Способ передачи-приема сообщений в системах связи

Изобретение относится к области передачи информации в вычислительных сетях с обратным каналом. Технический результат изобретения заключается в повышении скорости приема информации за счет снижения вероятности переспросов. Способ передачи-приема сообщений в системах связи заключается в том, что на передающей стороне исходное сообщение разбивают на порции по k бит, формируют из них кадры со структурой протокола HDLC методом ARQ на h шагов назад, передают h кадров по каналу связи, на приемной стороне по контрольной последовательности протокола HDLC обнаруживают ошибочные кадры, если ошибочные кадры отсутствуют, информационные k бит выдают получателю, иначе стирают кадр с ошибками, блокируют прием последующих h-1 кадров, по обратному каналу посылают команду запроса и передающая сторона повторно передает эти h кадров. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, в частности к области способов и устройств передачи информации в вычислительных сетях с обратным каналом.

Известен способ синхронной передачи данных с решающей обратной связью и устройство его осуществления (патент РФ на ИЗ №226340, 2005 г.), включающий следующую последовательность действий: на передающей стороне осуществляют разделение сообщения данных на пакеты данных, кодируют пакеты данных кодом, обнаруживающим ошибки, и кодом, исправляющим ошибки, образуя пакеты кодовых символов. Разбивают каждый полученный пакет кодовых символов на группы кодовых символов и назначают очередность передачи групп кодовых символов. Для каждого пакета кодовых символов из групп кодовых символов, в соответствии с назначенной очередностью передачи, формируют основную и уточняющие части пакета кодовых символов. При наличии запросов на повторную передачу формируют кадры кодовых символов, включая в каждый кадр разные части разных пакетов кодовых символов таким образом, чтобы кадр кодовых символов содержал основную часть передаваемого пакета и уточняющую часть одного из предыдущих пакетов или только уточняющую часть одного из предыдущих пакетов. Модулируют и передают сформированные кадры кодовых символов по каналу связи. На приемной стороне демодулируют принятый сигнал, формируя мягкие решения о кодовых символах для каждого пакета кодовых символов, части которого входят в принятый кадр кодовых символов. Объединяют мягкие решения о кодовых символах основной части и мягкие решения о кодовых символах всех принятых уточняющих частей данного пакета кодовых символов. Декодируют пакет кодовых символов и проверяют наличие ошибок в декодированном пакете. Если пакет кодовых символов декодирован с ошибкой, выносят решение о запросе очередной уточняющей части пакета кодовых символов данного пакета и запоминают мягкие решения о кодовых символах этого пакета, формируя очередь пакетов, декодированных с ошибкой. Если пакет кодовых символов декодирован без ошибок, то выносят решение о подтверждении приема этого пакета и удаляют мягкие решения о кодовых символах данного пакета из очереди пакетов, декодированных с ошибкой при условии, что они были сохранены при предыдущих декодированиях. На основании вынесенных решений формируют сигнал обратной связи и передают его в установленный момент времени на передающую сторону. Если есть хотя бы один запрос на передачу уточняющей части пакета кодовых символов и при этом число невыполненных запросов не превышает наперед заданной величины, то на передающей стороне уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов и формируют следующий кадр из уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и очередной уточняющей части первого пакета кодовых символов из очереди пакетов, декодированных с ошибкой. В противном случае формируют следующий кадр только из очередных уточняющих частей первого пакета кодовых символов из очереди пакетов, декодированных с ошибкой, отличающийся тем, что при отсутствии невыполненных запросов на передачу уточняющей части какого-либо из пакетов кодовых символов осуществляют опережающую передачу основной части следующего пакета кодовых символов. Для этого уменьшают основную часть очередного пакета кодовых символов и формируют следующий кадр из уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета, занимающего оставшуюся часть кадра кодовых символов, следующие кадры формируют из непереданного остатка уменьшенной основной части очередного пакета кодовых символов и фрагмента основной части следующего пакета, наращивая таким образом объем данных, переданных с опережением, а в случае приема пакета с ошибкой вместо очередных опережающих групп кодовых символов осуществляют уточняющую передачу групп кодовых символов для того пакета данных, в котором произошла ошибка при декодировании.

