Телефон:8 800 500 11 67
Поддержка:support@ridero.ru
© Ridero, 2013—2021
В соответствии с п. 14 Постановления
Правительства РФ от 19.01.1998 N 55,
книги не подлежат обмену и возврату
12+
Релятивизм в метрологии систем связи

Бесплатный фрагмент - Релятивизм в метрологии систем связи

Объем:
526 стр.
Возрастное ограничение:
12+
ISBN:
978-5-4474-9005-8

Моему сыну Андрею с надеждой, что он когда-нибудь прочтет и поймет эту книгу

«…моя последняя картина началась с вопроса: как изобразить в картине стакан воды таким образом, чтобы он не был нам безразличен?»

Из письма Рене Магрита к Сузи Габлик 19.05.1958 г.

Формальные требования, защищаемые учеными, пришли в конфликт с некоторыми способами развития науки. Для разрешения этого конфликта пришлось постепенно смягчать эти требования- до тех пор, пока они вообще не превратились в ничто.

П. Фейерабанд «Прощай, разум!»

Под самым потолком стояли тома в старинных переплетах, обклеенных мраморной бумагой с красноватыми прожилками, с тиснеными золотом корешками. Затем шли переплеты из дешевого синего картона, из рыжеватых канцелярских папок — переплеты военных лет с выцветшими чернильными надписями, и последних лет — в толстом коричневом дерматине.

Вид этих стеллажей настроил Тулина иронически:

«Урны с прахом обманутых надежд давно ушедших поколений… Кладбище несбывшихся мечтаний… Сколько никчемной добросовестности!»

Д. Гранин «Иду на грозу!»

Введение

Предлагаемая книга рассматривается автором как логическое продолжение и дополнение монографии Б.П.Хромого «Метрология и измерения в технике связи», двухтомного фундаментального труда, в котором были отражены все базовые принципы общей метрологии и отраслевой метрологии систем связи. Значение этого двухтомного издания сложно переоценить, поскольку в нем компактно изложено развитие метрологии систем связи на всем протяжении ХХ века, вплоть по появления пакетных сетей. Ценность любого фундаментального аналитического труда в области инженерии состоит в осмыслении и сохранении для будущих поколений научно-технического опыта. В современном инженерном мире слишком много неструктурированной информации самого широкого диапазона — от информационного шума современных сайтов и форумов до Wikipedia. На фоне этого мнимого благополучия любой аналитический труд должен рассматриваться как глоток чистого воздуха и акт подвижничества его автора. Монография Б. П.Хромого претендует на ключевую роль — сохранение памяти и опыта российской метрологии сетей связи вне зависимости от дальнейшего хода технической истории.

Издание «Метрологии и измерения в технике связи» появилось в момент глубокого научного кризиса отраслевой метрологии. Можно увидеть в этом определенный символ переломного момента — так часто самые важные аналитические труды появляются в момент истории, когда ставится вопрос о существовании той или иной области знания. Такие труды появляются как итог определенного этапа и как наследие новому поколению.

Современная отраслевая метрология систем связи находится в кризисе, самом глубоком за всю свою историю. Область традиционного метрологического знания с появлением пакетных сетей постоянно сокращается. Метрология сама отказывается от своего возможного развития. В конце ХХ века появился класс приборов, которые не вписывались в отраслевую метрологию, но широко использовались в системах связи — анализаторы протоколов сетей. Эти приборы не могли быть рассмотрены с точки зрения теории погрешностей и терминов точности измерений. В результате артефакт был «списан в индикаторы», т.е. приборы были отнесены к не-приборам. Отраслевая метрология попросту отстранилась от них как от малозначительной области.

Анализаторы протоколов могли оказаться всего лишь артефактом или техническим курьезом, не влияющим на общую структуру научного знания. Но область артефактов начала расти. Анализаторы АТМ, анализаторы FrameRelay и ISDN, анализаторы xDSL последовали за своими предшественниками. Наконец, в индикаторы были списаны анализаторы Ethernet — основа для эксплуатации современных пакетных сетей связи. Отраслевая метрология сокращала область своего присутствия в отрасли. С моральным устареванием технологии SDH — последней «метрологичной» технологии сетей связи отраслевая метрология в привычном виде умерла, ее область сократилась до минимума, определяемого кабельными, оптическими и радиочастотными измерениями. Глубокий кризис отраслевой метрологии систем связи охватил практически все административные, технические и научные стороны. Сети, построенные на основе современных пакетных технологий, оказались без метрологической компоненты. В свою очередь отраслевая метрология оказалась вне поля развития телекоммуникаций и начала исчезать уже как социальная общность специалистов — метрологов. На повестку дня вышел актуальный вопрос о смене парадигмы отраслевой метрологии.

