СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛУ СВЯЗИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H04L1/12 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и систем сбора и передачи информации в вычислительных сетях со спутниковыми каналами связи.

Известен способ передачи информации (RU, патент на изобретение 2224377, H04L 1/18, 2004).

В вышеназванном способе передаваемые по каналам связи данные разбивают на блоки, на передающей стороне данные блока кодируют для возможности обнаружения ошибок, к блоку добавляют заголовок каждого уровня протокола связи.

Недостатком вышеназванного способа является отсутствие гарантии полноты доставки данных.

Известен способ передачи информации по каналам связи в реальном времени (RU, патент на изобретение, 2423004, H04L 1/00, 2009).

В вышеназванном способе передачи информации по каналам связи в реальном времени на передающей стороне в период регистрации запоминают все данные, выделяют значимые для передачи в реальном времени данные, разбивают данные на блоки, кодируют, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, передают по каналу связи и, по возможности, формируют и передают один или несколько резервных блоков данных, а на приемной стороне в период регистрации по результатам контроля искажений в принятых блоках выбирают из основного и резервных блок без искажений. После окончания периода регистрации все данные передают с использованием обратной связи, чем обеспечивают гарантию полноты доставки данных пользователю.

Недостатком вышеназванного способа является отсутствие полной гарантии передачи данных без искажений в период регистрации, так как при передаче существует вероятность искажения, как основного, так и всех резервных блоков данных. Кроме того существенны затраты времени на передачу данных с гарантией их полноты, так как часть данных, передаваемых в реальном времени повторно передается после периода регистрации. При использование протоколов с подтверждением в каналах связи с большим временем распространения сигнала возникают также простои в передаче данных и пропускная способность канала связи используется частично.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ передачи информации по каналам связи (RU, патент на изобретение, 2450466, H04L 9/00, 2012).

В известном способе передачи информации по каналам связи на передающей стороне в период регистрации запоминают все данные, выделяют значимые для передачи в реальном времени данные, разбивают данные на блоки, кодируют, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, передают основными блоками и, по возможности, формируют и передают один или несколько резервных блоков данных, на приемной стороне в период регистрации по результатам контроля искажений в принятых блоках выбирают из основного и резервных блок без искажений, а после периода регистрации передают зарегистрированные данные с сообщениями по обратной связи от приемной к передающей стороне об искаженных блоках данных и по этим сообщениям повторяют передачи искаженных блоков данных.

Недостатками известного способа является отсутствие полной гарантии передачи данных в период регистрации, так как при передаче существует вероятность искажения, как основного, так и всех резервных блоков данных. Существенны также затраты времени на передачу данных с гарантией их полноты, так как часть данных, передаваемых в реальном времени повторно передается и после периода регистрации.

Известно устройство для передачи информации (RU, патент на изобретение 2224377, H04L 1/18, 2004), содержащее на передающей стороне кодер для кодирования данных, блок добавления заголовка, а на приемной стороне блок обработки для определения ошибок (в заявляемой системе эти компоненты эквивалентны соответственно первому кодирующему устройству, блоку формирования служебных данных, второму устройству декодирования).

Недостатком вышеназванного устройства является отсутствие гарантии доставки данных. Искажение (потеря) блоков данных приводит к невосполнимым потерям полезной информации.

Известна система для передачи информации (RU, патент на изобретение, 2423004, H04L 1/00, 2011), содержащее на передающей стороне источник данных, первое запоминающее устройство (в заявляемом устройстве функции первого запоминающего устройства выполняет устройство хранения блоков данных и признаков их передачи), мультиплексор, первое кодирующее устройство, первый передатчик, первый приемник, первое устройство декодирования, первое устройство управления, а на приемной стороне второй приемник, второе запоминающее устройство (эквивалентное устройству хранения принятых блоков данных в заявляемом устройстве), второе устройство декодирования, второе устройство управления и устройство передачи данных пользователю.

Для гарантирования времени доставки данных в режиме реального времени используются общеизвестные протоколы передачи данных без подтверждения (например, UDP). Для гарантированной передачи данных (после окончания передачи данных в реальном времени) в вышеназванном устройстве используется общеизвестные протоколы передачи данных с подтверждением (например, TCP/IP).

Недостатком вышеназванной системы является отсутствие полной гарантии передачи данных в период регистрации (в реальном времени), так как и при передаче резервных блоков данных существует вероятность искажения, как основного, так и всех резервных блоков данных. Существенны также затраты времени на передачу данных с гарантией их полноты, так как часть данных, передаваемых в реальном времени повторно передается и после периода регистрации.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является система для передачи информации по каналам связи (RU, патент на изобретение, 2450466, H04L 9/00, 2012), содержащая источник данных, мультиплексор, первый передатчик, первый приемник, первое устройство кодирования, первое устройство декодирования, первое запоминающее устройство (в заявляемом устройстве функции первого запоминающего устройства выполняет устройство хранения блоков данных и признаков их передачи), первое устройство управления на передающей стороне, а также второй передатчик, второй приемник, второе устройство кодирования, второе устройство декодирования, второе запоминающее устройство (эквивалентное устройству хранения принятых блоков данных в заявляемом устройстве), второе устройство управление, устройство передачи данных пользователю на приемной стороне.

