Лекция 4. Методы повторной передачи

1.

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ СЕМЕНА КУЗНЕЦА
ЛЕКЦИЯ
Методы повторной передачи
доцент кафедры информационных систем
1
к.т.н., с.н.с. Евсеев Сергей Петрович

2.

ТЕХНОЛОГИИ ПОВТОРНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Методы коррекции ошибок
в ИС основаны на повторной
передаче кадра данных в том
случае, если кадр теряется и не
доходит
до
адресата
или
приемник обнаружил в нем
искажение информации
Алгоритмы или протоколы повторной передачи должны обеспечивать
два условия:
Безошибочность - протокол должен обеспечивать, чтобы каждый пакет
не имел ошибок и ровно один раз выходил из приемного модуля
канального уровня.
Эффективность - минимум потерь пропускной способности битового
тракта из-за ненужных ожиданий и повторных передач.
2

3.

СТЕК ПРОТОКОЛОВ СЕТИ Х.25
Конечный узел
(компьютер, маршрутизатор, PAD)
7
6
6
5
5
Коммутатор
4
3
Х.25
2
2
1
Коммутатор
Х.25
3
2
LAP-B
1
На физическом уровне определены
синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21 bis
к оборудованию передачи данных: либо
устройством
обслуживания
данных/
устройством обслуживания канала – УОД/УОК
(Data Service Unit/Channel Service Unit –
DSU/CSU), если выделенный канал является
цифровым, либо к синхронному модему, если
выделенный канал аналоговый.
1
4
Х.25
3
2
2
LAP-B
Х.21 или Х.21 bis
Протокол канала
(не определен)
7
3
2
LAP-B
1
1
1
На канальном уровне используется
подмножество протокола HDLC (High-level
Data Link Control – высокоуровневая процедура
управления каналом), обеспечивающее
возможность автоматической передачи в случае
возникновения ошибок в линии. Предусмотрен
выбор из двух процедур доступа к каналу: LAP
(Link Access Procedure – процедура доступа к
звену) или LAP-B.
3

4.

МНОЖЕСТВО ПРОТОКОЛОВ HDLC
HDLC
LAP-B
(X.25)
LAP-D
(ISDN)
Frame
Relay
V.120
(ISDN)
PPP
(TCP/IP)
LAP-M
(GTSN)
LLC
(LAN)
SDLC
(SNA)
LAP-X
(Teletex)
Существуют два основных подхода к организации процесса
обмена квитанциями: метод с остановкой и ожиданием (с
простоями) и метод повторной передачи на n шагов назад (с
организацией окна).
4

5.

МЕТОД С ОСТАНОВКОЙ И ОЖИДАНИЕМ
А
Основная идея этого протокола состоит
в том, что каждый пакет должен быть
безошибочно принят до начала
передачи следующего пакета.
Моменты отправления кадров
0
0
1
2
t
nak
В
ack
ack
Моменты поступления кадров
t
Если кадр правильно принят в точке В, из этой точки посылается обратно в точку А
подтверждение (ack); если кадр принят с ошибками, из точки В посылается обратно
в точку А отрицательное подтверждение (nak). Поскольку ошибки могут возникать
как при передаче из точки В в точку А, так и при передаче из точки А в точку В, ack
5
или nak защищаются с помощью помехоустойчивых кодов.

6.

МЕТОД С ОСТАНОВКОЙ И ОЖИДАНИЕМ
А
Моменты отправления кадров
0
0
1
2
t
nak
В
ack
ack
t
Моменты поступления кадров
Если кадр принят без ошибок в точке В и соответствующее подтверждение
принято без ошибок в точке А, то из А в новом кадре может начинаться
передача следующего пакета.
В противном случае ошибки могут быть обнаружены либо при передаче кадра,
либо при обратной передаче ack или nak; при этом в новом кадре из А повторно
передается старый пакет.
Если либо кадр, либо ack или nak потеряны, А должен сделать тайм-аут, а затем
повторить старый пакет.
Если передатчик в А имеет тайм-аут и посылает пакет 0 второй раз, а затем
передает пакет 1 после приема первого подтверждения ack, в узле А нельзя
6
установить, соответствует ли второе подтверждение ack пакету 0 или 1

7.

МЕТОД С ОСТАНОВКОЙ И ОЖИДАНИЕМ
А
Моменты отправления кадров
0
0
1
2
t
nak
В
ack
ack
Моменты поступления кадров
t
Для того чтобы избежать недостатков этого типа, приемный модуль
канального уровня (в В) вместо того, чтобы посылать ack или nak по линии
обратной связи, возвращает по этой линии номер следующего ожидаемого пакета.
Это включает всю информацию об ack и nak и устраняет двусмысленность
по поводу того, какой кадр подтверждается.
Другое решение состоит в том, чтобы возвращать номер только что
принятого пакета, однако так обычно не делают. Для получения пакета узел В
может запрашивать этот следующий ожидаемый пакет через периодические
интервалы времени или в произвольно выбранные моменты времени.
7

8.

