Analiza tehnika upravljanja prenosom podataka Текст научной статьи по специальности «Физика»

Profesor dr Milojko Jevtović,

dipl. in'.

Elektrotehnički fakultet, Banja Luka

Boban Pavlović,

kapetan, dipl. inž.

Vojna akademija, Beograd

ANALIZA TEHNIKA UPRAVLJANJA PRENOSOM PODATAKA

UDC: 355.424.3 : 004.738

Rezime:

U članku su predstavljene ARQ tehnike za upravljanje prenosom i kontrolu na nivou veze: „ Stani i čekaj“, „ Vrati se unazad za N“ i „ Selektivno odbacivanje Zatim je definisan vazan parametar, kojim su analizirane osobine prenosa podataka na nivou veze i uprošćen prikaz karakteristika tehnika „ Vrati se unazad za N“ i „Selektivno odbacivanje“. Osnovni cilj rada odnosi se na definisanje kriterijuma za izbor odgovarajućeg protokola upravljanja na nivou veze koji će zadovoljiti zahteve korisnika (gubici, kasnjenje, varijacija kasnjenja, propusna moć). Na osnovu urađene simulacije, korišćenjem programa MATLAB 7.0, izvrse-no je upoređenje vrednosti parametara karakterističnih za navedene tehnike i izvedeni za-ključci o prednostima i manama pojedinih tehnika.

Ključne reči: prenos podataka, ARQ tehnike „Stani i čekaj“, „ Vrati se unazad za N“, „Selektivno odbacivanje“.

ANALYSIS TESHNIQUES FOR FLOW DATA TRANSMISSION

Summary:

This article presents ARQ techniques for flow and control at the link level: Stop-and-Wait, Go-back-N, and Selective-reject. Then it is defined an important parameter, necessary for analyzing characteristics of data transmission at the link level and simplified performances of the Go-back-N, and Selective-reject techniques. Main goal of this article refers to defining criteria for choosing proper protocol link control. By this criterion it is necessary to satisfy customer requirements like losses, delays, capacity, etc. By performing simulation (using MATLAB 7.0), comparison of the values of the techniques parameters is done and conclusions about advantages and disadvantages of certain techniques are given.

Key words: Data Transmission, ARQ techniques, Stop-and-Wait, Go-back-N, Selective-reject.

Uvod

Problem upravljanja prenosom podataka javlja se u nizu sistema koji zahte-vaju komunikaciju u realnom vremenu, ili sa veoma ograničenim kašnjenjem, kao što su:

- sistemi za upravljanje vatrom ze-maljske artiljerije;

- sistemi za upravljanje vatrom obalske artiljerije (SUVOA);

- sistemi za vazdušno osmatranje i javljanje (VOJ) pri prenosu podataka o ciljevima u vazdušnom prostoru;

- sistemi PVO pri prenosu podataka koji se odnose na navođenje raketnih sistema i letelica na ciljeve;

- sistemi za nadzor i kontrolu kretanja pešaka u štićenom prostoru ili u objektima;

- multimedijalni informacioni sistemi, koji se koriste pri donošenju odluka u real-nom vremenu, kao i u drugim sistemima.

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2006.

59

Cilj ovog rada je da se definisu krite-rijumi za izbor protokola upravljanja ve-zom pri realizaciji konkretnih sistema za prenos podataka. Korisnik konkretnog si-stema zahteva da se podaci prenose sa unapred ogranicenim kasnjenjem, varija-cijom kasnjenja i gubicima informacije pri prenosu od izvora do odredista. Zada-tak protokola za upravljanje prenosom je-ste da se ti zahtevi ispune, odnosno zado-volje u datoj mreži za prenos podataka.

Nacini upravljanja prenosom i greškama - osnovne karakteristike

Jedan od veoma važnih zadataka u projektovanju telekomunikacionih mreža jeste da se obezbedi kvalitetan prenos podataka. Problem koji se pri tome javlja jeste - kako eliminisati greske koje se ja-vljaju pri prenosu podataka ili multime-dijalnog sadržaja.

Postoje dva osnovna nacina za njiho-vo eliminisanje. Prvi je da se uz bitove doda dovoljno redundantnih bitova koji će omogućiti dekoderu da otkrije i koriguje greske nastale u prenosu. Detekcija i ko-rekcija gresaka na mestu prijema obavlja se bez ponavljanja predaje, FEC (For-ward-Error-Corection) [1]. Drugi je da se nakon detekcije gresaka na mestu prijema korekcija obavlja upućivanjem zahteva za ponavljanjem predaje i time osigura prenos podataka bez gresaka - detekcija gre-saka na mestu prijema i automatsko pona-vljanje zahteva za retransmisiju, postupak ARQ (Automatic-Repeat-reQuest).