Предлагаемая книга является результатом попыток автора реформировать отраслевую метрологию на основе новой парадигмы. В основе парадигмы лежит широкое применение принципа релятивизма — относительности различных частей метрологической модели. По опыту автора парадигма релятивизма позволяет сохранить и модифицировать научное здание отраслевой метрологии систем связи и имеет научное, прикладное и практическое значение.

При импорте мы не смогли распознать 3 неведомых объектов (скорее всего изображений). Пожалуйста, проверьте Вашу книгу, все ли изображения (или другие объекты) на месте. В противном случае попробуйте сохранить объекты как изображения и затем вставить их с помощью инструмента «Вставить изображение» в верхней панели инструментов

1. Проблемы современной отраслевой метрологии и проявления релятивизма

1.1. Развитие отраслевой метрологии систем связи в XX веке

1.1.1. Три этапа развития отечественной метрологии

Развитие отраслевой метрологии систем связи в XX веке шло довольно неравномерно, что непосредственно связано с неравномерным развитием самой отрасли телекоммуникаций, пережившей только на рубеже ХХ — XXI вв. три научно-технических революции (НТР), последняя из которых не завершена до сих пор.

Можно выделить три ключевых этапа развития отраслевой метрологии:

Метрология сетей связи «доцифрового» периода. Это метрология аналоговых систем связи и коммутации, хорошо разработанная в советский период развития науки и нашедшая свое отражение в многочисленных инструкциях, регламентах и пр. документах метрологического характера. Особенностью этого этапа является тот факт, что метрология собственно систем связи в этот период мало отличалась от общей метрологии измерений сигналов. Специализированные измерительные средства для систем связи могли быть отнесены к классу общеизмерительных приборов, таких как анализаторы спектра, генераторы сигналов, осциллографы, частотомеры, измерители уровня сигнала, анализаторы нелинейных искажений, генераторы шумов и пр. Особенность собственно отраслевых измерений, учитывающих специфику систем связи, определялась диапазонами измерений, типовыми масками контроля сигналов (например, псофометрический фильтр — сугубо телекоммуникационное изобретение) или определенными методиками специального назначения. Но в целом отраслевая метрология этого периода представляла собой вариацию общей системы метрологии сигналов.

Метрология цифровых систем связи. В конце 80-х годов в России начали широко внедряться цифровые системы связи, что привело к первой НТР в системах связи, и, соответственно, революции в метрологии. Появился класс приборов, который не мог быть использован вне телекоммуникационной проблематики. Первым таким прибором стал анализатор ИКМ — специализированный прибор для цифровых систем передачи и коммутации. Последующее развитие метрологии систем связи было тесно связано с цифровыми системами передачи и решением задач измерений на границах аналоговых и цифровых сигналов. Бурное развитие систем связи в условиях НТР резко подняло значимость отраслевой метрологии в структуре экономики. Образовался мировой рынок специализированных приборов для телекоммуникаций и производителей таких приборов, который уже к началу 2000 г. составил более 130 мировых производителей. Объем бюджетов отраслевой метрологии систем связи оказался больше, чем метрологические бюджеты многих отраслей. Этот период с полным правом можно назвать расцветом отраслевой метрологии систем связи. Появление специализированных задач измерений в системах связи способствовало развитию науки. Появились методики, не имеющие аналогов (например, измерение шумов квантования, джиттера в цифровых системах передачи, поляризационной и модовой дисперсии в волоконно-оптических системах связи и т.д.). В результате отраслевая метрология систем связи оформилась как вполне самостоятельная ветвь метрологической науки, тесно связанная с общей метрологией сигналов, но имеющая много специфических черт.

