Стандартизация протоколов защиты от ошибок

Стандартизация протоколов защиты от ошибок. Помехи и шумы, существующие в каналах связи, приводят к ошибкам в передаваемой информации.

Частость ошибок может меняться в широких пределах и достигать величины 0,01. Ранее функция защиты от ошибок выполнялась либо за счет вычислительных ресурсов оконечного оборудования данных ООД либо путем создания специальной аппаратуры - устройств защиты от ошибок.

Высокая частость ошибок в системах передачи данных по коммутируемым каналам заставили ввести функцию защиты от ошибок и остальные функции 2 уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем непосредственно в модем.

С середины 80-х гг. в модемах по Рекомендации V.22bis начал широко применяться протокол MNP Microcom Networking Protocol компании Microcom США . Аналогично широко распространенному протоколу HDLC, этот протокол предусматривает обнаружение ошибок с помощью кода и повторный запрос ошибочно принятых блоков информации. Благодаря очень широкому использованию, протокол MNP превратился в фактический международный промышленный стандарт. Несмотря на универсальные характеристики и широкое распространение протокола MNP, в качестве своего основного протокола в Рекомендации V.42, принятой в 1988 г МККТТ стандартизировал протокол LAPM Link Access Protocol for Modems. Решающую роль в этом выборе сыграла совместимость протокола LAPM с протоколами сетей с пакетной коммутацией X.25 LAPB и цифровых сетей интегрального обслуживания LAPD . Исходной базой протокола LAPM является известный протокол передачи данных HDLC. Протокол MNP, был принят в качестве альтернативного и помещен в Приложении к Рекомендации V.42. Таким образом, для соответствия Рекомендации V.42 модем должен одновременно использовать оба указанных протокола, а совместимость с Рекомендацией достигается применением одного из этих протоколов.

Оба рассматриваемых протокола определяют как функцию защиты от ошибок, так и другие функции уровня 2 эталонной модели взаимосвязи открытых систем установление и прекращение соединения с исправлением ошибок, обмен с ООД и др. 3.5.ФАКТИЧЕСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ СТАНДАРТ - ПРОТОКОЛ MNP В настоящее время, продолжается широкое использование протокола MNP, несмотря на то, что МККТТ не предполагает в дальнейшем его развивать.

Уже существует 10 классов этого протокола.

Основным принципом протокола является совместимость разных классов, но нет строго иерархического деления классов. При установлении соединения производится анализ определенных параметров для определения, по какому максимальному классу они могут взаимодействовать между собой.

В более старших классах сохраняются возможности младших классов, во всех классах, начиная с 3, имеется возможность асинхронной и синхронной, байт октет - и бит-ориентированной передачи информации в дуплексном и полудуплексном режимах. Рассмотрим некоторые характеристики наиболее распространенных 4, 5 и 7 классов, а также самого нового 10 класса, при этом под эффективностью протокола понимается выраженное в процентах отношение средних скоростей передачи информации на стыке с ООД и в канале связи.

В классе 4, наряду с протоколом исправления ошибок используются 2 метода повышения эффективности передачи Адаптивное изменение длины пакетов Adaptive Packet Assembly и Оптимизация фазы данных Data Phase Optimisation. Посредством адаптивного изменения длины пакетов модем непрерывно приспосабливается к уровню помех в канале связи. При малом числе ошибок автоматически увеличиваются размеры пакета максимум до 256 байтов, чтобы повысить эффективность протокола путем уменьшения относительной доли служебной информации пакета, обеспечивающей управление передачей и контроль ошибок.

В случае плохого канала протокол уменьшает размеры пакета минимум до 32 байтов, чтобы уменьшить затраты времени на повторную передачу. Оптимизация фазы данных дополнительно повышает производительность, уменьшая затраты на вспомогательную информацию, так как эта информация остается одной и той же. Эффективность этого класса достигает 120 , т.е модем на скорость 2400 бит с обеспечивает фактическую скорость 2900 бит с в основном за счет того, что в канал не передаются стартовые и стоповые биты, имеющиеся в знаках, которые поступают в модем от ООД . Данный класс протокола MNP помещен в качестве альтернативного в Приложение к Рекомендации V.42. В классе 5 протокола MNP в модемы вводится сжатие данных.

Сжатие расширение данных Basic Data Compression производится в процессе передачи с использованием адаптивного алгоритма. Например, при работе в диалоговом режиме сжатие данных ускоряет вывод информации на экран.

Достигаемая степень сжатия зависит от типа передаваемого файла. Исполняемые файлы имеют наименьший коэффициент сжатия. Далее следуют файлы электронных таблиц. Наибольший коэффициент сжатия имеют текстовые файлы. Коэффициент сжатия изменяется в пределах от 1,3 до 2. Средний коэффициент сжатия составляет 1,6, а суммарная эффективность данного класса равна 200 . Таким образом, фактическая скорость передачи при использовании данного класса составляет примерно 4800 бит с для модема на скорость 2400 бит с. В классе 7 применена усовершенствованная процедура сжатия данных Enchanced Data Compression, совместимая с процедурой класса 5, но более эффективная.

Коэффициент сжатия возрастает до 2,4. Класс 10 протокола MNP обеспечивает оптимизацию передачи данных по каналам плохого качества. Указанная цель достигается, в частности, выполнением нескольких попыток соединения для выхода на канал лучшего качества, путем адаптивного изменения длины пакета в зависимости от качества канала.

