Оценка методов и средств обеспечения безошибочности передачи данных в сетях
| Загрузить архив: | |
| Файл: 240-0290.zip (21kb [zip], Скачиваний: 24) скачать |
ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ
(БЕЗОШИБОЧНОСТИ) ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ
Надежность сети связана со способностью передаватьдостоверно
(безошибок) данные пользователя из одного ООД в другое ООД.Она
включает в себя способность восстановления после ошибок илипотери
данных в сети,включая отказы канала, ООД, АКД или ОКД. Надежность
также связана с техническим обслуживанием системы, которое включает
ежедневноетестирование, профилактическое обслуживание, например
замену отказавших или допустивших сбой компонент; диагностирование
неисправностипринеполадках. В случае возникновения неполадки с
каким-либо компонентом, сетевая диагностическая система может легко
обнаружить ошибку, локализовать неисправность и, возможно,
отключить эту компоненту от сети.
Достоверность передачи данныхотражаетстепень соответствия
принятогосообщенияпереданному. Оценкойдостоверности служит
коэффициент ошибок, иначе называемый
-------------------------------------------------------------------
ООД -оконечноеоборудование данных-обобщенное понятие,
используемое для описания машины конечного пользователя, в качестве
которой обычно выступает ЭВМ или терминал.
АКД - аппаратура окончанияканаладанных -этоаппаратура
передачиданных.Вее функции входит подключение ООД к линии или
каналу передачи данных.
ОКД -оборудованиекоммутации данных.Ее основной функцией
является коммутация и маршрутизация трафика (данных пользователя) в
сети к месту назначения.
- 2 -
коэффициентом частоты ошибок P:
где - число ошибочно принятых символов,
- общее число принятых символов.
Иногда достоверность определяется как разность между единицей
и коэффициентомP.Согласно рекомендации МККТТ допустимой нормой
для телеграфной связи является, ,то есть не болеетрех
ошибок на 100000 переданных символов, а для передачи данных .
Появление ошибокприпередаче информацииобъясняется или
постороннимисигналами,всегда присутствующимивканалах, или
помехами, вызванными внешними источниками и атмосферными явлениями,
илидругими причинами.В телефонии искажением считается изменение
формытока вприемномаппарате, автелеграфии -изменение
длительностипринимаемых посылок тока по сравнению с передаваемыми
посылками.
Телеграфные искаженияназываются краевыми,если в результате
действия помех одинилинесколько элементовкодовойкомбинации
становятсякорочеили длиннеепосравнению сихноминальной
длительностью. Другая разновидность искажений - дробление
предполагает внутренние изменения в значащем элементе. Если краевые
искажения идроблениядостигают большойвеличины,то приемник
телеграфного аппарата оказывается невсостоянии правильно
определить,переданныйэлемент, чтосвидетельствуето наличии
ошибки.
Помехи - это электрическиевозмущения,возникающие всамой
- 3 -
аппаратуреили попадающие в нее извне.Наиболее распространенными
являются флуктуационные ,или случайные помехи(напримертепловые
шумы, возникающие в оборудовании). Они представляютсобой
последовательность импульсов,имеющих случайную амплитуду и
следующих друг за другом через различные промежутки времени.
Типичными примерами импульсных помех являются атмосферныеили
индустриальныепомехи. Обычноони имеютвид одиночных импульсов,
длительность которых может быть оченьмаленькой,аамплитуда-
очень большой.Возможнытакже сосредоточенныепомехиввиде
синусоидальных колебаний.К такимпомехамотносятся сигналыот
постороннихрадиостанций,излучения генераторов высокой частоты и
так далее. На практике возможны и смешанные помехи.
По своейэлектрическойструктуре помехи-это колебания,
сходныессигналами, нобеспорядочныеи, конечно,ненужные.В
приемникепомехимогут подавитьинформационный сигнал,то есть
ослабитьнастолько,что приемникилине обнаружитего, или
восприметкакложный. Вчастности,в двоичном канале "единица"
может перейти в "ноль" и наоборот.Приравнозначной вероятности
появлениятакихпереходов канал связи считается симметричным, в
противном случае - несимметричным. В реальных условиях каналы связи
обычно бывают несимметричными.
Наличие помехвсистеме связиприводитк большомучислу
неверновыполняемых вычисленийнеправильномучтению командных и
управляющих посылок , снижению эффективности сети.
Трудности борьбыспомехами заключаютсяв беспорядочности,
нерегулярности и в структурном сходствепомехсинформационными
сигналами.Поэтомузащита информации от ошибок и вредного влияния
помех имеет огромное практическоезначениеи являетсяоднойиз
- 4 -
важнейших проблем современной теории и техники связи.
