Например, Бобцов

СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ГИБКОГО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ

Синтез структуры ГИИ для систем технического зрения

11
УДК 004.716

Ю. П. МУХА, И. Ю. КОРОЛЕВА, А. Д. КОРОЛЕВ, Д. В. ТИТОВ
СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ГИБКОГО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
Рассмотрены проблемы передачи информации, полученной при помощи систем технического зрения, предложен способ решения этих проблем путем применения гибкого интеллектуального интерфейса (ГИИ). Формализована работа ГИИ при помощи теории категорий.
Ключевые слова: гибкий интеллектуальный интерфейс, оптимальные структуры, техническое зрение.
Современное производство невозможно представить без применения систем технического зрения, позволяющих автоматизировать производственные процессы. Однако при создании больших территориально распределенных систем технического зрения требуется передавать информацию между узлами системы.
Предположим, что информация, получаемая при помощи систем технического зрения, передается как в рамках сложной производственной сети, так и между ее участками. В процессе обмена информацией между узлами и подсистемами системы может возникнуть ряд трудностей, а именно:
1) несовместимость оборудования разных производителей или использование устаревшего оборудования, не поддерживающего возможности современной техники;
2) нестыковка производственных подсетей, опирающихся на различные стеки протоколов передачи информации.
Преодолеть такие проблемы позволяет устройство, обеспечивающее автоматическую настройку, трансформацию передаваемых данных с учетом существующих стандартов; приведение передаваемых информационных пакетов к виду, воспринимаемому как источником, так и приемником сигнала. Назовем это устройство гибким интеллектуальным интерфейсом (ГИИ). Интерфейс с варьируемыми характеристиками обеспечивает функционирование системы в условиях изменяющихся параметров каналов связи, соединяющих функциональные блоки систем управления или измерения, а также адаптируется к различным топологиям и методам передачи измерительной информации (ИИ), представленной в цифровом виде. Разнообразие и сложность решаемых интерфейсом задач приводят к его усложнению вследствие введения в состав интерфейса микропроцессорных узлов с соответствующим ПО.
Для построения ГИИ необходимо определить последовательность выполняемых им действий, а также, используя специализированный математический аппарат, формализовать их.
Процесс передачи информации возможно представить как последовательную пересылку блоков данных от источника к ГИИ и от ГИИ — к приемнику. Все три основных звена системы (источник, приемник, ГИИ) имеют структуру, согласно ГОСТ [1], включающую 7 уровней, каждый из которых отвечает за свою часть преобразований, выполняемых с исходными данными. На рис. 1 приведена схема передачи данных с использованием ГИИ ( f1,..., f7 —
функции определения необходимого преобразования и само преобразование; p1,..., p7 —
функции соответствующего уровня семиуровневой системы OSI; a12,..., a67 — морфизмы
уровней приемной части ГИИ; b76,..., b21 — морфизмы уровней части стока ГИИ; a1 f1,..., a7 f7 —
морфизмы приемной части и части преобразования ГИИ; p1b1,..., p7b7 — морфизмы приемной

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2013. Т. 56, № 6

12 Ю. П. Муха, И. Ю. Королева, А. Д. Королев, Д. В. Титов части и функциональной части соответствующего уровня ГИИ; f1 p1,..., f7 p7 — морфизмы части преобразования и функциональной части соответствующего уровня ГИИ).
При передаче данных возникающие нестыковки между системами и отдельными узлами системы устраняет ГИИ, выполняющий преобразование передаваемой информации на том уровне системы OSI [2, 3], где происходит ошибка [4]. Причем определение типа ошибки и соответствующего уровня системы OSI, на котором произойдет коррекция, выполняется интеллектуальной частью ГИИ. Для интеллектуализации интерфейса требуется в каждый момент времени определять состояние системы, с этой целью необходимо составить базу данных состояний и параметров системы для точной диагностики и последующего принятия решения.
a67 b76
a56 b65
a45 b54
a34 b43
a23 b32
a12 b21
Рис. 1
Формализуем процесс передачи информации через ГИИ. Для этого опишем функции каждого из семи уровней ГИИ (рис. 1), представив их в виде графа. На пользовательском уровне функции зависят от конкретного приложения и в общем виде записи не поддаются.
Процесс преобразования входных данных внутри ГИИ можно записать при помощи категорийного аппарата [5]. Запишем уравнения общего вида для каждого из семи уровней. Множество категорий при переходе по принимающей стороне ГИИ представляет собой [6, 7]:
1) Hom(A1, F1) , где A1 ={множество состояний физического уровня источника}, F1={множество состояний блока анализа физического уровня};
2) Hom( A2, F2 ) = Hom(( A1, A2 ), F2 ) = a12 ∗ a2 f2 , где A2 ={множество состояний канального уровня источника}, F2 ={множество состояний блока анализа канального уровня}.
3) Hom( A3, F3) = Hom(( A2, A3), F3) = a23 ∗ a3 f3 = (a12 ∗ a2 f2 ) ∗ a3 f3 , где A3 ={множество состояний сетевого уровня источника}, F3 ={множество состояний блока анализа сетевого уровня};
4) Hom( A4, F4 ) = Hom(( A3, A4 ), F4 ) = a34 ∗ a4 f4 = ((a12 ∗ a2 f2 ) ∗ a3 f3) ∗ a4 f4 , где A4 = ={множество состояний транспортного уровня источника}, F4 ={множество состояний блока анализа транспортного уровня};
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2013. Т. 56, № 6

