Управление потоком (данные)

В данных передаче управление потоком — это процесс управления скоростью передачи данных между двумя узлами, чтобы предотвратить перегрузку быстрого отправителя медленным получателем. Управление потоком следует отличать от управления перегрузкой , которое используется для управления потоком данных в случае фактической перегрузки. ^[1] Механизмы управления потоком можно классифицировать по тому, отправляет ли принимающий узел обратную связь отправляющему узлу.

Управление потоком важно, поскольку компьютер-отправитель может передавать информацию с большей скоростью, чем компьютер-получатель может ее получить и обработать. Это может произойти, если компьютеры-получатели имеют большую нагрузку по трафику по сравнению с компьютером-отправителем или если компьютер-получатель имеет меньшую вычислительную мощность, чем компьютер-отправитель.

Остановись и подожди

Управление потоком с остановкой и ожиданием — это простейшая форма управления потоком. В этом методе сообщение разбивается на несколько кадров, и получатель указывает на свою готовность принять кадр данных. Отправитель ожидает подтверждения получения (ACK) после каждого кадра в течение определенного времени (называемого тайм-аутом). Получатель отправляет ACK, чтобы сообщить отправителю, что кадр данных был получен правильно. Отправитель отправит следующий кадр только после подтверждения.

Операции

Отправитель: передает по одному кадру за раз.
Отправитель ожидает получения ACK в течение времени ожидания.
Получатель: передает подтверждение (ACK) при получении кадра.
Перейдите к шагу 1, когда получено подтверждение или истекло время ожидания.

Если кадр или подтверждение теряются во время передачи, кадр передается повторно. Этот процесс повторной передачи известен как ARQ ( автоматический запрос повторения ).

Проблема с остановкой и ожиданием заключается в том, что одновременно может передаваться только один кадр, и это часто приводит к неэффективной передаче, поскольку до тех пор, пока отправитель не получит ACK, он не может передать ни одного нового пакета. В это время и отправитель, и канал не используются.

Плюсы и минусы остановки и ожидания

Плюсы

Единственным преимуществом этого метода управления потоком является его простота.

Минусы

Отправителю необходимо ждать подтверждения после каждого передаваемого кадра. Это источник неэффективности, и он особенно плох, когда задержка распространения намного превышает задержку передачи . ^[2]

Остановка и ожидание также могут привести к снижению эффективности при отправке более длинных передач. ^[3] При отправке более длинных передач вероятность ошибки в этом протоколе возрастает. Если сообщения короткие, вероятность обнаружения ошибок выше. Когда отдельные сообщения разбиваются на отдельные кадры, возникает большая неэффективность, поскольку это удлиняет передачу. ^[4]

Раздвижное окно

Метод управления потоком, при котором приемник дает передатчику разрешение передавать данные до тех пор, пока окно не заполнится. Когда окно заполнено, передатчик должен прекратить передачу до тех пор, пока приемник не объявит окно большего размера. ^[5]

Управление потоком в виде скользящего окна лучше всего использовать, когда размер буфера ограничен и заранее установлен. Во время типичной связи между отправителем и получателем получатель выделяет буферное пространство для n кадров ( n — размер буфера в кадрах). Отправитель может отправлять, а получатель может принимать n кадров, не дожидаясь подтверждения. Кадрам присваивается порядковый номер, чтобы можно было отслеживать те кадры, которые получили подтверждение. Получатель подтверждает кадр, отправляя подтверждение, которое включает порядковый номер следующего ожидаемого кадра. Это подтверждение сообщает, что получатель готов принять n кадров, начиная с указанного числа. И отправитель, и получатель поддерживают так называемое окно. Размер окна меньше или равен размеру буфера.

