СПОСОБ ДУПЛЕКСНОЙ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к области протоколов передачи данных и может быть эффективно использовано в каналах с различным качеством, в том числе и с изменяющимся.

Известны способы двусторонней передачи и приема информации, используемые при передаче данных по различным каналам - оптоволоконным, проводным и радиоканалам различных диапазонов, которые описаны в модемных протоколах коррекции ошибок MNP2, MNP3, MNP10, V42 (О.И.Лагутенко. Современные модемы. - М.: Эко-Трендз, 2002).

В протоколе V.42 [Рекомендация ITU-T V.42], признанным лучшим для работы в каналах с низким качеством, передача информации и взаимодействие между передатчиком и приемником осуществляется кадрами различного функционального назначения, в которых можно выделить некую общую структуру кадра в части его опознавательных признаков. Так, в бит-ориентированном кадровом режиме любой кадр начинается и оканчивается флагами, которые состоят из уникальной последовательности бит <01111110>. В байт-ориентированном кадровом режиме кадры должны начинаться с трехбайтовой последовательности флага начала - SYN-DLE-STX и оканчиваться двухбайтовой последовательностью флага окончания - DLE-ETX. Флаговая последовательность позволяет приемнику распознать начало и конец любого принимаемого кадра. На этом в известном протоколе основывается принцип обнаружения любого кадра.

Кроме того, в общей структуре кадров определены элементы поля оглавления, такие как последовательный номер передачи N(S) и последовательный номер приема N(R). Эти элементы структуры кадров используются для нумерации передаваемых кадров и квитирования принятых, а также используются в алгоритме ARQ при перезапросе кадров, принятых с ошибкой.

В каналах низкого качества с большой вероятностью ошибки повышается вероятность искажения как флаговой последовательности, так и элементов управляющего поля - номеров передачи и приема. Это, в свою очередь, приводит к необнаружению любых кадров (как информационных, так и супервизорных) и к перезапросам этих кадров, даже если остальная информация в кадре была не искажена. В результате понижается пропускная способность канала из-за увеличивающегося количества запросов кадров и их повторной передачи.

Технический результат от использования изобретения - повышение пропускной способности при дуплексном обмене информацией в каналах различного качества, в том числе и изменяющегося за счет повышения надежности выделения кадров, повышения надежности алгоритма гибридного ARQ и минимизации избыточной информации связанной с выделением принимаемых кадров и квитированием достоверно принятых кадров.

Технический результат достигается тем, что в способе дуплексной передачи и приема информации, включающем двустороннюю передачу и прием данных в последовательности кадров и коррекцию ошибок, при которой стороны осуществляют проверку достоверности принятых кадров, автоматический селективный запрос кадра, принятого с ошибкой, повторную передачу запрашиваемого кадра и квитирование достоверно принятых кадров, ведут передачу и прием данных стороны М и S в синхронном режиме, выделяя одновременно на каждом i-том шаге принимаемые и передаваемые кадры по их фиксированным размерам N_M и N_S путем подсчета в непрерывной последовательности передаваемых и принимаемых байт, при этом передатчики сторон выполнены с возможностью передачи команд телеуправления (КТУ), а приемники - с возможностью распознавания КТУ при приеме текущего кадра, причем начинают передачу данных стороны, инициируя перед передачей первого кадра последовательности передачу КТУ СТАРТ, автоматический селективный запрос кадра, принятого с ошибкой, сторона M(S) осуществляет инициированием передачи КТУ запрос кадра (ЗК) перед передачей текущего М_к (S_j) кадра, а передавая запрашиваемый кадр, сторона S(M) инициирует передачу КТУ повтор кадра (ПК), если же запрос на повтор кадра сторона M(S) осуществляет при передаче кадра, запрошенного на предыдущем шаге, она инициирует передачу КТУ ЗПК, разницу между количеством принятых и переданных КТУ ЗПК для восстановления режима синхронности стороны компенсируют, инициируя передачу КТУ СИНХ перед текущим кадром, причем сторона M(S) принимает решение об инициировании передачи на i-ом шаге текущего кадра после проверки на (i-1)-ом шаге достоверности кадра, переданного ей стороной S(M) на (i-2)-ом шаге, и при этом, начиная с четвертого кадра последовательности данных, она принимает решение о передаче на i-том шаге очередного кадра последовательности, если принято решение о квитировании кадра М_к (S_j) переданного стороне S(M) на (1-2)-ом шаге, а принимает сторона M(S) решение о квитировании достоверно принятого на (1-2)-ом шаге кадра, если при достоверном приеме на i-ом шаге текущего кадра, переданного стороной S(M), она не распознает КТУ ЗК или КТУ ЗПК.

