Способ и устройство управления передачей данных по радиоканалу

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области передачи дискретных сообщений, и может быть использовано для повышения эффективности использования пропускной способности линий и сетей радиосвязи, в частности линий и сетей связи в системах автоматических зависимых наблюдений при использовании на данных линиях комплекса технических средств передачи данных. Техническим результатом является повышение коэффициента использования пропускной способности радиоканала при неравномерном трафике, а также обеспечение отсутствия зависимости среднего времени доставки пакетов данных при изменении числа абонентов радиосети в широких пределах. Технический результат достигается тем, что передачу пакетов данных по радиоканалу осуществляют в соответствии с протоколом ALOHA в синхронном или асинхронном вариантах, а интенсивность формирования пакетов данных и/или мощность передачи пакетов данных выбирают в зависимости от навигационных данных. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области передачи дискретных сообщений. Предлагаемое техническое решение может быть использовано для повышения эффективности использования пропускной способности линий и сетей радиосвязи, в частности линий и сетей связи в системах автоматических зависимых наблюдений (АЗН) при использовании на данных линиях комплекса технических средств передачи данных.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному техническому решению в части способа является способ управления передачей данных по радиоканалу, включающий прием навигационных данных, формирование и передачу пакетов данных через по меньшей мере один радиоканал (US 5798726 А, 03.02,95).

Прототипом к заявленному техническому решению в части устройства является устройство управления передачей данных по радиоканалу, включающее источник навигационных данных, выход которого соединен с входом формирователя пакетов данных, а два выхода формирователя пакетов данных связаны с первым и вторым входами передатчика, и декодер пакетов данных, вход которого связан с выходом приемника (US 5798726 А, 03.02.95).

Недостатками известного технического решения в части способа и устройства являются неэффективное использование пропускной способности радиоканала при неравномерном трафике, а также зависимость среднего времени доставки пакетов данных от числа абонентов радиосети, что при работе радиосети системы АЗН приведет к снижению точности сопровождения абонентов.

Задачей изобретения является разработка способа и устройства управления передачей данных по радиоканалу, обеспечивающих достижение технического результата, заключающегося в повышении коэффициента использования пропускной способности радиоканала при неравномерном трафике, а также в отсутствии зависимости среднего времени доставки пакетов данных при изменении числа абонентов радиосети в широких пределах, что при работе радиосети системы АЗН приводит к обеспечению фиксированной точности сопровождения абонентов.

Поставленная задача в части предложенного способа достигается тем, что в известном способе управления передачей данных по радиоканалу, включающем прием навигационных данных, формирование и передачу пакетов данных через по меньшей мере один радиоканал, передача пакетов данных осуществляется в соответствии с протоколом ALOHA в синхронном или несинхронном вариантах, а интенсивность формирования пакетов данных и/или мощность передачи пакетов данных выбирают в зависимости от навигационных данных.

Поставленная задача в части предложенного устройства достигается тем, что в известное устройство управления передачей данных по радиоканалу, содержащее источник навигационных данных, выход которого соединен с входом формирователя пакетов данных, а два выхода формирователя пакетов данных связаны с первым и вторым входами передатчика, и декодер пакетов данных, вход которого связан с выходом приемника, дополнительно введены контроллер протокола ALOHA, блок управления интенсивностью формирования пакетов данных и/или блок управления мощностью передачи пакетов данных, причем первый вход контроллера протокола ALOHA связан с выходом источника навигационных данных через блок управления интенсивностью формирования пакетов данных при его наличии, а дополнительный вход передатчика связан с выходом источника навигационных данных через блок управления мощностью передачи пакетов данных при его наличии, выход декодера пакетов данных связан со вторым входом контроллера протокола ALOHA, выход которого соединен с управляющим входом формирователя пакетов данных.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в части способа и устройства управления передачей данных по радиоканалу в отличие от прототипа повышается коэффициент использования пропускной способности радиоканала при неравномерном трафике, а также отсутствует зависимость среднего времени доставки пакетов данных при изменении числа абонентов радиосети в широких пределах, что при работе радиосети системы АЗН приводит к обеспечению фиксированной точности сопровождения абонентов.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности "новизна". Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявляемые способ и устройство управления передачей данных по радиоканалу поясняются чертежом, на котором приведена структурная схема, содержащая источник навигационных данных 1, контроллер протокола ALOHA 2, формирователь пакетов данных 3, передатчик 4, блок управления интенсивностью формирования пакетов данных 5, блок управления мощностью передачи пакетов данных 6, приемник 7 и декодер пакетов данных 8. Возможно наличие либо блока управления интенсивностью формирования пакетов данных 5, либо блока управления мощностью передачи пакетов данных 6, либо обоих блоков одновременно. Выход источника навигационных данных 1 связан с входом формирователя пакетов данных 3, два выхода которого связаны с первым и вторым входами передатчика 4, Первый вход контроллера протокола ALOHA 2 связан с выходом источника навигационных данных 1 через блок управления интенсивностью формирования пакетов данных 5 при его наличии. Второй вход контроллера протокола ALOHA 2 связан с выходом декодера пакетов данных 8, вход которого связан с выходом приемника 7. Выход контроллера протокола ALOHA 2 связан с управляющим входом формирователя пакетов данных 3. Дополнительный вход передатчика 4 связан с выходом источника навигационных данных 1 через блок управления мощностью передачи пакетов данных 6 при его наличии.