Существует несколько источников возникновения помех.Например
атмосферныепомехи возникают вследствие электрических возмущений в
земной атмосфере.Космические помехи могутприйти сСолнцаили
других звезд,которыеизлучают электромагнитную энергию в очень
широкомчастотномспектре. Помехиможнотакже обнаружить в
проволоке-проводникеиликоаксиальном проводнике вследствие того,
чтослучайное движениеэлектроновв проводнике приводит к
образованию тепловой энергии.
Чтобы успешно бороться с тепловым шумом (атакжес другими
видами шумов,например разрядными помехами флуктуациями мощности и
так далее),приемники в системах связи должны проверять данные и в
случаяхобнаружения"нарушений"запрашивать повторную передачу.
"Нарушения" или ошибки можно широко классифицировать как случайные,
импульсныеисмешанные. Вканалахсослучайнымиошибками для
каждого бита данных существует вероятность Р неправильного приема и
Р-1 правильного приема.Ошибкипроисходят случайновблоках
принятых данных.Большинство каналов с вещественными носителями (а
также спутниковые каналы) подвержены случайным ошибкам.
Каналы с импульсными ошибками демонстрируют состояние,
свободноеот ошибок,большую часть времени,но иногда появляются
групповыеилиразовые ошибки.Объектомтаких ошибокявляются
радиосигналы,также каккабели и провода,например телефонные
каналы из витых проводных пар.
Проблема канальногошума обусловлена свойствами самого канала
и никогда не может быть устранена полностью.
- 5 -
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОШИБОЧНОСТИ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ
Для повышениядостоверностии качестваработы систем связи
применяютсягрупповыеметоды защиты от ошибок, избыточное
кодирование исистемы собратнойсвязью. Напрактикечасто
используют комбинированное сочетание этих способов.
К групповымметодамзащиты от ошибок можно отнести давно уже
используемый в телеграфии способ, известный какпринципВердана:
вся информация (илиотдельныекодовые комбинации)передается
несколько раз,обычно не четноечисло раз(минимумтрираза).
Принимаемая информациязапоминается специальнымустройствоми
сравнивается.Суждениео правильностипередачи выносится по
совпадениюбольшинстваиз принятойинформацииметодами "два из
трех", "три из пяти" и так далее. Например кодовая комбинация 01101
притрехразовой передаче была частично искажена помехами,поэтому
приемникпринялследующие комбинации:10101,01110, 01001.В
результатепроверкикаждой позиции отдельно правильной считается
комбинация 01101.
Другой метод,такжене требующий перекодирования информации,
предполагает передачу информации блоками,состоящими из нескольких
кодовыхкомбинаций.В конце каждого блока посылается информация,
содержащая количественные характеристики переданного блока,
напримерчислоединиц илинулей в блоке.На приемном конце эти
характеристики вновь подсчитываются, сравниваются с переданными по
каналу связи,иесли они совпадают,то блок считается принятым
- 6 -
правильно.Принесовпадении количественных характеристик на
передающую сторону посылается сигнал ошибки.
Среди методовзащиты отошибокнаибольшее распространение
получилопомехоустойчивое кодирование,позволяющее получить более
высокие качественные показатели работы систем связи. Егоосновное
назначение - принятие всех возможныхмердля того,чтобы
вероятность искажений информации была достаточно малой, несмотря на
присутствие помех или сбоев в работе сети.
Помехоустойчивое кодирование предполагает разработку
корректирующих (помехоустойчивых) кодов, обнаруживающих и
исправляющихопределенногорода ошибки,атакже построениеи
реализацию кодирующих и декодирующих устройств.
Специалистами доказано, что при использовании
помехоустойчивого кодированиявероятностьневерной передачиво
много разснижается.Так, например,спомощью кодаMизN,
используемого фирмой IBM в вычислительных сетях, можно обнаружить в
блоке,насчитывающем околотридцатидвух тысячсимволов,все
ошибки,кратныетрем илименьше,или пачкиошибокдлиной до
шестнадцати символов.
При передаче информации взависимостиот системысчисления
кодымогут быть двухпозиционными и многопозиционными.По степени
помехозащищенности двухпозиционные коды делятся наобыкновенные и
помехоустойчивые.
