CC BY
28
Оптимизация мощности сенсоров.
В данном разделе приследуется две цели: установить гарантированную связь (PRR 90% и более) сенсорной сети из 20 сенсоров и определить их минимальную мощность передачи.
Рассмотрим расположение сети сенсоров на квадратном участке 120м х 120м санатория Кара-тал (Рисунок 2), где мощность передачи сенсоров по умолчанию 0дБм. Установление надёжной связи наблюдается только на 3 парах узлов:
При увеличении мощности на 14.8дБ от номинального значения, возрастает количество соединённых узлов до 19 из 2 0 (Рисунок 3).
Для полной эксплуатации сенсорной сети, где все 20 из 20 узлов находятся в зоне соединения, для включения в сеть отдалённого узла требуется увеличить мощность передачи до 22.4дБм.
При статическом расположении сенсоров необходимо оптимизировать каждый узел. Для этого рассчитана матрица соединения "i-ых" 20 передатчиков с 'j-ыми' 20 приёмниками, где значение 1 - соединено, а значение 0 нет соединения либо при1мник и передатчик относятся к одному и тому узлу.
c matrix =
0 20 40 60 80 100 12
x distance (m)
Рисунок 4 - Покрытие сети при мощности трансивера узла 22.4дБм
0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0
0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0
0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0
0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0
0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
ЛИТЕРАТУРА
1. M.Zuniga, B. Krishnamachari, Analyzing the Transitional Region in Low Power Wireless Links, Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, 2004, pp. 517 - 526.
2. D. Ganesan, B. Krishnamachari, A. Woo, D. Culler, D. Estrin and S. Wicker."Complex Behavior at .Scale: An Experimental .Study of Low-Power Wireless Sensor Networks". UCLA CS Technical Report UCLA/CSD-TR 02-0013, 2002.
3. Chipcon. CC1000 low power radio transceiver, http://www.chipcon.com.
УДК 621
Прошин1 А.А. АпендиН2 М.А., Горячев1 Н.В.
пензенский государственный университета, Пенза, Россия
2Военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я. Бегельдинова, Актобе, Казахстан
ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ АРХИТЕКТУРЫ ARM
Практически у каждого человека сейчас есть компьютер, смартфон, а у некоторых еще и планшет в придачу. Пусть компьютер всего один в семье (что на данный момент, впрочем, встречается достаточно редко), но он есть, так же, как и смартфон. Эти устройства стали настолько обыденными и привычными, что, увидев даже самый навороченный девайс с большой диагональю экрана и с совершенно невообразимым разрешением оного в 4 к, мы ни капли не удивляемся, а принимаем его как данность. Нас уже не удивляет, что на сравнительно маленьком и тонком устройстве без проблем работают «тяжелые» 3Б-игры с умопомрачительной графикой, которую меньше десяти лет назад не могли себе позволить большие серьезные машины. Нас не удивляет наличие фото- и видеокамер, разрешающая способность которых уже давно измеряется не одним десятком мегапикселей, снимающих видео высокой четкости и делающие потрясающие фотографии, по качеству не уступающие многим профессиональным «зеркалкам». Нас не удивляет даже то, что работать на своих устрой-
ствах мы можем только лишь посредством собственных пальцев, без использования клавиатуры и тем более мыши. Такую возможность дал нам сенсорный экран. Нас ничто не удивляет, мы привыкли.
Бесспорно, все эти новшества очень удобны и сильно упрощают нам жизнь, но мало кто знает, как и на каком «железе» работает их устройство, с которого они привыкли заходить в свою любимую социальную сеть. Впрочем, это неудивительно. Зачем школьнику знать, процессор какой архитектуры трудится в его новеньком iPhone, подаренном ему родителями на день рождения, если его любимая игра «Angry Birds» прекрасно работает и не тормозит. Или, например, зачем грузчику Василию знать, как именно и с какими инструкциями процессор его компьютера запускает любимую стрелялку, когда он после тяжелого трудового дня присел за компьютер отдохнуть пару часов и расслабиться за любимым развлечением. Это все понятно и вопросов не вызывает.
