СПОСОБ ПАКЕТНОГО ОБМЕНА В ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ Российский патент 1999 года по МПК H04L12/52 H04L12/56 

Изобретение относится к передаче информации между логическими объектами, например, в локальных сетях, в частности, к способам пакетного обмена в каналах коллективного пользования.

В локальных сетях к каналу коллективного пользования может быть подключено значительное число абонентских станций. Необходимым условием эффективного использования пропускной способности канала коллективного пользования в интересах всех абонентов сети является обеспечение поочередной передачи информации от тех абонентских станций, которые имеют информацию для передачи. Необходимо иметь ввиду, что, если для передачи пакетов необходим какой-то порядок выхода абонентских станций в канал коллективного пользования для передачи пакетов, то прием информации в сети все станции ведут постоянно.

Способ пакетного обмена определяет порядок функционирования абонентских станций для обеспечения передачи пакетов конечной длины по каналу коллективного пользования между абонентскими станциями, подключенными к данному каналу коллективного пользования, оптимизирует эффективность использования пропускной способности канала коллективного пользования в интересах всех абонентов данного канала.

Известен способ обмена с временным разделением канала коллективного пользования (см. Системы передачи данных и сети ЭВМ М.: Мир, 1974, стр. 60 [1] .

В известном способе [1] передача информации в канале коллективного пользования от каждой абонентской станции разрешается в строго фиксированный для данной станции интервал времени.

К недостатку данного способа следует отнести неэффективное использование пропускной способности канала коллективного пользования при низком трафике абонентов.

Известен способ передачи сообщений со случайным доступом абонентов к каналу коллективного пользования (см. Щербо В.К., Киричев В.М., Самойленко С. И. Стандарты по локальным вычислительным сетям, М.: Радио и связь, 1990, стр. [23].

Известный способ [23] передачи сообщений заключается в том, что все станции коллективно используют общую физическую среду, на каждой станции, имеющей данные для передачи, отслеживают состояние физической среды и при отсутствии передач от других станций помещают свое сообщение в физическую среду. Если после начала передачи сообщение в канале сталкивается с сообщением другой станции, то каждая из этих станций выдает в физическую среду случайную комбинацию, опознаваемую на каждой станции как ложную информацию. Затем станция выжидает в течение определенного, динамически изменяемого промежутка времени, прежде, чем повторить попытку передачи.

К недостаткам данного способа [2] следует отнести то, что при его использовании существует вероятность одновременного выхода на передачу нескольких абонентских станций (столкновений), что приводит к потерям информации, задержкам при ее передаче. Эта вероятность тем выше, чем выше интенсивность передачи информации в локальных сетях.

Наиболее близким к предлагаемому объекту по назначению, технической сущности и достигаемому результату является способ передачи пакетов в сегментированной системе ALOHA (см. ТИИЭР, М.: Мир, том 75, N 1, 1987, стр. 167 [3].

В соответствии с этим способом все абонентские станции синхронизируют между собой, текущее время разбивают на сегменты равной длительности, при наличии информации пакеты передаются в сегментах, отведенных каждый для конкретной пакетной станции, синхронным образом так, чтобы начало пакета совпало с началом сегмента, а передача пакета полностью заканчивается в течение сегмента, принимают информацию на всех пакетных станциях.

К недостатку данного способа следует отнести неэффективное использование пропускной способности канала коллективного пользования, особенно, при низком трафике абонентов. Дело в том, что временные сегменты, принадлежащие абонентским станциям, у которых отсутствует информация для передачи остаются неиспользуемыми в течение всего времени отсутствия информации у этих станций. Кроме того, объем передаваемого пакета информации ограничен величиной сегмента. Поэтому незначительное увеличение объема информации за пределы сегмента приведет к необходимости занять еще один сегмент для передачи остатков информации.