Двухпозиционные обыкновенные кодыиспользуютдля передачи
данных все возможные элементыкодовых комбинацийибывают
равномерными,когдадлина всехкодовыхкомбинаций одинакова,
напримерпятиэлементный телеграфный код,и неравномерными,когда
кодовые комбинации состоят из разного числа элементов, например код
- 7 -
Морзе.Вэтом коде точке соответствует одна единица, тире - три
единицы.Для отделения точек и тире друготдруга записывается
ноль,адлязавершения комбинации-три нуля. Так,буква А,
состоящая из точки и тире,представляется как 10111000,а буква Б
(тире и три точки) - как 111010101000.
В помехоустойчивыхкодах,кроме информационных элементов,
всегдасодержится одинилинесколько дополнительных элементов,
являющихся проверочными и служащих для достиженияболеевысокого
качествапередачиданных. Наличиев кодах избыточной информации
позволяетобнаруживатьи исправлять(илитолько обнаруживать)
ошибки.
Основными среди многочисленныххарактеристиккорректирующих
кодов являются значность,корректирующая способность, избыточность
и оптимальность кода, коэффициент обнаружения и исправления ошибки,
простотатехническойреализации метода и другие.Так, значность
кода,или длина кодовой комбинации,включает какинформационные
элементыm,так ипроверочные(контрольные) k.Какправило,
значность кода n равна m+k.
Оптимальность кодауказываетна полнотуиспользованияего
корректирующих возможностей.
Выбор корректирующих кодов в определенной степени зависитот
требований, предъявляемых к достоверности передачи. Для правильного
его выбора необходимо иметь статистические данные о закономерностях
возникновения ошибок,их характере, численности и распределении во
времени.Так,например,корректирующий код, исправляющий одиночные
ошибки, можетбыть эффективенлишьпри условии,чтоошибки
статистически независимы,а вероятность их появления непревышает
некоторойвеличины.Этот код оказывается совершенно не пригодным,
- 8 -
еслиошибки появляютсягруппами(пачками). Рекуррентныекоды,
исправляющие групповые ошибки, также могут оказаться
неэффективными,если количество ошибок при передачебудетбольше
допустимой нормы.
Разработанные различные корректирующие коды подразделяются на
непрерывные иблочные.В непрерывных,илирекуррентных, кодах
контрольные элементы располагаются между информационными. В блочных
кодах информация кодируется,передается и декодируетсяотдельными
группами (блоками) равной длины.
Блочные коды бывают разделимые (все информационные и
контрольные элементы размещаются на строго определенных позициях) и
неразделимые(элементы кодовой комбинации не имеют четкого деления
на избыточные иинформационные). К неразделимымотноситсякодс
постоянным числом нулей и единиц.
Разделимые коды состоят из систематических и
несистематических.Всистематическихкодах проверочныесимволы
образуются с помощью различных линейных комбинаций. Систематические
коды - самая обширная и наиболее применяемая группа корректирующих
кодов. Они включают такие коды, как код Хэмминга, циклические коды,
коды Боуза-Чоудхури идругие.Классификация кодовприведенана
рисунке 2.1.
Большие вычислительные системы (Amdal, IBM,Burroughs,ICL)
используюточеньсложную методику проверки ошибок при передаче по
линиям связимеждумашинами. ВПЭВМобычно применяетсяболее
простая техника проверки ошибок.
Одной изпростейшихформ проверки ошибок является так
называемый эхоплекс. В соответствии с этой методикой каждый символ,
посылаемый ПЭВМ подуплекснойлинии связиудаленномуабоненту,
- 9 -
возвращается обратно к ПЭВМ в виде эха. Если ПЭВМ принимает тот же
символ,что и был послан,подразумевается,что передача символа
прошла правильно. Если нет, значит, при передаче произошла ошибка и
необходимаповторная передача этого же символа. Эхоплекс
применяется в двунаправленных дуплексных каналах связи.
Некоторые пользователи ПЭВМ путают эхоплекссместным эхо.
Местноеэхочасто используетсяприподключении полудуплексного
модема к телефонному каналу.В этом случае данныевозвращаютсяк
ПЭВМне от удаленного окончания,а от местного (ближнего) модема.
Если устройство не былонастроеносоответствующимобразом, ПЭВМ
можетвыдать наэкрандвойные символы.Это случается,если от
модема возвращаетсяместноеэхо, аотудаленного окончания-
удаленноеэхо (эхоплекс).Проблема дублирования символов решается
путем подавления местного эха.