Postupci ARQ siroko se koriste u racunarskim mrežama pri prenosu podataka, zbog toga sto su veoma jednostavni

i omogućavaju postizanje velike tacnosti pri prenosu poruka. Nedostatak se ogleda u smanjenju efikasnosti, kada prijemnik dugo ceka na kodne reci bez gresaka, ot-premajući zahteve za retransmisiju. Pro-tokoli koji koriste postupak ARQ u ko-rekciji gresaka su HDLC, SDLC, LAP, LAP-B, LAP-D, LAP-F, itd.

U FEC postupku korekcije gresaka nema povratnog kanala. Ukoliko je broj gresaka veći od broja gresaka koje de-koder može da detektuje i koriguje, po-ruka se prima sa greskama. Protokol ATM (Asynchronous Transfer Mode) koristi FEC postupak korekcije jedno-bitskih gresaka u zaglavlju ATM. On ne stiti informaciju, PDU (Payload Data Unit), već samo zaglavlje. Zbog toga je u kvalitetnim sirokopojasnim mreža-ma prihvaćena ATM tehnika prenosa i komutacije.

Postoji mogućnost da se koriste tzv. hibridni postupci ARQ sa primenom re-transmisije i procedurom FEC. Oni pru-žaju bolje performanse u poređenju sa pojedinacnim mogućnostima jednog od postupaka ARQ ili FEC.

U ovom radu akcenat je na ARQ postupcima upravljanja prenosom, pri ce-mu se zahteva pouzdan prenos podataka (tacnost informacije), a ne rad u realnom vremenu.

U postupku retransmisije poruka, razvijena su tri osnovna tipa ARQ po-stupka: „Stani i cekaj“ (Stop-and-Wait), „Vrati unazad za N karaktera“ (Go-back-N) i „Selektivno odbacivanje“ (Selective-Reject). Poslednje dve tehnike su spe-cijalni slucajevi tehnike „Pomicnog pro-zora“ (Sliding-Window) [2].

60

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

Tehnika „Stani i cekaj“

(Stop-and-Wait)

Najjednostavnija tehnika upravljanja greškama poznata pod nazivom „Stani i cekaj“ (slika 1) zasniva se na prenosu rama, pri cemu odredišna stanica šalje signal spremnosti za prijem slede}eg rama preko signala potvrde (ACKnowledgement), koji pokazuje da je kodna rec ispravno i uspe-šno primljena. Izvor mora sacekati prijem signala potvrde (ACK) pre nego što nasta-vi sa slanjem sledećeg rama. Negativna po-tvrda prijema, NAK (Negative AcKnowledgement) koju vrši prijemnik pokazuje da su u prenetoj kodnoj reci otkrivene (de-tektovane) greške. Predajnik ponavlja pre-daju kodne reci i ponovo ceka potvrdu pri-jema. Retransmisija se nastavlja sve dok prijemnik ne pošalje potvrdu o ispravnom prijemu (ACK).

Ovaj postupak, iako krajnje jedno-stavan, potencijalno je neeflkasan zbog gubitka vremena pri cekanju potvrde pri-jema svake kodne reci. Rešenje bi bilo u povećanju dužine kodne reci, ali time ra-ste verovatnoća greške, cime se poveća-va ucestanost ponavljanja za svaku kod-nu rec. S druge strane, blokovi velikih dužina nisu prakticni zbog ogranicenja koja nameću formati poruka.

Neka je Tpame - vreme potrebno za prenos jednog rama, Tprop - vreme potrebno za prenos poruke od izvora A do odredišta B na prenosnom linku i Tack -vreme prenosa poruke potvrde. Ako se pretpostavi da je prenos bez grešaka, izvor A može da šalje ramove brzinom

-----. Međutim, zbog potrebe za prije-

Tframe

mom signala potvrde ACK, maksimalna brzina je smanjena na vrednost

-------------------. Ukoliko je vreme

Tf + 2 • T + T.

frame prop ack

prenosa na linku Tprop veliko u odnosu na Tpame, doći će do znatnog smanjenja brzi-ne prenosa u sistemu.