МЕТОД С ОСТАНОВКОЙ И ОЖИДАНИЕМ
Для алгоритма передачи с остановкой и ожиданием, включают посылку
порядкового номера (ПН) для каждого передаваемого пакета и номера запроса
(НЗ), посылаемого приемником по цепи обратной связи.
передача ПН и НЗ по модулю 2
Начальное совместное состояние А и В есть (0, 0);
когда первый пакет безошибочно принимается, состояние В переходит в 1,
давая совместное состояние (0, 1);
когда А примет новое значение НЗ, т. е. 1, А перейдет в состояние 1 и
совместным состоянием будет (1, 1).
Системы с автоматическим запросом повторной передачи
(ARQ — Automatic Repeat reQuest)
ARQ с параллельным
использованием
виртуальных каналов
ARQ на n шагов назад
ARQ выборочного повтора
8

9.

ARQ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ КАНАЛОВ
Виртуальный канал А, передающий
с остановкой и ожиданием
Поступающие
пакеты
Битовый
тракт
…
…
Виртуальный канал Н, передающий
с остановкой и ожиданием
(а)
ПН
Виртуальный
канал
Один бит НЗ для каждого
виртуального канала
(б)
0А пакет 1 0В пакет 2 1А пакет 3 0В пакет 2 0А пакет 4
0,0
0,0
1,0
Пакет 1
1,0
1,0
0
(в) Узел В
0,0
0,0
Пакет 2
0,1
а – восемь уплотненных
виртуальных каналов,
передающих с остановкой
и ожиданием;
б – биты в заголовке для
управления ARQ;
в – функционирование
уплотненного кaнала при
уплотнении двух
виртуальных каналов,
передающих с остановкой
и ожиданием. Кадры,
идущие сверху вниз,
показывают ПН и номер
канала, а кадры, идущие
снизу вверх, – НЗ для
обоих каналов. Третий
кадр, идущий снизу
вверх, положительно под
тверждает пакет 1 по
каналу А.
9

10.

ARQ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ КАНАЛОВ
Виртуальный канал А, передающий с остановкой
и ожиданием
Поступающие
пакеты
…
…
Битовый
тракт
Виртуальный канал Н, передающий с остановкой
и ожиданием
В некоторых протоколах передачи высокая эффективность достигается
путем параллельного использования восьми стратегий остановки и
ожидания и мультиплексирования (уплотнения) битового тракта для них,
т. е. каждый пришедший пакет назначается на один из восьми виртуальных
каналов в предположении, что один из восьми свободен.
Если все виртуальные каналы заняты, пришедший пакет, ждет за
пределами модуля канального уровня.
10

11.

ARQ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ КАНАЛОВ
ПН
Виртуальный канал
Один бит НЗ для каждого виртуального канала
В данном алгоритме требуется большее количество служебной
информации, чем в основном протоколе с остановкой и ожиданием.
Каждый кадр содержит как номер виртуального канала, требующий три
бита, так и порядковый номер пакета по данному виртуальному каналу,
взятый по модулю 2 (т е. один бит). Информация о подтверждении
добавляется в кадры, идущие в обратном направлении.
Каждый такой кадр фактически содержит информацию для всех восьми
виртуальных каналов. В частности, поле из восьми битов в заголовке
каждого обратного кадра содержит номер по модулю 2 ожидаемого пакета
для каждого виртуального канала.
11

12.

ARQ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ КАНАЛОВ
Узел А
0А пакет 1
0,0
0,0
0В пакет 2
1,0
Пакет 1 Узел В
1А пакет 3
1,0
0В пакет 2
1,0
0,0
0
0А пакет 4
0,0
Пакет 2
0,1
Недостаток состоит в том,
что пакеты поступают из
приемного модуля
канального уровня на
более высокий уровень не
обязательно в том
порядке, в котором они
поступают на
передающий модуль.
Для всех виртуальных каналов в каждом кадре требуется относительно
немного повторных передач из-за ошибок передачи в обратном направлении.
Обычно для каждого кадра с ошибкой в прямой направлении нужна только одна
повторная передача.
Канальный уровень восстанавливает порядок следования пакетов, но так как
пакет в одном виртуальном канале может иметь произвольные задержки, по
требуется хранить в памяти произвольно большое число более поздних пакетов.
12

13.

ПОВТОРНАЯ ПЕРЕДАЧА НА N ШАГОВ НАЗАД
ymin 0
ПН
2
1
0
1
2
3
4
1
2
3
4
3
4
5
6
4
5
5
Узел А
Узел В
НЗ
0
0
1
1
1
1
1
2
2
3
Уход пакетов
0
1
2
3
4
5
6
Основная идея алгоритма ARQ на n шагов назад очень проста:
Пакеты, приходящие на передающий модуль канального уровня для передачи
от А к В, последовательно нумеруются и этот порядковый номер (ПН) посылается в
заголовке кадра, содержащего пакет.
В отличие от алгоритма с остановкой и ожиданием следующие пакеты
посылаются без ожидания запроса на очередной пакет. Приемный модуль
канального уровня в точке В посылает номер запроса (НЗ) обратно в узел А,
запрашивая пакет НЗ и подтверждая все пакеты до НЗ.
13

14.

