Лекции по «Основы передачи данных»

 

Рис. 15.3. Граф Состояний системы с РОС-ОЖ:

 
НП-начало передачи; 00- обнаруженная ошибка: НО - необнаруженная ошибка: ППр- правильный прием; ИП-искажение подтверждения; ИЗ - искажение запроса; ПП - правильное подтверждение; ПЗ - правильный запрос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система с РОС и непрерывной передачей информации и блокировкой РОС-НПбл.  

Структурная схема системы РОС-НПбл аналогична схеме, а алгоритм ее работы дан на рис. 15.4.

Рис. 15.4. Граф-схема алгоритма работы системы ПД с РОС-НПбл:

А1 - запрос очередной комбинации от ИС; А2 - запись очередной комбинации (информационной части) в Нпер, емкостью h комбинаций; АЗ - кодирование; А4 передача по ПК; А5 - прием из ПК; А6 - декодирование и запись принятой комбинации (информационной части) в Нпр; А7 - выдача комбинации из Нпр к ПС; А8 - формирование сигнала подтверждении; А9 - формирование сигнала переспроса и блокировка ПС на h блоков; А10 - передача по обратному каналу; А 11 прием из обратного канала; А12 - дешифрирование сигнала ОС; А13-стирание предыдущей комбинации из Нпер, А14 - блокировка ИС и повторение передачи h комбинаций из Нпер. 
Работа системы происходит следующим образом. При отсутствии сигнала переспроса к ИС от УУ идет сигнал готовности аппаратуры к передаче (ЗОК) и ИС соответственно выдает информационные комбинации (А1). Они поступают в кодер и одновременно запоминаются в накопителе Нпер емкостью h комбинаций (при отсутствии сигнала переспроса информации в Нпер заменяется, сдвигаясь каждый раз на одну комбинацию). На приеме информационная часть очередной комбинации будет записана в Ндр и одновременно декодер так же, как и в системе с РОС-ОЖ, определит наличие или отсутствие ошибок в этой комбинации А3...А6. Решающее устройство выдает соответствующий сигнал в УУ приемника ПК. Если ошибка не обнаружена, то УУ ст. Б формирует команду подтверждения, которая передается по обратному каналу и одновременно дает сигнал на вывод информационной комбинации из Нпр потребителю (А7, А8). Получая сигнал подтверждения, передатчик ст. А продолжает непрерывную передачу информации. Если же ошибка обнаружена, то УУ ст. Б формирует команду переспроса, передаваемую по обратному каналу на передатчик прямого канала ст. А (А9, А1О). При реализации такой системы возникают трудности, вызванные конечным временем передачи и распространения сигналов. Если в некоторый момент закончен прием комбинации, в которой обнаружена ошибка, то к этому моменту по прямому каналу уже ведется передача следующей комбинации. Если время распространения сигнала в канале превышает длительность комбинации, то к моменту окончания приема комбинации с ошибкой может закончиться передача одной или нескольких комбинаций, следующих за ней. Еще некоторое число комбинаций будет передано до того времени, пока будет принят и проанализирован сигнал переспроса по второй комбинации. Так как передатчик повторяет лишь комбинации, по которым принят сигнал переспроса, то в результате повторения с запаздыванием порядок следования комбинаций, выдаваемых системой ПС, будет отличаться от порядка поступления комбинаций в систему. Но получателю комбинации должны поступать в том же порядке, в котором они передавались. Поэтому для восстановления порядка следования комбинаций в приемнике должны быть специальное устройство и буферный накопитель значительной емкости, поскольку возможны многократные повторения. Во избежание усложнения и удорожания приемников системы с РОС-НП строят в основном таким образом, что после обнаружения ошибки приемник стирает комбинацию с ошибкой и блокируется на h комбинаций (т. е. не принимает h последующих комбинаций). А передатчик по сигналу переспроса повторяет h комбинаций (комбинацию с ошибкой и h-1 комбинаций, следующих за ней). Такие системы с РОС-НП получили название систем с блокировкой РОС-НПбл. Эти системы позволяют организовать непрерывную передачу кодовых комбинаций с сохранением порядка их следования. Поэтому одновременно с формированием сигнала переспроса УУ ст. Б блокирует (т. е. запрещает) вывод информации потребителю из Нпр на время, равное h комбинациям. 
Рассмотренные системы ОС являются односторонними, так как передача информации ведется только в одну сторону: от ст. А к ст. Б. При работе по четырехпроводным каналам имеется возможность одновременной передачи информации в двух на правлениях. Это оказывается возможным благодаря тому, что переспросы в системе с РОС-НП6л происходят сравнительно редко и подавляющую часть времени обратный канал может быть использован для передачи. Структурная схема двусторонней одновременной систёмы передачи с РОС-НПбл представлена на рис. 15.5.