ARQ tehnika „ Stani i ~ekaj“ bez gresaka u prenosu

Najpre će biti posmatran slucaj kon-trole protoka, pod pretpostavkom da ne dolazi do greške u prenosu. Na ovaj na-cin može se definisati maksimalna bitska brzina prenosa ramova preko linka kori-šćenjem navedene tehnike pri prenosu bez grešaka. Pretpostaviće se da se poru-ka prenosi od stanice A do stanice B kao sekvenca uzastopnih ramova Fj, F2, ..., Fn na sledeći nacin:

- A šalje ram Fj,

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

61

- B šalje signal potvrde (ACK),

- A šalje ram F2,

- B šalje signal potvrde (ACK),

Uzimajući u obzir prethodne pretpo-stavke, brzina prenosa se može predsta-viti izrazom:

- A šalje ram Fn,

- B šalje signal potvrde (ACK). Ukupno vreme potrebno za prenos

podataka oznaciće se sa nT, gde je n broj prenosa, a T predstavlja zbir vremena slanja rama, prijema signala potvrde i spremnosti za predaju sledećeg rama. Imajući sve ovo u vidu, T se može pred-staviti na sledeći nacin:

T _ T + T + T + T + T

frame prop ack prop proc

(1)

1

T

1 ram

T

frame

+ 2T

s

(3)

Radi lakše analize, poželjno je brzi-nu prenosa predstaviti preko normalizo-vane vrednosti. Ukoliko se ram prenosi u toku vremena Tframe [s], tada je bitska br-

L frame

zina data izrazom

1

Tf

frame

ram

. Na taj

nacin, normalizovana brzina prenosa S može se predstaviti na sledeći nacin:

gde je:

Tframe - vreme potrebno za prenos jednog rama (vreme za koje predajni deo u vezi pošalje sve bite unutar rama na prenosnu liniju),

Tprop - vreme potrebno za prenos poruke (propagacije) od izvora A do odredišta B (ili u drugom smeru) na prenosnom linku, Tproc - vreme obrade (procesiranja) u iz-voru i odredištu kao odgovor na dolazni događaj (primljenu poruku),

Tack - vreme prenosa poruke potvrde.

Ako se pretpostavi da je vreme ob-rade Tproc zanemarljivo malo i da je vre-me potvrde prenosa Tack znatno kraće u poređenju sa vremenom prenosa podata-ka (Tprop), uz fiksnu dužinu okvira (kon-stantno Tframe), tehnika upravljanja preno-som „Zaustavi i cekaj“ dopušta prenos podataka brzinom od jednog rama svakih T sekundi, gde je T dato izrazom:

T = Tframe + 2Tprop (2)

Tf + 2T Tfr

S ___ frame prop ___ frame

t,

T + 2T

frame prop

(4)

frame

na R

Ako se pretpostavi da je bitska brzi-i da je dužina rama L [bit ],

tada je brzina prenosa: L

bit 1 ram L bit

ram T s T + 2T frame prop s

(5)

Da bi se normalizovala vrednost br-zine prenosa, podeliće se vrednost brzine bit

prenosa u

sa bitskom brzinom, tako

da se dobije:

S _

L /(Tframe + 2Tprop )

R

(6)

1

s

62

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

Zamenom Tframe

R u jednacini

(4), dobija se jednacina (6).

Ovde se definise parametar a kao od-nos vremena prenosa i trajanja rama:

a =

T

prop

T

frame

(7)

Ako se jednacina (7) podeli sa Tframe, dobiće se izraz za normalizovanu brzinu prenosa S na sledeći nacin:

S =

1

1 + 2a

(8)

Ova vrednost predstavlja maksimal-nu normalizovanu brzinu prenosa ostva-renu tehnikom prenosa „Stani i cekaj“, uz pretpostavku da nema gresaka u pre-nosu. Međutim, efektivna brzina prenosa je manja. Parametar a je konstantne vred-nosti ukoliko su vremena Tprop i Tframe konstantna, sto je uobicajen slucaj: ramo-vi su fiksne dužine, izuzev poslednjeg u sekvenci poruke (predstavlja ostatak pri podeli paketa na blokove fiksne dužine), a i vreme kasnjenja je u prenosu na linku fiksne vrednosti [3, 4].

ARQ tehnika „ Stani i čekaj“ sa greskama u prenosu

Ukupno vreme u toku koga se uspesno prenese ram između stanica A i B iznosi:

T = Tframe + Tprop [^ ] (9)

Ako se pretpostavi da je doslo do gubitka rama ili da je poruka potvrde (ACK) izgubljena, ukupno vreme preno-sa rama dato je relacijom:

T = Tframe + Tout + Tframe + 2Tprop (10)

Tout predstavlja vreme u toku kojeg nema prenosa (doslo je do greske). Pret-postaviće se da je ono jednako dvostru-kom trajanju kasnjenja u prenosu (2Tprop). Na ovaj nacin može se definisati pojam retransmisije: ukoliko radna stani-ca (izvor ili odrediste) ne dobije poruku potvrde u vremenu dvostrukog trajanja kasnjenja u prenosu (propagacije) doći će do retransmisije (ponovnog slanja) rama.

