Способ передачи данных по каналу связи с фиксированной технической скоростью при поступлении сообщений от источника в случайные моменты времени

Способ передачи данных по каналу связи с фиксированной технической скоростью при поступлении сообщений от источника в случайные моменты времени

Реферат

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных, преимущественно без канала обратной связи, для согласования изменяющейся скорости поступления информации от источника сообщений с фиксированной технической скоростью передачи в канале связи в случаях, когда от источника сообщений информация поступает в виде блоков одинакового размера, но в случайные моменты времени.

При разработке систем связи, в которых подлежащая передаче информация обладает свойством быстрого старения, как, например, аппаратура синхронной передачи данных, возникает задача обеспечения минимальной задержки в канале связи. Если источник сообщений непрерывно выдает данные с заданной скоростью, передача поступающих от источника данных по каналу связи, в большинстве существующих систем, осуществляется непрерывно с той же скоростью по мере их поступления или, если используется помехоустойчивое кодирование, с соответственно большей, но также постоянной скоростью.

В случае, когда данные от источника поступают в случайные моменты времени, возникает проблема согласования скорости передачи данных в канале связи со скоростью поступления данных от источника сообщений.

Известен способ передачи информации с улучшенным форматом сообщения [1]. В многоузловой сети передачи данных по речевым каналам с каждого модема местной станции передается заключительная часть сообщения, перед которой передаются данные пользователя, идентификатор модема и порядковый номер (перед каждой начальной и контрольной суммами). Измерение в приемнике промежутка между следующими друг за другом порядковыми номерами сообщений, передаваемых с конкретного модема, используется для точного расчета скорости передачи сообщений этим модемом.

Недостатком данного способа является оперативное изменение технической скорости передачи в канале, что требует наличия канала обратной связи и введения информационной избыточности для обмена служебными командами.

Прототипом заявляемого способа является способ передачи данных по каналу связи [2], заключающийся в том, что пакеты данных передаются по каналу связи в случайные моменты времени, по мере их поступления от источника сообщений. В промежутках между сообщениями передача информации по каналу связи не осуществляется. В этом случае для приема каждого сообщения необходимо заново решать задачи обнаружения сигнала, установления тактовой синхронизации, отвечающей за определения временных границ для каждой элементарной посылки, и задачу установления цикловой синхронизации, служащей для определения начала содержательной части в сообщении, для чего перед сообщением передаются определенного вида синхропоследовательности. Если данные от источника сообщений поступают блоками неодинакового размера, дополнительно вводятся команды для определения границ полезной информации. При этом техническая скорость передачи в канале изначально устанавливается в расчете на максимальную интенсивность поступления данных от источника, с учетом добавляемой к пакетам данных избыточности. В качестве примера можно привести способ передачи данных в формате двоичной синхронной связи (Binary Synchronous Communications (BSC)), в котором каждый канальный блок состоит из тактовой последовательности (PAD), двух цикловых последовательностей (SYN), символа начала заголовка (SOH), заголовка, содержащего различные служебные команды (ОН), символа начала текста (STX), текста с полученными от источника сообщений данными (ТХ), а также символа конца текста (ЕТХ).

Недостатком прототипа является то, что для возможности отделения на приемной стороне полезной информации из всего потока принимаемых данных на передающей стороне необходимо вводить дополнительные служебные последовательности, позволяющие обозначить начало и конец для каждого блока с полезной информацией.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе на передающей стороне производится подсчет количества информационных блоков, приходящих от источника сообщений, на заданном интервале времени, соответствующем длительности канального блока, а затем поступившие блоки собираются в единый массив данных, для которого формируется и добавляется циклическая контрольная сумма (CRC), причем массив данных с CRC кодируется помехоустойчивым кодом, избыточность и исправляющая способность которого тем выше, чем меньше информационных блоков содержится в сформированном массиве, при этом сформированный канальный блок данных модулируется, проходит по каналу связи и на приемной стороне после демодуляции поступает на декодирующее устройство, где производится операция декодирования для всех возможных вариантов кодов, в зависимости от возможного количества исходных информационных блоков, причем для всех реализаций декодирования производится разбиение данных на информационные блоки и производится вычисление CRC, при этом, если для какого-то из вариантов декодирования контрольная сумма совпадает, то осуществляется передача информационных блоков, полученных от данного варианта декодирования, приемнику сообщений, если же контрольные суммы не совпадают для всех вариантов, то передача информации приемнику сообщений не производится, причем данная операция осуществляется циклически для каждого интервала времени, соответствующего длительности канального блока.

