какие методы исправления ошибок при передаче сигнальных сообщений бывают
3.5. Способ обнаружения ошибок в сигнальных единицах
Прежде всего каждая принятая сигнальная единица проверяется на длину, которая должна быть не менее 6 байт (включая открывающий флаг) и делиться на 8. Если это условие не выполнено, то сигнальная единица стирается и монитор интенсивности ошибок в сигнальных единицах увеличивает свое содержание.
Обнаружение ошибок осуществляется с помощью16 проверочных бит СК, передаваемых в конце каждой сигнальной единицы. Проверочные биты формируются передающей частью звена сигнализации. Они являются единичным добавлением суммы (по модулю 2) из:
• остатка после умножения на х и деления (по модулю 2) на образующий полином x 16 +x 12 +x 5 +1 содержимого сигнальной единицы (биты берутся аналогично).
В приемной части звена сигнализации по аналогичному алгоритму для принятой сигнальной единицы определяются проверочные биты и сравниваются с принятыми. Если полного соответствия не обнаружено, сигнальная единица стирается.
Стирание значащих сигнальных единицMSU приводит в свою очередь в действие механизм исправления ошибок.
3.6. Способы исправления ошибок
Ключевым моментом при работе сети ОКС является организация правильной последовательности передачи сигнальных единиц с заданной достоверностью, что реализуется на втором и первом уровнях. Остановимся на алгоритмах исправления ошибок, которые реализуются на втором уровне.
Для обеспечения возможности повторной передачи СЕ записываются в буферную память на передающей стороне с сохранением последовательности переданных прямых порядковых номеров. По мере поступления обратных порядковых номеров производится стирание в буферной памяти тех сигнальных единиц, на которые поступили квитанции подтверждения.
В системе сигнализации ОКС №7 предусмотрены два метода исправления оши-
бок: основной метод и метод превентивного циклического повторения.
Для определения областей применения этих двух методов в международной связи используются следующие критерии:
• основной метод применяется для звеньев сигнализации, использующих немежконтинентальные наземные средства передачи, и для межконтинентальных звеньев сигнализации, в которых время распространения в одном направлении не превышает
• метод превентивного циклического повторения применяется для межконтинентальных звеньев сигнализации, в которых время распространения в одном направлении больше или равно 15 мс, и для всех звеньев сигнализации, установленных через спутник. В случаях, если установленное через спутник звено сигнализации входит в международный пучок звеньев, превентивное циклическое повторение должно использоваться во всех звеньях сигнализации этого пучка.
Основной (базовый) метод исправления ошибок
Используется система с положительным/отрицательным подтверждением и исправлением ошибок путем невынужденного повторения. Передаваемая сигнальная единица запоминается в передающей части оконечного устройства звена сигнализации до тех пор, пока на нее не будет принято положительное подтверждение. Если принято отрицательное подтверждение, передача новых сигнальных единиц прерывается и те сигнальные единицы, которые уже были переданы, но еще положительно не подтверждены, должны повторно передаваться один раз, начиная с той, на которую получено отрицательное подтверждение, и в той последовательности, в которой они передавались в первый раз. Для уменьшения числа повторных передач и времени задержки значащих сигнальных единиц запрос на повторную передачу делается только в случае потери значащих сигнальных единиц MSU.
На рис. 3.9 показано условное обозначение процедур взаимодействия уровней1 и 2 фрагментов сети ОКС. На каждой из взаимодействующих сторон (А и Б) процедуры передачи и приема функционируют независимо друг от друга. Причем процедура передачи стороны А взаимодействует с процедурой приема стороны Б и наоборот. Для спецификации алгоритмов приема и передачи будем пользоваться языком SDL
В общем случае работа сети ОКС ведется в дуплексном режиме, т.е. сигнальные единицы передаются в обе стороны и с обеих сторон поступает подтверждения о принятых СЕ. Однако для лучшего понимания сущности алгоритмов уровня2 ОКС рассмотрим вначале симплексный режим, т.е. ситуацию, когда одна сторона передает
Рис. 3.9. Процедура взаимодействия вторых уровней сети ОКС
Рассмотрим процедуру передачи значащей сигнальной единицыMSU со стороны А в сторону Б в симплексном режиме. Характерной особенностью передачи MSU является то, что они могут многократно передаваться до получения подтверждения.