Ako Nx predstavlja srednji broj po-kusaja da bi se ram uspesno preneo, tada je srednje vreme uspesnog prenosa rama dato izrazom:

T = N (Tr + 2T ) (11)

x к frame prop' v z

Primenom istog postupka, kao u prethodnom slucaju kada nema greske u prenosu, dolazi se do izraza za normali-zovanu brzinu prenosa:

S =------h™.---------=------1------(12)

Nx (Tframe + 2Tpmp) Nx (1 + 2a) V '

Srednji broj pokusaja Nx može se iz-raziti preko verovatnoće greske u preno-su pojedinacnog rama - P. Ukoliko se pretpostavi da nikada neće doći do gre-ske u prenosu signala potvrde (ACK), srednji broj pokusaja definisan preko ma-tematickog ocekivanja dat je izrazom:

Nx = E [ pokusaja]] (i-Pr [(i) pokusaja])

i=1

Nx=z(i-Pi-1(1-P))=--1- (13)

i=1 4 ' 1-P

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

63

Zamenom u izraz za normalizovanu brzinu prenosa, kod tehnike upravljanja prenosom i kontrole gre{aka „Stani i ~e-kaj“, dobija se:

s =

1 + 2a

(14)

Parametar a

Parametar a može se analizirati na vi{e na~ina, u zavisnosti od definisanja pojedinih parametara [5]. Ako se pretpo-stavi da je:

d - rastojanje na linku između dve radne stanice (izvor i odredi{te);

V - brzina u prenosu signala na linku. Za slobodan prostor kao medijum prenosa, brzina je jednaka brzini svetlosti (c=3-10sm/s). Za opti~ko vlakno brzina prenosa iznosi približno 0,67 brzine pro-stiranja svetlosti ( Vs2 -10s m/s);

L - dužina rama [bit], konstantne

vrednosti;

R - bitska brzina

bit

s

vreme propagacije (Tprop) odrediće se iz odnosa rastojanja d i brzine prenosa V. Vreme prenosa rama na linku (Ttransm) predstavlja odnos dužine rama L [bit] i

bitske brzine R

bit

_ s _

za a, dobijamo da je:

. Zamenom u izraz

d / V R - d

a =---=-----

L/R V - L

(15)

Na slici 2, Ttransm je normalizovano na vrednost 1, tako da je vreme propagacije Tprop=a. U slu~aju kada je a>1, dužina linka je veća od dužine rama, {to je prikazano na slici 2 (a), pri ~emu se ne uzima u obzir vre-me prenosa poruke ACK. Stanica A u ko-

{0 '•

a

э

I I

t+a

Э

I ACK

&

T

□

a

(a) a> 1 (b) a< 1

Sl. 2 — Princip prenos podataka kod tehnike „ Stani i cekaj" (Ttmmm=1> Tpmp=a)

A +1

t, + 1+2a

64

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

munikaciji A-B pocinje sa predajom rama u t= 0. U t= 1, A zavrsava sa predajom rama. U trenutku t=a (vreme propagacije), pred-nja ivica rama dolazi na prijemnu stanicu B. U t= 1+a, B je primila celokupan ram i ne-posredno zatim salje poruku potvrde ACK. Ova poruka stiže do A u t=1+2a. Ukupno utroseno vreme za prenos iznosi t=1+2a. Samim tim, određena je i brzina kojom se

ramovi mogu prenositi, —1—. Isti rezultat 1 + 2a

biće postignut i u slucaju kada je a<1 (duži-na rama je veća od rastojanja na linku).

Biće razmotreno nekoliko slucajeva primene ARQ postupka „Stani i cekaj“ (slika 3) i analiziran ARQ postupak na primeru jedne WAN (Wide Area Network) mreže sa ATM u kojoj se nalaze dve stanice međusobno udaljene hiljada-ma kilometara. Standardni ATM ram na-ziva se ćelija i sadrži 53 bajta, odnosno 423 bita (53^8), pri cemu je jedna od standardnih bitskih brzina 155,52 Mb/s. Na ovaj nacin definisano, ukupno vreme prenosa rama (ATM ćelije) iznosi

424 [bit ]

155,2-106

bit

2,7-10-6 [s].

Ako se pretpostavi da je prenosni me-dijum opticki link, na udaljenosti od 2000 km (d=2-106 km), vreme propagacije iznosi

T = = 1-10-2 [s] = 10 [ms ].

p p 2-108 m L J L J

Konacno, dobija se da je vrednost para-

110-2

metra a =---------- = 3703, pri cemu

2,7-10-6

normalizovana brzina prenosa iznosi sve-

ga S =

1

1

1 + 2a 7407

= 0,000135.