ПОВТОРНАЯ ПЕРЕДАЧА НА N ШАГОВ НАЗАД
ymin 0
ПН
2
1
0
1
2
3
4
1
2
3
4
3
4
5
6
4
5
5
Узел А
Узел В
НЗ
0
0
1
1
1
1
1
2
2
3
Уход пакетов
0
1
2
3
4
5
6
Число шагов назад n в протоколе ARQ на n шагов назад является параметром,
который определяет, сколько идущих друг за другом пакетов могут быть посланы при
отсутствии запроса на новый пакет, т.е. узлу А не разрешается посылать пакет i + n,
пока пакет i не получит подтверждение (т, е. пока не будет запрошен пакет i + 1).
14

15.

ПОВТОРНАЯ ПЕРЕДАЧА НА N ШАГОВ НАЗАД
ymin 0
ПН
2
1
0
1
2
3
4
1
2
3
4
3
4
5
6
4
5
5
Узел А
Узел В
НЗ
0
0
1
1
1
1
1
2
2
3
Уход пакетов
0
1
2
3
4
5
6
Для любого данного момента времени пусть ymin обозначает номер последнего
запроса НЗ, который в А принят от В. Тогда в системе с ARQ на n шагов назад из узла
А могут посылаться пакеты с номерами в «окне» от ymin до ymin + n – 1 и не могут
посылаться пакеты с большими номерами. По мере того как запрашиваются пакеты
со следующими, более высокими номерами, ymin возрастает и это окно скользит вверх;
таким образом, протоколы ARQ на n шагов назад часто называют протоколами ARQ
со скользящим окном.
15

16.

ПОВТОРНАЯ ПЕРЕДАЧА НА N ШАГОВ НАЗАД
ymin
0
ПН
2
1
0
1
2
3
4
1
2
3
4
3
4
5
6
4
5
5
Узел А
Узел В
НЗ
Уход
пакетов
0
0
0
1
1
1
1
1
2
1
2
2
3
3
4
5
6
Протокол на четыре шага
назад. Номера ПН показаны
для кадров, идущих из А в
В, а номера запросов НЗ —
в кадрах из В в А. Заметим,
что ошибка во втором кадре
вынуждает узел А повторно
передавать пакет 1 после
пакета 4.
Ошибка
в
обратном
кадре, который передает
НЗ = 2, не вызывает
осложнений.
Работа приемного модуля канального уровня (узел В) в протоколе ARQ на n
шагов назад, по существу, такая же, как и в протоколе с остановкой и ожиданием.
Пакеты принимаются по порядку, и номер следующего запрашиваемого пакета НЗ
посылается в заголовке каждого пакета обратного направления. Так как НЗ и ПН не
могут быть произвольно большими целыми числами, они передаются по модулю t, при
t > n. Таким образом, когда В принимает пакет, содержащий ошибки, он не может
принять никакие пакеты с большими номерами до тех пор, пока А не вернется назад и
не повторит передачу пакета, который был принят с ошибкой.
16

17.

ПОВТОРНАЯ ПЕРЕДАЧА НА N ШАГОВ НАЗАД
Узел А
ymin
ПН
5
6
7 8
7
8
5
9
6
7
8
9
10
11
12
10
4
9
Узел В
НЗ
5
6
7
6
7
8
8
8
9
9
9
9
9
9
10
10
12
11
12
Для ARQ на четыре шага назад. Ошибка в обратном кадре, передающем НЗ = 6,
заставляет узел А перейти обратно к передаче пакета 5. Длинные обратные кадры
заставляют узел А вернуться назад и повторно передавать пакет 9.
17

18.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ АЛГОРИТМА ARQ НА N ШАГОВ НАЗАД
ПН
0
НЗ
0
1
2
0
3
4
5
3
6
0
6
ARQ на семь шагов назад с длинными
кадрами в обратном направлении.
Заметим, что подтверждение для
пакета 1 поступает на передающую
сторону после момента, когда пакет 6
прекращает передачу, что заставляет
повторно передавать пакет 0.
Повторные передачи, или задержки, возникающие в результате тайм-аутов,
появляются в ARQ на n шагов назад по следующим трем причинам:
ошибки при передаче в прямом направлении;
ошибки при передаче в направлении обратной связи;
длина кадров в обратной связи больше, чем в прямом направлении.
Вероятность повторных передач, вызванная длинными кадрами обратного
направления, может быть уменьшена путем увеличения n – числа шагов назад.
Если кадры имеют длины, которые распределены экспоненциально, с одинаковым
распределением в каждом направлении, то вероятность q того, что кадр не
получит подтверждения к моменту окончания окна, дается формулой:
q = (1 + n) 2–n.
18