Значение прямого бит-индикатора FBI в передаваемой MSU формируется в соответствии со значением BBI той MSU, на которую поступила последняя квитанция подтверждения или переспроса.
На приемной стороне Б сигнальная единица проходит кодовую проверку и про-
верку на сохранение последовательности передачиMSU. Если MSU удовлетворяет всем проверкам, то на передающую сторону выдается квитанция о подтверждении приема. Квитанция входит в рассматриваемом случае в состав заполняющей сигнальной единицы и представляет собой второй байт FISU (см. рис. 3.4). Значение обратного порядкового номера BSN формируется в соответствии сFSN той сигнальной единицы, на которую выдается подтверждение, т.е. BSN = FSN. Значение BBI принимается равным FBI полученной MSU (рис. 3.10, а). Если принятая MSU не проходит хотя бы одну из проверок, то на передающую сторону выдается переспрос на повторную передачу (отрицательное подтверждение). Переспрос входит в состав заполняющей SU и формируется таким образом, что BSN = FSN, а значение BBI инвертируется по отношению к FBI (см. рис. 3.10 б).
На передающей стороне А для SU с одинаковыми BSN и FSN проверяется соотношение между FBI и BBI. Если биты-индикаторы соответствуют друг другу, то считается, что сигнальная единица передана без ошибок. Если соответствие битовиндикаторов нарушено, то это расценивается как сигнал на повторную передачу
Рис. 3.10. Процедуры положительного (а) и отрицательного (б) подтверждения приема сигнальной единицы
Так как значение FBI на передающей стороне формируется в соответствии со значением BBI последней полученной квитанции, то изменение состоянияFBI на приемной стороне расценивается как начало повторной передачи из буфера.
Перейдем к рассмотрению алгоритмов процедуры передачи и приема сигнальных единиц, обеспечивающих обмен сигнальными сообщениями по ОКС в симплексном режиме. На рис. 3.11 представлена SDL-диаграмма алгоритма передачи значащих сигнальных единиц на передающей стороне. Функционирование алгоритма происходит в непрерывно циклическом режиме, что соответствует постоянной передаче MSU
либо в нормальном режиме, либо в режиме повтора, либо в режиме передачи заполняющих сигнальных единицFISU. Работа алгоритма начинается с анализа буфера заявок, поступающих от третьего уровня ОКС. Если заявки отсутствуют, то осуществляется проверка состояния буферной памяти. При отсутствии значащих сигнальных единиц в буфере производится передача заполняющей сигнальной единицы. Если буфер не пуст, то производится выдача последней MSU, на которую не поступало подтверждение.
Переданные значащие СЕ воспринимаются на приемной стороне процедурой приема. На рис. 3.12 представлен алгоритм этой процедуры на стороне В, специфицированный на языкеSDL. Инициализация алгоритма происходит при поступлении сигнала о получении очередной СЕ. Дальнейшие действия зависят от соответствия прямых порядковых номеров только что полученной и предыдущей полученной СЕ. Для выявления этого соответствия вычисляют их разность с учетом модуля128:
Вычитание по модулю 128 означает, что разность между числами 0 и 127 положительна и равна единице, т.е. 0-127=1. Это объясняется цикличностью изменения ППН в пределах 0 1. Разность меньше нуля, т.е. очередной ППН оказался меньше предыдущего. В этом случае полученная СЕ аннулируется (не принимается к дальнейшей обработке).