Недостатком известной системы является отсутствие полной гарантии передачи данных в период регистрации. Недостатком также является повторная передача данных, передаваемых в реальном времени, что увеличивает время доставки всех зарегистрированных данных с гарантией полноты их доставки.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые способ передачи информации по каналу связи в реальном времени и система для осуществления способа передачи информации по каналу связи в реальном времени, является обеспечение гарантии полноты передачи при передаче данных в период регистрации и сокращение времени на передачу всех зарегистрированных данных.

Техническая задача способа передачи информации по каналу связи в реальном времени решается тем, что на передающей стороне разбивают данные на блоки, кодируют с использованием предварительно определенного типа кодирования, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, в период регистрации запоминают все данные от источника данных, при необходимости выделяют значимые для передачи в реальном времени данные и передают основными блоками данных, с учетом пропускной способности канала связи и объема данных, передаваемых в период регистрации, по возможности формируют и передают для основных блоков один или несколько резервных блоков данных, после окончания периода регистрации при необходимости выбирают занесенные в память данные и передают блоками в канал связи, на приемной стороне в период регистрации декодируют, выбирают из основного и резервных блок без искажений или, при искажении основного и резервных блоков, отбрасывают блоки, после окончания периода регистрации декодируют поступающие из канала связи блоки, обнаруживают искаженные блоки, передают на передающую сторону сообщения о необходимости повторных передач блоков данных, при этом на передающей стороне в период регистрации все данные от источника данных запоминают в соответствующем номеру блока данных месте массива регистрируемых данных, на приемной стороне в период регистрации декодируют поступающие из канала связи блоки, обнаруживают искаженные и также передают на передающую сторону сообщения с заявками о необходимости повторных передач блоков данных, запоминают номера запрошенных блоков в массиве заявок на дополнительную передачу блоков, поступающие без искажений блоки запоминают в массиве принятых блоков и выдают пользователю в реальном времени, при поступлении неискаженных блоков, номера которых сохранены в массиве заявок на дополнительную передачу блоков, соответствующие записи из этого массива удаляют, в случае, если при этом в массиве заявок на дополнительную передачу блоков сохранены запись или записи с номерами блоков, предшествующих номеру удаленной записи, идентифицируют искажение или потерю повторной передачи или передач блока и повторяют сообщение на передающую сторону с заявкой или заявками на дополнительную передачу блока или блоков, после периода регистрации при декодировании поступающих из канала связи блоков, обнаружении искаженных и формировании сообщений о необходимости повторных передач блоков данных также запоминают номера запрошенных блоков в массиве заявок на дополнительную передачу блоков, анализируют номера поступивших из канала связи неискаженных блоков, выявляют пропуски в номерах блоков, записываемых в массив принятых блоков, формируют сообщение или сообщения на передающую сторону с заявкой или заявками о необходимости повторных передач блоков данных, периодически, через время несколько большее, чем время, достаточное на передачу сообщения от приемной стороны к передающей стороне и на передачу запрошенного блока от передающей стороны к приемной стороне, опрашивают массив заявок на дополнительную передачу блоков и по сохраненным в нем записям формируют сообщения передающей стороне с заявкой или заявками о необходимости дополнительных передач блоков данных, ожидают окончания передачи данных и получения всех блоков по записям в массиве заявок на дополнительную передачу блоков и выдают сформированные в массиве принятых блоков данные потребителю, на передающей стороне сообщения от приемной стороны с заявками о необходимости дополнительных передач блоков данных запоминают в массиве запросов на повторную передачу, в период регистрации по записям в массиве запросов на повторную передачу формируют дополнительные передачи блоков, для этого определяют резервное время по условию отсутствия данных от источника новых, не переданных в канал связи данных, и в это время выбирают из соответствующего номеру запрашиваемого блока места массива регистрируемых данных блок данных и выдают в канал связи, в период после регистрации, при внесении новой записи в массив запросов на повторную передачу, выбирают из массива регистрируемых данных блок, соответствующий адресу запрашиваемого блока, приостанавливают передачу блоков из массива регистрируемых данных и во время приостановки выдают в канал связи запрошенный блок.

Техническая задача системы для осуществления способа передачи информации по каналу связи в реальном времени способа решается тем, что она содержит на передающей стороне источник данных, выходы которого соединены с первыми информационными входами первого устройства управления и с первыми входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи, выходы которого соединены с первыми входами мультиплексора, управляющие входы которого соединены с первыми управляющими выходами первого устройства управления, выходы соединены с входами первого кодирующего устройства, управляющие входы которого соединены со вторыми управляющими выходами первого устройства управления, а выходы соединены с входами первого передатчика, выходы которого соединены с входами прямого канала связи «передатчик-приемник», выходы обратного канала связи «приемник-передатчик» соединены с входами первого приемника, выходы которого соединены с входами первого устройства декодирования, первые выходы которого соединены со вторыми информационными входами первого устройства управления, с третьими управляющими выходами которого соединены управляющие входы устройства хранения блоков данных и признаков их передачи, а на приемной стороне выход прямого канала связи «передатчик-приемник» соединен с входом второго приемника, первые выходы второго устройства декодирования соединены с первыми входами второго устройства управления, управляющие входы устройства хранения принятых блоков данных соединены с третьими выходами второго устройства управления, выходы соединены со вторыми информационными входами устройства передачи данных пользователю, кроме того, с выходом второго кодирующего устройства соединен вход второго передатчика, выход которого соединен с входом обратного канала связи «приемник-передатчик», выходами приемной стороны являются выходы устройства передачи данных пользователю, при этом на передающей стороне с четвертыми управляющими выходами первого устройства управления соединены управляющие входы блока формирования служебных данных, с информационными выходами соединены входы блока формирования служебных данных, выходы которого соединены с третьими входами мультиплексора, со вторыми входами которого соединены первые выходы устройства выбора данных, со вторыми выходами первого устройства декодирования соединены входы устройства хранения запросов на повторную передачу блоков, управляющие входы которого соединены с пятыми управляющими выходами первого устройства управления, выходы соединены с третьими информационными входами первого устройства управления, с шестыми управляющими выходами которого соединены управляющие входы устройства выбора данных, входы которого соединены с выходами источника данных, вторые выходы соединены со вторыми входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи, а на приемной стороне выход второго приемника соединен с входом второго устройства декодирования, вторые выходы которого соединены с первыми входами устройства передачи данных пользователю и с входами устройства хранения принятых блоков данных, четвертый выход второго устройства управления соединен с управляющим входом устройства передачи данных пользователю, второй выход соединен с управляющим входом устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков, второй вход с первым выходом устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков, второй выход которого соединен с первым входом блока формирования сообщений обратной связи, второй вход которого соединен с первым выходом второго устройства управления, а выход соединен с входом второго кодирующего устройства.