Недостатком данного способа является то, что ошибка в любой части кадра кодовых символов, как в информационной, так и в избыточной, влечет за собой передачу сигнала «запрос» по каналу решающей обратной связи, что вызывает простой системы передачи, а, следовательно, снижение скорости передачи.

Известен способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью (патент РФ на ИЗ №2239289, 2004 г.), сущность которого заключается в делении на передающем конце линии связи входного сигнала на блоки длиною n-бит, формировании сообщения в виде последовательности нескольких блоков, запоминании и передаче сформированного сообщения дважды, а на приемном конце линии связи запоминании сообщения после первого приема и проведении сверки сообщений после второго приема, передаче по каналу обратной связи информации на продолжение передачи последующих сообщений, если принятые сообщения совпадают, передаче по каналу обратной связи информации на повторную передачу сообщений, если двукратно принятые сообщения не совпадают, при этом на передающем конце линии связи второе из передаваемых сообщений кодируют путем сложения по модулю P=2ⁿ каждого символа α_i, соответствующего данному блоку, с закодированным символом β_i-1 предыдущего блока, $${\beta }_i={\beta }_{i-1}+{\alpha }_i(\mathrm{mod}P)$$ , а на приемном конце линии связи декодируют повторно принятое сообщение путем сложения по модулю Р очередного принятого символа β_i, сообщения с предыдущим сопряженным символом $${\beta }_{i-1}^{*}$$ этого сообщения, $${\alpha }_i={\beta }_i+{\beta }_{i-1}^{*}(\mathrm{mod}P)$$ , где $${\beta }_{i-1}^{*}=P-{\beta }_{i-1}$$ , сравнивают символы первоначально принятого сообщения с символами повторно принятого декодированного сообщения, при этом если нет расхождений в двух смежных символах сообщений, то заменяют все искаженные символы первоначально принятого сообщения на символы декодированного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщения, то корректируют искаженные символы и передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений, а если имеются расхождения в трех и более смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщений, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного сообщения.

Недостатком данного способа является то, что сообщение передается два раза, что вызывает снижение скорости передачи.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому способу передачи является протокол HDLC (протокол управления линией передачи данных), в частности метод ARQ на h шагов назад (автоматический запрос на повторение), (Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных: Пер. с. Англ. - М.: Мир, 1989. - 544 с., стр. 85-95), и (ISO/IEC 13239: 2002 «Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - High-level date link control (HDLC) procedures». Последовательность действий согласно этому методу следующая: передаваемую информацию разбивают на пакеты по к бит, добавляют к ним дополнительную управляющую информацию - заголовок и определенное число битов k концу пакета (называемых трейлером), получившуюся последовательность битов, называемую кадром, передают по каналу связи непрерывно без ожидания подтверждения приема определенного количества кадров (h), на приемной стороне ошибки в кадре обнаруживаются за счет избыточного кода (трейлера), и если ошибки обнаружены на передающий модуль по каналу обратной связи посылают «запрос» и повторно передают h кадров, начиная с непринятого. Эффективность такого способа оценивают скоростью передачи, определяемой выражением: R=k/n*q/(q+(1-q)*h), где q - вероятность безошибочной передачи кадра из n бит (n - суммарное число бит в кадре); h - задержка кругового распространения, т.е. промежуток времени от момента начала передачи кадра до момента получения подтверждения на него; k - число информационных бит в кадре.

Недостатком прототипа является то, что при большом времени задержки кругового распространения, например при связи через геостационарный спутник, и значительном числе ошибок канала повторно передается h кадров, что снижает скорость такого способа передачи.

Задачей изобретения является повышение скорости приема информации за счет снижения вероятности переспросов.