19.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ АЛГОРИТМА ARQ НА N ШАГОВ НАЗАД
ПН
0
НЗ
0
1
2
0
3
4
5
3
6
0
6
Ошибки возникают в обратном
кадре, информация подтверждения
откладывается
до
передачи
добавочного обратного кадра. Эта
потеря эффективности линии в одном
направлении из-за ошибок в другом
направлении может также быть
устранена путем выбора достаточно
большого n.
Влияние ошибок в прямом направлении. Если n достаточно большое для того, чтобы
избежать повторных передач или задержек, вызванных длинными кадрами или
ошибками в обратном направлении, и если передающий модуль канального уровня,
прежде, чем начать повторную передачу, ждет, когда кончится окно из n пакетов, то
большое число пакетов передаются повторно из-за каждой ошибки в прямом
направлении. Обычное решение этой проблемы — использовать тайм-ауты.
Простейший такой вариант состоит в том, что если пакет не подтверждается в
течение фиксированного тайм-аута после передачи, то он передается повторно.
В более сложном варианте в передающем модуле канального уровня известны
задержки обработки и время распространения, и можно определить, какой обратный
кадр должен доставить подтверждение для данного пакета; можно возвращаться
назад, если этот кадр не содержит ошибок, а подтверждение не доставил.
19

20.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ АЛГОРИТМА ARQ НА N ШАГОВ НАЗАД
ПН
0
НЗ
0
1
2
0
3
4
5
3
6
0
6
В
общем
смысле
увеличение
эффективности работы линии и
уменьшение задержки достигаются
путем быстрого возвращения назад,
когда возникает ошибка в прямом
направлении,
и
предотвращения
повторных
передач,
вызванных
длинными кадрами или ошибками в
обратном направлении.
Метод скользящего окна более сложен в реализации, чем метод с простоями, так как
передатчик должен хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены
положительные квитанции. Кроме того, требуется отслеживать несколько параметров
алгоритма: размер окна n, номер кадра, на который получена квитанция, номер кадра,
который еще можно передать до получения новой квитанции.
Некоторые методы используют отрицательные квитанции. Отрицательные
квитанции бывают двух типов - групповые и избирательные. Групповая квитанция
содержит номер кадра, начиная с которого нужно повторить передачу всех кадров,
отправленных передатчиком в сеть. Избирательная отрицательная квитанция требует
20
повторной передачи только одного кадра.

21.

ПЕРЕДАЧА С ИЗБИРАТЕЛЬНЫМ ПОВТОРОМ
ymin 0
0
(а) Номер
пакета
1
0 ...
0
НЗ
Пакеты, которые
необходимо запомнить
ymin 0
(б) Номер
0
пакета
1
...
...
0
+1
0
...
0
1
...
0
0
2
...
0
0
+1
0
0
+1
...
+1
2 2 +1
0 ...
0
0
...
0
0
0 +1
НЗ
Пакеты, которые
1
...
0
необходимо запомнить
ARQ с выборочным повтором при п = 2 + 2 и объемом памяти приемника,
равным + 1 пакету.
а – показаны бесполезные передачи, если данный пакет 0 передавался дважды с
ошибками;
б - показано, что эта трудность устраняется ценой одного дополнительного кадра,
если вторая передача пакета 0 дублируется. Обратная связь содержит не только НЗ,
21
но и дополнительную информацию о принятых пакетах.

22.

ПЕРЕДАЧА С ИЗБИРАТЕЛЬНЫМ ПОВТОРОМ
Основная идея ARQ с выборочным повтором на линии (А, В) состоит в том,
чтобы для В (т. е. для приемного модуля канального уровня) считать принятыми
пакеты, идущие в произвольном порядке, и запрашивать повторную передачу из А
только для тех пакетов, которые принимаются неправильно.
Величина п — число шагов назад, или размер окна, указывает, как далеко А
может уйти вперед относительно упр наименьшего номера пакета, который еще не
принят правильно в узле В.
В этом случае обычно требуется только одна повторная передача при возник
новении ошибочного кадра в прямом направлении, при этом, если в узле В должно
производиться упорядочение пакетов, необходимо хранить самое большее п
пакетов.
АЛГОРИТМ ПЕРЕДАЧИ С ИЗБИРАТЕЛЬНЫМ ПОВТОРОМ
для узла А повтор пакетов, как только становится ясно, что предыдущая передача
содержала ошибки;
если в узле А обнаруживаются одновременно многократные ошибки, они
передаются в порядке номеров их пакетов;
если нет запроса на повторную передачу из узла А, продолжают передаваться
новые пакеты до ymin + n – 1;
при достижении этого предела узел А может сделать тайм-аут или сразу
вернуться назад к ymin для того, чтобы последовательно передавать
22
неподтвержденные пакеты.

23.