Сущность предлагаемого способа передачи информации по каналу связи в реальном времени состоит в следующем.

Для передачи данных от передающей к приемной стороной устанавливают соединение между ними с использованием канала прямой связи «передатчик-приемник» и канала обратной связи «приемник-передатчик».

На передающей стороне все поступающие от источника данные в реальном времени регистрируют в «массиве регистрируемых данных». Период, в течение которого поступают данные от источника обозначают периодом регистрации.

Для передачи в канал связи данные разбивают на блоки. Блоки кодируют для обнаружения искажений при передаче по каналу связи. Добавляют к блоку заголовок каждого уровня протокола связи. В заголовке указывают данные кодирования, что позволяет при приеме блока данных выявить наличие искажений. По сути предлагаемого способа блоки нумеруют и в заголовке указывают номер передаваемого блока.

Для передачи данных в реальном времени необходимо, чтобы пропускная способность прямого канала связи превышала интенсивность поступления данных от источника данных. Однако, на практике, в отдельных случаях такое соотношение не выполняется. В таких случаях из данных, поступающих от источника, выделяют значимые для передачи в реальном времени. Только эти данные передают в реальном времени в канал связи. Объем, в общем случае и интенсивность поступления, отобранных для передачи в реальном времени данных должны быть согласованными с реальной пропускной способностью канала связи. После окончания периода регистрации пользователю доставляются все зарегистрированные на передающей стороне данные.

Особенностью известного способа передачи данных является то, что передаваемые в период регистрации, в реальном времени данные не могут быть переданы с гарантией полноты доставки. После периода регистрации весь объем передаваемых данных, включая и значительную их часть, переданных в реальном времени, передаются приемной стороне с использованием обратной связи, что позволяет обеспечить полноту передачи данных. Даже в том случае, когда пропускная способность канала связи позволяет передавать все данные в темпе их поступления, после окончания периода регистрации в известном способе повторяют их передачу с использованием обратной связи, что обеспечивает гарантию полноты доставки.

По сути предлагаемого способа уже в период регистрации на приемной стороне по результатам контроля искажений в принятых блоках формируют и отправляют передающей стороне сообщения с номерами блоков, передачу которых необходимо повторить. Процедура обслуживания таких сообщений предусматривает прежде всего доставку в реальном времени данных поступающих от источника, а в резервное время, по возможности, обслуживаются запросы приемной стороны на повторную передачу блоков, искаженных при передаче. Неискаженные при передаче блоки передаются пользователю за гарантированное время от момента выдачи данных источником до передачи данных пользователю. Ко времени окончания периода регистрации или через некоторое время после его окончания все, вкдючая и искаженные при передаче в канале связи, блоки данных, переданные при применении предлагаемого способа, доставляются к передающей стороне (гарантируется полнота доставки). Если пропускная способность канала связи выше чем интенсивность поступления данных от источника, то на этом заканчивается процедура передачи данных с гарантией полноты их доставки. Сформированные в массиве принятых блоков (на приемной стороне) полные данные передаются пользователю. При применении предлагаемого способа в случае, когда пропускная способность недостаточна для передачи всех данных в реальном времени, после окончания периода регистрации из массива регистрируемых данных дополнительно передаются с использованием обратной связи (с гарантией полноты передачи) только блоки данных, которые не вошли в состав отобранных для передачи данных в реальном времени. После окончания дополнительных передач, сформированные в массиве принятых блоков (на приемной стороне) полные данные передаются пользователю.

Необходимо отметить, что и в первом случае, при превышении пропускной способности канала связи интенсивности выдачи данных источником (возможна передача всех данных от источник в реальном времени), и во втором случае, когда пропускная способность канала связи позволяет передать только часть данных в реальном времени, время доставки гарантируется только для блоков данных переданных по каналу без искажений. В предлагаемом способе реализуется также, по возможности, передача резервных блоков данных. При наличии резерва времени (нет новых порций данных от источника и нет запросов от приемной стороны на повторную передачу блоков) дублируется передача последнего, переданного в канал связи блока данных. Это позволяет повысить вероятность передачи блока данных в канале связи (значительно уменьшить вероятность искажения блока в канале связи).