Управление потоком со скользящим окном имеет гораздо лучшую производительность, чем управление потоком с остановкой и ожиданием. Например, в беспроводной среде, если скорость передачи данных низкая, а уровень шума очень высокий, ожидание подтверждения для каждого передаваемого пакета не очень осуществимо. Таким образом, передача данных в виде массива обеспечит лучшую производительность с точки зрения более высокой пропускной способности.

Управление потоком скользящего окна — это протокол «точка-точка», предполагающий, что никакой другой объект не пытается установить связь до тех пор, пока текущая передача данных не будет завершена. Окно, поддерживаемое отправителем, указывает, какие кадры он может отправить. Отправитель отправляет все кадры в окне и ожидает подтверждения (в отличие от подтверждения после каждого кадра). Затем отправитель сдвигает окно на соответствующий порядковый номер, тем самым указывая, что кадры внутри окна, начиная с текущего порядкового номера, могут быть отправлены.

Вернуться назад Н

Алгоритм автоматического запроса повторения (ARQ), используемый для исправления ошибок, в котором отрицательное подтверждение (NACK) вызывает повторную передачу слова с ошибкой, а также следующих N–1 слов. Значение N обычно выбирается таким, чтобы время, необходимое для передачи N слов, было меньше, чем задержка туда и обратно от передатчика к приемнику и обратно. Следовательно, буфер на приемнике не требуется.

Нормированная задержка распространения (a) = время распространения (Tp) ⁄ время передачи (Tt) , где Tp = длина (L) относительно скорости распространения (V) и Tt = битрейт (r) относительно частоты кадров (F). Так что = LF ⁄ Vr .

Чтобы получить использование, вы должны определить размер окна (N). Если N больше или равно 2a + 1, то загрузка канала передачи равна 1 (полная загрузка). Если оно меньше 2a + 1, то уравнение N ⁄ 1+2a . Для расчета использования необходимо использовать ^[6]

Выборочный повтор

Избирательное повторение — это протокол, ориентированный на соединение, в котором и передатчик, и приемник имеют окно порядковых номеров. Протокол имеет максимальное количество сообщений, которые можно отправить без подтверждения. Если это окно заполняется, протокол блокируется до тех пор, пока не будет получено подтверждение для самого раннего невыполненного сообщения. В этот момент передатчик готов отправить больше сообщений. ^[7]

Сравнение

Этот раздел посвящен идее сравнения режима остановки и ожидания , скользящего окна с подмножествами возврата N и выборочного повтора .

Остановись и подожди

Без ошибок: ${\frac {1}{2a+1}}$ . ^{[ нужна ссылка ]}

С ошибками: ${\frac {1-P}{2a+1}}$ . ^{[ нужна ссылка ]}

Выборочный повтор

Мы определяем пропускную способность T как среднее количество передаваемых блоков на каждый переданный блок. Удобнее вычислить среднее количество передач, необходимых для передачи блока, величину, которую мы обозначим 0, а затем определить T из уравнения $T={\frac {1}{b}}$ . ^{[ нужна ссылка ]}

Управление потоком передачи

Управление потоком передачи может произойти:

между оконечным оборудованием данных (DTE) и коммутационным центром через оконечное оборудование цепи передачи данных (DCE), противоположные типы соединены между собой напрямую,
или между двумя устройствами одного типа (два DTE или два DCE), соединенными перекрестным кабелем .

Скорость передачи может контролироваться в зависимости от требований сети или DTE. Управление потоком передачи может происходить независимо в двух направлениях передачи данных, что позволяет скорости передачи в одном направлении отличаться от скоростей передачи в другом направлении. Управление потоком передачи может быть

либо стой и жди ,
или используйте раздвижное окно .

Управление потоком может осуществляться

либо по линиям управляющего сигнала в интерфейсе передачи данных (см. последовательный порт и RS-232 ),
или зарезервировав внутриполосные управляющие символы для сигнализации начала и остановки потока (например, коды ASCII для XON/XOFF ).