Описание работы устройства и конкретный пример реализации способа. Контроллер протокола ALOHA 2 в случайные моменты времени, исходя из заданной блоком управления интенсивностью формирования пакетов данных 5 интенсивности формирования пакетов данных, вырабатывает сигнал разрешения формирования пакета данных, поступающий на формирователь пакетов данных 3. Пакет данных, содержащий навигационные данные, поступившие в формирователь пакетов данных 3 от источника навигационных данных 1, например, приемник спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС или NAVSTAR, и/или данные, поступившие в формирователь пакетов данных 3 с информационного входа, поступает с формирователя пакетов данных 3 на передатчик 4 и передается с заданной блоком управления мощностью передачи пакетов данных 6 на диспетчерский пункт. Контроллер протокола ALOHA 2 разрешает формирование и последующую передачу пакетов данных абонентам в любой по их выбору момент времени В случае столкновения двух или более пакетов данных, фиксируемом в нисходящей (диспетчерский пункт - подвижный абонент) линии связи принимается решение о возникновении конфликтной ситуации, и конфликтующим абонентам назначается повторная передача, причем для уменьшения вероятности повторного конфликта начало передачи выбирается через случайный интервал времени. Для этого принятый в нисходящей линии связи пакет данных поступает с приемника 7 на декодер пакетов данных 8, где из пакета данных выделяется признак возникновения конфликтной ситуации при приеме диспетчерским пунктом переданного пакета данных. Этот сигнал о возникновении конфликта поступает в контроллер протокола ALOHA 2, который осуществляет повторные передачи пакета данных до тех пор, пока не исчезнет признак возникновения конфликтной ситуации.

S=Ge^-2G, (1) где S - средняя пропускная способность; G - средний трафик, и для синхронного варианта протокола ALOHA S=Ge^-G, (2) причем G = λT, (3) где λ - интенсивность формирования пакетов данных; Т - продолжительность передачи каждого пакета данных; (N. Abramson, The Throughput of Packet Broadcasting Channels, IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-25, No. 1, January 1977, p. 118).

Выражения (1) и (2) позволяют получить нижнее (пессимистическое) значение средней скорости передачи пакетов данных. В частности, одним из допущений является предположение о взаимном разрушении конфликтующих пакетов данных. Вместе с тем, в радиотехнике существует явление захвата, состоящее в избирательном приеме одного из группы одновременно поступающих на вход сигналов. В сетях, основанных на передаче данных простыми сигналами, явление захвата проявляется в успешном приеме сигнала, мощность которого превышает на требуемую величину суммарную мощность остальных конкурирующих сигналов. Если же все абоненты сети имеют одинаковую мощность передатчиков, то мощность сигнала в точке приема будет монотонно убывать с ростом расстояния до абонента.

Известно выражение для определения плотности распределения трафика для случая идеального захвата (таким свойством обладает, например, частотный дискриминатор) и постоянной плотности средней скорости передачи пакетов данных

где G(r) - плотность распределения трафика (нормированный трафик с единицы площади расстояния r от точки приема);
S₀=G(0) - плотность трафика в точке приема;
r - расстояние до точки приема;
(N. Abramson, The Throughput of Packet Broadcasting Channels, IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-25, No. 1, January 1977, p. 124). Таким образом, для обеспечения не зависящей от расстояния до точки приема плотности средней скорости необходимо изменять трафик в зависимости от этого расстояния. Аналогичное выражение для определения распределения плотности интенсивности формирования пакетов данных:

где L(r) - распределение плотности интенсивности формирования пакетов данных (полная интенсивность формирования пакетов данных с единицы площади расстояния r от точки приема).