2. Разность равна нулю, т.е. очередной ППН оказался равен предыдущему. В этом случае производится анализ длины полученной СЕ. Если индикатор длины Ll=0, то получена заполняющая СЕ и формируется заявка на ее обработку. Если LI
3. Разность равна единице, т.е. очередной ППН превышает на единицу предыдущий. Это соответствует требуемому порядку приема значащих СЕ. Полученную СЕ отправляют на дальнейшую обработку в3-й уровень ОКС и формируют квитанцию на подтверждение путем сохранения соответствия между ОБИ и ПБИ (ОБИ=ПБИ).
4. Разность больше единицы, т.е. очередной ППН превышает предыдущий на величину, недопустимую при правильном порядке получения значащих СЕ. В этом случае формируется квитанция на переспрос СЕ путем нарушения соответствия между ОБИ и ПБИ (ОБИ=ПБИ).
Рис. 3.11. SDL-диаграмма процесса передачи сигнальных единиц на стороне А
Обработка квитанций на стороне А осуществляется процедурой приема, алгоритм которого изображен на рис. 3.13, б. Инициализация алгоритма происходит при поступлении сигнала о приеме очередной СЕ. Далее анализируется состояние ОБИ и ПБИ. Если между ними существует соответствие(ОБИ=ПБИ ), то производится стирание СЕ с поступившим ОПН из буфера. В противном случае устанавливается признак работы в режиме повтора.
Рис. 3.12. SDL-диаграмма процесса передачи сигнальных единиц на стороне Б
При переходе к дуплексному режиму значащие СЕ передаются в обоих направлениях (как в сторону А, так и в сторону Б). Поэтому рассмотренные алгоритмы усложняются за счет того, что каждый из них должен выполнять практически удвоенные функции. Например, алгоритмы приема должны обеспечивать анализ последовательности приема СЕ и анализ квитанций. Таким образом, для дуплексного режима алгоритм приема представляет собой сочетание алгоритмов, изображенных на рис. 3.12 и 3.13, б. Алгоритм передачи включает в себя и алгоритм передачи значащих СЕ (рис. 3.11), и алгоритм передачи квитанций (рис. 3.1З, а). Процедуры передачи и приема в случае дуплексного режима полностью эквивалентны на обеих сторонах.
Метод превентивного циклического повторения
Это система с положительным подтверждением и невынужденным циклическим повторением, упреждающим исправление ошибок. Передаваемая сигнальная единица запоминается в передающей части оконечного устройства звена сигнализации до тех пор, пока на нее не будет принято положительное подтверждение. В период отсутствия новых значащих сигнальных единиц или сигнальных единиц состояния звена для
Разделение и выравнивание сигнальных единиц
Разделение сигнальных единиц
Начало и конец любой сигнальной единицы отмечается флагом “01111110”.
Для предотвращения имитации флага в любом другом фрагменте сигнальной единицы выполняются следующие действия:
¨ на приемной стороне сигнальный терминал перед распознаванием и изъятием флагов удаляет каждый “0”, следующий за последовательностью из пяти “1”.
Выравнивание сигнальных единиц
Потеря синхронизации (нарушение выравнивания) возникает:
¨ когда принятая битовая последовательность содержит более шести следующих друг за другом единиц;
¨ в случае превышения максимально разрешенной длины сигнальной единицы.
Если принятая последовательность битов содержит более шести последовательных “1”, то счетчики ошибочных сигнальных единиц и ошибок выравнивания переходят в режим “подсчета октетов”, при котором ожидается следующий корректный флаг, а все биты, принятые в этом промежутке, отбрасываются. Этот режим отменяется после приема правильной сигнальной единицы.
Обнаружение ошибок
Функция обнаружения ошибок реализуется при помощи 16 специальных проверочных битов (CK), передаваемых в конце каждой сигнальной единицы.