Аппаратное управление потоком данных

В обычном RS-232 есть пары линий управления, которые обычно называются аппаратным управлением потоком данных :

RTS (запрос на отправку) и CTS (разрешение на отправку), используемые при управлении потоком RTS.
DTR ( готовность терминала данных ) и DSR ( готовность набора данных ), используемые в управлении потоком DTR.

Аппаратное управление потоком данных обычно осуществляется DTE или «главной стороной», поскольку оно сначала поднимает или утверждает свою линию, чтобы дать команду другой стороне:

В случае потока управления RTS DTE устанавливает свой RTS, который сигнализирует противоположному концу (ведомому концу, такому как DCE) начать мониторинг своей линии ввода данных. Когда ведомый конец будет готов к приему данных, он поднимет свою дополнительную линию, CTS в этом примере, что сигнализирует ведущему начать отправку данных, а ведущему начать мониторинг линии вывода данных ведомого устройства. Если любому концу необходимо остановить передачу данных, он понижает соответствующую строку «готовность данных».
Для соединений ПК-модем и аналогичных соединений, в случае управления потоком DTR, DTR/DSR активируются для всего модемного сеанса (скажем, коммутируемого интернет-вызова, когда DTR генерируется, чтобы сигнализировать модему о необходимости набора номера, а DSR повышается при модем, когда соединение установлено), и RTS/CTS возникают для каждого блока данных.

Примером аппаратного управления потоком данных является полудуплексный радиомодем с компьютерным интерфейсом. В этом случае управляющее программное обеспечение модема и компьютера может быть написано так, чтобы отдавать приоритет входящим радиосигналам, так что исходящие данные от компьютера приостанавливаются путем снижения CTS, если модем обнаруживает прием.

Полярность:
- Сигналы уровня RS-232 инвертируются микросхемами драйвера, поэтому полярность линии — TxD-, RxD-, CTS+, RTS+ (разрешено отправлять, когда HI, данные 1 — LO).
- для выводов микропроцессора это сигналы TxD+, RxD+, CTS-, RTS- (разрешено отправлять, когда LO, данные 1 — это HI)

Программное управление потоком данных

И наоборот, XON/XOFF обычно называют программным управлением потоком данных.

Управление потоком без обратной связи

Механизм управления потоком с разомкнутым контуром характеризуется отсутствием обратной связи между приемником и передатчиком. Это простое средство контроля широко используется. Распределение ресурсов должно осуществляться по типу «предварительного резервирования» или «между скачками».

Управление потоком с разомкнутым контуром имеет присущие проблемы с максимальным использованием сетевых ресурсов. Распределение ресурсов производится при установке соединения с использованием CAC ( контроль допуска соединения ), и это распределение осуществляется с использованием информации, которая уже является «старой новостью» в течение срока действия соединения. Часто происходит перераспределение ресурсов, и зарезервированные, но неиспользованные мощности тратятся впустую. Управление потоком с разомкнутым контуром используется ATM в своих службах CBR , VBR и UBR (см. контракт трафика и контроль перегрузки ). ^[1]

Управление потоком с разомкнутым контуром включает в себя два элемента управления; контроллер и регулятор. Регулятор способен изменять входную переменную в ответ на сигнал контроллера. В системе с разомкнутым контуром нет механизма обратной связи или прямой связи, поэтому входные и выходные сигналы не связаны напрямую, и возникает повышенная изменчивость трафика. В такой системе также более низкий уровень поступления и более высокий уровень потерь. В открытой системе управления контроллеры могут управлять регуляторами через регулярные промежутки времени, но нет никакой гарантии, что выходная переменная может поддерживаться на желаемом уровне. Хотя использование этой модели может быть дешевле, модель с разомкнутым контуром может быть нестабильной.

