УДК 004.728.3.057.4
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПЕРЕДАЧ ДАННЫХ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
ПО ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯМ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СТАНЦИЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
Бистерфельд Ольга Александровна,
доцент кафедры информатики и вычислительной техники, кандидат технических наук, доцент Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина,
г. Рязань, Россия bist19@yandex. ru
В статье рассмотрен способ повышения надежности передач данных в реальном времени по каналу связи со спутниковым сегментом в монопольном режиме. Предлагается парировать зависимость характеристик надежности канала от интенсивности передач данных путем искусственного замедления переда и оптимизировать значения управляющих параметров транспортного протокола. Приведены алгоритмы моделирования пропускной способности транспортных протоколов, проанализированы результаты моделирования.
Ключевые слова: распределенные автоматизированные системы; геостационарные станции спутниковой связи; передача данных; надежность; моделирование.
METHOD OF RELIABILITY AUGMENTATION
OF DATA TRANSFERS IN REAL TIME WITH USAGE OF GEOSTATIONARY STATIONS OF SATELLITE COMMUNICATION
Olga Bisterfeld, senior lecturer of faculty of computer science, Ph.D. in Technical Science
Ryazan State University named for S.A. Esenin, Ryazan, Russia bist19@yandex. ru
In article consider a method of reliability augmentation of data transfers in real time with usage of geostationary stations of satellite communication in an exclusive mode. Artificial deceleration of transmissions should parry dependence of characteristics of reliability of the channel on intensity of data transfers. Controlling parameters of the transport protocol should be optimized. Algorithms of modeling of throughput of transport protocols are described, results of modeling are analyzed.
Keywords: distributed automated systems; geostationary stations of satellite communication; data transfer; reliability; modeling.
Важным аспектом организации данных в распределенных автоматизированных системах подготовки к эксплуатации и эксплуатации сложных технических комплексов (таких, как ракетно-космическая и авиационная техника, системы атомных и гидроэлектростанций и др.) (РАС ПЭ) является передача данных между компонентами систем, удаленных друг от друга на большие расстояния. Возможности использования телекоммуникационных средств, привычных для других систем, в РАС ПЭ существенно ограничены. На практике для решения специфичных для РАС ПЭ проблем передачи данных используют геостационарные станции спутниковой связи (ГССС). ГССС - это совокупный набор комплексов технических средств (земных станций), обеспечивающих обмен информацией по спутниковым каналам связи между территори-ально-распределенными объектами через геостационарный спутник-ретранслятор [1].
Передача основных объемов данных осуществляется в монопольном режиме: в канале связи отсутствуют передачи каких-либо иных потоков данных. При требовании отсутствия существенных задержек передаваемых данных (например, в системах реального времени) используют протоколы без подтверждения.
Особенностями ГССС являются нестабильность показателей характеристик надежности каналов связи. Характеристики потоков передаваемых данных также постоянно меняются. В предельном случае по ходу отдельных сеансов связи целе-
сообразны оперативные изменения настроек телекоммуникационных средств. В этих условиях перспективны средства оперативного определения текущих значений показателей надежностных характеристик каналов связи и средства адаптации телекоммуникационного оборудования к их изменениям.
Известны эвристические способы повышения надежности передачи данных при применении ГССС. В способе [2] в период регистрации данных телеизмерений передается только часть данных в реальном времени с выполнением при этом требований по времени доставки и по достоверности передачи, а после периода регистрации - гарантированно доставляются все зарегистрированные данные по протоколу с подтверждением.
Для решения задачи передачи данных в реальном времени по транспортному протоколу без подтверждения потребителю передаются только значимые для использования в этот период данные. Весь же объем зарегистрированных данных запоминают в месте приема телеизмерений.
Сокращением данных передаваемых в реальном времени создается временной резерв, который используется для повышения достоверности передач данных. Для решения задачи выполнения требований по достоверности передачи данных помимо использования помехоустойчивого кодирования блоков данных для каждого передаваемого блока данных формируются и передаются один или несколько резервных блоков.
Передача резервных блоков при передаче части измерительных данных в реальном времени приводит к тому, что критичный сегмент связи (в указанном применении - через спутники-ретрансляторы на геостационарной орбите) постоянно нагружается передачей данных с предельно допустимой для канала скоростью их пересылки. Вероятность искажения символов сообщений на предельной частоте зачастую существенно больше вероятности искажения при меньшей частоте передач. Выигрыш в повышении достоверности за счет передачи резервных блоков может быть в значительной степени нивелирован ухудшением качества передачи из-за предельной загрузки канала связи.