Предлагаемый способ передачи данных не требует обратного канала связи для осуществления адаптации по скорости передачи данных, а также не требует введения избыточности, связанной с передачей служебных команд на смену режима работы демодулятора или введения последовательностей, обозначающих начало - конец информационной части в сообщении.

На чертеже представлена структурная схема способа передачи данных.

Она содержит: 1 - источник информации; 2 - модуль памяти; 3 - таймер-счетчик пакетов; 4 - устройство добавления CRC; 5 - кодирующее устройство, состоящее из генератора и кодеров; 6 - модулятор; 7 - канал связи; 8 - демодулятор; 9 - устройство установления и удержания цикловой синхронизации; 10 - модуль памяти; 11 - декодирующее устройство, состоящее из декодеров; 12 - устройство проверки по CRC; 13 - приемник информации.

Предположим, что от источника информации в случайные моменты времени поступают пакеты данных фиксированной длины из К бит. Под заданную длину пакета подбирается набор из М помехоустойчивых кодов с параметрами (N, K_m), где:

N - количество бит данных, получаемых с выхода кодера;

K_m - количество исходных бит данных на входе кодера,

K_m=K·m+C, m=1…M;

С - количество отведенных для циклической контрольной суммы бит.

Длина кодового блока N выбирается из соотношения N>K·M+C. Время накопления информации Т определяется как минимальное время, за которое от источника информации может поступить М пакетов с данными. Необходимая техническая скорость в канале связи определяется как V=N/T.

Пакеты данных размером К бит, поступающие от источника информации 1, сохраняются в модуле памяти 2. Таймер-счетчик пакетов 3 осуществляет формирование временных отрезков длительностью Т, а также фиксирует приход каждого пакета данных и подсчитывает количество пакетов m, поступивших от источника информации 1 в течение периода времени Т.

В том случае, если по завершении интервала времени Т количество пакетов m>0, то таймер-счетчик пакетов 3 подает на модуль памяти 2 сигнал на передачу блока данных из m пакетов, накопленных за период времени Т, на устройство добавления CRC 4, где для блока данных из К·m бит формируется и добавляется циклическая контрольная сумма размером С бит. Для вычисления циклической суммы предлагается использовать широко распространенный алгоритм, использующий циклический избыточный код - Cyclic Redundancy Code (CRC), представляющий собой высокоэффективное средство обнаружения ошибок, позволяющее определить наличие искажения данных по циклической контрольной сумме как при искажении одного, так и более бит в информационной последовательности.

Сформированный таким образом блок данных из К·m+С бит поступает на кодирующее устройство 5, где для него, в зависимости от полученного с таймер-счетчика пакетов 3 значения m, запускается соответствующий алгоритм кодирования, в результате чего формируется закрытый циклической контрольной суммой и помехоустойчивым кодом канальный блок данных размером N бит. Переданные в кодирующее устройство 5 пакеты данных удаляются из модуля памяти 2, а таймер-счетчик пакетов 3 обнуляется и начинает заново подсчитывать количество приходящих пакетов данных уже для следующего интервала времени Т.

Если же за интервал времени Т не поступило ни одного пакета данных, т.е. m=0, то кодирующее устройство 5 генерирует некоторую псевдослучайную последовательность (ПСП) из N бит, обозначающую отсутствие полезной информации, служащую для удержания цикловой синхронизации на приемной стороне при отсутствии информации от источника сообщений.

Сформированный таким образом канальный блок данных или ПСП размером N бит поступает на модулятор 6, после чего сформированный модулятором 6 аналоговый сигнал поступает в канал связи 7.