Рис. 15.5. Структурная схема двусторонней одновременной системы ПДС с РОС-НП бл.

Обмен информацией в такой системе при отсутствии ошибок в дискретных каналах АБ и БА происходит в обоих направлениях независимо в следующей последовательности. Передатчик ст. А, запросив (сигнал ЗОК - запрос очередной комбинации) и получив информационную комбинацию от ИСа, вводит в нее избыточность (с помощью кодера) и передает по дискретному каналу АБ на ст. Б. Приемник ст. Б с помощью декодера декодирует кодовую комбинацию и выдает ее ПСб. Одновременно по дискретному каналу БА аналогичным образом происходит передача информации от ИСб к ПСА. Такой режим функционирования системы (в условиях отсутствия ошибок) называют режимом работы. При наличии ошибок в дискретных каналах передача информации осуществляется в режиме переспроса. 
При приеме комбинации с ошибкой в любом направлении передачи (например, ошибка обнаружена в комбинации 3 направления от ст. А к ст. Б), эта комбинация в Нпр ст. Б стирается и дальнейшая выдача информации ПС блокируется на время передачи h комбинаций. Управляющее устройство УУпр ст.А передает команду В УУпер ст. Б, которое: 1) останавливает пере дачу очередных комбинаций от ИС; 2) формирует и передает специальную комбинацию переспроса БП; 3) выдает команду Нпер ст. Б к повторению последних комбинаций Б, В, Г, Д, хранящихся там, после чего разрешает ИС продолжить передачу очередных блоков Е, З, И, К, Л,...Приняв БП от ст. Б на ст. А с помощью дешифратора БП УУ блокирует выдачу сообщений ПС на h комбинаций передает сигнал в УУпер ст. А. По этому сигналу УУпер ст. А останавливает передачу очередных комбинаций от ИС и формирует и передает комбинацию БП , выдает команду Нпер ст. А к повторению последних а комбинаций 3, 4, 5, 6, хранящихся там, после чего разрешает ИСа, продолжить передачу очередных комбинаций 7, 8, 9, 10,… 
Таким образом, появление обнаруженной ошибки даже в одном направлении передачи информации приводит к блокировке приемников двух направлений на длительность и комбинаций, после чего восстанавливается правильная передача комбинаций.

Лекция 16.  Принципы адаптация в СПД

Во всех рассмотренных выше системах с РОС с целью обеспечения сохранения порядка следования кодовых комбинаций в принимаемом сообщении для определения местоположения забракованной комбинации используется момент прихода служебной комбинации БП. При каждом переспросе повторно передается минимально одна комбинация (например, в системе с РОС-ОЖ) или блок из нескольких кодовых комбинаций (например, в системе с рос НП6л). Так как при передаче сообщений с большой скоростью модуляции л на большие расстояния обычно используются системы с РОС-НП6л, то скорость передачи в таких системах при больших значениях h резко уменьшается при росте вероятности обнаруживаемых ошибок, так как при этом резко возрастает число переспросов. для уменьшения объема информации, повторяемой при переспросах, были разработаны системы с РОС и адресным переспросом (Рос-Ап). В этих системах передача информации осуществляется блоками и в приемнике имеется память на весь блок с регистрами для каждой комбинации. Приемник системы РОС-АП вырабатывает сигнал переспроса адресов (условных номеров) комбинаций, в которых обнаружены ошибки, т. е. осуществляет адресный переспрос. В соответствии с этими адресами передатчик повторяет только забракованные комбинации, а не весь блок. 

Рис. 16.1. Структурная схема системы ПДС с РОС-АП.

