Управление ошибками при передаче информации по каналам связи курсовая 2010 по коммуникациям и связи , Дипломная из Теория массовой коммуникации

Скачай Управление ошибками при передаче информации по каналам связи курсовая 2010 по коммуникациям и связи и еще Дипломная в формате PDF Теория массовой коммуникации только на Docsity! Содержание Задание Виды способов управления ошибками Метод эхо-контроля Механизм передачи “бездействие – ЗПР” Механизм передачи “непрерывная передача – ЗПР” Описание последовательности передачи кадров в механизме обмена данными “возврат-к-N” при наличии искажений I-кадра и ACK-кадра Описание временных параметров задержки в канале связи при передаче информации между ПС и ВС Описание механизма тайм-аута и механизма окна Механизм тайм-аута Механизм окна Расчет эффективности использования пропускной способности канала связи Исследование зависимости величины эффективности использования канала связи от его пропускной способности Исследование зависимости величины эффективности канала связи от длины передаваемых пакетов Нахождение максимальной длины физического канала связи, при которой его эффективность близка к 100%, а коэффициент “а” остается меньше 1 Анализ и определение скорости передачи и длины кадра, при которых эффективность использования канала связи максимальна Выводы Задание Исходные данные для расчета: • тип канала связи: радиоэфир (спутниковая связь), (м/с); • длина канала связи (м); • скорость передачи информации (Мбит/сек); • длина кадра (бит); • размер окна ; • вероятность искажения одного бита ; • режим обмена – “возврат-к-N”. каждого символа при непосредственном участии самого пользователя и, следовательно, относительно неэффективно использует пропускную способность канала связи. Однако вследствие своей простоты эхо-контроль широко применяется во многих системах обмена информацией. Автоматический запрос на повторение используется в случае, когда пользователь не вовлечен непосредственно в процесс передачи данных, поскольку обмен информацией между двумя узлами оборудования системы осуществляется несколькими методами и автоматически. Общим для всех методов является то, что они требуют возврата лишь небольшого сообщения или кадра, извещающего о правильности или неправильности принятого кадра, а не повторной передаче его копии. Это особенно важно при кадро-ориентированной передаче, когда пересылаемый кадр может содержать достаточно большое количество байтов или символов. Такое использование схемы извещения ( и -кадры) называется автоматическим запросом на повторение. В зависимости от объема буферной памяти и пропускной способности канала связи возможны 2 наиболее часто реализуемых режима работы схемы извещения: “бездействие – ЗПР” (послать-и-ждать) и “непрерывная передача – ЗПР”. Последний режим может применять либо стратегию выборочной повторной передачи, либо механизм “возврат-к-N”. Механизм передачи “бездействие – ЗПР” Режим “бездействие – ЗПР” наименее эффективно использует пропускную способность каналов связи. Рассмотрим 3 режима работы этого механизма: 1. При передаче без ошибок. 2. При искажении I-кадра. 3. При искажении ACK-кадра. Рис. 5 – время задержки при передаче данных (от первой станции ко второй); – время передачи -кадра; – время обработки -кадра принимающей станцией; – время передачи -кадра; – время обработки -кадра принимающей станцией. Во многих случаях передачи данных -кадры передаются одновременно в обоих направлениях, обозначим источник -кадров как ПС, а их приемник – ВС. Для простоты будет рассматриваться только односторонний поток. В режиме “бездействие – ЗПР” используется следующий порядок обмена кадрами: 1. ПС может иметь только один выделенный -кадр, ожидающий извещения ( -кадр). 2. Инициируя пересылку -кадра, ПС запускает таймер. 3. Если ВС получает -кадр или ПС получает -кадр, содержащий ошибки, то эти кадры аннулируются. 4. Получив -кадр, не содержащий ошибок, ВС возвращает ПС кадр . 5. Получив -кадр, не содержащий ошибок, ПС может послать следующий -кадр. 6. Если ПС не получает -кадр в течение некоторого заранее заданного промежутка времени, называемого интервалом тайм-аута, то она вновь посылает ожидающий -кадр. Эта схема обеспечивает поступление по крайней мере одной правильной копии, пересланной ПС, однако если искажает, а следовательно и аннулирует сам кадр , то возможно, что ВС получит 2 или более копии одного -кадра. Их называют “дубликатор”. ВС хранит идентификатор последнего -кадра, поступившего без ошибок, и аннулирует все вновь поступающие -кадры, если ранее она уже их получала без ошибок (рис. 6). Рис. 8 ВС после отправки кадра аннулирует и все последующие кадры – . Это будет продолжаться до тех пор, пока она не получит следующий по порядку за правильно полученным кадр. После его получения ВС начнет работать в нормальном режиме. Пусть при передаче искажаются -кадры (рис. 9), но ВС получает все -кадры правильно. Пусть будут искаженными и . Получив , ПС обнаруживает, что в списке повторных передач имеются два ( и ) выделенных -кадра. Так как используется кадр , а не , то ПС решает, что предшествующие два кадра ( и ) были искажены, но при этом ВС правильно получала , и -кадры. Стратегия “возврат-к-N” обеспечивает правильный порядок -кадров, сокращая требования к объему буфера. Так как данный алгоритм требует повторной передачи некоторых уже правильно полученных кадров -кадров, то он использует пропускную способность звена менее эффективно, чем метод выборочной повторной передачи. Рис. 9 Описание временных параметров задержки в канале связи при передаче информации между ПС и ВС Отношение значений различных компонент, составляющих (формула 1), различно для различных типов звеньев данных. Оно определяется такими факторами как физическая удаленность друг от друга систем связи (ПС и ВС) и скоростью передачи данных по звену. Практически время обработки кадра и время , связанного с ним кадра, относительно мало по сравнению с временем передачи. Кроме того, так как -кадр значительно короче - кадра, то время, которое истекает до того, как может быть передан следующий -кадр, зачастую приблизительно считается равным , поэтому эффективность имеющейся пропускной способности звена данных вычисляется как , (2) где (при отсутствии ошибок при передаче). Задержка передачи равна времени, необходимому электрическому сигналу, чтобы достичь другого конца линии связи. Следовательно, оно будет одинаковым для обоих направлений и для обоих кадров ( и ). Скорость распространения в лучшем случае равна скорости распространения света. В реальных проводниках она меньше ( м/с). Таким образом, задержка передачи равна физическому расстоянию ( ) между станциями, поделенному на скорость передачи электрического сигнала по линии ( ). Большое значение имеет отношение , т.