Разработка системы космической связи военного назначения с коммутируемым спутниковым моноканалом
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
где е - основание натурального логарифма;
В - максимальная пропускная способность моноканала;
V - скорость бесконфликтной передачи сигналов.
Попытка увеличить эффективность использования моноканала за счет увеличения интенсивности потока кадров на передачу приводит к лавинообразному увеличению конфликтов, а значит увеличению очередей кадров на станциях сети. При этом эффективная скорость передачи информации в моноканале падает, т.е. снижается производительность ПРС.
Для повышения эффективности использования моноканала, и производительности ПРС необходимо сократить суммарное потерянное время передачи Tпвп изображенное на рисунке 1.1, при котором ресурс моноканала используется бесполезно. В этих целях предложены три способа улучшения метода P-Aloha, которые могут использоваться все вместе или в любых комбинациях:
- тактирования времени работы моноканала;
- прослушивание моноканала перед началом передачи кадра, iелью определения его состояния (свободен/занят);
- контроль моноканала во время передачи кадра iелью прерывания передачи в случае обнаружения конфликта.
При использовании метода бесконтрольного доступа с тактированием времени (S-Aloha - Aloha с сегментированием), станции ПРС имеют устройства синхронизации, обеспечивающие деление временной шкалы на равные периоды или временные окна, длительность которых без учета защитных интервалов равна времени передачи кадра Тк изображенное на рисунке 1.4. По готовности, станции "размещают" передаваемые кадры в начале очередного временного окна. Благодаря этому в случае столкновения кадров происходит их полное наложение, что ведет к уменьшению Тпвп по сравнению с методом P-Aloha. Это позволяет увеличить коэффициент использования моноканала в 2 раза, т.е. получить его увеличение до уровня 0,36. Факт конфликта фиксируется на основе искажения кадра, принимаемого из моноканала. Для выхода из конфликта повторная передача искаженных кадров осуществляется с некоторой вероятностью Р в очередном окне. Вероятность Р при этом называется настойчивостью, а алгоритмы, реализующие такой способ передачи в очередном окне Р-настойчивыми алгоритмами.
Рисунок. 1.4 - Бесконтрольный доступ с тактированием времени
Другой способ выхода из конфликта состоит в передаче кадра через случайное или детерминированное число окон. В последнем случае может учитываться порядковый номер станции. Не исключается то, что кадр, передаваемый повторно, вновь будет конфликтовать, но уже с кадром другой станции. В этом случае происходит та же процедура, но время ожидания момента повторной попытки передачи кадра возрастает.
Механизм квитирования, как и в случае метода P-Aloha для космических ПРС может быть как пассивным, так и активным.
Одним из путей повышения эффективности использования моноканала обоих рассмотренных методов является отказ от передачи кадра, если какая-то другая станция уже передает свой кадр в моноканале.
Рассмотрим метод доступа с обнаружение передачи (CSMA/МДКН - множественный доступ с контролем несущей). Чаще всего МДКН применяется без тактирования по времени, то есть без деления временной шкалы на окна. Следует отметить, что его практическое применение целесообразно в случае малой задержки распространения сигнала Тр в моноканале, для которой выполняется неравенство Тр<Тк, где Тк - время занятия моноканала передачей кадра. Это условие выполняется для наземных ПРС и космических ПРС, использующих низкоорбитальные ретрансляторы.
Ограничение Тр<Тк обусловлено тем, что при прослушивании моноканала информация о его не занятости с увеличением Тр устаревает, то есть теряет свою достоверность. Прослушивание моноканала иногда называют "контролем несущей".
Реализуется МДКН следующим образом. Каждая станция через случайные (достаточно короткие) интервалы времени прослушивает моноканал. Если моноканал свободен, то станция осуществляет передачу кадра, если занят, то откладывает его передачу на случайное время, после чего снова прослушивает моноканал.
За счет малого значения Тр информация о не занятости моноканала к моменту начала передачи кадра резко снижает вероятность возникновения конфликта, что приводит к уменьшению суммарного Тпвп. При малых значениях Тр, характерных для наземных ПРС эффективность использования моноканала составляет величину 0,6-0,8. Отметим, что за счет конечного времени распространения сигнала с увеличением Тр вероятность конфликта возрастает.
Для космических ПРС механизм квитирования может быть как пассивным, так и активным.
Повторная передача проконфликтовавших кадров осуществляется на основе результатов прослушивания моноканала.
Для систем спутниковой связи с ретрансляторами, размещаемыми на высоковытянутых эллиптических орбитах и геостационарных орбитах величина Тз составляет 240-270 мс, что не позволяет рекомендовать данный метод для практической реализации в предлагаемой перспективной системе спутниковой связи.
Также используется доступ с контролем столкновений. В этом случае станция начинает передачу кадра в любое необходимое для неё время и прекращает её, если в моноканале произошло столкновение кадров, одновременно передаваемых несколькими станциями. Повторная передача конфликтовавших кадров осуществляется вновь через различные случайные или детерминированные интервалы времени. Этот метод также повышает скорость передачи информации, т.к. отпадает необход