Контроль потока

Наиболее простым методом контроля потока является метод стоп-ожидания. При таком подходе сообщение разбивается на несколько фреймов, и приёмник сигнализирует о готовности принять очередной фрейм данных. Отправитель ждёт подтверждения (ACK) после каждого переданного фрейма в течение определённого (тайм-аут) времени. Приёмник отправляет ACK, чтобы уведомить отправителя об успешном приёме данных. После получения подтверждения отправитель переходит к передаче следующего фрейма.

Это метод контроля потока, при котором получатель предоставляет передатчику разрешение на отправку данных, пока не заполнено окно. При заполнении окна передатчик обязан прекратить передачу до тех пор, пока приёмник не увеличит размер окна.

Метод скользящего окна эффективен при ограниченном и заранее определённом размере буфера. Обычно в процессе передачи данных приёмник выделяет буфер на n кадров (n — размер буфера в кадрах). Отправитель может передать и приёмник принять n кадров без ожидания подтверждений. Каждому кадру присваивается порядковый номер, чтобы отслеживать подтверждённые кадры. Подтверждения от приёмника включают номер следующего ожидаемого кадра, тем самым сигнализируя о готовности принять очередной блок из n кадров. Отправитель и приёмник используют понятие окна — размер окна не превышает размер буфера.

Метод скользящего окна обеспечивает значительно большую производительность по сравнению с методом стоп-ожидания. Например, в беспроводных сетях с малой скоростью и высоким уровнем шума ожидание подтверждения каждого пакета невыгодно; массовая передача данных повышает суммарную пропускную способность.

Скользящее окно — это точка-точечный протокол, предполагающий отсутствие параллельных подключений до завершения текущей передачи. Окно, поддерживаемое отправителем, показывает, какие кадры он может отправить: все кадры в пределах окна отправляются последовательно, подтверждение приходит не после каждого фрейма, а для блоков. После получения подтверждения окно сдвигается по шкале номеров фреймов, начиная с текущего значения.

В этом разделе сравниваются методы стоп-ожидания, скользящего окна, а также его разновидности — go back N и избирательный повтор.

Контроль потока при передаче может осуществляться:

• между оконечным оборудованием передачи данных (DTE) и коммутационным центром посредством оборудования оконечного устройства, либо между DTE и DCE напрямую;
• между двумя устройствами одного типа (двумя DTE или двумя DCE), соединёнными с помощью перекрёстного кабеля.

Скорость передачи может ограничиваться по требованиям сети или оконечного оборудования. К тому же, передача может регулироваться независимо в обоих направлениях, что позволяет иметь разные скорости передачи туда и обратно. Контроль потока при передаче может:

• реализовываться по методу стоп-ожидания,
• использовать скользящее окно.

Механизм может быть основан:

• либо на отдельных управляющих линиях интерфейса данных (см. последовательный порт и RS-232),
• либо на специальных управляющих символах в потоке данных (например, кодах ASCII для XON/XOFF).

Данный механизм характеризуется отсутствием обратной связи между приёмником и передатчиком. Это простой, но достаточно распространённый способ управления. Для него требуется «предварительное бронирование» ресурсов — либо точечно для каждого перехода, либо на этапе установления соединения.

Контроль потока с открытым контуром сопряжён с проблемами по максимальной загрузке каналов: резервирование ресурсов происходит при установлении соединения (CAC, англ. connection admission control), а в течение соединения выделенные ресурсы могут остаться невостребованными, что ведёт к перераспределению пропускной способности. Такой метод применяется, например, в технологиях асинхронного переноса данных с профилями CБР, ПБР, ББР (см. traffic contract и управление перегрузками).

Контроль с открытым контуром включает два блока: контроллер и регулятор. Регулятор может изменять входные параметры по сигналу контроллера. Такой механизм не содержит обратной или упреждающей связи: вход и выход непосредственно не связаны, что увеличивает разброс нагрузок, уменьшает среднюю пропускную способность и увеличивает потери. Контроллер может инициировать работу регуляторов с периодичностью, однако поддержание выходного параметра на желаемом уровне не гарантируется. Несмотря на возможную дешевизну, такой подход часто бывает неустойчив.

Механизм замкнутого контура характеризуется способностью сети передавать сведения о потенциальной перегрузке назад к передатчику. Передатчик использует данную информацию для адаптации своей передачи к текущим условиям. Такие схемы применяются в услугах ABR (см. traffic contract и управление перегрузками). Описанный выше контроль потока при передаче — разновидность замкнутого контура.

Замкнутая система включает все основные элементы управления: датчик, передатчик, контроллер, регулятор. Датчик измеряет технологический параметр, который через передатчик передаётся контроллеру; контроллер сравнивает полученное значение с требуемым и, при необходимости, вырабатывает управляющее воздействие. Далее команда поступает регулятору, корректируя выходную переменную для достижения заданного значения. Такая схема обеспечивает высокий уровень поддержания нужного уровня выходного сигнала, может быть построена как по принципу обратной связи (feedback), так и упреждающей (feedforward):

• Системы с обратной связью контролируют выходной сигнал и корректируют управляющее действие, ориентируясь на расхождения. Этот принцип лежит в основе подавляющего большинства промышленных автоматизированных систем.
• В системах с упреждающим воздействием измеренный параметр используется напрямую как входное воздействие, аналогично обратной связи.

Модели с замкнутым контуром обеспечивают меньшие потери, сниженные задержки и реагируют на перегрузки в сети. Такие системы всегда устойчивы, поскольку число активных потоков ограничено.