По сигналу запроса сообщение от ИС поступает блоком из m комбинаций (А1). Сообщение на ст. А кодируется кодером, направляется в прямой канал связи и одновременно записывается в накопитель Нm пер емкостью m комбинаций (А2, АЗ). Принятое на ст. Б сообщение сначала по одной комбинации записывается в приемный накопитель Н1 емкостью в одну комбинацию (А4 - А5) и декодируется (А6, А7). Если при декодировании комбинации ошибки не обнаруживаются, то УУпр переписывает комбинацию из Н1 в накопитель емкостью т комбинаций (А8). При этом комбинация размещается в регистре, который соответствует ее месту (номеру) в блоке данных. Если же фиксируется наличие ошибки, то УУпр стирает комбинацию из накопителя Н1 и соответствующий этой комбинации регистр в остается свободным. Номера комбинаций с ошибками запоминаются в Надр и. После окончания приема всего блока адреса искаженных комбинаций (2 и 5 на рис) по команде УУ через шифратор сигналов обратной связи ШСОС передается по обратному каналу (А9, А1О, А1З, А14). В передатчике ст. А они после дешифратора ДСОС запоминаются в накопителе адресов запрошенных блоков Надр. (А15...А17). Под управлением УУпер в соответствии с эти ми адресами из Нm пер по прямому каналу передаются нужные комбинации с адресами. Источник информации при этом соответственно блокируется УУпер (А18..А20). 
Принятые на ст. Б повторенные комбинации опять проверяются на наличие ошибок, а сопровождающие их адреса записываются в Надр и и сравниваются с адресами искаженных комбинаций (А21, А22). Если ошибок ни в адресах, ни в комбинациях нет, то принятые комбинации записываются в соответствующие регистры Нm пр (А23). Если обнаруживается ошибка в адресе или в комбинации, то процесс переспроса повторяется. Когда все регистры накопителя Н пр будут заполнены, что свидетельствует о правильном приеме всего блока (или с необнаруженной ошибкой), то УУпр формирует и передает по обратному каналу сигнал подтверждения, а информация из Нm пр выдается ПС (А11, А12). Получив сигнал подтверждения, УУпер разрешает ИС выдать очередной блок информационных комбинаций и стирает gпредыдущий блок в Нm пер.

Рис. 16.2. Алгоритм системы ПД с РОС-АП:

А1 - запрос очередного блока комбинаций от ИС; А2 - запись очередного блока в Нmпер, АЗ - кодирование: А4 - передача по прямому каналу связи ПК: А5 - прием из ПК: А6- декодирование; А7 - запись одной комбинации (информационной части): в H1; А8 - запись комбинации в Нmпер из Н1; А9 - контроль конца передачи блока комбинаций: А10 - проверка занятости регистров Нmпр. А11 - выдача блока из Нmпр к ПС; А12 - формирование сигнала подтверждения: А13 - формирование сигнала переспроса с адресами искаженных комбинаций и запрещение выдачи блока комбинаций из Нmпр к ПС; А14 - передача по обратному каналу; А15 - прием из обратного канала; А16 - дешифрование сигнала ОС; А17 - стирание предыдущего блока комбинаций в Нmпер, А18 - блокировка ИС и запись адресов запрещенных комбинаций в HадрЗ; А19 - извлечение из Нmпер комбинации по принятым адресам; А20 - повторение передачи запрошенных комбинаций с адресами; А21 -запись адресов повторенных комбинаций в НадрИ - сравнение адресов искаженных комбинаций с адресами в НадрИ и определение ошибки в повторенных комбинациях; А23 - определение адреса комбинации с ошибкой, запись, адреса в НадрИ и стирание комбинации из Н1. Достоинством систем с РОС-АП помимо уменьшения потерь времени на повторения, является практически полная независимость (при условии наибольшей емкости) от длины линии, что особенно существенно, например, при передаче по космическим каналам связи (через ИСЗ). Кроме того, если потребитель информации допускает браковку нескольких знаков в кодограмме при условии указания адресов забракованных знаков, то системы с РОС-АП позволяют обеспечить при этом более эффективное использование пропускной способности канала по сравнению с системами с РОС-НП. Действительно, в системах с РОС-НП, несмотря на наличие указанного допущения, число забракованных знаков путем переспросов все равно будет доводиться до нуля, а в системах с РОС-АП алгоритм может быть построен так, что подтверждение на прием блока (квитанция) будет выдаваться в том случае, когда число забракованных знаков в кодограмме не превышает установленного ПС предела. Недостатком систем с РОС-АП является более сложный алгоритм обработки информации в передатчике и приемнике аппаратуры ПД по сравнению с алгоритмом систем с РОС-НП и, как следствие, большая сложность технической реализации. Кроме того, трансформация служебных команд информационных кодовых комбинаций в служебные и обратная трансформация служебных команд могут приводить к искажениям сообщений, вставкам и выпадениям. Поэтому применяются меры по защите служебных команд от искажений, что влечет за собой некоторое снижение скорости передачи информации. В связи с вышеизложенным применение систем с РОС-АП экономически было оправдано только на линиях большой протяженности и с высокой вероятностью ошибок.Применение программных методов позволяет преодолеть связанные со сложностью алгоритма недостатки, что открыло дорогу внедрению систем РОС-АП в практику.