Управление потоком с обратной связью

Механизм управления потоком с обратной связью характеризуется способностью сети сообщать об ожидаемой перегрузке сети передатчику . Эта информация затем используется передатчиком различными способами для адаптации своей деятельности к существующим условиям сети. использует управление потоком с обратной связью ABR (см. контракт трафика и контроль перегрузок ). ^[1] Описанное выше управление потоком передачи представляет собой форму управления потоком с обратной связью.

Эта система включает в себя все основные элементы управления, такие как датчик, преобразователь, контроллер и регулятор. Датчик используется для регистрации переменной процесса. Переменная процесса отправляется на преобразователь, который преобразует переменную в контроллер. Контроллер проверяет информацию на соответствие желаемому значению и при необходимости инициирует корректирующие действия. Затем контроллер сообщает регулятору, какое действие необходимо, чтобы гарантировать, что значение выходной переменной соответствует желаемому значению. Таким образом, существует высокая степень уверенности в том, что выходная переменная может поддерживаться на желаемом уровне. Система управления с обратной связью может быть системой с обратной связью или с прямой связью:

Система с обратной связью имеет механизм обратной связи, который напрямую связывает входные и выходные сигналы. Механизм обратной связи контролирует выходную переменную и определяет, требуется ли дополнительная коррекция. Значение выходной переменной, подаваемое в обратном направлении, используется для инициирования корректирующего воздействия на регулятор. Большинство контуров управления в отрасли относятся к типу обратной связи.

В системе с обратной связью с обратной связью измеряемая переменная процесса является входной переменной. Измеренный сигнал затем используется так же, как и в системе обратной связи.

Модель с обратной связью обеспечивает меньший уровень потерь и задержек в очередях, а также обеспечивает более чувствительный к перегрузкам трафик. Модель с обратной связью всегда стабильна, поскольку количество активных минимумов ограничено.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Решения для сетевого тестирования, управление трафиком банкоматов . Последний доступ к официальному документу осуществлен 15 марта 2005 г.
^ «КОНТРОЛЬ ОШИБОК» (PDF) . 28 сентября 2005 г. Проверено 10 ноября 2018 г.
^ Арун (20 ноября 2012 г.). «Техники управления потоками» . Ангельский огонь . Проверено 10 ноября 2018 г.
^ «Последнее посещение: 1 декабря 2012 г.» . люди.bridgewater.edu . 1 декабря 2012 года . Проверено 10 ноября 2018 г.
^ Определение словаря Вебстера, последний доступ к которому осуществлялся 3 декабря 2012 г.
^ Focal Dictionary of Telecommunication, последний доступ Focal Press 3 декабря 2012 г.
^ Передача данных через адпативные системы HF-радиосвязи с использованием протокола выборочного повторения, последний раз доступ осуществлялся 3 декабря 2012 г.

Раздвижное окно:

[1] последнее посещение 27 ноября 2012 г.

Внешние ссылки

Управление потоком данных и подтверждение связи RS-232

[ATM-Traffic-Management-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Решения для сетевого тестирования, управление трафиком банкоматов . Последний доступ к официальному документу осуществлен 15 марта 2005 г.

[PC-Radio_Flow_Control-2] «КОНТРОЛЬ ОШИБОК» (PDF) . 28 сентября 2005 г. Проверено 10 ноября 2018 г.

[ak2-3] Арун (20 ноября 2012 г.). «Техники управления потоками» . Ангельский огонь . Проверено 10 ноября 2018 г.

[lwilliam-4] «Последнее посещение: 1 декабря 2012 г.» . люди.bridgewater.edu . 1 декабря 2012 года . Проверено 10 ноября 2018 г.

[Sliding_Window-5] Определение словаря Вебстера, последний доступ к которому осуществлялся 3 декабря 2012 г.

[Go_Back_N-6] Focal Dictionary of Telecommunication, последний доступ Focal Press 3 декабря 2012 г.

[Selective_Repeat-7] Передача данных через адпативные системы HF-радиосвязи с использованием протокола выборочного повторения, последний раз доступ осуществлялся 3 декабря 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]