Кадры могут быть использованы со структурой, содержащей информационное поле и контрольную последовательность CRC.

На фиг.1 изображена ситуация передачи кадров без перезапросов,

на фиг.2 - ситуация перезапроса принятого недостоверно кадра S+0 стороной М,

на фиг.3 - ситуация применения КТУ ЗПК и КТУ СИНХ.

Сущность способа заключается в том, что, используя полнодуплексный режим каналов, кадры передают и принимают одновременно обе стороны в синхронном режиме. Стороны М и S передают кадры ("M+k" и "S+j" соответственно) и принимают кадры ("S+j" и "M+k" соответственно), имеющие фиксированные размеры соответственно N_M и N_s байт и структуру, содержащую информационное поле и контрольную последовательность CRC, либо проверочную последовательность используемого кода. При выборе размеров кадров должно выполняться условие

,

где V_s и V_м - канальные скорости передачи (байт/с), т.е. время передачи кадров в обоих направления должно быть одинаковым (фиг.1).

Выделяют кадры на каждом i-том шаге путем подсчета в непрерывной последовательности передаваемых и принимаемых байт в соответствии с их размерами. За последним байтом передающегося кадра следует первый байт следующего кадра.

Для установления кадровой синхронизации приемников относительно передатчиков для селективного запроса принятых с искажением кадров и для квитирования перезапроса стороны М и S применяют для передачи помехозащищенные структуры информации - команды телеуправления (КТУ). Для этого используют передатчики, выполненные с возможностью передачи команд телеуправления (КТУ), а приемники - с возможностью распознавания КТУ при приеме текущего кадра.

КТУ состоят соответственно из n_м и n_s байт и обладают помехоустойчивым правилом их выделения. Размеры КТУ n_м и n_s и правило выделения КТУ определяются исходя из требуемых вероятности выделения КТУ в каналах с заданным качеством, вероятности трансформации одной КТУ в другую и вероятности набора КТУ из информации и шумов. Размер КТУ должен быть не более размера кадра минус предполагаемая трассовая задержка между передатчиком одной стороны и приемником другой стороны и соответствовать условию

,

где V_s и V_M - канальные скорости передачи (байт/с), т.е. время передачи КТУ в обоих направления должно быть одинаковым (фиг.2, фиг.3).

Необходимым требованием к правилу выделения КТУ является условие ее выделения при приеме только всех байт КТУ.

При необходимости передачи КТУ за последним байтом переданного кадра следует первый байт КТУ, а за последним байтом переданной КТУ следует первый байт следующего кадра.

Передаваемая КТУ передается на интервале текущего шага первой, затем передается кадр, который может быть очередным кадром передаваемой последовательности или повторяемым.

При приеме n-го байта кадра принимаемого после КТУ попытка выделения КТУ не выполняется.

Время определения достоверности кадра Т_ДК, время передачи кадра Т_ПК, время передачи КТУ Т_КТУ должны соответствовать условиями:

Т_ДК<Т_ПК-Т_ТЗ и Т_КТУ<Т_ПК-Т_ТЗ, где Т_ТЗ - время трассовой задержки.

Стороны начинают передачу данных, инициируя перед передачей кадра первого шага передачу КТУ СТАРТ (фиг.1). Процедура синхронизации передатчиков (моментов начала передачи КТУ СТАРТ) обеих сторон не рассматривается.

Автоматический селективный запрос кадра, принятого с ошибкой, сторона M(S) осуществляет инициированием передачи КТУ запрос кадра (ЗК) перед передачей текущего М_к (S_j) кадра.

Если же запрос на повтор кадра сторона M(S) осуществляет при передаче кадра, запрошенного на предыдущем шаге, она инициирует передачу КТУ ЗПК.

Разницу между количеством принятых и переданных КТУ ЗПК для восстановления режима синхронности стороны компенсируют передачей КТУ СИНХ перед текущим кадром, если не требуется передавать КТУ ЗК, КТУ ЗПК или КТУ ПК.

Работа передатчиков и приемников обеих сторон при осуществлении способа включает выполнение следующих действий:

1. Приемники каждой стороны, после выделения КТУ СТАРТ, являющегося фактом установления кадровой синхронизации, начинают последовательный прием кадров исходя из того, что кадры для каждой из сторон имеют одинаковый размер и следуют друг за другом последовательно, если только не выполнялся селективный запрос на повтор недостоверно принятого кадра.