Синтез структуры ГИИ для систем технического зрения

13

5) Hom( A5, F5 ) = Hom(( A4 , A5 ), F5) = a45 ∗ a5 f5 = (((a12 ∗ a2 f2 ) ∗ a3 f3) ∗ a4 f4 ) ∗ a5 f5 , где
A5 ={множество состояний сеансового уровня источника}, F5 ={множество состояний блока анализа сеансового уровня};
6) Hom( A6, F6 ) = Hom(( A5, A6 ), F6 ) = a56 ∗ a6 f6 = ((((a12 ∗ a2 f2 ) ∗ a3 f3) ∗ a4 f4 ) ∗ a5 f5 ) ∗ a6 f6 ,
где A6 ={множество состояний представительского уровня источника}, F6 ={множество состояний блока анализа представительского уровня};
7) Hom( A7 , F7 ) = Hom(( A6 , A7 ), F7 ) = a67 ∗ a7 f7 = (((((a12 ∗ a2 f2 ) ∗ a3 f3 ) ∗ a4 f4 ) ∗ a5 f5 ) ∗
∗a6 f6 ) ∗ a7 f7 , где A7 ={множество состояний пользовательского уровня стороны источника},
F7 ={множество состояний блока анализа пользовательского уровня}. Множество категорий при переходе с части преобразования ГИИ на его функциональ-
ную часть представляет собой: 1) Hom(F1, P1) = f1 p1 , где P1 ={множество состояний блока функций физического
уровня}; 2) Hom(F2 , P2 ) = f2 p2 , где P2 ={множество состояний блока функций канального
уровня}; 3) Hom(F3, P3 ) = f3 p3 , где P3 ={множество состояний блока функций сетевого уровня};
4) Hom(F4 , P4 ) = f4 p4 , где P4 ={множество состояний блока функций транспортного уровня};
5) Hom(F5 , P5 ) = f5 p5 , где P5 ={множество состояний блока функций сеансового уровня};
6) Hom(F6 , P6 ) = f6 p6 , где P6 ={множество состояний блока функций представительского уровня};
7) Hom(F7 , P7 ) = f7 p7 , где P7 ={множество состояний блока функций пользовательского уровня}.
Множество морфизмов при переходе по принимающей стороне ГИИ представляет собой: 1) Hom(P1, B1) = p1b1 , где B1 ={множество состояний блока функций физического уровня приемника}; 2) Hom(P2 , B2 ) = Hom(P2 , (B2 , B1)) = p2b2 ∗ b21 , где B2 ={множество состояний блока функций канального уровня приемника}; 3) Hom(P3 , B3 ) = Hom(P3 , (B3 , B2 )) = p3b3 ∗ b32 = ( p2b2 ∗ b21) ∗ p3b3 , где B3 ={множество состояний блока функций сетевого уровня приемника}; 4) Hom(P4 , B4 ) = Hom(P4 , (B4 , B3 )) = p4b4 ∗ b43 = (( p2b2 ∗ b21) ∗ p3b3 ) ∗ p4b4 , где B4 ={множество состояний блока функций транспортного уровня приемника}; 5) Hom(P5 , B5 ) = Hom(P5 , (B5 , B4 )) = p5b5 ∗ b54 = ((( p2b2 ∗ b21) ∗ p3b3 ) ∗ p4b4 ) ∗ p5b5 , где B5 =
={множество состояний блока функций сеансового уровня приемника}; 6) Hom(P6 , B6 ) = Hom(P6 , (B6 , B5 )) = p6b6 ∗ b65 = (((( p2b2 ∗ b21) ∗ p3b3 ) ∗ p4b4 ) ∗ p5b5 ) * p6b6 , где
B6 ={множество состояний блока функций представительского уровня приемника};
7) Hom(P7 , B7 ) = Hom(P7 , (B7 , B6 )) = p7b7 ∗ b76 = ((((( p2b2 ∗ b21) ∗ p3b3 ) ∗ p4b4 ) ∗ p5b5 ) *
*p6b6 ) * p7b7 где B7 ={множество состояний блока функций пользовательского уровня приемника}.
Раскроем содержание функций p1,..., p7 в соответствии со стандартом [1]. Графовое представление функциональной составляющей сеансового уровня приведено на рис. 2 (ОтСизТ — отображение сеансового соединения из транспортного соединения. В любое

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2013. Т. 56, № 6

14 Ю. П. Муха, И. Ю. Королева, А. Д. Королев, Д. В. Титов
время между сеансовым и транспортным уровнем существует взаимно-однозначное отображение, но время существования их может различаться; УпрПот — управление потоком данных в сеансовом соединении. Для предотвращения переполнения данными принимающего логического объекта уровня представления сеансовый уровень воздействует на транспортное соединение; ПерСроч — передача срочных данных; ВосСеан — восстановление сеансового соединения; РазСеан — разрыв сеансового соединения; УпУСеан — административное управление сеансовым соединением; КаналУр — канальный уровень).