Drugi slucaj predstavlja primer mreže LAN (Local Area Network). U ovom primeru rastojanja su u opsegu od 0,1 do 10 km, sa bitskim protocima od 10 Mb/s do 1 Gb/s, pri cemu veće brzine prenosa odgovaraju kraćim ra-stojanjima. Ako je V=2-108 [m/s], du-žina rama Z=1000 [bit] i bitska brzina R=10 [Mb/s], za zadati opseg rastojanja d dobija se vrednost parametra a između 0,005 i 0,5. Time se dobija vrednost za normalizovanu brzinu pre-nosa S između 0,5 i 0,911. Za 100 Mb/s LAN-ove, uz odgovarajuća kraća rastojanja, dobiće se takođe približno iste vrednosti brzine prenosa. Može se zakljuciti da su LAN mreže prilicno

\ \ 1 1

\ 4***4**11444 W / / / / / // // // / Л\ / / / / ////////* \\\ / / / / / // // // // \\\ / / / / / // // // // \\\ / // // // // // // / \«\ / /// ////////// ******** //////// ///////* //////// //////// //////// ////////

t t Sl. 3 — Osobine ARQ tehnike „Stani i cekaj“

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

65

efikasne po brzini prenosa uz primenu ARQ tehnike, dok u slucaju WAN mreža (ATM) ova tehnika ne daje re-zultate, zbog cega se primenjuje FEC tehnika detekcije i korekcije u prenosu podataka.

Na kraju, biće posmatran slucaj di-gitalnog prenosa preko modemske linije brzinom od R = 28,8 kb/s. Ponovo će se pretpostaviti da je dužina rama L = 1000 [bit]. Dužina prenosnog linka iznosi između nekoliko desetina metara do nekoliko hiljada kilometara. Ukoliko je rastojanje od d = 1500 m, tada je

d / V d • R

a =---=----

L/R L•V

1500 m • 28 800— ______________s_

1000 bit • 2 -108 m

s

= 2,16 • 10 4, pri čemu normalizovana

brzina prenosa iznosi S =------«1, tac-

1 + 2a

nije 0,99978.

Cak i u slucaju velikog rastojanja, npr. d = 6000 km, uz zadržavanje vred-nosti ostalih parametara, dolazi se do

, . 6•Ю6 • 28 800

vrednosti a =------------— = 0,864, ta-

1000 • 2-108

ko da je S = —1— = 0,4, tacnije 0,366.

1 + 2a

Da bi se uocio efekat parametra a na normalizovanu brzinu prenosa (propusnu moć), predstaviće se zavisnost

S = i-P

1 + 2a

od promene parametra a za

zadatu verovatnoću P (verovatnoća da je preneti ram sa greskom). Posmatraće se familija krivih za vrednosti verovatnoće greske u prenosu P=10-3; 10-2; 10-1; 0,2;

O, 3; 0,4 i 0,5. Može se zakljuciti da se sa porastom verovatnoće greske u prenosu

P, smanjuje vrednost normalizovane br-

zine S, ali je ta zavisnost mala u velikom opsegu vrednosti P (za P=10-3 i 10-2 do-bija se prakticno ista kriva). Takođe, za vrednosti parametra a veće od 100, zavisnost verovatnoće P na vrednost S je za-nemarljiva.

Neke karakteristične vrednosti parametra a

Bitska brzina (Mb/s) Dužina rama (bit) Rastojanje (km) Parametar a

0,064 1000 0,1 0,00003

0,064 1000 1 0,0003

0,064 1000 35,863 7,65

0,064 10 000 0,1 0,000003

0,064 10 000 1 0,00003

0,064 10 000 35,863 0,77

1 1 000 1 0,005

1 1 000 3000 15

1 1 000 35,863 119,5

1 10 000 1 0,0005

1 10 000 3000 1,5

1 10 000 35,863 11,95

10 1 000 0,05 0,0025

10 1 000 0,5 0,025

10 10 000 0,05 0,00025

10 10 000 0,5 0,0025

100 1 000 0,1 0,05

100 10 000 0,1 0,005

1000 1 000 0,1 0,5

1000 10 000 0,1 0,05

Tehnika „Pomicnog prozora“ (Sliding-Window)

Osnovni problem prethodne tehnike jeste sto se u toku određenog vremena može prenositi samo jedan ram [6]. Situa-

66

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2006.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

67

cija kada je vreme prenosa (predstavlje-

П0 Sa _ Tprop) Ve}e od trajanja rama (Tframe)

dolazi do velike neeflkasnosti prenosa.

Ako se pretpostavi da su dve radne stanice A i B povezane dupleksno i da se na mestu B nalazi bafer za n-ramova, stani-ca B može prihvatiti n-ramova, tako da sta-nica A može poslati n-ramova bez cekanja na pristizanje signala potvrde (ACK).