2. При приеме n_S-го байта стороной М и n_М-го байта стороной S каждого шага выполняется попытка выделения КТУ обеими сторонами. Если КТУ не выделены, то предполагается, что идет передача текущего кадра сторонами, и его прием продолжается (фиг.1).

3. Приемники сторон, при приеме последнего байта кадра, выполняют проверку его достоверности и в то же время выполняют прием байт следующего кадра. Причем достоверность приема кадров определяется любым правилом, гарантирующим требуемую достоверность принятого кадра (CRC16, CRC32, различные варианты блочных кодов).

4. Решение о достоверности принятого кадра должно быть получено приемником стороны до момента начала следующего шага передатчика (момента передачи следующего кадра передатчиком этой же стороны).

5. Если принятый кадр удовлетворяет правилу проверки достоверности, то передатчики сторон продолжают передавать на следующем шаге очередные кадры передаваемой последовательности (фиг.1).

6. Сторона М (фиг.1) на i-ом шаге принимает решение о квитировании стороной S переданного на (i-2)-ом шаге стороне S кадра (кадр М+0), если приемник стороны М не выделяет КТУ ЗК или КТУ ЗПК после приема n_S-го байта кадра i-го шага (кадр S+2) и если кадр i-го шага (кадр S+2) принят достоверно. Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона S.

7. Начиная с четвертого кадра последовательности данных, сторона М принимает решение на i-ом шаге (фиг.1) о инициировании передачи стороне S очередного кадра передаваемой последовательности (кадра М+3, а не перезапрашиваемого стороной S кадра М+0), если принято решение о квитировании кадра переданного стороне S на (i-2)-ом шаге (кадр М+0). Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона S.

8. Если сторона М (фиг.2) определила на i-ом шаге, что принятый на (i-1)-ом шаге кадр (S+0) недостоверный, то она инициирует на (i+1)-ом шаге передачу своим передатчиком КТУ ЗК. После передачи КТУ ЗК передатчик передает следующий кадр М+2 на интервале (i+1)-го шага. Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона S. В данный момент происходит смещение начала передачи (i+2)-го шага стороны М относительно начала передачи (i+2)-го шага стороны S. Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона S.

9. Если сторона S (фиг.2) выделяет после приема n_М-го символа на (i+1)-ом шаге КТУ ЗК, что означает для нее требование другой стороны повторить кадр, переданный стороной S двумя шагами раньше относительно текущего шага (кадр S+0, переданный на (i-1)-ом шаге), то на (i+2)-ом шаге она инициирует передачу КТУ ПК. После передачи КТУ ПК на интервале (i+2)-го шага сторона S передает перезапрашиваемый кадр (кадр S+0). Происходит выравнивание начала передачи следующих шагов на сторонах S и М. Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона М. Далее передатчики сторон S и М передают на (i+3)-ем шаге очередные кадры S+3 и М+4 соответственно.

10. Если сторона М (фиг.2) после приема n_S-го символа текущего кадра выделяет КТУ ПК, то это означает для нее факт приема стороной S КТУ ЗК и что далее на (i+2)-ом шаге стороной S будет передан повторяемый кадр S+0, переданный двумя шагами ранее. Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона S.

11. Если сторона S (фиг.3) определяет на i-ом шаге, что принятый ею на (i-1)-ом шаге кадр (кадр М+5) недостоверный и на этом же i-ом шаге при приеме n_M-го байта выделяет КТУ ЗК (или КТУ ЗПК), что означает для нее требование другой стороны повторить кадр, переданный стороной S на (i-2)-ом шаге (кадр S+0), то она инициирует передачу на следующем (i+1)-ом шаге КТУ ЗПК. После передачи КТУ ЗПК на интервале (i+1)-го шага сторона S передает перезапрашиваемый кадр (кадр S+0). Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона М.

12. Если сторона М (Фиг.3) на (i+1)-ом шаге при приеме n_S-го байта выделяет КТУ ЗПК, что означает для нее:

- факт приема стороной S КТУ ЗК и далее на (i+1)-ом шаге стороной S будет передан повторяемый кадр (кадр S+0),

- требование стороны S повторить на (i+2)-ом шаге кадр, переданный стороной М двумя шагами раньше относительно текущего шага (кадр М+5, переданный на (i-1)-ом шаге).

Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона S.

13. Для восстановления синхронности начала и окончания шагов при различном количестве переданных и принятых стороной S КТУ ЗПК (фиг.3) она передает КТУ СИНХ, если на данном шаге не требуется передача других КТУ. Аналогичные действия в такой ситуации выполняет и сторона М.