Целью изобретения является повышение эффективности использования пропускной способности канала коллективного пользования при низком трафике и снятие ограничения по объему информации, передаваемой в пакете. Для достижения цели изобретения решается задача обеспечения передачи информации в сегментах тех абонентских станций, которые не передают информацию в настоящее время, равномерное распределение сегментов канала коллективного пользования между абонентскими станциями, имеющими информацию для передачи, и обеспечение возможности передачи пакетов произвольной длины.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи на абонентской станции сети
- текущее время разбивают на сегменты равной длительности T_с (T_с ≥ 2t_р + T_оп, где t_р - время распространения сигналов между двумя наиболее удаленными абонентскии станциями в локальной сети, t_оп - время опознавания наличия несущей от других станций в канале коллективного пользования, принятое в данной локальной сети);
- абонентские станции синхронизируют;
- присваивают сегменты абонентским станциям;
- на каждой абонентской станции определяют занятость канала коллективного пользования путем анализа несущей;
- в случае занятости канала коллективного пользования анализируют несущую и после освобождения канала коллективного пользования переносят начало "своего" сегмента, сдвигая всю временную шкалу, на время занятости канала;
- при наличии на абонентской станции информации ее передают пакетами произвольной длины (T_п) синхронным образом так, чтобы начало пакета совпадало с началом последующего за "своим" сегмента;
- передачу пакета заканчивают в течение временного интервала, величина которого определяется как T_п.

К признакам, отличающим предложенный способ от прототипа относится то, что
- на каждой абонентской станции определяют занятость канала коллективного пользования путем анализа несущей;
- в случае занятости канала коллективного пользования анализируют несущую и после освобождения канала коллективного пользования переносят начало "своего" сегмента, сдвигая всю временную шкалу, на время занятости канала;
- при наличии на абонентской станции информации ее передают пакетами произвольной длины (T_п) синхронным образом так, чтобы начало пакета совпадало с началом последующего за "своим" сегмента;
- передачу пакета заканчивают в течение временного интервала, величина которого определяется как T_п.

Возможность достижения поставленной цели, а именно повышения эффективности использования пропускной способности канала коллективного пользования при низком трафике обусловлена тем, что
- при данном способе пакетного обмена временные сегменты (T_с) относительно много короче, чем в прототипе. Поэтому ожидание сегмента, в котором будет передаваться информация, занимает меньше времени. Кроме того, все сегменты используются и для передачи информации и для определения возможности начать передачу информации;
- при отсутствии информации для передачи у пакетной станции сегменты, отведенные для данной станции, могут быть использованы для передачи информации других пакетных станций;
- каждая пакетная станция имеет возможность передать свою информацию в отведенное для нее время;
- обеспечена возможность передачи пакетов произвольной длины.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема пакетной станции для реализации предложенного способа; на фиг. 2 - временная диаграмма деления канала коллективного пользования локальной сети на временные сегменты, выделения сегментов абонентским станциям локальной сети, формирования пакетов при передаче информации от одной, двух и N передающих станций; на фиг. 3 - графики эффективности использования пропускной способности канала коллективного пользования для прототипа и предлагаемого способов.

Устройство (фиг. 1) содержит блок хронирования 1, блок управления доступом 2, приемник 3, микропроцессор 4, передатчик 5.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Абонентские станции локальной сети постоянно находятся в состоянии приема информации из канала коллективного пользования. С момента включения абонентской станции в локальную сеть сигналом точного времени (например, от СЕВ) или другим общим для данной локальной сети сигналом запускают блок хронирования 1, при помощи которого формируют временные интервалы T_с, 2t_р и t_оп (фиг. 2а, б) и выделяют сегмент "своей" станции. Если в канале коллективного пользования передается информация (т. е. канал занят) в приемнике 3 анализируют несущую и сигналом занятости канала на другой вход блока хронирования 1 переносят начало "своего" сегмента, сдвигая всю временную шкалу, на время занятости канала.