Biće razmotrene dve tehnike pomic-nog prozora: ARQ tehnika „Vrati se unazad za N“ i ARQ tehnika „Selektivnog pona-vljanja“. Osnovna razlika između ovih tehnika je u nacinu obrade gresaka u prenosu.

Algoritam tehnike „Pomicnog

prozora “ bez gresaka

U slucaju pomicnog prozora, brzina prenosa na liniji zavisi od dva faktora -velicine prozora W i vrednosti parametra a. Radi pojednostavljenja, smatraće se da normalizovana vrednost vremena preno-sa rama Tframe iznosi 1; tada je vreme pro-

pagacije Tprop jednako a. Slika 4 predsta-vlja primer potpune dupleksne veze. Sta-nica A (izvor) pocinje da emituje sekven-cu ramova u trenutku t=0. Prednja ivica prvog rama odlazi na stanicu B (odredi-ste) u t=a. Prvi ram je u potpunosti pri-mljen u t=a+1. Pretpostavljajući da je vreme obrade minornog trajanja, B će trenutno primiti informaciju o potvrdi za prvi pristigli ram (ACK1). Pretpostaviće se da je dužina poruke potvrde mala, tako da je vreme njenog prenosa Tack veo-ma kratko. Samim tim, signal ACK1 sti-že u A u trenutku t=2a+1.

Da bi se analizirale osobine navede-ne tehnike, razmotriće se dva slucaja:

- W > 2a +1 - potvrda za prvi ram stiže u stanicu A pre nego sto A zavrsi sa kompletnim slanjem svog prozora sirine W. Na taj nacin, A može slati poruke u kontinuitetu, bez prekida, tako da je nor-malizovana propusna moć S=1;

- W < 2a +1 - stanica A zavrsava slanje svog prozora u t=W i ne može slati dodatne ramove posle t=2a+1. Ovako de-

Sl. 5 — Zavisnost normalizovane brzine prenosa kod tehnike „Pomicnog prozora “

68

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

finisana, normalizovana propusna moć data je odnosom velicine prozora W i pe-riode trajanja 2a+1.

Imajući u vidu prethodno, dobija se:

S = \

1,

W

2a +1

W > 2 a +1 W < 2a +1

(16)

Ako se broj sekvenci predstavi n-bitnim poljem, tada je maksimalna veli-čina prozora W = 2n — 1. Na slici 5 pred-stavljena je maksimalna brzina prenosa koja se može postići za prozore velicine W=1, 7, 31, 63 i 127 u funkciji parametra a. Prozor velicine W=1 odgovara algorit-mu „Stani i cekaj“. Vrednost od W=127 (7 bita) pokazuje bolje osobine za veće vrednosti a i može se naći u WAN mre-žama sa velikim brzinama prenosa.

ARQ tehnika „ Vrati unazad za N“ (Go-back-N ARQ)

Najcesći oblik kontrole greskama baziran na tehnici pomicnog prozora predstavlja „Vrati unazad za N“ (slika 6). Radi povećanja brzine prenosa podataka, kao i za održavanje konstantnog iznosa kasnjenja kod satelitskih kanala, ARQ postupak „Stani i cekaj“ zamenjen je strategijom kontinualnog prenosa.

U situacijama kada se pri prenosu ne dogodi greska, odrediste će potvrditi dolazni ram sa signalom potvrde „Spre-man na prijemu“ (RR - Receive Ready). Ukoliko odrediste detektuje gresku u ra-mu, poslaće negativnu potvrdu, signal odbacivanja (REJ - Rejective). Stanica B će odbaciti taj ram i sve buduće dolazne ramove dok se ne primi ispravan ram. Na taj nacin izvorna stanica A, kada primi signal REJ, mora ponovo poslati ram koji je bio sa greskom, kao i sve ramove koji su poslati u međuvremenu.

Glavni nedostatak postupka ARQ sa povratkom unazad je u tome sto kada se u nekoj kodnoj reci otkrije greska, pri-jemnik odbacuje narednih N-1 primljenih reci, cak i u slucaju kada je većina njih ispravno primljena. Rezultat ovog po-stupka je da se za tih N-1 reci mora po-noviti predaja, sto predstavlja gubitak vremena i kasnjenje, sto u krajnjem slu-caju dovodi do ozbiljne degradacije efi-kasnosti iskorisćenja kanala veze.