НЕДОСТАТКИ МЕТОДА
Трудности при очень больших значениях п (в предположении, что пакеты должны
быть упорядочены в приемном модуле канального уровня):
в узле В должно быть обеспечено хранение всех пакетов, которые считаются
принятыми и имеют номера выше, чем уп;
большое число хранящихся пакетов задерживается, ожидая пакет упр.
Объем памяти, необходимый для хранения данных, без большого вреда
может быть уменьшен до n – (где – среднее число кадров в интервале, равном
времени передачи туда и обратно), так как всякий раз когда имеет место
возвращение назад от ymin + п – 1, из узла А в течение времени передачи туда и
обратно могут не посылать новые пакеты с номерами, большими чем ymin + п – 1; в
это время из этого узла могли бы повторно передаваться еще неподтвержденные
пакеты с номерами от ymin + п – до ymin + п – 1. Это означает, что в узле В нет
необходимости хранить эти пакеты. Значение п может также быть уменьшено без
увеличения вероятности возвращения назад; это делается путем повторной
передачи пакета несколько раз подряд, если предыдущая передача содержала
ошибки.
23

24.

ПЕРЕДАЧА С ИЗБИРАТЕЛЬНЫМ ПОВТОРОМ
ymin
(а) Номер
пакета
0
0
1
0 ...
0
НЗ
Пакеты, которые
необходимо запомнить
ymin 0
(б) Номер
0
пакета
1
...
+1
0
...
0
1
...
...
0 ...
0
НЗ
Пакеты, которые
необходимо запомнить
0
0
2
...
0
0
...
0
1
...
+1
0
0
+1
0
0
0
+1
2 2 +1
...
0
+1
0
При п = 2 + 2 сравниваются двойные повторные передачи с одиночными
повторными передачами.
Одиночная повторная передача оказывается неудачной с вероятностью р и вызывает
дополнительных повторных передач; двойная повторная передача редко бывает
неудачной, но всегда требует одну дополнительную повторную передачу. Таким
образом, двойные повторные передачи могут увеличить пропускную способность,
24
если рп > 1.

25.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Под операцией понимается упорядоченная
совокупность взаимосвязанных действий, объединенных
единым замыслом и направленных на достижение
определенной цели. При этом целью операции принято
считать требуемый (желаемый) результат, который
предполагается достигнуть.
Под эффективностью операции в общем случае понимается степень
соответствия реального (фактического или ожидаемого) результата операции
требуемому, или, иными словами, это степень достижения цели операции.
Мерой степени соответствия реального результата операции требуемому
является показатель эффективности операции.
При
рассмотрении
функционирования
корпоративной сети под операцией понимается процесс
обмена данными. Цель операции - передача данных от
отправителя к получателю с заданной достоверностью за
минимально
возможное
время.
Показатель
эффективности обмена данными включает частные
показатели достоверности и времени передачи данных.25

26.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Под достоверностью (информационной надежностью) передачи
данных понимается степень соответствия принятых сообщений переданным.
Достоверность зависит от параметров корпоративной сети,
степени ее технического совершенства и условий работы: типом и
состоянием каналов связи, метеорологическими показателями, видом и
интенсивностью помех, а также организационными мероприятиями по
соблюдению
правил
радиообмена
и
эксплуатации
аппаратуры.
Количественно достоверность передачи может оцениваться вероятностью
ошибочного приема единичного элемента (потерей достоверности)
Р0
n ош
,
nобщ n общ
lim
Рош п
N ош
,
N общ N общ
lim
где nош и nобщ – количество ошибочно принятых и общее число переданных
единичных элементов соответственно
где Nош и Nобщ, – количество ошибочно принятых и общее число переданных
кодовых последовательностей (пакетов) соответственно
Вероятности ошибочного и правильного приема единичного элемента (Р0 и Р0 пр) фактически
являются характеристиками дискретного канала связи, вероятности Рош п и Рпр п являются
характеристиками корпоративной сети в целом, так как они определяются не только характером и
интенсивностью помех в канале связи, видом и скоростью модуляции, но и способом защиты26от
ошибок в системе

27.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Время доставки информации – интервал времени от начала
поступления сообщения данных на вход передающей части корпоративной
сети до начала его выдачи получателю данных приемной частью.
Время доставки tд характеризует способность корпоративной сети
своевременно доставлять информацию.
В системах с обратной связью время доставки пакета равно
tд tд ' Dtд ,
где tд’– время доставки пакета с первой посылки,
tд – увеличение времени доставки за счет многократного повторения
D
передачи информации при ухудшении качества канала.
Для оценки эффективности функционирования корпоративной сети в качестве
показателя
эффективности
целесообразно
использовать
показатель
функциональной эффективности:
требуемая вероятность достижения цели в определенных условиях внешней
среды и при определенном уровне влияния внутренних случайных факторов;
затраты, которые необходимо произвести в указанных условиях для достижения
цели с требуемой вероятностью.
27

28.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Показатель функциональной эффективности системы имеет вид
P
W , P Pтр ,
Q
где Р – вероятность достижения цели операции в заданных условиях,
Ртр – требуемая вероятность достижения цели операции,
Q – затраты, необходимые для выполнения цели операции.
Затраты, необходимые для обеспечения безошибочной доставки пакета,
определяются вводимой избыточностью. в качестве показателя вводимой
избыточности может выступать коэффициент избыточности γ – величина,
обратная скорости передачи R, которая при фиксированной пропускной
способности С измеряется числом бит информации, содержащихся в одном
символе сообщения:
W
Pпр п
, Pпр п Pтр ,
где
1 tд
,
R h
28
где tд – время доставки пакета, h – число информационных разрядов пакета.

