Процедури керування множинним доступом до каналу з паралельною пакетною обробкою

У другому розділі формулюються задача організації множинного доступу, в контексті системного аналізу, та необхідні визначення, пропонуються відповідні протоколи множинного доступу.

Процедура керування множинним доступом організує процес інформаційної взаємодії у системі  , де  - множина вузлів (абонентів) системи, а  - обслуговуючий пристрій (ретранслятор), з метою перетворення інформаційного потоку Р1 у потік Р2, як показано на рис. 1.

Алгоритм А, що реалізує процедуру розподілу, задає відображення

 

 . (1)

При відсутності додаткових обмежень, алгоритм А визначається наступними факторами:

Характеристиками системи  , в нашому випадку - це затримка передачі сигналу а, максимальне число k пакетів, які приймаються одночасно.

Вимогами, що висуваються до системи   щодо пропускної здатності, надійності, стійкості.

Характером інформації щодо вхідного потоку.

Для обґрунтування доцільності використання в системах зв’язку з СDMA протоколів множинного доступу, що здійснюють розподіл часу, розглядається множина 1 протоколів, що реалізовані в системах зв’язку із простими сигналами, тобто з k = 1. З точки зору системного аналізу, задача полягає у відшуканні в множині всіх можливих протоколів цього класу 1  1 такого протоколу, під час реалізації якого величина пропускної здатності системи,   буде максимальною в порівнянні з відповідними величинами, що можуть бути отримані при реалізації всіх інших протоколів:

 

 . (2)

 

Показується, що операція порівняння ефективностей протоколів задає порядок на множині протоколів одного класу:

 

 . (3)

 

Визначається клас протоколів, кожен з яких модифікує деякий з існуючих протоколів ТDMA, для використання в системах зв’язку із складними сигналами (k 1) :

 . (4)

 

Для протоколів класу k можна припустити справедливість наступних умов:

1. Для кожного протоколу класу 1 відповідний йому протокол класу k має кращу пропускну здатність:

 

 . (5)

 

2. Будь-який протокол класу k забезпечує значення пропускної здатності, що перевищує ефективність передачі в системі СDMA без розподілу часу.

Виконання цих умов мотивує створення нових протоколів, які модифікують вже існуючи в системах із часовим розподілом для використання в системах із кодовим розподілом.

Додатковою підставою для створення протоколів із розподілом часу в системах СДМА є та обставина, що вони надають можливість підлаштування системи до вхідних параметрів, таких як відстань, на яку потрібно забезпечити зв’язок, потужність абонентського комплексу, навантаження на мережу.

Розробляються та описуються наступні протоколи множинного доступу з розподілом часу для систем зв’язку зі складними сигналами:

синхронний протокол МДСЗ,

асинхронний протокол МДСЗ,

асинхронний протокол МДСЗ із розв’язанням конфліктів,

протокол із резервуванням.

Далі визначається поняття робочого циклу, яке є необхідним для аналізу ефективності протоколу. Пропонується розглядати цикл, як послідовність двох фаз, початкової та фінальної. Початкова фаза циклу однорідна в наступному розумінні: на кожному її одиничному відрізку приходить не більш ніж k і не менш одного пакету. Вона може мати необмежену тривалість. Фінальна фаза циклу завжди має скінчену довжину та відлічується з моменту початку прийому ретранслятором деякого пакета, за час обробки якого приходить більш ніж k нових, або не приходить жодного. Завершення фази відбувається в момент повного припинення ретранслятором прийому пакетів при виконанні однієї з умов: якщо, при наявності конфлікту, завершується прийом останнього пакета - учасника конфлікту; якщо за час обробки деякої вимоги відсутнє надходження нових вимог.

Формулюються та доводяться наступні твердження:

Твердження 1. Тривалість фінальної фази обмежена зверху числом 2+2а.

Твердження 2. Для тривалості циклу, початкової та фінальної фаз виконується нерівність:

 

 . (6)

 

Повне число успішних передач циклу є сумою чисел успішних передач його початкової та фінальної фаз:

 

 . (7)

 

З урахуванням прийнятого означення циклу для кожного з чотирьох протоколів описані процедури абонентів та ретранслятора. Проаналізовано структуру циклу для всіх запропонованих протоколів.

У розділі 3 досліджується ефективність систем з паралельною обробкою на основі запропонованих протоколів керування, для цього визначається середня швидкість передач фінальної фази в каналі  , де NF – середнє число успішних передач, а ТF – середня тривалість фінальної фази циклу, а далі SР – середня швидкість передач, що досягається в початковій фазі. Cередня швидкість передач повного циклу з урахуванням довжини початкової фази ТР, визначається рівнянням:

 

 , (8)

 

де Т, повна тривалість циклу, задовольняє умові (5).

При знаходженні пропускної здатності каналу у фінальній фазі циклу для кожного з протоколів аналогічним чином шукаються значення середнього числа успішних передач та тривалості фінальної фази циклу.

Для простих асинхронних та синхронних протоколів МДСЗ середнє число успішних передач у фінальній фазі не повинно перевищувати k. Єдина відмінність полягає в умові успішності передач поточного циклу. В синхронному протоколі після приходу (k-1) -го пакету, коли настає інтервал вразливості, причиною конфлікту можуть стати тільки ті пакети, що надходять в першій його половині, тому інтервал вразливості, по суті, зменшується в два рази. Середнє число успішних передач фінальної фази в асинхронному та синхронному протоколах дорівнює, відповідно:

 

  (9)

 . (10)