рассчитана средняя длина факсимильных HDLC кадров для экспоненциального распределения длин факсимильных сообщений.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы машинного моделирования сетей доставки ФС для исследования их вероятностных характеристик и влияния сетевых параметров на время задержки кадров. Для реализации ТМ услуги Телефакс при гибридном построении транспортной сети получены зависимости предельной скорости модуляции оконечных ФТ от базовых параметров сети.

4. Разработана методика проведения исследований транспортной сети доставки IFP-кадров на основе ее модели. Эта методика позволяет проводить исследования качества доставки ФС в зависимости от базовых параметров IP-сети: вероятности потери и времени оборота пакета.

5. Для определения качества ФС предложен новый подход, в основе которого лежит использование специального аппаратно-программного комплекса. Такой комплекс позволяет тестировать факсимильные терминалы и с меньшими временными затратами получать объективные значения основных параметров ФТ. В частности, разрешающую способность, геометрические искажения, градационную характеристику, степень искажений репродукции и др.

6. Создан АПК оценки качества ФС, и предложена методика его использования. Дня машинного анализа искажений факсимильной репродукции разработаны специальные тест-таблицы. Применение АПК сокращает время и повышает точность определения характеристик ФА, исключая субъективный фактор, вносимый человеком.

1. Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами. М.: ДМК Пресс, 2001.

2. Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб. М.: Изд-во стандартов, 1990.

3. Архангельский А.А. Delphi 6. Справочное пособие. М.: Бином,2001.

4. Бейтс Р., Мак-Донелл М. Восстановление и реконструкция изображений. М.: Мир, 1989.

5. Беллман Р. Введение в теорию матриц / Под ред. В.Б. Лидского. М.: Наука, 1976.

6. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989.

7. Березин С.А. Факс-модемы: выбор, подключение. СПб.: БХВ,2001.

8. Березин С.В. Факсимильная связь в Windows. СПб.: БХВ, 2003.

9. Бородко А.В. Доронин Е.М. Изготовление электронных испытательных таблиц для проверки характеристик факсимильных аппаратов // 55 НТК: мат-лы / СПбГУТ. СПб, 2005. С.17.

10. Бородко А.В. Доронин Е.М. Разработка требований к аппарато-программному комплексу оценки качества факсимильных сообщений и его реализация // 57-я: мат-лы / СПбГУТ. СПб, 2005. С.24.

11. Бородко А.В. Методы передачи и обработки факсимильных сообщений по сетям передачи данных // Труды учебных заведений связи. СПб., 2004. №170. С. 59-64.

12. Бородко А.В. Оценка способов доставки факсимильных сообщений в IP-сетях // Труды учебных заведений связи. СПб., 2006. №174. -С. 16-19.

13. Ван Беллинген Т. Факс жив, факс будет жить // Computerworld. 2006. № 1 (498).

14. Ватолин Д.С. Алгоритмы сжатия изображений: методическое пособие. М.: Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 1999.

15. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

16. Веселов А.А., Патхак III., Казмерчак Е. Новый подход к моделированию сложных дискретных систем. // Сб. трудов международной научной конференции ESM'2003, 27-29 октября, 2003, Неапольский университет II, Неаполь (Италия), сс.420-425 (На англ. яз.)

17. Гольдштейн Б. С., Пинчук А. В., Суховицкий A. JI. 1Р-телефония. СПб.: Радио и связь, 2001.

18. Грузмаи И.С., Киричук B.C. и др. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учеб. пособие / Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.

19. Гультяев А. К. Визуальное моделирование в среде MATLAB: Учебный курс. Спб.: Питер, 2000.

20. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988.

21. Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для вузов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2005.

22. Дурбин Р., Эдди Ш., Крог А., Митчисон Г. Анализ биологических последовательностей. М.: Динамика, 2005.

23. Ефимов А.С., Медников Ю.И., Советкин В.В. Факсимильная и видеосвязь / Под ред. А.С. Ефимова JL: ВАС, 1986.

24. Концепция стандартизации в условиях рыночной экономики и подготовки России к вступлению в ВТО. М.: Госстандарт России, 1998.

25. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1988.

26. Максимов Ю.Д. Математика. Математическая статистика: Опорный конспект. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2002.

27. Мариничев B.C. Тест-таблица для испытаний штриховой факсимильной аппаратуры // Вестник связи. 1993. №7.

28. Маркин С.Н. Основы теории обработки результатов измерений. М.: Изд-во стандартов, 1992.

29. Методы передачи изображений. Сокращение избыточности / Под ред. У.К. Прэтта. М.: Радио и связь, 1983.

30. Научно-технические разработки: информационный бюллетень / СПбГУТ. СПб, 2004. №2.

31. Орловский E.JI. Передача факсимильных изображений. М.: Связь,1980.

32. Осипов Д.A. Delphi. Профессиональное программирование. М.: Символ-Плюс. 2006.

33. Остерлох X. TCP/IP семейство протоколов передачи данных в сетях. СПб.: ДиаСофт, 2003.

34. Попов В.В. Программирование в Delphi. Оптимальный подход: Учебный курс. М.: КОРОНА принт, 2005.

35. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. Кн. 1. М. :Мир, 1982.

36. Путятин Е.П., Аверин С.И. Обработка изображений в робототехнике. М.: Машиностроение, 1990.

37. Семенов Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения. СПб.: Наука и техника, 2005.

38. Сергеев А. Г., Латышт М. В. Сертификация: Учебное пособие для вузов. М.: Логос, 1999.

39. Тартаковскин Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 2001.

40. Фролов А.В., Фролов Г.В. Модемы и факс-модемы. Программирование для MS-DOS и Windows. М.: Диалог-МИФИ, 1995.

41. Хуапг Т.С., Эклунд Дж., Нуссбаумер Г. Дж. и др. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений / Под ред. Т. С. Хуанга. М.: Радио и связь, 1984.

42. Черных И. В. Simulink: среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. В. Г. Потемкина. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003.

43. Щелованов JI.H. Системы факсимильной связи / СПбГУТ. СПб, 1991г.

44. Ярославский JI.IL Введение в цифровую обработку изображений. М.: Сов. радио, 1979.

45. Altaian Е., Avratchenkov К., Barakat С. A stochastic model for TCP/IP with stationary random losses // ACM SIGCOMM. 2000.

46. Altman E., Barakat C. A markovian model for TCP Analysis in a differentiated services network / INRIA. Sophia Antipolis. France. 2004.

47. Computer-Based Fax Markets, 2005-2010 / Davidson Consulting. http://www.davidsonconsulting.biz/services.html, 2005.

48. Bolot J.C. Characterizing end-to-end packet delay and loss in the Internet // Journal of High Speed Networks. September 1993. pp. 289-298.

49. Dumas V., Guillemin F., Robert P. Limitresults for markovian models of TCP // Proceedings of IEEE GLOBECOM, 2001. pp. 1806 1810.

50. Fax Messaging Markets, 2005-2009 / Davidson Consulting. http://www.davidsonconsulting.biz/services.html, 2005.

51. Floyd S., Paxson V. Difficulties in Simulating the Internet / AT&T center for Internet research at ICSI. USA. 2001.

52. Olsen J. Packet loss rates used for TCP network modeling / UppsalaUniv. Sweden. 2004.

53. Padhye J., Firoiu V., Towsley D., Kurose J. Modeling TCP throughput: A simple model and its empirical validation // ACM SIGCOMM. 1998.

54. Tebbs R.G. Real-Time IP Facsimile: Protocol and Gateway Requirements // Bell Labs Technical Journal. April June 1999, pp. 128-145.

55. Vicisano L., Rizzo L., Crowcroft J. TCP-like congestion control for layered multicast data transfer // INFOCOMM, 1998.

56. Wallingford T. Voip Hacks. O'Reilly, 2006.

57. Wilson J.N., Ritter G.X. Handbook of Computer Vision Algorithms in Image Algebra. FL, Boca Raton: CRC, 2000.

58. Zhao Z. Performance improvement of polarization diversity scheme with space-time codes: thesis / Simon univ. Canada, 1999.