Поставленная задача решается способом передачи-приема сообщений в системах связи, заключающимся в том, что на передающей стороне исходное сообщение разбивают на порции по k бит, формируют из них кадры со структурой протокола HDLC методом ARQ на h шагов назад, передают h кадров по каналу связи, где h>3, на приемной стороне по контрольной последовательности протокола HDLC обнаруживают ошибочные кадры, если ошибочные кадры отсутствуют, информационные k бит выдают получателю или стирают кадр с ошибками, блокируют прием последующих h-1 кадров, по обратному каналу посылают команду запроса и передающая сторона повторно передает эти h кадров, отличающийся тем, что h кадров предварительно располагают в двумерный массив из i строк и j столбцов h=i×j, для каждой s-ой строки, где s=1, 2…i, вычисляют первую совокупность контрольных кадров m_{s, j+1}, равных сумме кадров строки по модулю 2, вычисляют вторую совокупность контрольных кадров m_{i+1, t}, равных сумме кадров столбца по модулю 2, сформированный массив из i+1 строк и j+1 столбцов передают в канал связи, после приема в принятом массиве обнаруживают по контрольной последовательности протокола HDLC кадры с ошибками, стирают их, определяют число стертых кадров в каждой из i+1 строк, если стерт один кадр m_{s, t} восстанавливают его путем замены на $$m_{s,t}=m_{s,j+1}\oplus {\displaystyle \sum _l^j{m}_{s,l}}$$ по модулю 2, где l≠t, определяют число стертых кадров в каждом из j+1 столбцов, при стирании одного кадра m_{s, t} восстанавливают его путем замены на $$m_{s,t}=m_{i+\mathrm{1,}t}\oplus {\displaystyle \sum _{\nu }^i{m}_{\nu ,t}}$$ по модулю 2, где ν≠s, если в полученном двумерном массиве i×j нет стертых кадров, k информационных бит каждого из h кадров выдают получателю, иначе повторно восстанавливают стертые кадры в каждых из i+1 строк и j+1 столбцов, если и после повторного просмотра остались стертые кадры по каналу обратной связи, производят переспрос этих h кадров.

Реализация заявленного способа происходит следующим образом. От источника информации берут сообщение, разбивают его на пакеты по k бит, в начало каждого пакета добавляют байт адреса, байт (или 2 байта) управления, далее следуют k бит информации и в конец включают 16 или 32 проверочных бита циклического кода CRC, определяемые по методике приложения 1ГОСТ 28082-89. Полученную последовательность битов называют кадром. Кадры сохраняют в буферном регистре передатчика. Число хранимых кадров h - равно времени круговой задержки, это целое число, равное h=1+[t_зад/nt₀], t_зад=2t_рас+t_дек+t_ос+t_{дек ос}, где [t_зад/nt₀] - округление вверх до целого, t₀ - длительность битовой посылки, n - суммарное число бит в кадре, t_рас - время распространения сигнала, определяемое отношением дальности трассы передачи к скорости распространения электромагнитной энергии, t_дек - время декодирования, t_ос - длительность сигнала обратной связи, t_{дек ос} - время декодирования сигнала обратной связи. Информационные h кадров располагают в двумерный массив, состоящий из i строк и j столбцов. Для каждой строки добавляют один проверочный кадр, равный сумме j столбцов по модулю два «контрольный пакет первого типа» и для каждого столбца один проверочный кадр равный сумме i строк по модулю два «контрольный пакет второго типа» и передают по каналу связи. Получившийся двумерный массив ((i+1)×(j+1)) приведен на Рис. 1.

На приемной стороне накапливают массив из (i+1) строк и (j+1) столбцов, декодируют кадры кодом, обнаруживающим ошибки. Процедура декодирования известна (О.И. Лагутенко. Современные модемы. - М.: Эко-Трендз, 2002. стр. 156-158). Кадры, в которых обнаружены ошибки, стирают, определяют число стертых кадров в каждой из (i+1) строк, если в строке стерт один кадр m_st, восстанавливают его путем замены на $$m_{s,t}=m_{s,j+1}\oplus {\displaystyle \sum _{l=1}^j{m}_{sl}}$$ по модулю, где l≠t. Далее определяют число стертых кадров в каждом из (j+1) столбцов, если стерт один кадр m_{s, t} восстанавливают его путем замены на $$m_{s,t}=m_{i+\mathrm{1,}t}\oplus {\displaystyle \sum _{\nu }^i{m}_{\nu ,t}}$$ (по модулю, где суммирование по всем ν, не равным s. Если в полученном двумерном массиве i×j нет стертых кадров, k информационных бит каждого из h кадров выдают получателю, иначе повторно восстанавливают стертые кадры в каждых из (i+1) строк и (j+1) столбцов, и если после повторного просмотра остались стертые кадры по каналу обратной связи производят переспрос этих h кадров.