Но есть и другой контингент людей. Людей любопытных и, зачастую, технарей, как их сейчас принято называть. Эти люди народ дотошный. Им недостаточно только лишь того, что у них что-то как-то работает, им нужно знать, как это работает. И это замечательно. Ведь именно такие люди двигают вперед технический прогресс и благодаря им производительность вычислительных машин растет в разы с каждым годом, если не чаще.
На этом лирическое вступление можно считать законченным и перейти к сути вопроса. Процессоры настольных персональных компьютеров работают на архитектуре x86, либо x64, но в данной статье хотелось бы поговорить не о них (эта тема и так уже достаточно изъезжена), а о более экзотической и менее изученной архитектуре ARM. Начнем немного издалека.
Уже довольно давно, в начале 80-х гг. XX века, британская корпорация British Broadcasting Corporation, или попросту BBC, приняла решение создать микрокомпьютер, ориентированный, в первую очередь, на школы страны, для обучения детей компьютерной грамоте. Выпускался этот плод инженерной мысли гигантом электронной промышленности Великобритании, компанией Acorn Computers и получил незамысловатое, но достаточно емкое название, BBC Microcomputer, или BBC Micro (рис. 1). Попав на рынок уже в 1981 году, компьютер сразу обрел большую популярность и его производство не прекращалось вплоть до 1994 года. Правда, на рынок Америки ВВС вый-
ти все же не смогла, по причине засилия там Apple II, но это уже тема для отдельной статьи.
Рисунок 1 - Персональный компьютер BBC Micro
Это просто замечательно, скажет читатель, но какое отношение имеет этот допотопный «комп» к архитектуре ARM? Терпение, друг мой, терпение, скоро все станет понятно. Дело в том, что в сердце этого компьютера трудился широко использовавшийся в те времена микропроцессор MOS Technology 6502 (рис. 2), который применялся везде где только можно (вспомнить ту же игровую консоль NES/Famicom).
Рисунок 2 - Микропроцессор MOS Technology 6502
6502A D 4685 S
Он был просто замечательным во всех отношениях и его вполне хватало для решения простых задач, вроде обучения детей печати или простейшему программированию на языке Basic, но для решения более серьезных задач бизнеса, мощности чипа, увы, уже не хватало. Камнем преткновения в этом вопросе стало, в первую очередь, то, что для выхода на бизнес-арену компьютеру, как воздух, был необходим графический интерфейс, который старенький процессор попросту не потянул бы. Для этого нужен был серьёзный сопроцессор, который справился бы с подобной задачей, но компонент это очень дорогой и установка его в свои компьютеры означала практически всухую проигранный бой компании IBM с ее набирающим популярность IBM PC, ведь любой пользователь, выбирая устройство, ищет «подешевле да получше», а с первым параметром у BBC выходила промашка.
Спасение пришло откуда не ждали. Примерно в то же время в калифорнийском университете в Беркли появился проект по созданию RISC-процессора, другими словами, процессора, содержащего только лишь те простые функции, которые необходимы для решения конкретных задач. Это позволило существенно удешевить производство чипов, при этом нисколько не потеряв в производительности. Компания Acorn Computers, узнав о новшестве, и, видя в этом решение своей проблемы, всерьез задумалась о создании своего собственного уникального микропроцессора, который позволил бы ей вновь стать значимым конкурентом на рынке. Для этого она договорилась с компанией VLSI Technology, которая стала её партнером и помощником в создании принципиально новой
архитектуры процессора. Не будем вдаваться в подробности разработки, нам сейчас важно то, что на выходе получился продукт, получивший название Acorn RISC Machines, сокращенно ARM.
Первый работающий образец процессора с новой архитектурой, получив имя ARM1 (рис. 3), сошел с конвейера за год до трагедии в Чернобыле, 26 апреля 1985 года, но в серийное производство так и не был запущен. Его сменил вышедший в следующем году ARM2 (рис. 4), который и вошел наконец в состав новой модели BBC Micro, став тем самым сопроцессором, необходимым для отображения графического интерфейса.
Цель была достигнута. ARM2 имел на борту 32-битную шину данных, 26-битное адресное пространство и 32-битные регистры. Плюс, в ARM2 не были включены микрокод и кэш, что позволило существенно снизить энергопотребление и дало более высокую производительность, чем, скажем, у ближайшего конкурента, Intel 80286. Впрочем, к третьей версии кэш в размере 4 килобайт все же был добавлен, что повысило производительность еще больше.