29.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Показатель функциональной эффективности системы имеет вид
P
W , P Pтр ,
Q
где Р – вероятность достижения цели операции в заданных условиях,
Ртр – требуемая вероятность достижения цели операции,
Q – затраты, необходимые для выполнения цели операции.
Затраты, необходимые для обеспечения безошибочной доставки пакета,
определяются вводимой избыточностью. в качестве показателя вводимой
избыточности может выступать коэффициент избыточности γ – величина,
обратная скорости передачи R, которая при фиксированной пропускной
способности С измеряется числом бит информации, содержащихся в одном
символе сообщения:
W
Pпр п
, Pпр п Pтр ,
где
1 tд
,
R h
29
где tд – время доставки пакета, h – число информационных разрядов пакета.

30.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
Показатель функциональной эффективности системы имеет вид
W
Pпр п h
tд
.
Так как время доставки пакета tд является случайной величиной, то
возможно оценить только его математическое ожидание mt,.
В этом случае выбор оптимальной стратегии функционирования корпоративной
сети u* из множества допустимых стратегий U целесообразно осуществлять по
критерию наибольшего среднего результата, т.е.
(u )
Pпр iп (ui ) h (ui )
W u * max W u i ,
где W u i
,
(
u
)
ui U
mt i
д
1, P ( ui ) P
пр п
тр
30
(ui )
,
(ui )
0, Pпр
п Pтр

31.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ
В КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ
W(ui) – показатель функциональной эффективности корпоративной сети при
выбранной стратегии (методе повышения достоверности) ui,
ρ(ui) – индикаторная функция обеспечения заданного уровня достоверности
при выбранной стратегии ui,
h(ui) – число информационных разрядов пакета при выбранной стратегии ui,
mtд(ui) – математическое ожидание времени доставки пакета tд при выбранной
стратегии ui,
Pпр п(ui) – вероятность правильной доставки пакета при выбранной стратегии
ui,
Pтр – требуемая вероятность правильной доставки пакета,
U – множество допустимых стратегий (методов повышения достоверности,
используемых в корпоративной сети).
Показатель и критерий эффективности корпоративной сети позволяют
31
получить численные значения, характеризующие скорость достоверной передачи
данных корпоративной сети и произвести сравнение и выбор наиболее
эффективной стратегии повышения достоверности.

32.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Наиболее простой моделью процесса возникновения ошибок в канале передачи
данных является модель, основанная на предположении, что ошибки в канале
равновероятны и взаимонезависимы - модель дискретного симметричного
канала. Для ДСК вероятность правильной передачи (отсутствия ошибок) в
последовательности из n бит равна
Pпр 1 P0 n .
Для повышения достоверности при передаче пакетов по каналу передачи
данных применяются различные способы защиты от ошибок, наиболее
распространенным способом является применение циклических кодов, причем, как
правило, они используются в режиме обнаружения ошибок.
Циклические коды позволяют обнаруживать всевозможные комбинации ошибок
кратности до r включительно
K 1
всевозможных более
обнаруживаемых ошибок
длинных
1
2r
комбинаций
32
ошибок,
где
r
–
число

33.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
При использовании помехоустойчивых кодов в режиме
обнаружения ошибок возможны следующие варианты:
S1 – передача пакета;
S2 – пакет передан без ошибок;
S3 – ошибка в полученном пакете обнаружена
помехоустойчивым кодом на приемной стороне;
S4 – ошибка в полученном пакете не обнаружена
помехоустойчивым кодом на приемной стороне.
Р пр Роо Р но 1
При использовании циклических кодов в режиме обнаружения ошибок вероятность
обнаружения ошибки равна вероятности того, что произойдет любая возможная
комбинация ошибок от 1 до r плюс вероятность того, что произойдет любая
возможная комбинация ошибок от r до n с весовым коэффициентом К
33
r
n
1
i
i
n i
Роо C n Р0 (1 Р0 )
(1
) C ni Р0i (1 Р0 ) n i ,
2 r i r 1
i 1

34.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Вероятность не обнаружения ошибки
Рно
1
2r
n
i
i
n i
C
Р
(
1
Р
)
.
n
0
0
i r 1
Время передачи пакета по каналу равно
n
tп ,
C
где n – длина пакета, бит,
С – пропускная способность канала, бит/с.
Время задержки распространения бита по
L
каналу равно
tз
,
Vp
tд
n
L
.
C Vp
34
где L – длина линии связи, м;
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
м/с.