На приемной стороне аналоговый сигнал из канала связи 7 поступает на демодулятор 8. Предполагается, что ранее, в процессе организации сеанса связи, по поступающей с выхода демодулятора 8 информации, устройством установления и удержания цикловой синхронизации 9 было произведено установление циклового синхронизма, отвечающего за определение в потоке данных начала прихода очередного канального блока длиной N бит. Поступающие с демодулятора 8 данные накапливаются в модуле памяти 10. Как только с выхода устройства установления и удержания цикловой синхронизации 9 на модуль памяти 10 поступает сигнал цикловой синхронизации, соответствующий завершению приема канального блока данных длиной N бит, этот блок данных поступает на декодирующее устройство 11, а модуль памяти 10 очищается и начнет накапливать данные для следующего канального блока. В декодирующем устройстве 11 осуществляется М операций декодирования поступившей информации размером N бит в соответствии с алгоритмом декодирования для каждого из М используемых кодов.

С выхода декодирующего устройства 11 все М полученных в результате декодирования последовательностей, размером К·m+С бит каждая, где m принимает значения от 1 до М, одновременно поступают на устройство проверки по CRC 12, где для каждой из них производится разделение на m пакетов данных, размером К бит каждый, и циклическую контрольную сумму из С бит, а затем осуществляется проверка по CRC. Если для какого-то одного из М вариантов полученных последовательностей размером К·m бит проверка по CRC не выявит искажений, то соответствующие данному варианту m пакетов данных, размером К бит каждый, передаются приемнику информации 13. Если же проверка обнаружит ошибки по CRC во всех М вариантах, то передача данных на приемник информации 13 не производится.

Образующаяся из-за операций накопления данных дополнительная задержка передачи информационных блоков от корреспондента до абонента соответствует T_D≤2·Т.

Способ передачи данных по каналу связи может применяться в системах сбора и передачи данных, использующих асинхронные источники информации и неадаптивные каналы связи.

Положительным результатом способа является отсутствие необходимости использования канала обратной связи и введения системы служебных команд как для адаптивного изменения во время сеанса связи режимов работы модулятора - демодулятора, так и для обозначения границ блоков с полезной информацией. Образующаяся за счет различия технической скорости передачи в канале и скорости поступления данных от источника сообщений информационная избыточность практически полностью расходуется на повышение степени достоверности приема сообщений.

Источники информации

1. Патент ЕПВ (ЕР) №890705, кл. H04L 11/00.

2. Сипсер Р. Архитектура связи в распределенных системах (перевод на русский язык). Москва, Мир, 1981, т.1, т.2. (см. т.1, стр.386).

Способ передачи данных с фиксированной скоростью, состоящий в том, что от источника информации в случайные моменты времени поступают пакеты данных фиксированной длины из К бит, отличающийся тем, что на передающей стороне под заданную длину пакета подбирается набор из М помехоустойчивых кодов с параметрами (N, K_m), где N - количество бит данных, получаемых с выхода кодера, К_m - количество исходных бит данных на входе кодера, причем пакеты данных размером К сохраняются в модуле памяти, а таймер-счетчик пакетов осуществляет формирование временных отрезков длительностью Т, фиксирует приход каждого пакета данных и подсчитывает количество пакетов т, поступающих от источника информации в течение периода времени Т, для блока данных из К·m бит формируется и добавляется циклическая контрольная сумма размером С бит, причем сформированный таким образом блок данных из К·m+С бит поступает на кодирующее устройство, где для него в зависимости от полученного с таймера-счетчика пакетов значения m запускается соответствующий алгоритм кодирования, при этом сформированный канальный блок данных модулируют, аналоговый сигнал поступает в канал связи, поступающие демодулированные данные накапливают в памяти и после завершения приема канального блока данных длиной N декодируют, при этом осуществляют М операций декодирования принятого канального блока данных размером N бит в соответствии с алгоритмом декодирования для каждого из М используемых помехоустойчивых кодов, все М полученных в результате декодирования последовательностей, размером К·m+С бит каждая, где m принимает значение от 1 до М, одновременно поступают на устройство проверки по CRC, где для каждой из них производится разделение на m пакетов данных, размером К бит каждый, и циклическую контрольную сумму из С бит, а затем осуществляется проверка по CRC, причем операцию накопления данных осуществляют циклически для каждого интервала времени, соответствующего длительности канального блока.