Такие заслуги в области микроэлектроники просто не могли остаться незамеченными в верхах, и в 1992 году Acorn Computers была удостоена королевской награды в области технологий за изобретение новой архитектуры. После этого уже и крупные компании, такие, как Apple или Intel, заинтересовались разработкой, не желая больше оставаться в стороне от набирающего обороты продукта, сулящего в будущем большие дивиденды. Acorn была не против и вместе с VLSI, они объединились с Apple для создания нового витка в архитектуре ARM.
Рисунок 3 - Микропроцессор ARM1
Так как компаний, участвующих в разработке стало больше, и Acorn с VLSI уже не были единоличниками в данном вопросе, решено было образовать новое юридическое лицо, в задачи которого входило бы курирование разработки. Так же, по описанным выше причинам, название продукта необходимо было изменить. Но аббревиатура ARM уже прижилась и стала довольно узнаваема во всем мире, в связи с чем было принято решение не полностью менять название, а всего лишь изменить расшифровку первой буквы, в результате чего Acorn RISC Machines превратился в Advanced RISC Machines, ARM никуда не делся. Курирующая компания, к слову, получила название Advanced RISC Machines Ltd.
История бренда ARM, на самом деле, очень запутана и, чтобы разобраться в ней, необходимо приложить немало усилий. Сами посмотрите, что творилось дальше. После всех описанных манипуляций с переименованием, объединением и основанием новых компаний, была основана еще одна, получившая имя ARM Holdings PLC, которая стала основной, управляющей компанией, безраздельно владеющей правами на архитектуру ARM, а разрабатывающую фирму переименовали из Advanced RISC Machines Ltd. в просто ARM Ltd. Но это еще цветочки, по сравнению с маркировкой чипов ARM. После ARM1 и ARM2 закономерно появился следующий, который назывался, само собой, ARM6. На первый взляд, это конечно, может сбить с толку, но все объясняется достаточно просто. Нужно лишь различать архитектуру (Architecture) и семейство (Family). Архитектура, например, ARMvl включает в себя семейство ARM1, архитектура ARMv2 состоит из семейств ARM2 и ARM3, архитектура ARMv3 - из ARM6 и ARM7 и так далее, перечислять всё нет смысла, и так понятно, что логически решение разработчиков понять невозможно.
Но, несмотря ни на что, основная идея ARM, заключающаяся в том, чтобы на наименьшем количестве транзисторов дать максимальную производительность, продолжала здравствовать. По сравнению с ARM1, например, ARM6 вырос всего на пять тысяч транзисторов и именно на его базе Apple создала свой легендарный Personal digital assistant (PDA), или КПК, Apple Newton (рис. 5) , работающий на Newton OS, которую затем лицензировали себе Motorola и Sharp. Основной особенностью данного КПК было умение распознавать рукописный ввод. Оно было, конечно, далеко от идеала, но сама возможность подобного действа бесспорно подкупала.
ARM был просто идеален для мобильных устройств. При очень сносной производительности, любой процессор потреблял ничтожно малое количество энергии, что не могло не радовать разработчиков и производителей аппаратного обеспечения, коих очень и очень много. Отсюда, собственно и растут ноги у огромного количества семейств, так как лицензиатов архитектуры ARM на данный момент не счесть. В большинстве своем они берут ядро и комбинируют его с множеством других компонентов, получая в итоге, так называемые, системы на кристалле, или System-on-a-Chip, сокращенно SoC. Другими словами, весь компьютер умещается, по сути, в процессоре, а материнская плата служит лишь для развода контактов периферии. Несложно догадаться, что та-
Рисунок 4 - Микропроцессор АИМ2
кая технология применяется, прежде всего, в смартфонах и планшетных компьютерах, где требуется на максимально маленькой площади дать наибольшую производительность .