Система с информационной обратной связью (ИОС).

Различают следующие алгоритмы работы системы с информационной обратной связью: с ожиданием (ИОС-ОЖ), с непрерывной передачей (ИОС-НП) и с адресным повторением (ИОС-АП). Эти алгоритмы аналогичны алгоритмам соответствующих систем с РОС, но решение о выдаче информации ПС или ее стирании и необходимости повторной передачи в системах с ИОС принимается передатчиком системы. Наиболее широко применяются системы с ИОС-ОЖ, которые рассматриваются ниже. Структурная схема системы с ИОС-ОЖ представлена на рис. 16.3, а ее алгоритм-на рис. 16.4. Система работает следующим образом. По команде готовности УУпер ст. А ИС передает в прямой канал комбинацию из k разрядов. Эта комбинация одновременно запоминается в накопителе Нпер (А1 ... А4). На приеме принятая комбинация записывается в накопитель Нпр и одновременно поступает в кодер для получения r проверочных разрядов (А6, А8, А9). Сформированная из r проверочных разрядов комбинация по сигналу УУ передается по обратному каналу (А10) 
Принятая на ст. А по обратному каналу r-разрядная комбинация поступает на один из входов устройства сравнивания УС. На второй вход УС из кодера передатчика поступает соответствующая r-разрядная комбинация как результат кодирования комбинации хранящийся в Нпер. Таким образом, УС сравнивает поразрядно две r-разрядные комбинации соответствующие одной и той же информационной r-разрядной последовательности. Если в результате сравнения окажется, что ошибка не обнаружена, то РУпер выдает соответствующий сигнал УУпер, которое в свою очередь дает команду шифратору служебного сигнала СС передать в сторону приемника сигнал подтверждения. После этого Упер разрешает ИС выдать очередную комбинацию для передачи в прямой канал и стирает предыдущую в Нпер. 
Получив подтверждение с выхода дешифратора СС, УУпр выдает команду на выдачу информационной комбинации, хранящейся в ПС и приступает к приему следующей комбинации, по ступающей вслед за сигналом подтверждения (А7, А10,...,А15). Если же при сравнении в УС обнаружится ошибка, то РУпер даст соответствующий сигнал УУпер, которое выдаст команду шифратору СС на передачу в сторону приемника служебного сигнала стирания, вслед за которым из Нпер будет повторяться передача предыдущей комбинации (А16). Источнику сообщений поступает запрет на передачу очередной комбинации. Получив сигнал стирания, приемник с помощью УУ блокирует поступление информации к ПС и стирает хранящуюся в Н информацию, записывая туда же комбинацию, поступившую вторично вслед за сигналом стирания. Опять производится кодирование, формируется и передается r разрядная комбинация по обратному каналу и т. д. И так будет продолжаться до тех пор, пока не поступит в приемник сигнал подтверждения. При полной ИОС в приемнике и передатчике отсутствуют кодеры и по обратному каналу на УС поступает вся информация, принятая приемником. Очевидно, что при полной ИОС обратный канал должен иметь такую же пропускную способность, что и прямой.

Рис. 16.3 . Структурная схема системы ПД с ИОС-ОЖ (укороченная ИОС): 
УС - устройство сравнения; СС - служебный сигнал.

 

Рис. 16.4. Алгоритм системы ПД с укороченной ИОС.