Метрология пакетных сетей связи (новая метрология). Данный период соответствует современному этапу третьей НТР и связан с качественным изменением структуры систем связи, вызванным технологиями пакетных систем. Сети с коммутацией пакетов преобразовали все технологические системы отрасли телекоммуникаций, поставив вопрос о коренной перестройке метрологического здания. Уровень глобальности третьей НТР, которая претендует на коренные преобразования в экономике, обществе и даже культуре, определяет ключевую значимость поставленных научных и практических вопросов. Именно исследованию принципов такого качественного изменения метрологии на современном этапе посвящена настоящая монография.

Вся сумма знаний по периодам 1 и 2 развития отраслевой метрологии максимльно полно представлена в монографии Б.П.Хромого [7,8]. Как было сказано во введении, настоящая книга планировалась логичным продолжением этой монографии, поэтому нет смысла возвращаться к ее основным тезисам и резонно сосредоточиться на решениях современного этапа.

Тем не менее, будущее изложение принципа релятивизма и его применений требует расставить некоторые акценты и обратить внимание читателя на особенности построения отраслевой метрологии в советский и пост-советский периоды, что соответствует этапам 1 и 2 вышеприведенной классификации соответственно.

1.1.2. Предмет метрологии и ее значение в современном мире

По определению метрология — это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В таком определении содержится некоторая многозначность, согласно которой:

Метрология представляет собой научное ядро, в центре которого лежит общая теория измерений, статистическая математика, теория погрешностей и т. д. Это ядро абсолютно консервативно, оно практически не изменяется со времен основания российской метрологии Д.И.Менделеевым в конце XIX в. Вне зависимости от динамики революций, прикладных вопросов, связанных с применением измерений в различных отраслях человеческой деятельности, научное ядро метрологической науки присутствует всегда и является основой метрологии любой отрасли промышленности.

Метрология представляет собой систему стандартов, т.е. юридически значимых документов, что определяется отдельным разделом законодательной метрологии. Тем самым указывается на присутствие существенного пласта юридических и вообще гуманитарных знаний в составе метрологии.

Метрология — это еще и средства измерений, от эталонов до отдельных измерительных приборов самой разной функциональности. И в этом смысле в метрологии присутствует технологическая компонента — самая динамичная составная часть. Технологическая компонента подвержена всем влияниям текущего развития научно-технического прогресса. На нее влияет динамика НТР, любые турбулентные явления современной технологии, техническая мода и пр.

Метрология включает в себя организационную структуру — совокупность институтов, обеспечивающих своевременную стандартизацию метрологических концепций, систему поверочных мероприятий и пр. В состав этой организационной структуры входит также профессиональное сообщество, от руководителей институтов метрологии до непосредственных исполнителей — метрологов.

Многозначность метрологии как науки, ее позиционирование на границе между гуманитарным и техническим знанием, порождают разные точки зрения на саму метрологическую проблематику. Диапазон точек зрения и подходов к метрологии действительно может быть самым широким: от сугубо научных исследований в области теоретической метрологии, до рутинных операций соответствия/несоответствия регламентов. Например, в отечественной практике часто можно встретить суждение, что метрология — это всего лишь обеспечение своевременной поверки «ибо так требует закон». Тем самым отраслевая метрология редуцируется до бессмысленной деятельности ради инструкции специально для этого придуманной.

Четыре стороны метрологии, указанные выше, не могут равноценно присутствовать в мировоззрении отдельного специалиста. В зависимости от индивидуальных интересов одна или несколько сторон будут доминировать. Ученый увидит в метрологии поле для исследований, политик — поле для политической деятельности, инженер — высокотехнологичную область, чиновник — сферу регулирования и управления организационными процессами, историк — существенную область технической истории, юрист — специальную область права и т. д.

Но все точки зрения связаны между собой единым постулатом

Современный научно-технический генезис невозможен вне метрологии

По меткому выражению Д.И.Менделеева наука начинается там, где возникают измерения. Современный технологический мир дополняет указанное утверждение тезисом, что и современная техника начинается тогда, когда возникают измерения. В этом универсальная ценность метрологии как одного из проявлений современной техногенной цивилизации, не зависящая от отдельной точки зрения.

1.1.3. Концентрическая модель отраслевой метрологии

На основании указанной выше многозначной структуры метрологии можно предложить следующую схематическую структуру ее частей (рис.1.1.1) в виде концентрической модели.