Интервалами T_с и t_оп, выделенными на i-й абонентской станции (где i = 1, 2, . ..,N) в блоке управления 2, на другой вход которого из приемника 3 поступает сигнал о наличии несущей в канале коллективного пользования (сигнал занятости канала), выделяют интервал t_оп. в "своем" сегменте T_с, на котором анализируют несущую (фиг. 2.б). Если на "своем" интервале T_с будет зафиксировано отсутствие информации в канале связи в течение t_оп, в конце интервала T_с вырабатывают сигнал разрешения доступа, который поступает на микропроцессор 4 и определяет возможность передачи пакета информации из микропроцессора 4 через передатчик 5 в канал связи коллективного пользования. В этом случае при наличии информации для передачи передатчик 5 включается на передачу и информацию передают из микропроцессора 4 пакетами произвольной длины синхронным образом так, чтобы начало пакета совпадало с началом последующего за "своим" сегмента. Передачу пакета заканчивают в течение временного интервала, величина которого определяется как T_п.

На фиг. 2.2 представлена временная диаграмма использования канала коллективного пользования при передаче пакетной информации от 1-й абонентской станции, на фиг. 2.3 - временная диаграмма для случая передачи от 1-й и 3-ей абонентских станций, на фиг. 2.3 - от всех N станций.

Реализация предложенного способа обмена в пакетной сети позволяет повысить эффективность использования пропускной способности канала коллективного пользования при низком трафике (при количестве работающих абонентских станций от 1 до N-1) за счет обеспечения передачи информации в сегментах тех абонентских станций, которые не передают информацию в настоящее время, равномерного распределения сегментов канала коллективного пользования между абонентскими станциями, имеющими информацию для передачи и обеспечения возможности передачи пакетов произвольной длины. На фиг. 3 графически показана возможность повышения эффективности использования пропускной способности канала коллективного пользования (C) в зависимости от количества пакетных станций (n) ведущих передачу информации.

Источники информации:
1. Системы передачи данных и сети ЭВМ. - М.: Мир, 1974, с. 60.

2. Щербо В.К., Киричев В.М., Самойленко С.И. Стандарты по локальным вычислительным сетям. - М.: Радио и связь, 1990.

3. ТИИЭР. - М.: Мир, т. 75, N 1, 1987, с. 167.

Способ пакетного обмена в локальных сетях относится к передаче информации между логическими объектами, например в локальных сетях. Техническим результатом данного способа является повышене эффективности пропускной способности канала коллективного пользования при низком трафике и снятие ограничения по объему информации, передаваемой в пакете. Это достигается тем, что все абонентские станции синхронизируют между собой, текущее время разбивают на сегменты равной длительности, при этом величина сегментов выбирается равной T_c≥2t_p+t_оп, где t_p - время распространения сигналов между двумя наиболее удаленными абонентскими станциями в локальной сети, а t_оп - время опознавания наличия несущей от других станций в канале коллективного пользования, принятое в данной локальной сети, на каждой абонентской станции определяют занятость канала коллективного пользования путем анализа несущей, в случае занятости канала коллективного пользования анализируют несущую и после освобождения канала коллективноно пользования переносят начало "своего" сегмента, сдвигая всю временную шкалу на время занятости канала, при условии необнаружения на абонентской станции в течение своего интервала T_c передачи информации от других абонентских станций сети и наличии информации для передачи ее передают пакетами произвольной длины синхронным образом так, чтобы начало пакета совпадало с началом последующего за "своим" сегмента, а передачу пакета заканчивают в течение временного интервала, равного T_п. 3 ил.

Способ пакетного обмена в локальных сетях с коллективным использованием общей физической среды, при котором все абонентские станции синхронизируют между собой, текущее время разбивают на сегменты и постоянно принимают информацию, отличающийся тем, что величину сегмента выбирают равной T_с ≥ 2t_р + t_оп, где t_р - время распространения сигналов между двумя наиболее удаленными абонентскими станциями в локальной сети, а t_оп - время опознавания наличия несущей от других станций в канале коллективного пользования, принятое в данной локальной сети, на каждой абонентской станции определяют занятость канала коллективного пользования путем анализа несущей, в случае занятости канала коллективного пользования анализируют несущую и после освобождения канала переносят начало "своего" сегмента, сдвигая всю временную шкалу на время занятости канала, при условии необнаружения на абонентской станции в течение "своего" интервала T_с занятости канала коллективного пользования и наличии информации для передачи ее передают пакетами произвольной длины синхронным образом так, чтобы начало пакета совпадало с началом последующего за "своим" сегмента.