Вероятность передачи без искажений блока в канале связи Р_{прд бд}:

где: Р_о - вероятность искажения символа, передаваемого в канале связи;

R_бл - размер блока данных (число символов в блоке), передаваемого в канале связи;

r_zb - размер заголовка блока данных (число символов заголовка), передаваемого в канале связи дополнительно с каждым блок м данных.

Вероятность искажения блока в канале связи Р_{птр бд}:

Р_{птр бд}=1-Р_{прд бд}.

При передаче одного или нескольких резервных блоков вероятность искажения блока при передаче в канале связи (Р_{птр бд р}) существенно снижается:

где: k_рб - число передаваемых резервных блоков данных.

Например, при Р_о=10^-6, R_бл=4096, r_zb=80,

Р_{прд бд}=0,996, Р_{птр бд}=0,004

В случае, когда дополнительно передается один резервный блок, вероятность искажения блока в канале связи снижается до Р_{птр бд р}=0,000017.

Для передачи данных в реальном времени и дополнительных передач блоков по запросам с приемной стороны необходимо превышение пропускной способности канала связи над интенсивностью поступления данных от источника.

Коэффициент превышения можно оценить статистическим коэффициентом $$\overline{k_{пвт}}$$ повторов передач блоков данных (средним значением повторных передач блоков, необходимых для компенсации искажений в канале связи). Коэффициент $$\overline{k_{пвт}}$$ определяется его средним значением во множестве вероятных ситуаций (передача без искажений в первой передаче, с одним повтором по запросу, после двух повторов по запросам и т.д.):

Для приведенных выше значений Р_о=10^-6, R_бл=4096, r_zb=80

Как правило, отрезки времени между поступлениями порций данных от источника стабильны (например, телеметрические измерения от изделий ракетной техники). В том случае, когда пропускной способности канала связи достаточно для передачи в реальном времени всех данных от источника, практически без флуктуаций будут и промежутки времени между выдачами блоков в канал связи. В этих условиях гарантированное время доставки определяется в основном временем распространения радиосигнала от передатчика до приемника. При передаче, например, через один спутник на геостационарной орбите это время примерно 0,26÷0,27 с.

При недостаточности пропускной способности канала связи и с передачей в реальном времени только части данных длительность отрезков времени между выдачей блоков в канал связи может варьироваться. Вероятны значительные группы (серии) передач с промежутками времени соответствующими интенсивности поступления данных от источника. Такие серии циклически повторяются в пределах так называемого «кадра», например данных телеизмерений по большому числу параметров сложных технических комплексов. В предлагаемом решении пропускной способностью канала связи обеспечивается передача выбранных «репортажных» данных в целом и на отрезке «кадров» в частности. Внутри указанных выше серий соответствующее соотношение с пропускной способностью канала связи может не обеспечиваться. Такие серии компенсируются буферными массивам в канале связи. Задействование буферных массивов канала связи увеличивает время доставки данных в режиме реального времени. В предельном случае внутри «кадра» все отбираемые «репортажные» данные могут сгруппироваться в одну серию. В этом случае, время доставки первого блока из серии, переданного в канал связи, будет примерно равно времени распространения радиосигнала от передатчика до приемника. Затем, внутри серии, время доставки будет постепенно увеличиваться. Для последнего блока серии время доставки станет равным сумме времени распространения радиосигнала от передатчика до приемника и «времени кадра» (в предельном случае, когда пропускная способность канала связи равна средней интенсивности поступления «репортажных» данных). В одном из практических применений время кадра равно 0,08 с. Таким образом, в предельном (маловероятном) случае время доставки флуктуирует от 0,27 с до 0,35 с (со средним значением менее 0,31 с).

Реализуемая в предложенном способе повторная передача только искаженных блоков (с использованием канала обратной связи для передачи сообщений от приемной стороны к передающей), непрерывная передача блоков передающей стороны, а также предлагаемый способ обеспечения гарантированной полноты доставки данных позволяет приблизить эффективную пропускную способность к предельной пропускной способности канала связи.

Предложенный способ и достигаемый с его реализацией результат передачи данных после периода регистрации поясняется диаграммами на фиг. 1 и на фиг. 2.

На фиг. 1 приведена диаграмма из рекомендаций Международного союза электросвязи (Telecommunication standardization sector of International Telecommunication Union. Y/1541, 12.2011. Series Y: Global information infrastructure, Internet protocol aspects and next-generation networks. Internet protocol aspects - Quality of service and network performance. Network performance objectives for-based services.). Ha диаграмме показаны фактическая пропускная способность при передаче данных по каналу связи с потенциальной (предельной) пропускной способностью в 10 Мб/с и при гарантированной доставке данных за счет применения способа доставки с подтверждением (наиболее широко используемый на практике в большинстве компьютерных сетей протокол передачи данных TCP). Диаграмма показывает изменение фактической пропускной способности при различных значениях вероятности искажения символа в канале связи (L_oss, на диаграмме фиг. 1) и времени распространения сигнала в прямом и обратном канале связи (RTT, на диаграмме фиг. 1). При искажениях в 0,1% передаваемых символов (L_oss=1.Е-3) известный протокол с подтверждением имеет фактическую пропускную способность на порядок меньше чем пропускная способность канала связи. При увеличении расстояния между приемником и передатчиком данных (например, для случая передачи данных через спутник-ретранслятор на геостационарной орбите, RTT≈0,54 с) даже с радиоканалом с малой вероятностью искажений эффективная пропускная способность на два порядка меньше потенциальной пропускной способности канала связи. В протоколе TCP требуется ожидание сообщений от приемника, подтверждающих результаты приема переданных ранее порций данных. На время ожидания выдача в канал связи блоков данных приостанавливается.