Проверочные биты формируются сигнальным терминалом на передающей стороне звена сигнализации. Эти биты являются добавлением суммы (по модулю 2) из:
¨ остатка от деления (по модулю 2) x k (x 15 +x 14 +x 13 + … x 2 +x+1) на образующий полином x 16 +x 12 +x 5 +1, где k – число битов в сигнальной единице, расположенных между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом (не включая их самих), исключая биты, вставленные для предотвращения имитации флага;
¨ остатка после умножения на x 16 и деления (по модулю 2) на образующий полином x 16 +x 12 +x 5 +1 содержимого сигнальной единицы (биты выбираются как описано выше).
В сигнальном терминале на приемной стороне звена сигнализации по аналогичному алгоритму осуществляется проверка принятой сигнальной единицы, т.е определяются проверочные биты и сравниваются с принятыми. Если при этом не обнаруживается полного соответствия, то сигнальная единица отбрасывается, что, в свою очередь, приводит в действие механизм коррекции ошибок.
Коррекция ошибок
В системе сигнализации ОКС-7 предусмотрено два метода коррекции ошибок:
¨ метод превентивного циклического повторения (Preventive Cyclic Retransmission, PCR).
Применение того или иного метода в международной связи определяется следующими критериями:
¨ основной метод коррекции ошибок применяется на не межконтинентальных звеньях сигнализации, организованных посредством наземных систем передачи, а также на межконтинентальных звеньях, в которых задержка распространения в одном направлении не превышает 15 мс;
¨ метод превентивного циклического повторения применяется на межконтинентальныхзвеньях сигнализации, в которых задержка распространения в одном направлении больше или равна 15 мс, а также для звеньев, организованных на спутниковых системах передачи.
7.3.1 Базовый метод коррекции ошибок
Основан на использовании механизма положительного или отрицательного подтверждения принятой сигнальной единицы и исправлении ошибок путем невынужденного повторения.
Каждой сигнальной единице на передающей стороне сигнального звена назначается последовательный номер, который помещается в поле FSN. Этот номер увеличивается по мере передачи значащих сигнальных единиц MSU. Поэтому номер FSN уникально определяет MSU. Сигнальные единицы FISU или LSSU передаются с номером равным значению FSN последней переданной MSU. Поскольку поле FSN имеет длину 7 бит, то диапазон значений номеров равен 0 – 127. Когда достигается значение 127, то следующей переданной MSU назначается снова значение, равное 0. Этим диктуется требование к емкости буфера повторной передачи RTB – не более 127 MSU.
Нумерация передаваемых MSU производится в пунктах сигнализации SP независимо на обеих сторонах соединяющего их сигнального звена.
Передаваемая сигнальная единица хранится в RTB-буфере сигнального терминала передающей стороны звена до тех пор, пока на нее не будет получено положительное подтверждение со встречной стороны.
При приеме отрицательного подтверждения передача новых сигнальных единиц прерывается, и те сигнальные единицы, которые уже переданы, но на них еще не получено положительное подтверждение, должны быть повторно переданы один раз, начиная с той, на которую получено отрицательное подтверждение, и в той последовательности, в которой они передавались в первый раз.
Запрос на повторную попытку передачи (т.е отрицательное подтверждение) делается только в случае потери значащей сигнальной единицы MSU. Принцип положительного и отрицательного подтверждения приема сигнальной единицы поясняется на рисунке 16.
Рис.16. Принцип положительного и отрицательного подтверждения приема сигнальной единицы
7.3.2 Метод превентивного циклического повторения
Основан на использовании механизмов положительного подтверждения циклического повторения.
Передаваемая сигнальная единица сохраняется в RTB-буфере сигнального терминала на передающей стороне сигнального звена до тех пор, пока на нее не будет принято положительное подтверждение. В период отсутствия новых MSU или LSSU, предназначенных для передачи, все сигнальные единицы, еще не получившие положительного подтверждения, циклически повторяются.
Процедура превентивного циклического повторения должна дополняться процедурой принудительного повторения в случаях, когда коррекция ошибок только способом превентивного циклического повторения оказывается неэффективной (например, при высокой сигнальной нагрузке и/или высоком коэффициенте ошибок).