35.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
для КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ, использующих циклические коды в режиме
обнаружения ошибок (стратегия u1) значение показателя эффективности
определяется
(u )
1, P( u1 ) P
Pпр 1п (u1 ) h (u1 )
пр п
тр
(u1 )
W u1
,
,
(u1 )
(
u
)
tд
0, Pпр1п Pтр
n
L
(u1 )
tд
,
C Vp
(u1 )
Pпр п 1 P0 n ,
где h – число информационных разрядов кадра,
n – длина кадра,
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
P0 – вероятность ошибки в канале
35

36.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Для корпоративной сети без обратной связи при исправлении t-кратной ошибки
циклическим кодом (стратегия u2) значение показателя эффективности определяется
(u )
Pпр 2п (u2 ) h (u2 )
W u2
,
u2
tд
n
L
(u 2 )
tд
,
C Vp
1, P( u2 ) P
пр п
тр
(u 2 )
,
(u 2 )
0, Pпр п Pтр
t
(u3 )
Pпр п C ni Р0i (1 Р0 ) n i ,
i 0
где h – число информационных разрядов кадра,
n – длина пакета,
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
t – число исправляемых ошибок,
P0 – вероятность ошибки в канале
36

37.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и непрерывной передачей
кадров «Возвращение-на-N» значение показателя эффективности определяется
37

38.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и непрерывной передачей
кадров «Возвращение-на-N» значение показателя эффективности определяется
W u3
(u )
Pпр 3п (u3 ) h (u3 )
M t t
(u3 )
,
1, P( u3 ) P
пр п
тр
( u3 )
,
( u3 )
0, Pпр
п Pтр
r
n
1
i
i
n i
C n Р0 (1 Р0 ) (1 r ) C ni Р0i (1 Р0 ) n i
n
L i 1
(u )
2
i r 1
M t t 3
n
C V p
1 Р 0
n s
L
2
C
Vp
,
38

39.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и непрерывной передачей
кадров «Возвращение-на-N» значение показателя эффективности определяется
(u )
Pпр 3п
1 Р0 n
r
n
1
1 C ni Р0i (1 Р0 ) n i (1
) C ni Р0i (1 Р0 ) n i
2 r i r 1
i 1
где n – длина I-кадра,
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
r – число обнаруживаемых ошибок,
P0 – вероятность ошибки в канале,
s – длина S-кадра.
39
,

40.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Способ управления обменом данными с решающей обратной связью и
положительным квитированием. В этом случае кадр передается до получения S-кадра
квитанции, но не более N раз.
40

41.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Вероятность правильной доставки кадра
Рпр п РI пр РI оо РI пр Р 2 РI пр ... Р N 1 РI пр
I оо
I оо
1 РN
I оо
РI пр 1 РI оо Р 2 ... Р N 1 РI пр
I оо
I оо
1 РI оо
N
n
r i i
1
n
i
i
i
n
i
1 Cn Р0 (1 Р0 )
(1 ) Cn Р0 (1 Р0 )
2r i r 1
i 1
n
,
1 Р0
r
n
1
i
i
n i
1 Cn Р0 (1 Р0 )
(1 ) Cni Р0i (1 Р0 )n i
2r i r 1
i 1
где P0 – вероятность ошибки в канале,
n – длина I-кадра,
r – число обнаруживаемых ошибок,
N – максимальное число повторов.
41

42.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Максимальное число повторов N, необходимое для обеспечения условия
Рпр п Pтр
где Ртр – требуемая вероятность доставки пакета;
РI оо – вероятность обнаружения ошибки в пакете;
РI пр – вероятность правильной передачи пакета с одной посылки;
х
– ближайшее целое число, большее или равное х.
Ртр 1 Р I оо
ln 1
Р I пр
N
.
ln Р I оо
42

43.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и положительной квитанцией
значение показателя эффективности определяется
W u4
(u )
Pпр 4п (u4 ) h (u4 )
(u )
M t t 4
,
1, P( u4 ) P
пр п
тр
(u 4 )
,
(u 4 )
0, Pпр
п Pтр
n
1
i
i
n i
Cn Р0 (1 Р0 ) (1 r ) Cni Р0i (1 Р0 )n i
n s
L
n
(u )
2 i r 1
M tt 4
2 i 1
,
C
Vp
C
1 Р0 n
r
43

44.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ БЕЗ ПАМЯТИ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и положительной квитанцией
значение показателя эффективности определяется
n
r i i
1
n
i
i
i
n i
1 C n Р0 (1 Р0 )
(1 ) C n Р0 (1 Р0 )
2 r i r 1
( u4 )
i 1
n
Рпр п 1 Р0
r
n
1
i
i
n i
1 C n Р0 (1 Р0 )
(1 ) C ni Р0i (1 Р0 ) n i
2 r i r 1
i 1
где h – число информационных разрядов кадра,
n – длина I-кадра,
s – длина S-кадра,
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
r – число обнаруживаемых ошибок,
P0 – вероятность ошибки в канале,
N – максимальное число повторов
44
N
,