Независимость плотности средней скорости от расстояния от абонента до точки приема обеспечивает одинаковое среднее время доставки пакетов данных для абонентов, находящихся на любых расстояниях от точки приема в пределах зоны действия радиосети. Применительно к радиосети системы АЗН, работающей в соответствии с протоколом множественного доступа ALOHA, это будет означать, что точность сопровождения абонента в пределах зоны действия радиосети не будет зависеть от расстояния от абонента до точки приема.

При неизменной продолжительности передачи пакета данных Т управление трафиком в сети с протоколом ALOHA можно осуществлять изменением интенсивности формирования пакетов данных в зависимости от расстояния от абонента до точки приема. При наличии у абонента источника навигационных данных 1, определяющего местоположение абонента, и при известных координатах точки приема это расстояние легко может быть вычислено.

При работе абонентов в условиях радиозатенения, например в зонах застройки и/или пересеченного рельефа местности, мощность в точке приема (при одинаковой мощности передачи пакетов данных) зависит не только от расстояния до абонента, но и от условий затенения. Чтобы компенсировать эту зависимость, требуется осуществлять управление мощностью передачи пакетов данных в зависимости от местоположения абонента. Зависимость мощности передачи пакетов данных от местоположения абонента выбирают такой, чтобы в точке приема она монотонно убывала с ростом расстояния до абонента и не зависела от азимута абонента. Местоположение абонента опять же определяется исходя из навигационной данных, получаемых от источника навигационных данных 1.

Для обеспечения управления интенсивностью формирования пакетов данных и/или мощностью передачи пакетов данных в зависимости от местоположения абонента навигационные данные с источника навигационных данных 1 поступают в блок управления интенсивностью формирования пакетов данных 5 и/или в блок управления мощностью передачи пакетов данных 6.

Интенсивность формирования пакетов данных в блоке управления интенсивностью формирования пакетов данных 5 выбирают таким образом, чтобы среднее время доставки пакета данных не зависело от местоположения абонента, например, руководствуясь следующими соображениями.

Пусть в системе работает известное количество n абонентов, равномерно распределенных по территории с известной площадью D. Тогда средняя плотность распределения абонентов (количество абонентов на единицу площади) составляет n/D. Поделив на эту величину значение плотности интенсивности формирования пакетов данных, зависящее от расстояния от абонента до диспетчерского пункта (5), получим значение интенсивности формирования пакетов данных для абонента, находящегося на расстоянии r от диспетчерского пункта, поступающее из блока управления интенсивностью формирования пакетов данных 5 в контроллер протокола ALOHA 2.

Мощность передачи пакетов данных в блоке управления мощностью передачи пакетов данных 6 выбирают, например, таким образом, чтобы в точке приема она монотонно убывала с ростом расстояния до абонента и не зависела от азимута абонента.

Формула изобретения

1. Способ управления передачей данных по радиоканалу, включающий прием навигационных данных, формирование и передачу пакетов данных через по меньшей мере один радиоканал, отличающийся тем, что передачу пакетов данных осуществляют в соответствии с протоколом ALOHA в синхронном или асинхронном вариантах, а интенсивность формирования пакетов данных и/или мощность передачи пакетов данных выбирают в зависимости от навигационных данных.

2. Устройство управления передачей данных по радиоканалу, включающее источник навигационных данных, выход которого соединен с входом формирователя пакетов данных, а два выхода формирователя пакетов данных связаны с первым и вторым входами передатчика, и декодер пакетов данных, вход которого связан с выходом приемника, отличающееся тем, что оно снабжено контроллером протокола ALOHA, блоком управления интенсивностью формирования пакетов данных и/или блоком управления мощностью передачи пакетов данных, причем первый вход контроллера протокола ALOHA связан с выходом источника навигационных данных через блок управления интенсивностью формирования пакетов данных при его наличии, а дополнительный вход передатчика связан с выходом источника навигационных данных через блок управления мощностью передачи пакетов данных при его наличии, выход декодера пакетов данных связан со вторым входом контроллера протокола ALOHA, выход которого соединен с управляющим входом формирователя пакетов данных.

РИСУНКИ

Рисунок 1