Лекции радиотехника и электротехника. ЛЕКЦИИ_КОЛОДЕЖ_ЮВ_Электротехника_и_электроника. Москва 2012 Содержание

• Название: Москва 2012 Содержание
• Анкор: Лекции радиотехника и электротехника
• Дата: 26.11.2022
• Размер: 4.47 Mb.
• Имя файла: ЛЕКЦИИ_КОЛОДЕЖ_ЮВ_Электротехника_и_электроника.doc
• Тип: Лекция; #814027
• страница: 14 из 14

Лекция 12

ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАНЫХ

Структура пакета

Вся информация, передаваемая по каналу связи: файлы, звук, видео и т. д., представляет собой массив цифровых данных, то есть сочетание единиц и нулей. Для передачи используют одну из двух технологий:

• 
  передача коммутацией каналов, как это делается в телефонной сети
  
• 
  передача коммутацией пакетов данных.
  

Последняя технология для нас наиболее интересна. Она используется в сотовой связи, связи через спутник, Internet и др. На исходном сервере данные «разрезаются» на отдельные «порции» заранее оговоренной длины (например, по 256 байт), причем каждая из них в начале информационного блока снабжается индивидуальным «заголовком», а в конце блока – «трейлером». Такая «порция» информации включает и служебную, называется пакетом.

В «заголовке» содержится информация о месте назначения (адрес), об имени файла, к которому принадлежит этот пакет, и о порядковом номере данного пакета (то есть о том, из какого места данного файла он был «вырезан»). В «трейлер» записывается длина, условие проверки пакета на наличие ошибки и адрес для запроса повторения передачи пакета, в случае обнаружения ошибки (передаётся только этот пакет, а не весь файл целиком – это главное преимущество пакетной передачи).

Передача данных в сети интернет

Пакеты пересылаются по сети Интернет, иногда даже по разным маршрутам, зависящим от трафика тех или иных линий связи. Маршрут следования каждого пакета определяет - IP-протокол. Такая технология передачи данных называется динамической маршрутизацией. На получающей станции каждый пакет после его получения проходит проверку на наличие ошибки, появившейся при передаче. Когда же все пакеты «в сборе», c помощью протокола TCP они автоматически объединяются в файл, являющийся точной копией исходного. В литературе, иногда, эти протоколы читают как один TCP/IP. Строго говоря, Интернет не является сетью, так как сеть подразумевает наличие администратора сети, обеспечивающий её работоспособность. Интернет – это среда обмена информацией, работающая под управлением протоколов IP и TCP.

Сотовая связь

В сетях сотовой связи, например, в сетях GSM, используется технология GPRS пакетной передачи данных по радиоканалу (General Packet Radio Service). Благодаря тому, что пакеты одновременно предаются по разным каналам, максимально возможная скорость доступа в сеть с помощью технологии GPRS составляет 170 Кбит/сек. При этом голосовой канал занят только во время передачи данных (пока звучит голос), а не постоянно, как при других формах доступа в сеть. Это даёт возможность вести разговор «одновременно» очень большому количеству абонентов.

Достоинства технологии коммутации пакетов:

• 
  Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.
  
• 
  Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.
  

Недостатки коммутации пакетов

• 
  Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети.
  
• 
  Переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети (например, под Новый год, когда все друг друга пытаются поздравить с использованием сотового телефона).
  
• 
  Возможные потери данных из-за переполнения буферов. В настоящее время активно разрабатываются и внедряются методы, позволяющие преодолеть указанные недостатки, которые особенно остро проявляются для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи. Такие методы называются методами обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS).
  
• 
  Сети с коммутацией пакетов, в которых реализованы методы обеспечения качества обслуживания, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные как телефонный и компьютерный. Поэтому методы коммутации пакетов, сегодня считаются наиболее перспективными для построения конвергентной сети, которая обеспечит комплексные качественные услуги для абонентов любого типа.
  