Da bi se ram uspesno preneo, sred-nji broj pokusaja Nx odrediće se na osno-vu matematickog ocekivanja:

Nx = E [ukupan _ broj _ prenetih _

ramova _bez _ greške] (17)

да

Nx = S f (i) Pi—(1-P)

i=1

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

69

gde f(i) predstavlja ukupan broj ramova koji će biti prenet ukoliko će se origina-lan ram preneti i puta da bi prenos bio uspesan. Ako se sa K oznaci broj ramova koji mora biti ponovo prenet zbog pojave greske u prenosu, vrednost f(i) može se predstaviti na sledeći nacin:

f (i) = 1 + (i - 1)K

f (i) = (1 - K) + Ki

(18)

1

Imajući u vidu jednakosti

да 1 да

У X'-1 =-------i У( • X1-1 ) = - 2

1=1 1-X > (1 - X)

za —1<X<1, može se napisati da je:

N =(1-к )У p,1(1-p )+к у iP'-1 (1-p)

i=1 i=1

Nx =1-K+■

K

1-P

1-P+KP 1-P

(19)

Na slici 4 uocava se da je vrednost K = 2a+1 za W >( 2a +1) i K=W za W<(2a+1). Ovako definisano K daje:

S = {

1 - P ;

1 + 2aP ’ W (1 - P)

(2a +1)(1 - P + WP)’

W > 2a +1 W < 2a +1 (20)

Za W=1, oba algoritma, „Selektivno odbacivanje“ i „Vrati unazad za N“, poti-snuti su algoritmom „Stani i cekaj“. Na slici 7 prikazana je uporedna analiza ove tri tehnike kontrole i upravljanja greskama u prenosu kao fonkcija parametra a u slucaju verovatnoće P=10-3. Međutim, ovaj grafik i prethodne jednacine ne uzimaju u obzir greske koje se mogu pojaviti u prenosu po-ruke potvrde (ACK), a takođe i kod tehnike „Vrati unazad za N“, zanemarene su greske koje se mogu pojaviti u retransmito-vanim ramovima u odnosu na originalan ram u kome se pojavila greska.

-10123 10 10 10 10 10

Parametar a

Sl. 7 — Uporedna analiza ARQ tehnika u funkciji parametra a

70

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

Na slici 7 može se uociti da u sluca-ju velicine prozora W=7 (n=3 bita), teh-nike „Selektivno odbacivanje“ i „Vrati unazad za N“ pokazuju praktično istu za-visnost vrednosti S od parametra a, dok je za vrednost W=127 razlika evidentna. Na slici 8 pokazana je zavisnost normali-zovane propusne mo}i S za sve tri nave-dene ARQ tehnike u funkciji veličine prozora W, gde se kao parametri poja-vljuju vrednosti a=10 i a=100.

ARQ tehnika „ Selektivnog odbaci-

vanja“ (ARQ Selective-Reject)

Sa ARQ tehnikom „Selektivnog od-bacivanja“ (slika 9) ramovi koji se pono-vo {alju imaju negativnu poruku potvrde, NAK. Ova tehnika je efikasnija od pret-hodne, jer minimizira potrebno retran-smitovanje ramova.

I ovde se kodne reči predaju u kon-tinuitetu. Melutim, ponavlja se otprema samo onih kodnih reči koje su negativno

potvr|ene (poruka NAK). Prijemni deo mora duže vreme komunicirati sa bafe-rom, sve dok ne smesti sve NAK ramove i dok se ponovo ne prenese ram koji je bio sa gre{kom. Takole, mora imati slo-ženu logiku kojom se vr{i ubacivanje po-gre{nog rama u odgovaraju}u sekvencu. S druge strane, predajnik, takole, mora imati kompleksniju arhitekturu da bi mo-gao da {alje ram izvan sekvence. Zbog ovih zahteva ARQ tehnika „Selektivnog odbacivanja“ se, i pored svoje efikasno-sti, ipak mnogo manje koristi od prethod-ne tehnike.

U slucaju pomicnog prozora, pret-hodna jednacina se primenjuje kada ne-ma gre{aka u prenosu. Kod ARQ sa se-lektivnim odbacivanjem potrebno je jed-nacinu (16) podeliti sa Nx, gde Nx pred-stavlja srednji broj poku{aja da bi se

okvir preneo bez gre{ke: Nx = ^——, ta-

ko da se dobije slede}a vrednost propu-sne mo}i S:

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

71

\ ********** \\ ////////// A\ ////////// \\\ /////////// \\\ /////////// \\\ //////////// \ч4\ / // // // // // / \л V / / / / / / / / / / /

▲ д Sl. 9 — ARQ tehnika ' „Selektivnog odbacivanja“

S = <

N=1 - p,

N

W = W (l - p) (2a +l) 2a +1 '

W > 2a +1

W < 2a +1

(21)

Zaključak

U ovom radu iznete su osnovne ka-rakteristike procedura, odnosno tehnika upravljanja prenosom. Analizirana su dva slu~aja: prvi, kada se pri prenosu ne pojavi gre{ka i, drugi, sa gre{kom u prenosu. Detaljno je ukazano na osnovne re-lacije kojima se defini{u karakteristi~na vremena u prenosu, parametar S koji predstavlja normalizovanu brzinu preno-sa na linku i parametar a koji se defini{e kao odnos ukupnog vremena prenosa na linku i vremena prenosa rama.

