Протоколы повторной передачи.

A RQ-методы

Возможен ряд вариантов повторной передачи данных:

1. каждый правильно переданный кадр, который дошел без ошибок, может быть подтвержден специальным кадром подтверждения, положительной квитанцией ASK. S – кадр, [3,4]= 00

2. Подтверждение кадром, речь идет об информационном кадре. Каждый правильно переданный кадр может быть подтвержден путем ASK, который «вставлен» в информационные кадры, передаваемые по обратному направлению.

3. Использование отрицательного подтверждения – отрицательная квитанция NAК, или S – кадр где [3,4] = 01 *** передающая сторона не будет долго ожидать, если не получает подтверждения, наступает метод 4

4. Использование процедур (механизма) Timeout’а – передающая сторона по истечении некоторого времени повторно передает кадр, для которого истекло время ожидания.

Три метода (протокола) повторной передачи

1. Метод (протокол) с остановками и ожиданием (метод с простоями) – это простейший метод ARQ: в процессе передачи передающая сторона передает кадр и ждет его подтверждения. Если получен «ASK», то передается новый кадр. А если передается «NAK» или истекает Timeout, то происходит повторная передача (этот метод используется в полудуплексных каналах связи)

2. Протокол (метод) с N-возвращениями (N шагов назад) (метод непрерывной передачи) – самый распространенный реально используемый протокол повторной передачи. Передача производится непрерывно с передающей стороны без ожидания подтверждения. Число N показывает максимальное количество кадров, находящихся в процессе передачи. Номер этого текущего кадра определяется как: No = i + N, где N – размер окна. Размер окна оговаривается с помощью ненумерованных кадров в ходе установления соединения. N = 0..7 или 0..127

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11…

N=5, Текущий кадр - подчеркнут

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11… - на 1 пришел ASK, тогда -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 – на 4 пришел ASK тогда

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 – на 6 пришел NAK тогда

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 – и так далее

Метод скользящего окна используется не только на канальном уровне, а и в протоколе TCP по своей методике реализации.

3. Метод выборочного повторения (селективного отказа) – реализуется с помощью 4-го типа S-кадров, [3,4] = 11

Метод скользящего окна – когда передвигается постоянно окно N.

Если например, 7 и 6 пришли без ошибки, а 6 с ошибкой, то за нового передают и 6, и 7, и 8.

Размер окна устанавливается на этапе соединения. В ненадежных сетях, когда кадры часто искажаются размер окна необходимо уменьшить. Повторно передается только тот кадр, который пришел с ошибкой. Возникает проблема упорядочивания кадров по номерам.

Анализ пропускной способности или производительности методов повторной передачи

Производительность – количество правильно переданных кадров за единицу времени.

Ряд предположений для анализа

1. Нумерация кадров не ограничена.

2. Передающая сторона или станция находится в режиме насыщения (в каждый момент времени есть кадр для передачи)

3. Длина кадра фиксирована (в качестве этого фиксированного значения принимается средняя длина кадра)

Анализ метода с остановками и ожиданиями (ЛР 4)

t_T

t_I – время передачи информационного кадра = L / C

L – длина

С – пропускная способность

tр - время распространения по физической среде

to – время обработки

по истечении времени обработки формируется S-кадр и передается

ts = Ls / C

в «жирной точке» принимается решение – в зависимости от того, S = ASK или NAK – передается следующий кадр или тот же, повторно

tп – время простоя (перерыва) = 2 tr+to+ts

t_T = ti + tп – интервал времени между передаваемыми кадрами

Идеальный случай – когда всегда приходит ASK. Тогда t_T будет называться интервалом времени между правильно переданными кадрами.

В таком случае _max = 1/t_T - максимальная производительность

Для оценки t_T предположим, что каждый кадр в результате передачи с вероятностью Р будет передан с ошибкой. Тогда 1-Р – вероятность что без ошибки.

Тогда появляется дискретное время t^~_v, под которым понимаем случайный интервал времени между правильно переданными кадрами.

t^~_v = t_T – с Pv = (1-P)

t^~_v = 2t_T – с Pv = P*(1-P)

t^~_v = 3t_T – с Pv = P*P*(1-P)

t^~_v = i t_T – с Pv = P^i-1(1-P)

вводим коэффициент а = t_T / t_I = 1+ tп / ti

Протокол с N-возвращениями (протокол непрерывной передачи)

Ряд предположений:

1. Порядковые номера не ограничены

2. Передающие станции находятся в режиме насыщения (всегда есть кадр для передачи)

3. Через время tп ( = 2 tp + ti + ts ) передающая станция получает положительную либо отрицательную квитанцию, а если ни то и не другое – срабатывает механизм Timeout’a и передается опять текущий кадр.

тогда

- максимальная производительность, [кадр/сек]

Если t_п << t_i (а фактически так и есть) тогда a-> 1 и

При а=1 нет разницы между старт-стопным методом и методом с N-возвращениями, протокол SS превращается в протокол с N возвращениями

Пример 1

а=1+ tп/ti = t_T /ti

a=4, P = 0.01 -вероятность битовой ошибки, вероятность неправильной передачи

SS -

N -

- метод с N возвращениями лучше

Пример 2

Дано:

l = 1200 бит

с = 9600 бит/сек

ti = l/c = 125 мсек

L = 200 км

 = 160 000 км/сек

tp = 1,25 мсек

ts = 48бит / 9600 = 5 мсек

tп = 2tp + to + ts = 2,5 + 0 + 5 =7,5 мсек

а = 1+ 7,5 / 125 = 1,054 = 1

можно использовать любой протокол

для второго метода, если подтверждение идет по информационному кадру, то tп = 2tp + to + ti

тогда…

tп = 2,5+0+125 = 127,5

a = 1+127,5/125 = 2 – тогда протокол SS менее эффективен, лучше N – возвр.

Спутниковые КС

Время распространения tp = 280 мс

с = 4800 бит/сек – а = 4

с = 4800 бит/сек - а = 23

Определение оптимальной длины кадра

l – вся длина кадра разбиваем на: l – полезная длина кадра

l' – служебная информация, 48 бит

l+l’ – общая длина кадра

Увеличить l – пропускная способность, ПС, увеличится

Уменьшить l – передача становится надежнее, меньше число ошибок.

Оптимальный смысл заключается в следующем:

l

l'

l/(l+l’) – для определения оптимальной длины

Построение модели ошибок

(характерно для спутниковых КС)

Pb – вероятность независимой битовой ошибки (бит-ориентированный протокол)

- вероятность того, что 1 бит будет передан с ошибкой, это никаким образом не связано с другими битами.

q_b = 1-Pb – Вероятность того, что бит будет передан без ошибки

q_b^(l+l’) – вероятность того, что все кадры были переданы правильно

1-q_b^(l+l’) – вероятность того, что передача произошла с ошибкой

Р = Pb* (l+l’) – характерно для наземных каналов связи

P = 1-(1 – Pb)^l+l’ - для спутниковых КС

Д = _max*l - объем полезной информации, передаваемой в единицу времени, [бит/сек]

Если С – ПС КС – тогда

Коэффициент Д/С – коэффициент полезного использования пропускных способностей КС

l – основной фактор

l - ? чтобы Д/С – max