Пример процедуры исправления приведен на рис 2. Символ * означает стирание, символ • - прием кадра.

Если ошибки в кадрах происходят независимо, вероятность переспроса (P_пер) (или неприема при симплексном режиме передачи) в рассматриваемой системе возникает, когда стерты четыре или больше кадров и есть хотя бы одна конфигурация из стертых кадров в виде прямоугольника. При четырех стираниях эта вероятность равна:

, где - вероятность стирания кадра.

При пяти стираниях:

.

Если для оценки вероятности переспроса ограничиться точными вероятностями стираний кратностей 4 и 5 и полагать неисправимыми ситуации с шестью или более стираниями, получим:

Эффективность нового способа определяется следующим выражением: , где h - задержка кругового распространения, т.е. промежуток времени от момента начала передачи канального блока до момента получения подтверждения на него.

Сравнительный анализ протоколов по скорости R для каналов разного качества показывает, что при времени ожидания, равном 0,2 с, i= j=6, k=210, 500, 1000, r=56 и битовой скорости 64000 бит/с, значения h будут равны 50, 25 и 13 для протокола по рекомендации ARQ на h шагов назад для кадров длиной n=266, 556, 1056. Для нового протокола - h=2 при тех же длинах кадров.

Предлагаемый протокол обеспечивает максимальный выигрыш по скорости в 2,6 раза в каналах со стиранием равным 0,07, выигрыш в 1,65 раза в каналах со стиранием равным 0,06.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в предлагаемом способе достигается меньшее число попыток переспроса, что и обеспечивает увеличение скорости передачи данных.

Предлагаемый новый протокол целесообразно использовать на зашумленных высокоскоростных радиолиниях с большой задержкой.

Способ передачи-приема сообщений в системах связи, заключающийся в том, что на передающей стороне исходное сообщение разбивают на порции по k бит, формируют из них кадры со структурой протокола HDLC методом ARQ на h шагов назад, передают h кадров по каналу связи, где h>3, на приемной стороне по контрольной последовательности протокола HDLC обнаруживают ошибочные кадры, если ошибочные кадры отсутствуют, информационные k бит выдают получателю или стирают кадр с ошибками, блокируют прием последующих h-1 кадров, по обратному каналу посылают команду запроса и передающая сторона повторно передает эти h кадров, отличающийся тем, что h кадров предварительно располагают в двумерный массив из i строк и j столбцов h=i×j для каждой s-й строки, где s=1, 2…i, вычисляют первую совокупность контрольных кадров m_s,j+l, равных сумме кадров строки по модулю два, вычисляют вторую совокупность контрольных кадров m_i+1,t, равных сумме кадров столбца по модулю два, где t=1, 2…j, сформированный массив из i+1 строк и j+1 столбцов передают в канал связи, после приема в принятом массиве обнаруживают по контрольной последовательности протокола HDLC кадры с ошибками, стирают их, определяют число стертых кадров в каждой из i+1 строк, если стерт один кадр m_s,_t восстанавливают его путем замены на по модулю 2, где l≠t, определяют число стертых кадров в каждом из (j+1) столбцов, при стирании одного кадра m_s,_t восстанавливают его путем замены на по модулю 2, где ν≠s, если в полученном двумерном массиве i×j нет стертых кадров, k информационных бит каждого из h кадров выдают получателю, иначе повторно восстанавливают стертые кадры в каждых из i+1 строк и j+1 столбцов, если и после повторного просмотра остались стертые кадры, по каналу обратной связи производят переспрос этих h кадров.