Цель предлагаемого способа передачи данных по каналу связи со спутниковым сегментом в реальном времени - повышение достоверности передачи.
Описание способа передачи данных
В процессе подготовки к передаче данных проводят тестирование канала связи. Цель тестирования - оценка фактических характеристик надежности канала связи. Например, передаются в режиме без подтверждения блоки тестовых данных. При тестировании изменяют размер передаваемых блоков данных, а также изменяют скважность передачи (перед передачей символов блока данных в канал связи осуществляют задержку на заданный временной интервал). На приемной стороне подсчитывают количество искаженных блоков при различных параметрах тестовых данных (скважность передачи символов и размер блока). Полученные данные используют в качестве исходных для моделирования передач данных по каналу связи. Моделируют варианты передач данных в режиме реального времени. По результатам моделирования определяют оптимальные для данного канала связи параметры передач данных, а именно: задержку перед выдачей
очередного символа в канал связи (скважность передач Qп); размеры блока R (при передаче по протоколам без подтверждения); число передаваемых резервных блоков крб .
В процессе передачи данных в реальном времени (при передаче части данных, необходимых для репортажа о поведении сложного технического объекта) на передающей стороне осуществляется, как и в известном способе, передача текущих блоков измерительной информации, а также передача одного или нескольких резервных блоков, регламентированная временным ограничениям реального времени. В отличие от известного способа, в соответствии с данными моделирования устанавливают при необходимости временную задержку перед выдачей символов в канал связи и размер блока данных. При определенных сочетаниях фактической вероятности искажения передаваемого символа в канале связи Р0 (завися-
щей от интенсивности передач) и размера блока достигается более высокая эффективная пропускная способность Sэ пбп (объем переданных без искажений данных в единицу времени).
На принимающей стороне осуществляются:
- прием блоков данных, регламентированный временными ограничениями реального времени;
- выбор блока, содержащего неискаженную информацию или, при условии отсутствия такого блока, восстановление наименее искаженного блока данных.
- В предлагаемом способе два аспекта новизны:
- парирование зависимости надежностных характеристик канала от интенсивности передач данных путем искусственного замедления передач (изменением скважности передач символов в канале);
- оптимизация вектора управляющих параметров транспортного протокола.
Алгоритмы имитационного моделирования передач данных по каналу связи со спутниковым сегментом в реальном времени
На рис. 1 показан алгоритм сбора данных по пропускной способности наиболее широко применяемого на практике протокола без подтверждения (UDP).
Рис. 1. Алгоритм моделирования пропускной способности транспортного протокола без подтверждения (тут - заданное время моделирования; гЬ - размер блока; гтЬ - размер заголовков; sb - пропускная способность канала; tdk - время доставки данных в канале связи; k - заданное число прогонов модели; q - заданная скважность передач; р - модельная вероятность ошибки передачи символа в канале; ] - переменные циклов; ут - текущее время модели; т -случайная величина; td - суммарное время доставки блоков; пор -
число переданных блоков; по - число переданных без искажений блоков; tds = td/no - среднее время доставки блоков)
В качестве параметров моделирования задаются дискретные значения скважности передачи символов в канале связи и для каждого из этих значений указывается соответствующая вероятность ошибки при передаче символа. При установке исходных значений р присваивается выбранное значение р! (р1 -вероятность ошибки передачи символа при q1, р2 - вероятность ошибки передачи символа при q2 и т.д.).
Алгоритм сбора данных по пропускной способности протокола без подтверждения с передачей резервных блоков данных [2] показан на рис. 2.
В алгоритмах также реализуется моделирование предлагаемого способа повышения эффективности передач за счет управления скважностью передач символов в канале связи (путем задания значения q).
Рис. 2. Алгоритм моделирования пропускной способности транспортного протокола без подтверждения с передачей резервных блоков (тут - заданное время моделирования; гЬ - размер блока; гтЬ - размер заголовков; sb - пропускная способность канала; tdk - время доставки данных в канале связи; k - заданное число прогонов модели; q - заданная скважность передач; р - модельная вероятность ошибки передачи символа в канале; g - переменные циклов; ут -текущее время модели; т - случайная величина; td - суммарное вре-
мя
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.