Методы обнаружения ошибок

Существует два метода обнаружения ошибки в принятой информации:

• 
  Проверка на чётность/нечетность;
  
• 
  Метод полиномиальных кодов
  

Проверка на четность/нечетность

Это самый простой способ обнаружить ошибку в принятой информации. Он имеет низкую надёжность, поэтому используется при передачи очень коротких сообщений, например, символа (8 бит). Перед передачей передающая станция определяет четное или нечетное число единиц, и добавляет к сообщению специальный бит четности/нечетности. Это может быть «1» или «0» (как оговорено в используемом протоколе) Приёмная станция также подсчитывает количество единиц, если четность/нечетность совпала, делается вывод об отсутствии ошибки. Понятно, что при четном количестве ошибок в сообщении, они не обнаруживаются. Отсюда, малая надёжность метода.

Для обнаружения ошибки в пакете этот метод не используется.

Метод полиномиальных кодов

Метод использует известное свойство двоичных чисел: сумма любого числа по модулю «2» с самим собой равна нулю.

При делении двоичного числа М на другое двоичное число G, может получиться остаток R. Тогда по свойству двоичных чисел



Число М передаваемая информация (кадр)

Число G называется порождающим полиномом.

Остаток R называется КПК (Комбинацией Проверки Кадра)

К числу М – содержимому всего кадра присоединяется набор нулей, число которых равно числу цифр в вырабатываемой КПК (то есть М умножается на 2ⁿ , где n – разрядность КПК). Порождающий полином должен содержать на один разряд больше, чем у КПК.

Операция деления М на G равносильна операции «исключающего ИЛИ», выполняемой одновременно над парами битов по мере обработки каждого бита делимого: деление может быть осуществлено с каждым частным остатком при условии, что оба числа имеют одинаковую длину, то есть оба старших бита равны единице. Относительное значение обоих чисел не учитывается.

Пример. Цепочка 8-битных кадров должна быть определена по линии связи с КПК для обнаружения ошибок. Определить КПК.

Содержимое кадра 11100110

Порождающий полином 11001

С добавленными нулями 111001100000

Порождающий полином 11001, пятиразрядный, поэтому к содержимому кадра добавлено четыре нуля.

В результате деления 111001100000 на 11001 получается остаток 0110, это и будет КПК.

В приёмнике вся полученная последовательность битов полученного информационного кадра 111001100110 делится на тот же порождающий полином, который был применён при передаче. Если остаток равен нулю, то в кадре ошибок нет.

Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ) предложил для применения в коммутируемых телефонных сетях 17-рязрядный порождающий полином: 10001000000100001. Следовательно, к сообщению должны быть присоединены 16 нулей.

Этот метод является основным методом, применяемым для обнаружения ошибок. После того как ошибка обнаружена на принимаемой станции, передающая станция не получит от приёмной подтверждение (специальный кадр, называемый АСК, от acknowledgement (агл) - подтверждение), что переданный кадр не имеет ошибки. Не получив АСК, передающая станция будет повторно его передавать до тех пор, пока не получит на посланный информационный кадр, кадр АСК. Это общая технология получения информации без ошибок. Существует несколько протоколов, реализующих это. Из них самый прогрессивный, позволяющий исключить время ожидания кадра АСК, то есть увеличить трафик, получил название «Непрерывная передача – Запрос». Однако, этот протокол требует большой буферной памяти, где должны храниться все кадры ещё не получившие АСК.

Заключение

Цифровая (дискретная) электроника, в отличие от аналоговой, имеет большую помехозащищённость, так как имеется два фиксированных уровня сигнала (потенциала), соответствующие значению примерно 5 вольт для «1» и примерно 0,5 вольт для «0». Эти уровни могут изменяться и зависят от применяемых микросхем, но важным здесь является разница в напряжении между единицей и нулём. Чем она больше, тем выше помехозащищённость. При переходе от аналогового сигнала, а почти все датчики, применяемые в геодезии, выдают аналоговый сигнал, к цифровому, шаг квантования можно взять достаточно мелкий, что приведёт к повышению общей точности измерений.

Именно эти преимущества цифровой электроники привели к её широкому использованию в настоящее время.

^{Дополнительная литература}

В.Г. Герасимов (ред.) Электротехника и электроника (в трёх книгах), «Энергоатомиздат», 2010