Другим часто используемым на практике (и сравнительно простым)
методом является контроль на четность.Его суть заключается в том,
чтокаждой кодовой комбинации добавляется один разряд,в который
записываетсяединица,если числоединицв кодовойкомбинации
нечетное,или ноль,если четное. При декодировании подсчитывается
количествоединицв кодовойкомбинации.Если онооказывается
четным,то поступившая информация считается правильной,если нет,
то ошибочной.
Кроме проверки по горизонтали контроль на четностьи
нечетность может проводиться и по вертикали.
Преимущества контроля на четность заключаетсявминимальном
значении коэффициента избыточности (дляпятиэлементногокода
К=0,17) и в простоте его технической реализации, а недостаток - в
том, что обнаруживаются ошибки, имеющие только нечетную кратность.
- 10 -
Однако такаяметодикапроверки не может обнаружить ошибки в
случае двойного переброса (например,две единицыперебросилисьв
ноль),что можетпривестик высокому уровню ошибок в некоторых
передачах.Многоуровневаямодуляция (когда проверка проверка
сигналаосуществляетсяпо двумилитрем битам)требует более
сложной техники.
Проверка начетность/нечетность по одному биту также является
неприемлемой и для многих аналоговых линий речевого диапазона из-за
группированияошибок,которое обычнопроисходитв линиях связи
такого типа.
Двойная проверка на четность/нечетность является
усовершенствованием одинарной проверки. В этой методике вместо бита
четностивкаждом символеопределяетсячетность или нечетность
целого блока символов. Проверка блока позволяет обнаруживать ошибки
каквнутри символа,так и между символами.Эта проверка называется
также двумерным кодом проверки на четность. Она имеет значительное
преимущество по сравнению с одинарной. С помощью такой перекрестной
проверки может быть существенно улучшена надежность работыобычной
телефонной лини,вероятность появления ошибки в которой составляет
10. Однако как ординарная,так и двойная проверканачетность
означаютувеличениенакладных расходов и относительное уменьшение
выхода информации для пользователя.
К систематическим кодамтакже относитсяикод Хэмминга,
который позволяет не только обнаруживать, но и исправлять ошибки. В
этом коде каждая кодовая комбинация состоит из m информационных а k
контрольныхэлементов.Так, например,в семиэлементном коде
Хэммингаn=7,m=4, k=3(для всех остальных элементов существует
специальная таблица).Контрольные символы 0 или 1записываютсяв
- 11 -
первый,второйи четвертый элементы кодовой комбинации,причем в
первый элемент-в соответствиисконтролем начетностьдля
третьего,пятогои седьмого элементов,во второй - для третьего,
шестого и седьмого элементов, и в четвертый - для пятого - седьмого
элементов.Всоответствии сэтим правилом комбинация 1001 будет
представляться в коде Хэмминга как 0011001, и в этом виде она будет
представляться в канал связи.
При декодировании в начале проверяются на четность
первый,третий,пятый и седьмой элементы, результатпроверки
записывается в первый элемент контрольного числа. Далее
контролируется четвертый - седьмой элементы - результат
проставляется в младшем элементе контрольного числа. При правильно
выполненнойпередачеконтрольное число состоит из одних нулей,а
при неправильной - из комбинаций нулей иединиц,соответствующей
причтении ее справа налево номеру элемента, содержащего ошибку.
Для устранения этой ошибки необходимо изменить находящийсявэтом
элементе символ на обратный.
Код Хэмминга имеет существенный недостаток:приобнаружении
любого числа ошибок он исправляет лишьодиночныеошибки.
Избыточностьсемиэлементногокода Хэмминга равна 0,43. При
увеличении значности кодовых комбинацийувеличиваетсячисло
проверок,но уменьшается избыточность кода. К тому же код Хэмминга
непозволяет обнаружитьгрупповыеошибки, сконцентрированные в
пакетах.Длина пакета ошибокпредставляет собойувеличеннуюна
единицуразностьмежду именамистаршегоимладшегоошибочных
элементов.
Распространенным кодом, но не относящимся к группе
неразделенных,является код с постоянным числом нулейилиединиц
- 12 -
или код M из N.Так, семиэлементный код имеет соотношение единиц и
нулей,равное 3:4. Кодирование и декодирование выполняются заменой
одной кодовой группой другой. Например, комбинация 01110 посылается
вканал связиввиде 0101010.Наприемном концеонавновь
декодируетсяв01110. Фирма IMB использует восьмиэлементный код,
содержащий четыре единицы и четыре нуля.
Еще однойформойпроверки ошибок служит подсчет контрольных
сумм.Это несложный способ,который обычно применяетсявместе с
контролем ошибок с помощью эхоплекса или проверки на
четность/нечетность.Сущность его состоит втом,что передающая
ПЭВМсуммирует численныезначениявсехпередаваемыхсимволов.