ОтСизТ f(ОтСизТ)

ПерСроч f(ПерСроч)

УпрПот f(УпрПот)

f(РазСеан) РазСеан

КаналУр f(КаналУр)

ВосСеан f(ВосСеан)

УпУСеан
f(УпУСеан)
Рис. 2
Основываясь на графовых представлениях каждого из уровней p1,…,p7, оптимизируем работу системы. Для этого воспользуемся методом БФР [6]. Оптимизированная структура ГИИ представлена на рис. 3 (vji — состояние функционального блока различных уровней: v11,…, v13 — физического; v21 ,…, v211 — канального; v31 ,…, v312 — сетевого уровня; v41 ,…, v47 — транспортного; v51 ,…, v55 — сеансового; v61 ,…, v64 — представительского).
Таким образом, для каждого уровня ГИИ можно записать расширенное уравнение, в которое включена функция этого уровня (p1,…,p7). Приведем пример для сеансового уровня:
((((a12 ∗ a2 f2 ) ∗ a3 f3) ∗ a4 f4 ) ∗ a5 f5) ∗ f5(u1вх1u114u141u112u124u143u133u134u145u14вых ) ∗ ∗(((( p2b2 ∗b21) ∗ p3b3) ∗ p4b4 ) ∗ p5b5).
При составлении полного выражения требуется расшифровать последнее слагаемое для каждого уравнения f1 ,…, f7 . С этой целью требуется определить входные параметры, по которым интеллектуальная составляющая ГИИ сможет выявить необходимые преобразования. Следующим шагом является создание базы данных признаков каждого состояния системы и откликов на каждое состояние. Это позволит полностью формализовать действия ГИИ и приступить к непосредственной реализации устройства [8].
Таким образом, была проведена формализация последовательности действий ГИИ, используя которую, возможно разрешать конфликты при взаимодействии различных систем передачи данных.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2013. Т. 56, № 6

Синтез структуры ГИИ для систем технического зрения

15

Рис. 3

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2013. Т. 56, № 6

16 Ю. П. Муха, И. Ю. Королева, А. Д. Королев, Д. В. Титов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р ИСО 7498-2-99.

2. Муха Ю. П., Королева И. Ю., Королев А. Д. Гибкий Интеллектуальный интерфейс для несовместимых информационных систем // „Приоритетные направления развития науки и технологий“: Докл. IX Всерос. научн.-техн. конф. Тула: Изд-во „Инновационные технологии“, 2011. C. 126—129.

3. Муха Ю. П., Авдеюк O. А., Антонович В. М. Теория и практика синтеза управляющего и информационного обеспечения измерительно-вычислительных систем. Волгоград: ВолгГТУ, 2004. 220 с.

4. Антонович В. М. Структурный метод синтеза гибкого интеллектуального интерфейса сложной информационно-измерительной системы: Дис. ... канд. техн. наук. Волгоград: ВолгГТУ, 2004. 134 c.

5. Габриель П., Цисман М. Категория частных и теория гомотопий. М.: Мир, 1971. 295 с.

6. Муха Ю. П., Авдеюк О. А., Королева И. Ю. Алгебраическая теория синтеза сложных систем. Волгоград: ВолгГТУ, 2003. 320 с.

7. Букур Н., Деляну А. Введение в теорию категорий и функторов. М.: Мир, 1972. 259 с.

8. Муха Ю. П., Королева И. Ю., Королев А. Д. Интерфейсы для телемедицинских сетей передачи данных // Телекоммуникации. 2011. № 12. С. 41—44.

Юрий Петрович Муха Ирина Юрьевна Королева Артем Дмитриевич Королев Дмитрий Витальевич Титов

Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Волгоградский государственный технический
университет, кафедра вычислительной техники; заведующий кафедрой; E-mail: muxaup@mail.ru — канд. техн. наук, доцент; Волгоградский государственный технический университет, кафедра вычислительной техники; E-mail: artmd64@rambler.ru — аспирант; Волгоградский государственный технический университет, кафедра вычислительной техники; E-mail: artmd64@mail.ru — канд. техн. наук; Юго-Западный государственный университет, кафедра вычислительной техники, Курск; преподаватель; E-mail: amazing2004@inbox.ru

Рекомендована Юго-Западным государственным университетом

Поступила в редакцию 18.02.13 г.

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2013. Т. 56, № 6