Этот класс протокола считается одним из наиболее перспективных для использования в сотовых сетях, а компания Rockwell International США , лидер рынка БИС для модемов, намеревается ввести его в свои БИС, а также представить его МККТТ для стандартизации. 130 изготовителей и поставщиков сетей с дополнительными услугами успешно используют этот протокол, предполагается, что в настоящее время используется более 600 тыс. модемов, в которых реализован протокол MNP. В настоящее время за рубежом широко используются модемы, в которых применены классы 4 и 5 протокола MNP. Более высокие классы не получили пока широкого признания.

Разработан также целый ряд новых протоколов защиты от ошибок для модемов, таких как PEP, X.PC, CAS, EFS и др. Например, протокол X.PC обеспечивает одновременное обслуживание до 15 соединений и может найти применение в сетевых серверах сетей с архитектурой клиент-сервер . 4. СЖАТИЕ ДАННЫХ Сжатие данных, наряду с защитой от ошибок, является той функцией, введение которой в модемы позволило значительно повысить их эффективность и, тем самым, продлить существование модемов на этапе перехода к полностью цифровым сетям.

В то время, как протокол MNP класс 5 стал фактическим промышленным стандартом на сжатие данных в модемах, МККТТ в качестве предварительной Рекомендации V.42 bis принял метод сжатия данных BTLZ British Telecom Lempel-Ziv, разработанный компанией British Telecom. Выбор указанного метода был сделан на основании сравнительного анализа результатов испытательной передачи определенных файлов с использованием 5 различных методов сжатия MNP, классы 5 и 7, фирмы Microcom США CommPressor, фирмы Adaptive Computer Technologies США модифицированный алгоритм Lempel-Ziv BTLZ , компании British Telecommunication PLC Великобритания. Испытательные последовательности включали текстовые файлы электронные таблицы записи сессий электронной почты файлы программ для главных ЭВМ и микрокомпьютеров.

На основании полученных результатов был сделан вывод, что метод BLTZ обеспечивает высокую степень сжатия и более эффективное использование памяти и ресурсов процессора.

Первым отличием алгоритма BTLZ от других алгоритмов является способ организации справочника, в котором хранятся более короткие коды, используемые для передачи вместо повторяющихся длинных отрезков данных. При других алгоритмах справочник заранее определен и хранится в ПЗУ, алгоритм BTLZ динамически формирует идентичные справочники на передающей и приемной сторонах, и последние хранятся в ОЗУ. Поэтому достигаемая степень сжатия при этом тем больше, чем больший объем памяти занят справочником, в то время, как степень сжатия при других алгоритмах ограничена фиксированным объемом справочника.

Другим преимуществом протокола BTLZ является его способность распознавать наличие последовательностей данных, близких к случайным. При обнаружении таких последовательностей алгоритм выключает механизм сжатия, продолжает контроль, и включает этот механизм при пропадании случайного характера последовательности данных.

Другие рассмотренные протоколы в такой ситуации снижают пропускную способность до величины меньшей, чем даже номинальная скорость модема. При сжатии текстов с помощью протокола BTLZ могут быть получены коэффициенты сжатия до 3, в то время, как для более регулярных данных, таких, как файлы электронных таблиц и некоторые графические файлы, коэффициент сжатия может достигать значений 4. Данный метод сильно чувствителен к ошибкам в потоке данных, которые приводят к изменению передающего и приемного справочников.

Поэтому он должен использоваться в сочетании с исправлением ошибок по этой причине он введен как Рекомендация V.42.bis - добавление к Рекомендации V.42. Возможны 2 варианта реализации метода простой и сложный, последний вариант обеспечивает более высокий коэффициент сжатия информации, но требует больших аппаратных и программных затрат. На базе стандартного тестового оборудования на моделях коммутируемых каналов с искажениями были испытаны 12 модемов разных изготовителей при различных видах передаваемых данных тексты, графика, программы и др Получаемые коэффициенты сжатия для метода BTLZ были всегда лучше, чем для протокола MNP, класс 5, и сопоставимы с результатами для протокола MNP, класс 7, а в некоторых случаях даже лучше.

При этом реальная скорость передачи информации составляла от 6000 до 9000 бит с для модемов на скорость 2400 бит с. Применение сжатия данных в модемах, соответствующих Рекомендации V.32, позволяет повышать фактическую скорость передачи информации до 38400 бит с, а в модемах по Рекомендации V.32bis - до 57600 бит с, т.е до скорости, близкой к скорости передачи в цифровом канале 64000 бит с. Несмотря на указанные преимущества, имеются 2 причины, замедляющие широкое распространение Рекомендации V.42bis. Первая, причина, заключается в том, что отдельные алгоритмы протокола защищены патентами, являющимися собственностью компаний British Telecom, IBM и Unisys.

Поэтому компании, желающие применить Рекомендацию V.42bis, должны прежде приобрести лицензии у указанных компаний.

Вторая причина связана с наличием ограничения по скорости 20 Кбит с на стыке с ООД Рекомендация V.24 , в то время, как при использовании сжатия данных фактическая скорость обмена может достигать значений 40-60 Кбит с. 5.