Процедура принудительного повторения заключается в том, что постоянно отслеживаются две характеристики:
¨ количество MSU, требующих повторной передачи – (N1);
¨ число октетов MSU, требующих повторной передачи – (N2).
Максимальные значения N1 и N2 ограничены следующими величинами:
— N1 £ 127 (ограничивается диапазоном значений FSN);
TL– время между посылкой MSU и получением подтверждения на прием этой MSU (при отсутствии ошибок в процессе передачи);
Teb– время передачи одного октета (для канала со скоростью 64 кбит/c Тeb=125 мкс).
Как только значение N1 или N2 достигает установленного предела, то сразу прекращается посылка новых MSU и/или FISU, а цикл повторной передачи продолжается до тех пор, пока последняя требующая повторной передачи MSU не поступит в соответствующий буфер.
Нормальная процедура превентивного циклического повторения может быть возобновлена, если все эти MSU были переданы однократно, и ни N1 ни N2 не достигли предельных значений, в противном случае процедура принудительного повторения выполняется еще раз.
Дата добавления: 2016-04-19 ; просмотров: 940 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Какие методы исправления ошибок при передаче сигнальных сообщений бывают
Канальный уровень должен обнаруживать ошибки передачи данных, связанные с искажением бит в принятом кадре данных или с потерей кадра, и по возможности их корректировать.
Очевидно, что протоколы должны работать наиболее эффективно в типичных условиях работы сети. Поэтому для сетей, в которых искажения и потери кадров являются очень редкими событиями, разрабатываются протоколы типа Ethernet, в которых не предусматриваются процедуры устранения ошибок. Действительно, наличие процедур восстановления данных потребовало бы от конечных узлов дополнительных вычислительных затрат, которые в условиях надежной работы сети являлись бы избыточными.
Напротив, если в сети искажения и потери случаются часто, то желательно уже на канальном уровне использовать протокол с коррекцией ошибок, а не оставлять эту работу протоколам верхних уровней. Протоколы верхних уровней, например транспортного или прикладного, работая с большими тайм-аутами, восстановят потерянные данные с большой задержкой. В глобальных сетях первых поколений, например сетях Х.25, которые работали через ненадежные каналы связи, протоколы канального уровня всегда выполняли процедуры восстановления потерянных и искаженных кадров.
Существует несколько распространенных алгоритмов вычисления контрольной суммы, отличающихся вычислительной сложностью и способностью обнаруживать ошибки в данных.
Контроль по паритету представляет собой наиболее простой метод контроля данных. В то же время это наименее мощный алгоритм контроля, так как с его помощью можно обнаружить только одиночные ошибки в проверяемых данных. Метод заключается в суммировании по модулю 2 всех бит контролируемой информации. Например, для данных 100101011 результатом контрольного суммирования будет значение 1. Результат суммирования также представляет собой один бит данных, который пересылается вместе с контролируемой информацией. При искажении при пересылке любого одного бита исходных данных (или контрольного разряда) результат суммирования будет отличаться от принятого контрольного разряда, что говорит об ошибке. Однако двойная ошибка, например 110101010, будет неверно принята за корректные данные. Поэтому контроль по паритету применяется к небольшим порциям данных, как правило, к каждому байту, что дает коэффициент избыточности для этого метода 1/8. Метод редко применяется в вычислительных сетях из-за его большой избыточности и невысоких диагностических способностей.
Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету представляет собой модификацию описанного выше метода. Его отличие состоит в том, что исходные данные рассматриваются в виде матрицы, строки которой составляют байты данных. Контрольный разряд подсчитывается отдельно для каждой строки и для каждого столбца матрицы. Этот метод обнаруживает большую часть двойных ошибок, однако обладает еще большей избыточностью. На практике сейчас также почти не применяется.