В основе метрологии как единой системы лежит научное ядро, представляющее собой теорию измерений на основе статистической математики и теории вероятностей, теории погрешностей, общей теории эксперимента и т. д. Как было показано выше, этот уровень соответствует консервативной системе метрологии. Он практически не изменяется со временем и является единым для всех отраслей промышленности. Можно сказать, что это единый общий знаменатель всех метрологических концепций и всех ветвей отраслевых метрологий.

Рис.1.1.1 Концентрическая модель современной метрологии

Внешним уровнем над уровнем научного ядра является уровень технологических решений. Этот уровень соответствует адаптивной системе, которая подстраивается под текущее развитие научно-технического прогресса. В условиях НТР именно этот уровень постоянно модифицируется, чтобы обеспечить соответствие отраслевой метрологии вызовам текущего исторического момента. Для описания решений данного уровня необходим динамичный метод, который был разработан автором как технологический подход [5].

Внешним по отношению к научно-технологическому ядру является уровень стандартов или законодательной метрологии. Собственно, стандарты должны обеспечивать юридическую значимость технических решений. Поэтому исторически сначала появляется комплекс решений, а потом возникает задача их легитимизации, т.е. превращения научно-исследовательских разработок в стандарты метрологии.

Самым внешним уровнем отраслевой метрологии выступает административная система, структура, исполняющая процедуры, описанные в стандартах.

В соответствие с концентрической моделью отраслевой метрологии рис.1.1.1 можно понять любые процессы преобразования метрологии как единой системы.

Самые мягкие преобразования, которые не затрагивают основ и фундаментальных принципов — это изменения внешнего контура метрологии, реформирование административной структуры. Если в какой-то момент оказывается, что административная система метрологии недостаточно эффективно обеспечивает исполнение стандартов управления отраслью, возникает необходимость административного реформирования отраслевой метрологии. Например, возникновение НИИ метрологии в советский период может рассматриваться как такая реформа. В пост-советский период идут постоянные реформы процедур поверки и калибровки. В первую очередь такое реформирование осуществляется через систему лицензирования поверочной деятельности различных структур.

Чем глубже идут изменения в системе метрологии рис.1.1.1, тем большие последствия они провоцируют. Например, появление новых технологий, связанных с развитием отрасли, требует генерации новых стандартов, новые стандарты часто требуют изменения административной системы. В этой связи необходимо учитывать особенность современного развития телекоммуникаций — состояние трех последовательных НТР. В этой исторической обстановке технологический уровень модифицируется постоянно, требуя постоянной модификации уровня стандартов и реформирования административной системы. В результате на всем протяжении последних 20—30 лет наблюдается постоянное изменение отраслевой метрологии при статичности ее научного аппарата.

1.1.4. Особенности строения отраслевой метрологии в советский период

Полную структуру всех слоев, от первого до четвертого, отраслевой метрологии в советский период можно найти в монографиях [7,8] и здесь нет смысла ее повторять. Отметим только некоторые характерные черты построения советской отраслевой метрологии систем связи.

Отраслевая метрология в советский период строилась по жестко централизованному принципу соответствующему самой структуре командно-административной системы советской экономики

Уровень научного ядра полностью соответствовал классической метрологии, отраслевая специфика практически не касалась этого слоя. Это определялось особенностью аналоговых систем связи

Технологический уровень до появления цифровых систем в постсоветсткий период был стабильным. Ключевая особенность технологического уровня — его гибкость и адаптивность к изменениям технических решений — фактически не была востребована. Это дополнительно формировало стабилизацию отраслевой метрологии

В отличие от научного ядра и технологического слоя административная структура модифицировалась в советский период регулярно. Именно этот слой обновлялся, развивался, реформировался, и это неизбежно приводило к росту роли бюрократии в развитии и структуре отраслевой метрологии.

Стабильность технологического слоя определялась замкнутой системой экономики СССР. Простой иллюстрацией этого тезиса с точки зрения измерительной техники в телекоммуникаций является схема рис.1.1.2.