На фиг. 2 приведена фактическая пропускная способность передачи данных с применением предложенного способа. В предлагаемом способе при увеличении расстояния между приемником и передатчиком данных, так и при значительном увеличении вероятности искажения символа в канале связи, эффективная пропускная способность близка к потенциальной пропускной способности канала связи. При применении каналов связи с разной вероятностью искажения символа при передаче должен изменяться размер блоков данных (большие размеры блоков данных применяются в каналах с малой вероятностью искажения символа при передаче в канале связи).

Предложенная система для осуществления способа гарантированной передачи информации по каналу связи поясняется фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5.

На фиг. 3 представлена общая схема передачи данных:

1 - передающая сторона;

2 - приемная сторона;

3 - ретранслятор (например, связной спутник на геостационарной орбите);

4 - канал прямой связи (для передачи данных от передатчика к приемнику данных);

5 - обратный канал связи (для передачи сообщений обратной связи с запросами повторений передач блоков данных, с помощью которых обеспечивают гарантированную полноту передаваемых данных).

На фиг. 4 представлена структурная схема передающей стороны:

6 - источник данных;

7 - устройство хранения блоков данных и признаков их передачи;

8 - устройство выбора данных;

9 - первое устройство управления;

10 - мультиплексор;

11 - первое кодирующее устройство;

12 - первый передатчик;

13 - первый приемник;

14 - первое устройство декодирования;

15 - блок формирования служебных данных;

16 - устройство хранения запросов на повторную передачу блоков.

Составные части передающей стороны соединены следующим образом:

выходы источника данных 6 соединены с первыми входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7 (для хранения «массива регистрируемых данных»), входами устройства выбора данных 8 и первыми информационными входами первого устройства управления 9;

выходы устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7 соединены с первыми входами мультиплексора 10;

первые выходы устройства выбора данных 8 соединены с вторыми входами мультиплексора 10;

вторые выходы устройства выбора данных 8 соединены со вторыми входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7;

информационные выходы первого устройства управления 9 соединены с входами блока формирования служебных данных 15;

первые управляющие выходы первого устройства управления 9 соединены с управляющими входами мультиплексора 10;

вторые управляющие выходы первого устройства управления 9 соединены с управляющими входами первого кодирующего устройства 11;

третьи управляющие выходы первого устройства управления 9 соединены с управляющими входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7;

четвертые управляющие выходы первого устройства управления 9 соединены с управляющими входами блока формирования служебных данных 15;

пятые управляющие выходы первого устройства управления 9 соединены с управляющими входами устройства хранения запросов на повторную передачу блоков 16;

шестые управляющие выходы первого устройства управления 9 соединены с управляющими входами устройства выбора данных 8;

третьи входы мультиплексора 10 соединены с выходами блока формирования служебных данных 15;

выходы мультиплексора 10 соединены с входами первого кодирующего устройства 11;

выходы первого кодирующего устройства 11 соединены с входами первого передатчика 12;

выходы первого передатчика 12 являются входами прямого канала связи «передатчик-приемник» 4;

выходы канала обратной связи «приемник-передатчик» 5 являются входами первого приемника 13;

выходы первого приемника 13 соединены с входами первого устройства декодирования 14;

первые выходы первого устройства декодирования 14 соединены со вторыми информационными входами первого устройства управления 9;

вторые выходы первого устройства декодирования 14 соединены со входами устройства хранения запросов на повторную передачу блоков 16;

выходы устройства хранения запросов на повторную передачу блоков 16 соединены с третьими информационными входами первого устройства управления 9.

На фиг. 5 представлена структурная схема приемной стороны:

17 - второй приемник;

18 - второе устройство декодирования;

19 - второе устройство управления;

20 - устройство хранения принятых блоков данных;

21 - устройство хранения заявок на дополнительную передачу блоков;

22 - блок формирования сообщений обратной связи;

23 - второе кодирующее устройство;

24 - второй передатчик;

25 - устройство передачи данных пользователю.

Составные части приемной стороны соединены следующим образом:

выходы прямого канала связи «передатчик-приемник» 4 соединены с входами второго приемника 17;

выходы второго приемника 17 соединены с входами второго устройства декодирования 18;

первые выходы второго устройства декодирования 18 соединены с первыми входами второго устройство управления 19;

вторые выходы второго устройства декодирования 18 соединены с входами устройства хранения принятых блоков данных 20 (для хранения «массива принятых блоков») и с первыми входами устройства передачи данных пользователю 25;

выходы устройства хранения принятых блоков данных 20 соединены со вторыми информационными входами устройства передачи данных пользователю 25;

управляющие входы устройства хранения принятых блоков данных 20 соединены с третьими выходами второго устройства управления 21;

первые выходы устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 (для хранения «массива заявок на дополнительную передачу блоков») соединены с вторыми входами второго устройства управления 21;

управляющие входы устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 соединены со вторыми выходами второго устройства управления 19;

вторые выходы устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 соединены с первыми входами блока формирования сообщений обратной связи 22;

вторые входы блока формирования сообщений обратной связи 22 соединены с первыми выходами второго устройства управления 19;

выходы блока формирования сообщений обратной связи 22 соединены с входами второго кодирующего устройства 23;

выходы второго кодирующего устройства 23 соединены с входами второго передатчика 24;

выходы второго передатчика 24 соединены с входом «обратного» канала связи 5;

управляющие входы устройства передачи данных пользователю 25 соединены с четвертыми выходами второго устройства управления 19.