Циклический избыточный контроль (Cyclic Redundancy Check, CRC) является в настоящее время наиболее популярным методом контроля в вычислительных сетях (и не только в сетях, например, этот метод широко применяется при записи данных на диски и дискеты). Метод основан на рассмотрении исходных данных в виде одного многоразрядного двоичного числа. Например, кадр стандарта Ethernet, состоящий из 1024 байт, будет рассматриваться как одно число, состоящее из 8192 бит. В качестве контрольной информации рассматривается остаток от деления этого числа на известный делитель R. Обычно в качестве делителя выбирается семнадцати- или тридцати трехразрядное число, чтобы остаток от деления имел длину 16 разрядов (2 байт) или 32 разряда (4 байт). При получении кадра данных снова вычисляется остаток от деления на тот же делитель R, но при этом к данным кадра добавляется и содержащаяся в нем контрольная сумма. Если остаток от деления на R равен нулю 1 ( 1 Существуетнесколько модифицированная процедура вычисления остатка, приводящая к получению в случае отсутствия ошибок известного ненулевого остатка, что является более надежным показателем корректности.), то делается вывод об отсутствии ошибок в полученном кадре, в противном случае кадр считается искаженным.
Этот метод обладает более высокой вычислительной сложностью, но его диагностические возможности гораздо выше, чем у методов контроля по паритету. Метод CRC обнаруживает все одиночные ошибки, двойные ошибки и ошибки в нечетном числе бит. Метод обладает также невысокой степенью избыточности. Например, для кадра Ethernet размером в 1024 байт контрольная информация длиной в 4 байт составляет только 0,4 %.
Существуют два подхода к организации процесса обмена квитанциями: с простоями и с организацией «окна».
Рис. 2.24. Методы восстановления искаженных и потерянных кадров
Второй метод называется методом «скользящего окна» (sliding window). В этом методе для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры положительных ответных квитанций. (Далее, где это не искажает существо рассматриваемого вопроса, положительные квитанции для краткости будут называться просто «квитанциями».) Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Рисунок 2.24, б иллюстрирует данный метод для окна размером в W кадров.
В начальный момент, когда еще не послано ни одного кадра, окно определяет диапазон кадров с номерами от 1 до W включительно. Источник начинает передавать кадры и получать в ответ квитанции. Для простоты предположим, что квитанции поступают в той же последовательности, что и кадры, которым они соответствуют. В момент t1 при получении первой квитанции К1 окно сдвигается на одну позицию, определяя новый диапазон от 2 до (W+1).
Процессы отправки кадров и получения квитанций идут достаточно независимо друг от друга. Рассмотрим произвольный момент времени tn, когда источник получил квитанцию на кадр с номером n. Окно сдвинулось вправо и определило диапазон разрешенных к передаче кадров от (n+1) до (W+n). Все множество кадров, выходящих из источника, можно разделить на перечисленные ниже группы (рис. 2.24, б).
Итак, при отправке кадра с номером n источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр n, так что в сеть последним уйдет кадр с номером (W+n-1). Если же за это время квитанция на кадр n так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечении некоторого тайм-аута кадр n (или квитанция на него) считается утерянным, и он передается снова.
Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.
Метод скользящего окна более сложен в реализации, чем метод с простоями, так как передатчик должен хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены положительные квитанции. Кроме того, требуется отслеживать несколько параметров алгоритма: размер окна W, номер кадра, на который получена квитанция, номер кадра, который еще можно передать до получения новой квитанции.
Приемник может не посылать квитанции на каждый принятый корректный кадр. Если несколько кадров пришли почти одновременно, то приемник может послать квитанцию только на последний кадр. При этом подразумевается, что все предыдущие кадры также дошли благополучно.
Метод скользящего окна реализован во многих протоколах: LLC2, LAP-B, X.25, TCP, Novell NCP Burst Mode.
Метод с простоями является частным случаем метода скользящего окна, когда размер окна равен единице.
Выбор тайм-аута зависит не от надежности сети, а от задержек передачи кадров сетью.
Во многих реализациях метода скользящего окна величина окна и тайм-аут выбираются адаптивно, в зависимости от текущего состояния сети.