А1 - запрос очередной комбинации: А2-запись очередной комбинации (информационной части) в Нпер; А3-формирование комбинации передачи (СС + информационная часть) А4 - передача по ПК: А5 - прием из 
ПК: А6-дешифрирование СС; А7 - выдача предыдущей комбинации из Нпр к ПС; А8 - запись очередной принятой комбинации в Нпр А9 - кодирование записанной в Нпр комбинации; А10 - формирование r-раз рядной комбинации из проверочных разрядов; А11 - запрещение выдачи комбинации из Нпр к ПС; А12 - передача по обратному каналу; А13 - прием из обратного канала; А14-сравнение с УС; А15-стирание предыдущей комбинации из Нпер и формирование сигнала подтверждения; А16 - блокировка ИС, формирование сигнала стирания и повторение передачи комбинации из Нпер. Ошибки в системе с ИОС во многом аналогичны ошибкам в системах с РОС. Также предъявляются более высокие требования по помехозащищенности к служебной комбинации "ОШИБКА" по сравнению с помехозащищенностью информационных комбинаций. Более высокую скорость передачи обеспечивают системы ИОС с непрерывной передачей. Большим недостатком систем с ИОС является использование двух каналов (прямого и обратного), рассчитанных на передачу примерно одинакового объёма информации и одинаковую скорость передачи дискретных сигналов. Поэтому такие системы находят ограниченное применение. Более распространенными являются системы с РОС и незначительным объемом информации, передаваемой по обратному каналу связи. Однако в некоторых системах с РОС применяют элементы укороченной ИОС, когда в качестве квитанции на большой блок данных используют какую - то его часть. В таком случае в системе используются алгоритмы РОС и ИОС, которые и называют комбинированной обратной связью (КОС). 

Способы передачи сигналов обратной связи.

При построении систем передачи данных с обратной связью требуется канал связи двустороннего действия. Условно назвали канал для передачи данных прямым, а канал для передачи сигналов подтверждения обратной связи - обратным. Так как система обмена данными используется, как правило, в АСУ со значительным территориальным разбросом объектов и органов управления, то в качестве каналов применяют каналы связи первичной сети связи. Система передачи данных в таком случае является элементом вторичной сети связи. Основными каналами первичной сети связи являются каналы тональной частоты (ТЧ) и широкополосные каналы (ШК), образованные системами передачи с частотным разделением каналов или цифровыми системами передачи. В любом случае они являются каналами двустороннего действия. Таким образом, нет необходимости для создания дополнительных каналов для передачи сигналов обратной связи. Однако, если учесть, что СПД должна обеспечивать двусторонний обмен данными, то возникает задача создания алгоритма совмещения передачи данных в одном направлении и сигналов обратной связи в противоположном. При работе по радиоканалам в режиме поочередности двустороннего обмена (полудуплексным каналам) для передачи сигналов обратной связи (квитанций) используют канал обратного направления так же, как и для передачи информационных сигналов. В дуплексных системах передачи данных при двустороннем одновременном обмене данными принимают структурный способ разделения данных и сигналов обратной связи. Аппаратура передачи данных (АПД) пунктов. А и Б соединена каналом связи двустороннего действия. Пусть передача данных осуществляется одновременно от источника информации (ИИ) А к получателю информации (ПИ) Б и наоборот. В системе передачи данных используется, например, РОС - ПП. Канал связи каждого направления используется для передачи собственно данных и сигналов обратной связи противоположного направления. В качестве сигналов подтверждения используются разрешенные, т.е. принятые правильно или с необнаруженной ошибкой, кодовые комбинации корректирующего кода. Таким образом, любая разрешенная комбинация воспринимается как сигнал подтверждения правильности приема соответствующей кодовой комбинации противоположного направления. Следовательно, если в обоих направлениях канала связи ошибки не возникает, то в направлении от А к Б и от Б к А передаются данные в виде разрешенных кодовых комбинаций, которые выполняют и функции сигналов подтверждения. Временная диаграмма функционирования системы с h=4 изображена на рис. 3.17. Нумерация комбинаций направления от А к Б однозначная (1, 2, 3, ...), а от Б к А - двузначная (11, 12, 13, ...). Пусть обнаружена ошибка при приеме комбинации 2. Тогда согласно алгоритму функционирования системы передачи с РОС - ПП стирается эта комбинация и h следующих за ней комбинаций, т.е. комбинации 3, 4, 5 и Зп. В направлении от Б к А выжидается окончание передаваемой в это время комбинации 14 и вместо комбинации 15 передается сигнал "ЗАПРОС" Зп и h последних переданных комбинаций, т.е. комбинации 11, 12, 13 и 14. После приема в пункте А сигнала "ЗАПРОС" дается команда на передачу сигнала Зп и h комбинаций, начиная с комбинации 2. Сигнал "ЗАПРОС" принимается во время блокировки приемника Б, поэтому передатчик Б не производит повторение. Приемник функционирует одинаково как при приеме комбинаций с обнаруженной ошибкой, так и при приеме сигнала "ЗАПРОС". Этим обеспечивается уменьшение вставок и выпадений, а также упрощается реализация системы. Если по каким - либо причинам производится односторонняя передача данных, то применяют специальные сигналы, которые выполняют функции не только подтверждения, но и фазирования.