Управление потоком (данные) - Flow control (data)

В передача данных, управление потоком - это процесс управления скоростью передачи данных между двумя узлами, чтобы не допустить, чтобы быстрый отправитель перегружал медленного получателя. Он предоставляет приемнику механизм для управления скоростью передачи, чтобы принимающий узел не был перегружен данными от передающего узла. Управление потоком следует отличать от контроль перегрузки, который используется для управления потоком данных, когда действительно возникла перегрузка.^[1] Механизмы управления потоком можно классифицировать по тому, отправляет ли принимающий узел обратную связь отправляющему узлу.

Управление потоком важно, потому что отправляющий компьютер может передавать информацию с большей скоростью, чем конечный компьютер может ее получать и обрабатывать. Это может произойти, если получающие компьютеры имеют большую нагрузку по трафику по сравнению с отправляющим компьютером или если получающий компьютер имеет меньшую вычислительную мощность, чем отправляющий компьютер.

Остановись и подожди

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

Операции

Отправитель: Передает по одному кадру за раз.
Отправитель ожидает получения ACK в течение тайм-аута.
Получатель: Передает подтверждение (ACK) при получении кадра.
Переходите к шагу 1, когда получено ACK или истекло время ожидания.

Если кадр или ACK потеряны во время передачи, кадр передается повторно. Этот процесс повторной передачи известен как ARQ (автоматический запрос на повторение).

Проблема с остановкой и ожиданием заключается в том, что за один раз можно передать только один кадр, и это часто приводит к неэффективной передаче, потому что, 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

Единственное преимущество этого метода управления потоком - его простота.

Минусы

Отправителю необходимо ждать ACK после каждого передаваемого кадра. Это источник неэффективности, и особенно плохо, когда Задержка распространения намного длиннее, чем задержка передачи.^[2]

Остановка и ожидание также могут снизить эффективность при отправке более длительных передач.^[3] Когда отправляются более длинные передачи, вероятность ошибки в этом протоколе выше. Если сообщения короткие, вероятность обнаружения ошибок выше. Когда отдельные сообщения разбиваются на отдельные кадры, создается большая неэффективность, поскольку это увеличивает продолжительность передачи.^[4]

Раздвижное окно

Метод управления потоком, при котором приемник дает передатчику разрешение на передачу данных до тех пор, пока не заполнится окно. Когда окно заполнено, передатчик должен прекратить передачу, пока приемник не объявит о большем окне.^[5]

Управление потоком через скользящее окно лучше всего использовать, когда размер буфера ограничен и установлен заранее. Во время типичного обмена данными между отправителем и получателем получатель выделяет буферное пространство для п кадры (п - размер буфера в кадрах). Отправитель может отправить, а получатель может принять п кадры, не дожидаясь подтверждения. Последовательный номер присваивается кадрам, чтобы помочь отслеживать те кадры, которые действительно получили подтверждение. Получатель подтверждает кадр, отправляя подтверждение, которое включает порядковый номер следующего ожидаемого кадра. Это подтверждение объявляет, что получатель готов принять n кадров, начиная с указанного номера. И отправитель, и получатель поддерживают то, что называется окном. Размер окна меньше или равен размеру буфера.

Управление потоком через скользящее окно 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 возможно. Следовательно, массовая передача данных даст лучшую производительность с точки зрения более высокой пропускной способности.

Управление потоком через скользящее окно - это протокол точка-точка, предполагающий, что никакой другой объект не пытается связаться, пока текущая передача данных не будет завершена. Окно, поддерживаемое отправителем, указывает, какие кадры он может отправлять. Отправитель отправляет все кадры в окне и ожидает подтверждения (в отличие от подтверждения после каждого кадра). Затем отправитель сдвигает окно к соответствующему порядковому номеру, таким образом указывая, что кадры в пределах окна, начиная с текущего порядкового номера, могут быть отправлены.

Вернуться N

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

Нормализованная задержка распространения (а) =^{время распространения (Тр)}⁄_{время передачи (Tt)}, где Tp = длина (L) по скорости распространения (V) и Tt = битрейт (r) по отношению к частоте кадров (F). Так что a =^LF⁄_Vr.