Выходы устройства передачи данных пользователю 25 являются выходами системы для передачи данных пользователю.

Источник данных 6 может быть реализован применением, например, известных приемно-регистрирующих телеметрических станций. Первый и второй передатчики 12 и 24, первый и второй приемники 13 и 17, ретранслятор 3 могут быть реализованы применением известных систем спутниковой связи. Остальные составные части предлагаемой системы могут быть реализованы с помощью ЭВМ на передающей и приемной сторонах.

Предлагаемая система для реализации способа передачи информации по каналу связи в реальном времени работает следующим образом.

Данные от источника данных 6 передающей стороны 1 поступают на входы устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7, на входы устройства выбора данных 8 и на первые информационные входы первого устройства управления 9.

Данные разбиваются на блоки, блоки нумеруются и записываются в массив регистрируемых данных (в устройство хранения блоков данных и признаков их передачи 7).

При недостаточности пропускной способности канала связи для передачи всех регистрируемых данных в реальном времени устройство выбора данных 8 выделяет репортажные блоки данных и с его выходов эти данные передаются на первые выходы устройства выбора данных 8, а на втором выходе устройства формируется признак выделения, который заносятся как сопровождающая метка соответствующего блока данных в массиве регистрируемых данных (через второй вход в устройстве хранения блоков данных и признаков их передачи 7).

Блоки данных с выходов устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7 поступают на первые входы мультиплексора 10 (или, при частичной передаче репортажных данных, непосредственно с первых выходов устройства выбора данных 8 на вторые входы мультиплексора 10). С помощью блока формирования служебных данных 15 добавляются данные заголовков блоков на третьи входы мультиплексора 10. С выходов мультиплексора блоки данных и заголовки блоков поступают на входы первого кодирующего устройства 11, где используют для формирования кода, позволяющего обнаруживать ошибки при передаче в канале связи. Код добавляют в заголовок блоков и блоки данных последовательно отправляют с помощью первого передатчика 12 по прямому каналу связи 4 через ретранслятор 3 на приемную сторону 2.

Поступающие по обратному каналу связи 5 с приемной стороны 2 запросы на повторную передачу блоков через первый приемник 13, декодируются в первом устройстве декодирования 14 и при отсутствии искажений запоминаются в устройстве хранения запросов на повторную передачу блоков 16 до выполнения передачи блока по этому запросу.

В период регистрации при условии отсутствия новых данных от источника 6 по этим запросам первое устройство управления 9 выбирает из устройства 7 запрошенный блок и через мультиплексор 10, первое кодирующее устройство 11, первый передатчик 12 отправляет в прямой канал связи на приемную сторону 2.

В период регистрации при условиях отсутствия новых данных от источника 6 и отсутствия запросов в устройстве хранения запросов на повторную передачу блоков 16 первое устройство управления 9 выбирает из устройства 7 последний выданный в канал связи блок и через мультиплексор 10, первое кодирующее устройство 11, первый передатчик 12 отправляет в прямой канал связи на приемную сторону 2 резервный блок данных.

После завершения периода регистрации под управлением первого устройства управления 9 завершается обслуживание записей в в устройстве хранения запросов на повторную передачу блоков 16 и при необходимости (при передаче в реальном времени только части данных от источника 6) непрерывно выдаются в канал связи 4 из устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7 блоки не имеющие сопровождающей метки передачи блока в реальном времени. После завершения периода регистрации меняется приоритет обслуживания запросов на повторную передачу блоков. При поступлении запроса в устройство хранения запросов на повторную передачу блоков 16 непрерывная передача «по порядку» блоков из устройства хранения блоков данных и признаков их передачи 7 приостанавливается и выдается в канал связи запрошенный блок.

На приемной стороне 2 блоки данных с выходов второго приемника 17 декодируются во втором устройстве декодирования 18. С первых выходов второго устройства декодирования 18 сигналы о поступлении неискаженного блока и его номере поступают на первый вход второго устройства управления 19. Под управлением со второго устройства управления 19 неискаженный блок заносится в соответствующее его номеру место в массив хранения принятых блоков данных (в устройство хранения принятых блоков данных 20). При необходимости сопровождают запись блока признаком записи неискаженного блока. При необходимости также заносят сквозной номер блока при регистрации. При необходимости заносят также дополнительный сквозной номер блока, передаваемого в реальном времени. В период регистрации неискаженный блок данных через первый вход устройства передачи данных пользователю 25 одновременно выдается пользователю. При выявлении искажений в блоке и при возможности идентификации номера блока под управлением второго устройства управления 19 в устройство хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 заносят запись с номером искаженного блока.

По записи в устройстве хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21, через блок формирования сообщения обратной связи 22, второе кодирующее устройство 23 и второй передатчик 24 по каналу обратной связи 5 на передающую сторону 1 передают запрос на дополнительную передачу блока данных.

