Методы автоматического запроса повторения (азп, arq)

Существует два вида подтверждения о приеме информационных кадров, то есть кадров, содержащих поле данных:

• Положительное подтверждение – ACK

• Отрицательное подтверждение – NACK

В обоих случаях подтверждение может быть оформлено в виде специального кадра, либо вставлено в управляющее поле информационных кадров, переносящих данные в обратном направлении. Передающая сторона, не получившая подтверждения в течение заданного промежутка времени (истечение таймера), повторяет соответствующий кадр. До получения положительного подтверждения переданные кадры сохраняются в накопителе передающей стороны. Выбранный интервал тайм-аута должен быть больше максимально возможной задержки на пересылку кадра и прием соответствующего извещения.

Существуют три основных процедуры передачи информационных кадров в системах ARQ:

• Передача с остановкой и ожиданием (SAW – Stop And Wait), часто называемый блочным методом передачи.

• Непрерывная передача с возвращением на N кадров (GBN – Go Back N), также называемый потоковым методом передачи.

• Непрерывная передача с выборочным (селективным) повтором (SR – Selective Repeate).

Передача с ожиданием SAW

Согласно этой процедуре без подтверждения может быть передан только один информационный кадр. Если поступает отрицательное подтверждение или произойдет превышение времени тайм-аута, кадр передается повторно. Кадр стирается из накопителя передатчика только после положительного подтверждения.

ACK

NACK

ACK

Как видно из диаграммы, при искажении кадра подтверждения приемная сторона может получить 2 и более копии одного и того же I-кадра. Их называют дубликатами. Для борьбы с дубликатами принимающая сторона должна хранить номер (идентификатор) последнего I-кадра, принятого без ошибок.

Данную процедуру удобно использовать при полудуплексной связи, когда передача сторон чередуется. Если время распространения сигнала на звене данных пренебрежимо мало, из-за небольшой протяженности канала или по причине низкой скорости передачи, процедура SAW не приводит к серьезному снижению производительности всей системы.

Передача с возвращением на N кадров GBN

При механизме GBN звено данных используется эффективнее. Алгоритм работы системы для случая синхронной работы звена данных заключен в следующем:

• Передатчик посылает I-кадры, не дожидаясь возвращения кадров ACK.

• Передатчик сохраняет копии каждого посланного кадра в накопителе повторной передачи.

• Список повторной передачи функционирует на основе дисциплины FIFO (первым пришел – первым вышел).

• Приемник отправляет кадр ACK для каждого правильно принятого I-кадра и NACK для I-кадров, в которых обнаружены ошибки.

• После приема I-кадра с номером K, в котором обнаружены ошибки, приемник аннулирует все последующие I-кадры, пока не получит кадр с номером K.

Диаграмма работы такой системы в синхронном режиме приведена на рисунке ниже. Возврат в случае повторной передачи всегда происходит на одно и то же число кадровN, где N – размер окна передачи (емкость буфера повторной передачи). Производительность системы с GBN значительно выше, чем у системы с SAW.

В практических версиях процедур GBN (асинхронная процедура LAPB, рассматривается ниже) положительное подтверждение может служить подтверждением правильной передачи не только данного кадра, но и всех предшествующих ему. Искажение кадров подтверждений может привести к появлению дубликатов или потере I-кадров.

Передача с выборочным повторением SR

В соответствии с процедурой SR повторная передача данных осуществляется только для кадра, на который поступило отрицательное подтверждение, либо истекло время тайм-аута подтверждения. В этом случае по сравнению с предыдущими процедурами значительно увеличивается пропускная способность системы ПД. Однако реализация SR является более сложной и дорогостоящей. Эффективность системы ПД с SR в идеальном случае зависит только от качества каналов связи.

Порядковые номера I-кадров и механизм окна

Во всех рассмотренных схемах передачи предполагается, что каждый пересылаемый I-кадр уникально идентифицирован. На практике эти номера называют порядковыми номерами. Передающая сторона поддерживает переменную V(S), которая характеризует состояние передачи и задает тот порядковый номер, который передатчик присвоит следующему пересылаемому I-кадру. Приемная сторона поддерживает переменную V(R), характеризующую состояние приема. Эта переменная задает номер I-кадра, который принимающая сторона рассчитывает получить.

Каждый отправляемый I-кадр содержит свой порядковый номер N(S) равный текущему значению переменной V(S). По окончании передачи кадра значение V(S) увеличивается на 1.

Каждый I-кадр, поступивший в приемник, не содержащий ошибок и имеющий номер N(S) равный текущему значению переменной V(R), принимается и вызывает увеличение значения V(R) на 1.

При использовании процедуры GBN передающая сторона может непрерывно посылать кадры, не дожидаясь подтверждений. Если приемная станция не может передавать кадры с такой же скоростью, с которой получает их, то ее буферная память может переполниться. Чтобы учесть возможность такого события, в процедурах ARQ ограничивается число I-кадров, которые передающая сторона может послать до получения извещения.

Верхний предел числа I-кадров, выделенных в списке повторных передач, называют окном передачи звена (М_пер).

При определении окна передачи совместно учитываются максимальная длина кадра, объем доступной буферной памяти и скорость передачи по каналу связи в бит/с.

Принимающая сторона должна хранить список идентификаторов М_пр последних правильно полученных ею кадров. Это необходимо для решения проблемы возможных дубликатов и потерь кадров.

Число сохраняемых идентификаторов правильно принятых I-кадров называется окном приема звена (М_пр ).

При схеме GBN М_пр=1, так как при поступлении любого кадра, нарушающего порядок, принимающая сторона аннулирует его и ждет следующего по порядку кадра. При схеме SR для звена данных устанавливаются равные окна передачи и приема.

Так как число I-кадров, которые могут находиться в процессе передачи по звену, ограничено, также является ограниченным диапазон порядковых номеров, которые требуются для уникальной идентификации каждого кадра.

При схеме SAW каждое из окон равно 1, поэтому достаточно двух идентификаторов, чтобы определить, является ли полученный кадр новым кадром или дубликатом старого. Обычно в качестве идентификаторов берут 0 и 1. Для такой нумерации достаточно одного двоичного разряда.

При схеме GBN число идентификаторов должно быть на 1 больше окна передачи М_пер+1 . Число необходимых двоичных символов m для организации нумерации соответственно увеличивается 2^m>=М_пер+1.

При схеме SR размеры окна передачи и приема звена равны М , а число идентификаторов должно быть не менее 2М+1 .