Б1В Протоколы повторной передачи. Анализ производительности.

ARQ-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) tI – 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 илиNAK – передается следующий кадр или тот же, повторно tп – время простоя (перерыва) = 2 tr+to+ts tT = ti + tп – интервал времени между передаваемыми кадрами Идеальный случай – когда всегда приходит ASK. Тогда tT будет называться интервалом времени между правильно переданными кадрами. В таком случае lmax = 1/tT - максимальная производительность Для оценки tT 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 = tT – с Pv = (1-P) t~v = 2tT – с Pv = P*(1-P) t~v = 3tT – с Pv = P*P*(1-P) t~v = i tT – с Pv = Pi-1(1-P) 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. 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 = tT /ti a=4, P = 0.01 -вероятность битовой ошибки, вероятность неправильной передачи Пример 2 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. qb = 1-Pb – Вероятность того, что бит будет передан без ошибки qb(l+l’) – вероятность того, что все кадры были переданы правильно 1-qb(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 = lmax*l - объем полезной информации, передаваемой в единицу времени, [бит/сек] Если С – ПС КС – тогда Коэффициент Д/С – коэффициент полезного использования пропускных способностей КС