Рисунок 5 - PDA Apple Newton
Принимая во внимание тот факт, что продажи смартфонов и планшетов давно превышают во много раз продажи персональных компьютеров, а также то, что внутри каждого экземпляра трудится, как минимум, один ARM-процессор, можно смело утверждать, что ARM на данный момент самая популярная и продаваемая архитектура в мире. Но что самое интересное, подавляющее большинство потребителей об этом даже не догадывается, им просто все равно. У каждого есть смартфон, но только единицы знают, как именно он работает и как показывает вам великолепную графику любимой «игрушки». Но применение архитектуры ARM не ограничивается одними только смартфонами и планшетными компьютерами. Скажем, 90% рынка встраиваемых систем безраздельно принадлежат архитектуре ARM, компания AMD готовится в скором времени к выпуску серверных процессоров на базе ARM x64, Windows 8 уже поддерживает архитектуру ARM. Игровая приставка Nintendo DS, некоторые фотоаппараты, GPS-навигаторы и многое-многое другое работает на архитектуре ARM, всего не счесть. Применение технологии, разработка которой очень давно началась лишь для экономии денежных ресурсов компании BBC, не знает границ.
Но, даже несмотря на головокружительный успех уже сейчас, можно с уверенностью утверждать, что потенциал ARM до сих пор не раскрыт в полной мере и его восхождение к мировому господству только начинается. А уж сможет ли он вытеснить привычную нам архитектуру Intel на персональных компьютерах, сейчас сказать затруднительно, время покажет.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев П.Г. Микропроцессорные системы в учебном процессе / П.Г. Андреев, И.Ю. Наумова, Н.К. Юрков, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161-164.
2. Горячев Н.В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128-130.
3. Кочегаров И.И. Компьютерный комплекс исследования основных функций микроконтроллеров / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006. Т. 1. С. 192-194.
4. Кочегаров И.И. Применение системного анализа и межмодульного взаимодействия при проектировании конструкций РЭС // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2004. № 9-2. С. 160-163.
5. Абрамов О.В. Проектирование технических систем с элементами настройки / О.В. Абрамов // Надежность и качество сложных систем. 2014. № 2 (6). С. 51-55.
УДК 621.316.969
Ольхов Д.В., Лысенко А.В.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ВЛИЯНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЧАСТОТ НА УСТРОЙСТВА КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Введение
Криптография представляет собой совокупность методов преобразования (шифрования) данных, направленных на то, чтобы защитить эти данные, сделав их бесполезными для незаконных пользователей. Криптография должна обеспечивать такой уровень секретности, чтобы можно было надежно защитить критическую информацию от расшифровки крупными организациями [1].
Основные направления использования криптографических методов - передача конфиденциальной информации по каналам связи, установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации в зашифрованном виде.
Криптографические методы защиты информации в автоматизированных системах могут применяться как для защиты информации, обрабатываемой в ЭВМ или хранящейся в различного типа запоминающих устройствах, так и для закрытия информации, передаваемой между различными элементами системы по линиям связи.
Пример реализации криптографических методов защиты
Для реализации защиты подобного рода широкое применение нашла канальная аппаратура криптографической защиты с гарантированной стойкостью речевой информации [2].
и данных «Е-3 4» (рис. 1)
Рисунок 1 - Канальная аппаратура криптографической защиты с гарантированной стойкостью речевой
информации и данных «Е-3 4»
Канальная аппаратура Е-34 предназначена для шифрования речевой информации и данных в сетях телефонной связи и обеспечивает работу по стандартным каналам ТЧ, коммутируемым каналам теле-АМТС
фонной сети общего пользования (ТфОП) и по основным цифровым каналам первичной сети ЕАСС (64 кбит/с). [3] (рис. 2).
специальном связи
УС Л
УСА
АМТС йпецийгтьнОЙ
ТА ¡1 Ж
lili ¡lili mi um
Е-34
OUK-iH
быдсрсии^йка-'ал ТЧ
Е-34
Е-Э1
ÜÜJ
III ГЦ
PK Ручной коммутатор
ЕЕ! пи
т
[ТЗИ
i:ní
рШТШЯИ
ТФОП
ЛЕМЦОДМЯ IM hin
АТС специальной снязи
./—
IUP
Рисунок 2 - Схема организации связи с использованием аппаратуры Е-34
Данная аппаратура устанавливается как на стационарных, так и на подвижных узлах сетей специальной связи [3]. В связи с чем, во внимание следует принимать тот факт, что эффектив-
ность защиты информации в значительной степени зависит не только от криптостойкости шифра, но и от множества других факторов, в том числе и от внешних механических воздействий.