Рис.1.1.2. Модель замкнутого хозяйства в советский период

Развитие измерительной техники шло в общих чертах следующим образом. Научно-исследовательский институт связи (НИИС, их было несколько в СССР) разрабатывал будущие инновации (тогда — перспективные разработки), которые, вообще говоря, могли не вписываться в международные стандарты (вспомним централизованную систему тарификации, АОН, сигнализацию 2ВСК, прозванную на Западе R1,5, потому что и не R1 и не R2 и многое другое). Затем по указанию и под руководством НИИС развертывалось производство линейного оборудования на заводах отрасли. Заводов было относительно немного, «зоопарка» технических средств не возникало. Зная специфику производственного процесса и всю подноготную производимого оборудования, НИИС давал указание на производство соответствующей измерительной техники, причем с учетом известной специфики производства линейного оборудования. Например, если известно было низкое качество генераторов, входящих в состав линейного оборудования, то в состав измерительного прибора резонно было включить частотомер, для своевременной подстройки генератора и т. д. Затем линейное оборудование и измерительное оборудование по разнарядке в заранее установленных пропорциях передавалось оператору. НИИС при этом создавал инструкции по применению измерительного оборудования. Учитывая высокую однородность линейного оборудования на сетях связи и практически однотипность измерительных приборов, НИИС мог создавать инструкции по эксплуатации и применению измерительных приборов сколь угодно высокой детализации. Условно высокая детализация инструкции по применению прибора может быть проиллюстрирована следующим образом: «подключить шнуром (1) прибор в измерительное гнездо аппаратуры (2), повернуть на приборе ручку (3) на угол в 90 град, считать показания с индикатора (4), результаты занести в специальную таблицу (формуляр прилагается)».

Такая замкнутая система хозяйства работала, и работала успешно. Наилучшая степень оснащенности измерительными приборами, практически на уровне лучших международных практик, у операторов связи общего пользования имела место в аналоговых системах передачи, запущенных в эксплуатацию до 1982—83 гг., т.е. в эпоху расцвета советской экономики. В постперестроечный период уровень оснащения измерительными приборами по официальной статистике «Связьинвеста» начала 2000-х составлял 2,5—3% от востребованного количества, что может рассматриваться как техническая катастрофа, породившая целое поколение инженеров с низким уровнем метрологической и инженерной культуры.

Система замкнутого хозяйства имела свои особенности функционирования отраслевой метрологии, которые нужно учитывать:

Творческий потенциал и потенциал развития метрологии в экономической системе СССР был целиком сосредоточен в структурах отраслевой науки.

Высокая степень детализации отраслевых методик не развивала творческий потенциал инженеров

Существующая параллельно система рацпредложений предлагала участие в творческом процессе скорее как исключение, чем правило.

Большая часть систем связи была отнесена (и справедливо по тем временам) к секретной или полусекретной деятельности, так что объективно взаимный обмен информацией между специалистами был также отнесен только к уровню работы НИИС, в научную среду.

Замкнутая система хозяйствования не предполагала использование отраслевой метрологии как автономной силы, обеспечивающей развитие прогресса отрасли. Ей отводилась сугубо прикладная область обеспечения функционирования оборудования.

В результате нельзя сказать, что отраслевая метрология в советский период имела автономное и самостоятельное значение. Ее ценность как научной дисциплины была минимальна, а область функционирования ограничивалась бюрократическими процедурами поверки парка измерительных приборов прикладного значения.

При определенном взгляде на проблему отраслевая метрология в советский период может рассматриваться как зачаточное научное знание. Это определяется самим составом приборов. До первой научно-технической революции, т.е. до цифровизации сетей связи, метрология систем связи в мировом масштабе нельзя считать до конца автономной научной системой. Как было показано выше, для измерений в этот период использовались измерительные приборы общего назначения. Специальные измерительные приборы, которые могли применяться только в телекоммуникациях, отсутствовали. И по этой причине отраслевая метрология советского периода может с точки зрения истории науки рассматриваться просто как бюрократическая ветвь индустриальной метрологии, не имеющая своей специфики.

1.1.5. Развитие отраслевой метрологии в постперестроечный период

Постперестроечный период представляет собой очень противоречивый этап в истории отраслевой метрологии. В этот период первая научно-техническая революция в системах связи наложилась в нашей стране на социальную революцию. Две параллельных революции в один исторический период не могли не привнести в отраслевую метрологию элементы хаоса и дестабилизации.