Чтобы получить коэффициент использования, вы должны определить размер окна (N). Если N больше или равно 2a + 1, то использование канала передачи равно 1 (полное использование). Если оно меньше 2a + 1, то уравнение^N⁄_{1 + 2а} должен использоваться для вычисления использования.^[6]

Выборочный повтор

Селективный повтор - это протокол с установлением соединения, в котором и передатчик, и приемник имеют окно порядковых номеров. Протокол имеет максимальное количество сообщений, которые могут быть отправлены без подтверждения. Если это окно заполняется, протокол блокируется до тех пор, пока не будет получено подтверждение для самого раннего ожидающего сообщения. На этом этапе передатчик может отправлять больше сообщений.^[7]

Сравнение

Этот раздел ориентирован на идею сравнения Остановись и подожди, Раздвижное окно с подмножествами Вернуться N и Выборочный повтор.

Стоп-и-ждать

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

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

Выборочный повтор

Мы определяем пропускную способность T как среднее количество блоков, передаваемых на один переданный блок. Более удобно вычислить среднее количество передач, необходимых для связи блока, величину, которую мы обозначаем как 0, а затем определить T из уравнения ${ displaystyle T = { frac {1} {b}}}$ .^{[нужна цитата ]}

Управление потоком передачи

Управление потоком передачи может происходить:

между терминальное оборудование данных (DTE) и коммутационный центр, через оконечное оборудование цепи данных (DCE), противоположные типы взаимосвязаны напрямую,
или между двумя устройствами одного типа (два DTE или два DCE), соединенных между собой кроссовый кабель.

В скорость передачи может контролироваться из-за сеть или требования DTE. Управление потоком передачи может происходить независимо в двух направлениях передачи данных, что позволяет скоростям передачи в одном направлении отличаться от скоростей передачи в другом направлении. Управление потоком передачи может быть

либо остановка и ожидание,
или используйте раздвижное окно.

Управление потоком может быть выполнено

либо по управляющий сигнал линии в интерфейсе передачи данных (см. Серийный порт и RS-232 ),
или зарезервировав внутриполосные управляющие символы для сигнализации о начале и остановке потока (например, ASCII коды для XON / XOFF ).

Аппаратный контроль потока

В обычном RS-232 есть пары управляющих линий, которые обычно называют аппаратное управление потоком:

RTS (Request To Send) и CTS (Clear To Send), используемые в Управление потоком RTS
DTR (Терминал данных готов ) и DSR (Набор данных готов ), Управление потоком DTR

Аппаратным управлением потоком данных обычно занимается DTE или "главный конец", поскольку он сначала поднимает или утверждает свою строку, чтобы передать команду другой стороне:

В случае потока управления RTS DTE устанавливает свой RTS, который сигнализирует противоположному концу (подчиненному концу, например DCE), чтобы начать мониторинг своей линии ввода данных. Когда он будет готов к передаче данных, ведомый конец поднимет свою дополнительную линию, CTS в этом примере, которая сигнализирует ведущему о начале отправки данных, а ведущему - о начале мониторинга линии вывода данных ведомого. Если какой-либо стороне необходимо остановить передачу данных, она понижает соответствующую строку «готовности данных».
Для соединений ПК-модем и аналогичных каналов, в случае управления потоком DTR, DTR / DSR повышаются для всего сеанса модема (например, при коммутируемом интернет-вызове, где DTR повышается, чтобы сигнализировать модему о наборе номера, а DSR повышается с помощью модем, когда соединение установлено), и RTS / CTS повышаются для каждого блока данных.

Примером аппаратного управления потоком данных является Полудуплекс радиомодем к компьютерному интерфейсу. В этом случае управляющее программное обеспечение в модеме и компьютере может быть записано так, чтобы отдавать приоритет входящим радиосигналам, так что исходящие данные с 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, Data 1 - LO)
- для выводов микропроцессора используются сигналы TxD +, RxD +, CTS-, RTS- (разрешено отправлять, когда LO, Data 1 - HI)

Программное управление потоком

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

Управление потоком без обратной связи

Механизм управления потоком без обратной связи характеризуется отсутствием обратной связи между приемником и передатчиком. Это простое средство контроля широко используется. Ресурсы должны выделяться по типу «предварительное резервирование» или «переход от участка к узлу».