При возможности идентификации порядкового номера блоков данных, передаваемых в период регистрации, при приеме неискаженного блока анализируют номер поступившего блока данных и при выявлении пропусков в порядковых номерах неискаженных блоков, по пропущенным номерам в устройство хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 заносят запись (или записи) с номером пропущенных блока (или блоков) и соответственно передают запросы на передающую сторону 1.

В период после регистрации при приеме неискаженного блока анализируют номер поступившего блока данных и при выявлении пропусков в порядковых номерах неискаженных блоков, по пропущенным номерам в устройстве хранения принятых блоков 20 заносят запись (или записи) с номером пропущенных блока (или блоков) в устройстве хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 и соответственно передают запросы на передающую сторону 1.

При поступлении неискаженных блоков, номера которых занесены в в устройстве хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21, записи с совпадающим номером блока из устройства 21 удаляют (заявка на дополнительную передачу блока выполнена).

В период регистрации при удалении записи в устройстве хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 анализируют ее номер и, в случае, когда в устройстве 21 сохранена запись (или записи) с меньшим порядковым номером, то по этим записям дополнительно формируют запросы на передающую сторону 1, так как ранее переданные запросы дополнительных передач блоков с указанным номером (или номерами) не были выполнены.

В период после регистрации опрос записей в устройстве хранения заявок на дополнительную передачу блоков 21 и повторное формирование запросов на передающую сторону выполняют периодически через отрезок времени несколько больший, чем время достаточное для передачи запроса на передающую сторону 1 и на передачу от передающей стороны 1 к приемной стороне 2 запрошенного блока данных.

После завершения передач данных сформированный полный массив данных с выхода устройства хранения принятых блоков 20 через второе информационные входы устройства передачи данных пользователю 25 выдается через выходы системы (выходы устройства передачи данных пользователю 25) пользователю.

При применении предлагаемых способа и системы для его осуществления обеспечивается:

гарантированное время доставки неискаженных в канале связи передаваемых в реальном времени блоков данных (в период регистрации данных на приемной стороне);

полнота доставки передаваемых в реальном времени блоков данных ко времени незначительно превышающему момент окончания периода регистрации;

полнота доставки всех зарегистрированных на приемной стороне данных после периода регистрации (при недостаточности пропускной способности канала связи для передачи всех регистрируемых данных в реальном времени);

существенно сокращается совокупное время доставки зарегистрированных данных пользователю.

Дополнительными эффектами от применения предлагаемого способа являются:

существенное сокращение передач в прямом канале связи для гарантированной полноты передачи определенных объемов данных, что влечет за собой повышение совокупной эффективной производительности канала связи;

сокращение числа сообщений в обратном канале связи, что влечет за собой сокращение возможных искажений сообщений и в конечном итоге также сокращает непроизводительные затраты на дополнительные передачи данных в прямом канале связи;