Analiziran je prenos u WAN mreža-ma ATM tehnikom. Za konkretne uslove prenosa dobijena je velika vrednost para-metra a, {to je rezultiralo malom efika-sno{ću linka, odnosno normalizovanom brzinom prenosa, a samim tim nemoguć-no{ću primene ARQ tehnika. U slu~aju LAN mreža, za konkretne vrednosti, do-bijene su mnogo niže vrednosti za a, odnosno mnogo bolja vrednost normalizo-vane brzine prenosa S.

Prikazana je zavisnost normalizovane prenosne brzine S od parametra a za razli-~ite verovatnoće gre{ke u prenosu P kod tehnike „Stani i ~ekaj“. Pokazano je da za verovatnoće gre{ke P= 10-3 i P= 10-2 prak-ti~no nema razlike, dok drasti~no smanje-nje normalizovane vrednosti S nastupa za gre{ku veću od 0,4 kada maksimalna vrednost S za a=0,1 iznosi ispod 0,5.

Prikazana je zavisnost S od parame-tra a kod ARQ tehnike „Pomi~nog pro-zora“, gde se kao parametar posmatra {irina prozora W. Porast širine prozora W, uz porast par; osobina po pi prenosa u slučaju širokopojasnih WAN mreža. Prozor širine W= 1 odgovara teh-nici „Stani i ~ekaj“.

Izvr{eno je upoređivanje zavisnosti normalizovane veli~ine S u funkciji para-metra a u slučaju primene tehnika „Stani i cekaj“, „Vrati unazad za N“ i no odbacivanje“ za širinu prozora W=\21. Tehnike upravljanja „Vrati unazad za N“ i „Selektivno odbacivanje“ po-našaju se identično za sve vrednosti para-metra a, {to je potvrđeno preklapanjem krivih zavisnosti. Za W= 127, za vrednosti parametra a između 10 se najveća razlika izmedu nArml-li brzine prenosa S. Pri daljem povećanj u parametra a, razlika u ponašanju S izme

mos

72

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1/2006.

đu ove dve tehnike ostaje konstantna, pri cemu tehnika „Selektivnog odbacivanja“ pokazuje bolje osobine u odnosu na teh-niku „Vrati unazad za N“.

Pokazana je i zavisnost normalizova-ne brzine prenosa S od dužine prozora W u slucaju tehnika „Selektivnog odbaciva-nja“ i „Vrati unazad za N“, gde se kao pa-rametar posmatra a. Za vrednost a=10 i porast sirine prozora do W=20, dobija se linearna zavisnost S(W). Pri daljem pove-ćanju W, kod obe tehnike, dobija se konstantna velika vrednost za S koja je nesto niža kod tehnike „Vrati unazad za N“. Za a=100, linearna zavisnost S od sirine prozora W ide do vrednosti W=200, pri cemu bolje karakteristike pokazuje tehnika „Selektivnog odbacivanja“. Pri daljem pora-stu sirine prozora W iznad 200, „Selektiv-

no odbacivanje“ daje konstantnu vrednost za S«1, dok tehnika „Vrati unazad za N“ daje losiju vrednost, S«0,8.

Pri analizi tehnika korisćen je pro-gramski jezik MATLAB 7.0 kojim su dobijeni svi analizirani graficki prikazi.

Literatura:

[1] Jevtović, M.: Projektovanje racunarskih mreža, seminar, Elektrotehnicki fakultet Banja Luka, jun 1997.

[2] Stallings, W.: High Speed Networks and Internets, Prentice-Hall, New Jersey, 2002.

[3] Lin, S.; Costello, D.; Miller, M.: Automatic-Repeat-Request Error-Control Schemes, IEEE CommunicationsMagazi-ne, December 1984.

[4] Spragins, J.; Hammond, J.; Pawlikowski, K.: Telecommunications: Protocols and Design, Reading, MA: Addison-Wesley, 1991.

[5] Warland, J.: Communication Networks: A First Course. New York: Mc Graw-Hill, 1998.

[6] Zorzi, M.; Rao, R.: On the Use of Renewal Theory in the Analysis of ARQ Protocols, IEEE Transactions on Communications, September, 1996.

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 1/2006.

73