Управлению потоком без обратной связи присущи проблемы с максимальным использованием сетевых ресурсов. Распределение ресурсов выполняется при установке соединения с использованием CAC (Connection Admission Control), и это распределение выполняется с использованием информации, которая уже является «старыми новостями» в течение срока службы соединения. Часто происходит чрезмерное выделение ресурсов, и зарезервированные, но неиспользованные мощности тратятся впустую. Управление потоком без обратной связи используется Банкомат в его CBR, VBR и УБР услуги (см. договор перевозки и контроль перегрузки ).^[1]

Управление потоком без обратной связи включает два элемента управления; контроллер и регулятор. Регулятор может изменять входную переменную в ответ на сигнал от контроллера. Система без обратной связи не имеет механизма обратной связи или прямой связи, поэтому входные и выходные сигналы не связаны напрямую, и существует повышенная изменчивость трафика. В такой системе также более низкая скорость поступления и более высокая скорость потерь. В открытой системе управления контроллеры могут управлять регуляторами через равные промежутки времени, но нет гарантии, что выходная переменная может поддерживаться на желаемом уровне. Хотя использование этой модели может быть дешевле, модель с открытым контуром может быть нестабильной.

Управление потоком с обратной связью

Механизм управления потоком с обратной связью характеризуется способностью сети сообщать об ожидающих перегрузка сети обратно к передатчику. Затем эта информация используется передатчиком различными способами для адаптации своей активности к существующим условиям сети. Управление потоком с обратной связью используется ABR (увидеть договор перевозки и контроль перегрузки ).^[1] Управление потоком передачи, описанное выше, является формой управления потоком с обратной связью.

Эта система включает в себя все основные элементы управления, такие как датчик, преобразователь, контроллер и регулятор. Датчик используется для захвата переменной процесса. Переменная процесса отправляется передатчику, который переводит переменную в контроллер. Контроллер проверяет информацию относительно желаемого значения и при необходимости инициирует корректирующее действие. Затем контроллер сообщает регулятору, какие действия необходимо предпринять, чтобы убедиться, что значение выходной переменной соответствует желаемому значению. Следовательно, существует высокая степень уверенности в том, что выходная переменная может поддерживаться на желаемом уровне. Система управления с обратной связью может быть системой обратной связи или прямой связи:

Система обратной связи 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 действия на регуляторе. Большинство контуров управления в отрасли относятся к типу обратной связи.

В замкнутой системе с прямой связью измеряемая переменная процесса является входной переменной. Затем измеренный сигнал используется таким же образом, как и в системе обратной связи.

Модель с обратной связью обеспечивает более низкий уровень потерь и задержек при постановке в очередь, а также приводит к трафику, реагирующему на перегрузки. Модель с обратной связью всегда стабильна, так как количество активных минимумов ограничено.

Смотрите также

использованная литература

^ ^а ^б ^c Решения для тестирования сети, технический документ по управлению трафиком банкоматов последний доступ 15 марта 2005 г.
^ «КОНТРОЛЬ ОШИБОК» (PDF). 28 сентября 2005 г.. Получено 10 ноября 2018.
^ arun (20 ноября 2012 г.). «Методы управления потоком». angelfire.com. Получено 10 ноября 2018.
^ "последний доступ 1 декабря 2012 г.". people.bridgewater.edu. 1 декабря 2012 г.. Получено 10 ноября 2018.
^ Определение словаря Вебстера последний доступ 3 декабря 2012 г.
^ Фокальный словарь по телекоммуникациям, Focal Press последний доступ 3 декабря 2012 г.
^ Передача данных по адаптивным системам КВ радиосвязи с использованием протокола выборочного повтора последний доступ 3 декабря 2012 г.

Раздвижное окно:

[1] последний доступ 27 ноября 2012 г.

внешние ссылки

Управление потоком RS-232 и квитирование

[ATM-Traffic-Management-1] а ^б ^c Решения для тестирования сети, технический документ по управлению трафиком банкоматов последний доступ 15 марта 2005 г.

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

[ak2-3] run (20 ноября 2012 г.). «Методы управления потоком». angelfire.com. Получено 10 ноября 2018.

[lwilliam-4] "последний доступ 1 декабря 2012 г.". people.bridgewater.edu. 1 декабря 2012 г.. Получено 10 ноября 2018.

[Sliding_Window-5] Определение словаря Вебстера последний доступ 3 декабря 2012 г.

[Go_Back_N-6] Фокальный словарь по телекоммуникациям, Focal Press последний доступ 3 декабря 2012 г.

[Selective_Repeat-7] Передача данных по адаптивным системам КВ радиосвязи с использованием протокола выборочного повтора последний доступ 3 декабря 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]