к. оно соотносит время задержки передачи сигнала со временем, требуемым для передачи кадра. Обычно это отношение колеблется от небольшого значения (для небольших звеньев) до больших значений для длинных звеньев и высокой скорости передачи: 1. Для относительно коротких звеньев, для которых , эффективность их использования близка к 1 и не зависит от его пропускной способности. 2. Для более длинных наземных кабелей эффективность звеньев высока () при низкой пропускной способности и существенно падает при ее увеличении. 3. Для спутниковой связи эффективность мала даже при низкой пропускной способности. Отсюда можно заключить, что этот протокол не подходит для спутниковой связи, а также для линий наземной связи с высокой пропускной способностью. В реальных условиях линии обладают ненулевым уровнем искаженных битов, следовательно успешная передача кадра потребует в среднем повторных передач. В связи с этим выражение для эффективности будет иметь следующий вид: (3) Значение можно определить, если известна вероятность искажения одного бита передаваемых в канале данных . В этом случае вероятность того, что кадр будет искажен равна , а – вероятность того, что кадр передан без ошибок. Здесь – длина кадра в битах. временем передачи кадра и временем задержки кадра при передаче информации. Если для данного звена , то эффективность звена данных определяется также значением величины окна передачи. Эффективность звена данных при величине окна передачи, равной , выражается равенством (4) При наличии ошибок эффективность будет понижена еще больше, так как потребуется повторная передача некоторых кадров. Если вероятность искажения одного бита равна , а средняя длина кадра равна , то , (5) – среднее количество пакетов, которое необходимо передать повторно. При использовании механизма передачи “возврат-к-N” эффективность еще больше понижается, так как при искажении некоторого кадра должно быть передано повторно несколько кадров. Число дополнительных кадров, которые должны быть переданы повторно, определяется отношением величин и . Когда , эффективность понижается также, как и в методе выборочной повторной передачи, если не считать того, что при возникновении ошибки повторной передаче подлежат два кадра: искаженный и непосредственно следующий за ним, т.е. . Если же , то на каждый искаженный кадр в пределе должно быть передано кадров, однако это наступает только тогда, когда искажается какой-нибудь кадр, находящийся в окне. Вероятность искажения кадра внутри окна равна . Эффективность будет определяться следующей формулой: (6) Приведенные формулы являются приближенными, так как они не учитывают случая, когда искажению подвергаются кадры, повторно передаваемые. Тем не менее, формулы позволяют оценить порядок эффективности канала. Расчет эффективности использования пропускной способности канала связи Расчет эффективности использования заданного канала связи проведем согласно (6). Для этого предварительно вычислим значение для определения, какую часть формулы необходимо использовать в вычислениях: (7) Значение этого выражения меньше значения , следовательно, необходимо использовать следующее выражения для вычисления эффективности: (8) Подставив в (8) конкретные значения, получаем значение эффективности, равное: . (9) Исследование зависимости величины эффективности использования канала связи от его пропускной способности Во время анализа зависимости величины эффективности использования канала связи от его пропускной способности для наглядности заменим в (6) значение величины на выражение (10) Для получения явного условия использования того или иного выражения из (6), приведем выражение (11) Упростив (20), получим окончательное выражение зависимости эффективности использования канала связи от длины передаваемого пакета: (21) Полученная зависимость представлена на рис. 13. Рис. 13 Нахождение максимальной длины физического канала связи, при которой его эффективность близка к 100%, а коэффициент “а” остается меньше 1 Для нахождения максимальной длины физического канала связи, при которой эффективность его использования близка к 100%, а коэффициент , определим длину канала , при которой выполняется условие , оставив остальные значения параметров канала неизменными. Учитывая (10), получим: , (21) где - длина канала, при которой коэффициент . Подставив конкретные значения в (21), получим: (м) (22) При нахождении зависимости величины эффективности использования канала связи от его длины используем выражение, выведенное из (6) с учетом (10): (23) Вычислим граничное значение , от которого зависит использование конкретного выражения для величины эффективности канала: (24) Подставив исходные значения в (24), получаем, что граничное значение равно: (м) (25) Принимая во внимание ограничение (22) и выражение (23), получаем, что превышает , поэтому при данных условиях величина эффективности использования канала связи не зависит от длины канала и равна . (26) Подставив в (26) конкретные значения параметров канала, вычислим : . (27) Таким образом, максимальная длина канала связи , для удовлетворения поставленных условий должна быть величиной, близкой к границе , т.е. максимально близкой к (м), при этом эффективность использования канала связи будет составлять 0,856. Анализ и определение скорости передачи и длины кадра, при которых эффективность использования канала связи максимальна На основании выражения (16) и рисунка 12, можно заключить, что максимальное значение эффективности использования канала будет достигаться при всех значениях , лежащих в полуинтервале , с учетом того,