сокращение затрат на аренду спутниковых каналов связи для передачи данных или сокращение времени задействования спутникового канала связи.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в повышении безопасности передачи данных. В способе на передающей стороне запоминают в массиве передаваемые блоки данных, в другом массиве запросы на повтор от приемной стороны. На приемной стороне декодируют, выбирают неискаженные блоки и заносят в массив принятых блоков. По пропущенным номерам в массиве принятых блоков формируют запросы на повтор передач. Система на приемной и передающей стороне содержит кодирующие, декодирующие устройства, приемники и передатчики, устройства управления и по два устройства хранения данных, а также устройство выбора данных и блок формирования служебных данных на передающей, устройство передачи данных пользователю на приемной стороне. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ передачи информации по каналу связи в реальном времени, при котором на передающей стороне разбивают данные на блоки, кодируют с использованием предварительно определенного типа кодирования, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, в период регистрации запоминают все данные от источника данных, при необходимости выделяют значимые для передачи в реальном времени данные и передают основными блоками данных, с учетом пропускной способности канала связи и объема данных, передаваемых в период регистрации, по возможности формируют и передают для основных блоков один или несколько резервных блоков данных, после окончания периода регистрации при необходимости выбирают занесенные в память данные и передают блоками в канал связи, на приемной стороне в период регистрации декодируют, выбирают из основного и резервных блок без искажений или, при искажении основного и резервных блоков, отбрасывают блоки, после окончания периода регистрации декодируют поступающие из канала связи блоки, обнаруживают искаженные блоки, передают на передающую сторону сообщения о необходимости повторных передач блоков данных, отличающийся тем, что на передающей стороне в период регистрации все данные от источника данных запоминают в соответствующем номеру блока данных месте массива регистрируемых данных, на приемной стороне в период регистрации декодируют поступающие из канала связи блоки, обнаруживают искаженные и также передают на передающую сторону сообщения с заявками о необходимости повторных передач блоков данных, запоминают номера запрошенных блоков в массиве заявок на дополнительную передачу блоков, поступающие без искажений блоки запоминают в массиве принятых блоков и выдают пользователю в реальном времени, при поступлении неискаженных блоков, номера которых сохранены в массиве заявок на дополнительную передачу блоков, соответствующие записи из этого массива удаляют, в случае если при этом в массиве заявок на дополнительную передачу блоков сохранены запись или записи с номерами блоков, предшествующих номеру удаленной записи, идентифицируют искажение или потерю повторной передачи или передач блока и повторяют сообщение на передающую сторону с заявкой или заявками на дополнительную передачу блока или блоков, после периода регистрации при декодировании поступающих из канала связи блоков, обнаружении искаженных и формировании сообщений о необходимости повторных передач блоков данных также запоминают номера запрошенных блоков в массиве заявок на дополнительную передачу блоков, анализируют номера поступивших из канала связи неискаженных блоков, выявляют пропуски в номерах блоков, записываемых в массив принятых блоков, формируют сообщение или сообщения на передающую сторону с заявкой или заявками о необходимости повторных передач блоков данных, периодически, через время несколько большее, чем время, достаточное на передачу сообщения от приемной стороны к передающей стороне и на передачу запрошенного блока от передающей стороны к приемной стороне, опрашивают массив заявок на дополнительную передачу блоков и по сохраненным в нем записям формируют сообщения передающей стороне с заявкой или заявками о необходимости дополнительных передач блоков данных, ожидают окончания передачи данных и получения всех блоков по записям в массиве заявок на дополнительную передачу блоков и выдают сформированные в массиве принятых блоков данные потребителю, на передающей стороне сообщения от приемной стороны с заявками о необходимости дополнительных передач блоков данных запоминают в массиве запросов на повторную передачу, в период регистрации по записям в массиве запросов на повторную передачу формируют дополнительные передачи блоков, для этого определяют резервное время по условию отсутствия данных от источника новых, не переданных в канал связи данных, и в это время выбирают из соответствующего номеру запрашиваемого блока места массива регистрируемых данных блок данных и выдают в канал связи, в период после регистрации, при внесении новой записи в массив запросов на повторную передачу, выбирают из массива регистрируемых данных блок, соответствующий адресу запрашиваемого блока, приостанавливают передачу блоков из массива регистрируемых данных и во время приостановки выдают в канал связи запрошенный блок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на передающей стороне в период регистрации, при необходимости выделения значимых для передачи в реальном времени данных, соответствующие блоки данных при запоминании в массиве регистрируемых данных отмечают меткой выделения, в канал связи выдают выделенные блоки данных, а в период после регистрации выдают в канал связи блоки, не имеющие указанной метки выделения в массиве регистрируемых данных.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на передающей стороне формируют сквозной номер блока, передаваемый в канал связи в период регистрации, и сквозной номер блока, запоминаемого в массиве регистрируемых данных, и оба указанных номера указывают в заголовке блока.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при кодировании блока данных проводят отдельное кодирования информационной части блока и заголовка блока.

5. Система для осуществления способа передачи информации по каналу связи в реальном времени, содержащая на передающей стороне источник данных, выходы которого соединены с первыми информационными входами первого устройства управления и с первыми входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи, выходы которого соединены с первыми входами мультиплексора, управляющие входы которого соединены с первыми управляющими выходами первого устройства управления, выходы соединены с входами первого кодирующего устройства, управляющие входы которого соединены со вторыми управляющими выходами первого устройства управления, а выходы соединены с входами первого передатчика, выходы которого соединены с входами прямого канала связи «передатчик-приемник», выходы обратного канала связи «приемник-передатчик» соединены с входами первого приемника, выходы которого соединены с входами первого устройства декодирования, первые выходы которого соединены со вторыми информационными входами первого устройства управления, с третьими управляющими выходами которого соединены управляющие входы устройства хранения блоков данных и признаков их передачи, а на приемной стороне выход прямого канала связи «передатчик-приемник» соединен с входом второго приемника, первые выходы второго устройства декодирования соединены с первыми входами второго устройства управления, управляющие входы устройства хранения принятых блоков данных соединены с третьими выходами второго устройства управления, выходы соединены со вторыми информационными входами устройства передачи данных пользователю, кроме того, с выходом второго кодирующего устройства соединен вход второго передатчика, выход которого соединен с входом обратного канала связи «приемник-передатчик», выходами приемной стороны являются выходы устройства передачи данных пользователю, отличающаяся тем, что на передающей стороне с четвертыми управляющими выходами первого устройства управления соединены управляющие входы блока формирования служебных данных, с информационными выходами соединены входы блока формирования служебных данных, выходы которого соединены с третьими входами мультиплексора, со вторыми входами которого соединены первые выходы устройства выбора данных, со вторыми выходами первого устройства декодирования соединены входы устройства хранения запросов на повторную передачу блоков, управляющие входы которого соединены с пятыми управляющими выходами первого устройства управления, выходы соединены с третьими информационными входами первого устройства управления, с шестыми управляющими выходами которого соединены управляющие входы устройства выбора данных, входы которого соединены с выходами источника данных, вторые выходы соединены со вторыми входами устройства хранения блоков данных и признаков их передачи, а на приемной стороне выход второго приемника соединен с входом второго устройства декодирования, вторые выходы которого соединены с первыми входами устройства передачи данных пользователю и с входами устройства хранения принятых блоков данных, четвертый выход второго устройства управления соединен с управляющим входом устройства передачи данных пользователю, второй выход соединен с управляющим входом устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков, второй вход - с первым выходом устройства хранения заявок на дополнительную передачу блоков, второй выход которого соединен с первым входом блока формирования сообщений обратной связи, второй вход которого соединен с первым выходом второго устройства управления, а выход соединен с входом второго кодирующего устройства.