45.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
Для корпоративной сети, использующих циклические коды в режиме
обнаружения ошибок, значение показателя эффективности определяется
(u )
Pпр 1п (u1 ) h (u1 )
W u1
,
(u1 )
tд
1, P ( u1 ) P
пр п
тр
(u1 )
,
(u1 )
0, Pпр п Pтр
n
L
(u1 )
tд
,
C Vp
(u )
Pпр1п Pпр .
Pпр 1 F A (n) 1 1 (1 Pп )
i 0
n i
где Φ(х) – функция Лапласа от аргумента х.
i 1 ml
n
ln
i m ln
l
n
45
.

46.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
i 1 ml
(u1 )
n i
n
Pпр п 1 1 (1 Pп )
l
i 0
n
i m ln
l
n
.
где h – число информационных разрядов кадра;
n – длина кадра данных;
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
Рп – вероятность возникновения пакета ошибок;
mln – математическое ожидание длины пакета ошибок;
σln – среднеквадратическое отклонение длины пакета ошибок.
46

47.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
Для корпоративной сети без обратной связи при исправлении t-кратной
ошибки циклическим кодом значение показателя эффективности
1, P ( u2 ) P
(u )
пр п
тр
Pпр 2п (u2 ) h (u2 ) (u2 )
,
(u 2 )
W u2
,
0, Pпр п Pтр
(u )
mt 2
(u2 )
mt
д
n
L
,
C Vp
д
Вероятность правильного приема или исправления ошибки в данном случае есть
вероятность случайного события, состоящего в том, что длина безошибочного A
интервала примет значение, не превышающее n – t
Pпр п P A n t 1 P A n t 1 F A n t
1 1 (1 Pп )
i 0
n t i
i 1 ml
n
ln
где Φ(х) – функция Лапласа от аргумента х.
i m ln
l
n
.
47

48.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
(u 2 )
Pпр
п 1
i 1 ml
n
1 (1 Pп )n t i
ln
i 0
i ml
n
l
n
где h – число информационных разрядов кадра;
n – длина пакета данных;
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
Рп – вероятность возникновения пакета ошибок;
mln – математическое ожидание длины пакета ошибок;
σln – среднеквадратическое отклонение длины пакета ошибок,
t – число исправляемых ошибок.
48
.

49.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и непрерывной
передачей кадров «Возвращение-на-N»
1, P ( u3 ) P
пр п
тр
(u3 )
,
(u3 )
0, Pпр п Pтр
(u )
Pпр 3п (u3 ) h (u3 )
W u3
,
(u3 )
mt
д
PI oo n s
n
L
L
(u3 )
tд
2
C V p PI пр C
Vp
(u3 )
mt
д
,
(u )
Pпр 3п
PI пр
1 PI oo
.
n
L
C Vp
i 1 ml
i mln
r 1 mln
1 1
n
1
1 (1 Pп )
l 2 r 2
l
ln
i 0
n
n
49
i 1 ml
i mln
n
n i
1 1 (1 Pп )
n s
L
l
l
i 0
n
n
2
,
n i
C
Vp

50.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
i 1 mln
i mln
n i
1 1 (1 Pп )
.
i 0
ln
ln
( u3 )
Pпр п
i 1 mln
i mln
r 1 ml n
1 1
n i
1 1 (1 Pп )
1 r
ln
ln 2 2
ln
i 0
где h – число информационных разрядов кадра;
n – длина I-кадра,
C – пропускная способность канала,
L – длина линии связи,
Vp – скорость распространения сигнала в среде,
Рп – вероятность возникновения пакета ошибок;
mln – математическое ожидание длины пакета ошибок;
σln – среднеквадратическое отклонение длины пакета ошибок,
r – обнаруживающая способность кода,
50
s – длина S-кадра.
.

51.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
Для корпоративной сети с решающей обратной связью и положительной
квитанцией кадров значение показателя эффективности определяется
1, P ( u4 ) P
пр п
тр
(u 4 )
,
(u4 )
0, Pпр п Pтр
(u )
Pпр 4п (u4 ) h (u4 )
W u4
,
( u4 )
mt
L PI oo n
(u 4 ) n s
tд
2
,
C
V p PI пр C
(u 4 )
tд
(u4 )
Pпр п PI пр
n s
L n
2
C
Vp C
1 PI oo N
1 PI oo
,
i 1 ml
i ml 1 1
r 1 ml
n
n
n
1
1 (1 Pп )
l 2r 2
l
ln
i 0
n
n
51
i ml
n i i 1 mln
n
1 1 (1 Pп )
ln
i 0
ln
n i
,

52.

ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕНА ДАННЫМИ В
КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ В КАНАЛАХ С ПАМЯТЬЮ
(u 4