Первая НТР в системах связи была обусловлена цифровизацией. В мировой практике процесс цифровизации породил рынок измерительных приборов для телекоммуникаций — специализированных приборов, которые могли применяться только в отрасли телекоммуникаций, и за ее пределами не имели смысла. К середине 90-х годов в мире насчитывалось более 100 (!) различных производителей измерительных приборов для телекоммуникаций, и с тех пор рынок измерительных приборов развивается с неизменной динамикой.

Отраслевая метрология телекоммуникаций во всем мире стала автономной дисциплиной, поскольку в ней появились метрологические знания специальной направленности. Значимость отраслевой метрологии существенно повысилась, что определяется самим характером цифровых телекоммуникаций и принципами их эксплуатации. Цифровая система любого применения качественно отличается от аналоговой системы. Ключевым отличием является сам принцип функционирования, связанный с бинарной логикой, передачей и обработкой информации в виде единиц и нулей. Цифровая система пронизана бинарной логикой, и в своем поведении проявляет свойства дискретности. Как следствие, процессы деградации в цифровых системах носят дискретный и пороговый характер. Аналоговая система деградирует постепенно. Цифровые системы деградируют пороговым образом, вплоть до смены бинарного состояния работает/не работает. В результате эксплуатация цифровых систем оказывается более сложным процессом и требует специальных инструментов эксплуатации. Так возникает рынок специализированных приборов.

Пример 1.1.

Хорошим примером может служить разница в деградации работы автомобилей. Аналоговый автомобиль «Москвич» деградирует постепенно. Его мотор начинает шуметь, стучать, выхлопная труба выплевывает клубы черного дыма пополам с сажей, но он продолжает ехать, пусть и не столь быстро. По мере деградации автомобиль постепенно ухудшает свои показатели, «останавливается». Цифровая иномарка деградирует пороговым образом. Еще вчера она нормально ехала, не стучала. А сегодня при повороте ключа выясняется, что она «умерла». Случился пороговый эффект деградации. Цифровая система автомобиля до последнего вытягивает показатели качества. Но когда она не может вытянуть показатели качества, происходит пороговый эффект — система останавливает работу.

Соответственно для эксплуатации «Москвича» вполне можно обойтись обычным инструментом, тогда как обслуживание цифровой иномарки требует регулярного проведения технического обслуживания. Необходимо контролировать ряд параметров внутри системы автомобиля, чтобы указанный выше пороговый эффект не произошел. Это и есть фактор превентивных регламентных работ. В телекоммуникационных системах ситуация совершенно аналогична. Появление цифровых автомобилей привело к появлению специализированных инструментов диагностики двигателей на станциях технического обслуживания, а сами станции технического обслуживания (сервисные центры) существенно повысили свою значимость. Аналогично в телекоммуникациях на волне цифровизации появился рынок измерительной техники специального применения, а отраслевая метрология стала очень важной отраслью знания.

Во всем мире процесс изменения и роста отраслевой метрологии шел эволюционным путем, в России он произошел скачком, революционно. Причин здесь несколько:

После падения «железного занавеса» и ликвидации государственной монополии внешней торговли на российский рынок хлынула импортная техника цифровых систем связи, готовая к применению. Можно сказать, что цифровизация в России случилась в течение нескольких лет, причем на основе сугубо заимствованных решений

Замкнутая система хозяйства отрасли телекоммуникаций была фактически разрушена. Новая концепция регулирования и научного развития не родилась до сих пор (об этом ниже).

Ориентированная на замкнутую советскую систему хозяйства, отраслевая метрология оказалась не готовой к коренной перестройке

Все это совпало с периодом упадка отраслевой науки, когда НИИС и другие институты не имели бюджетов даже на закупку периодической литературы. Этим обусловлен факт отсутствие на начальном этапе первой НТР каких-либо знаний о работе цифровых систем связи. Как следствие, отраслевая метрология не могла в короткие сроки сформировать себя как науку.

Историческая и социальная революция в постперестроечный период была связана с принятием либеральных ценностей и со слепой верой в саморегулируемый рынок в условиях капитализма.

Бесплатный фрагмент закончился.
Купите книгу, чтобы продолжить чтение.