Шестнадцать младших разрядов суммы помещаются в
шестнадцатиразрядный счетчик контрольной суммы,который вместе с
информацией пользователей передается принимающей ПЭВМ. Принимающая
ПЭВМ выполняет такиеже вычисленияисравнивает полученную
контрольнуюсуммус переданной.Если эти суммы совпадают,
подразумевается,чтоблок переданбез ошибок.При этом имеется
незначительная вероятность того, что в результатетакойпроверки
ошибочный блок может быть не обнаружен, но опыт показывает, что это
случается не чаще одного раза но тысячу сеансов передач. Сколько же
приэтом можетбытьпередано безошибочныхблоков,прежде чем
встретитсяодин ошибочный? Если передача производится по
высококачественной линии, то -несколькотысяч. Вобычной
конфигурации необнаруженный ошибочныйблокможет возникнутьне
болееодного раза в течение нескольких месяцев работы.
Последним словомвобласти контроляошибокв сфереПЭВМ
являетсяциклическаяпроверка сизбыточнымкодом (CRC - cyclic
redunduncy check). Она широко используется в протоколах HDLC, SDLC,
- 13 -
но в индустрии ПЭВМ появилась сравнительно недавно.
Поле контроля ошибок включается в кадр передающим узлом.Его
значениеполучаетсякак некотораяфункцияот содержимого всех
других полей. В принимающем узле производятся идентичные вычисления
еще одного поля контроля ошибок.Эти поля затем сравниваются; если
они совпадают,велика вероятность того,что пакет был передан без
ошибок. Этот процесс, как ужебыло упомянуто,называется
циклическим контролем поизбыточности(CRC), аполеназывается
контрольной последовательностью кадра (КПК). В случае несовпадения,
возможно,имеламесто ошибкапередачи,и принимающаястанция
посылаетсигнал,означающий, чтонеобходимоповторить передачу
кадра.
При вычислении КПК используется производящий полином
16+12+5+1.
Вычисление и использование кода CRC производится в
соответствии со следующими правилами:
-) К содержимому кадрадобавляетсянабор нулей,количество
которых равно длине поля КПК.
-) Образованное таким образом число делитсянапроизводящий
полином, который содержит на один разряд больше, чем КПК, и который
в качестве старшего и младшего разрядов имеет единицы.
-) Остатокотделения помещаетсяв поле КПК и передается в
приемник.
-) Приемниквыполняет деление содержимого кадра и поля КПК на
полином.
-) Если результат равен некоторомуопределенномучислу,
считается, что передача выполнена без ошибок.
Метод CRCпозволяетобнаруживать всевозможные кортежи ошибок
- 14 -
длиной не более шестнадцати разрядов, вызываемых одиночной ошибкой,
а также 99,9984% всевозможных более длинных кортежей ошибок.
Рассмотрим на конкретном примере (рисунки1.1,1.2, и1.3)
способыобработки ошибок передачи (протокол HDLC).На рисунке 1.1
показаноиспользованиеполя порядкового номера приема для
"Отрицательного подтверждения" (NAK) кадра. На рисунке 1.2 показано
использование "Неприема"(REJ),а рисунок 1.3 иллюстрирует
использование "Выборочного неприема" (SREJ).Здесь рассматривается
момент n продолжающегося сеанса,когда станция А передаеткадрс
номером 6.
Ниже приведенымоментывремени исобытия для процесса,
показанного на рисунке 1.1 (не поддерживаемого протоколом LAPB):
n, n+1, 2, 3 - Станция А посылает информационные кадры 6, 7, 0
и1(так как 7 является наибольшим допустимым порядковым номером,
после 7 следует 0).Во время этого периода станция Вобнаруживает
ошибкув кадре7.В n+3 станция А посылает бит опроса,который
производит такое же действие,как иконтрольная точка,тоесть
разрешает ответ от станции В.
n+4, 5,6, 7 - Станция А повторно передает кадра 7, 0 и 1 и
устанавливает бит Р в качестве контрольной точки.
n+8 - Станция В подтверждает кадры 7, 0, и 1 командой "Готов к
приему" (RR) и порядковым номером 2, а также устанавливает бит F.
Исключительное использование поля порядковогономераприема
N(Пр)для отрицательного подтверждения кадра не рекомендуется для
полнодуплексной передачи.Так как кадрыпередаютсяпо каналув
обоихнаправлениях, порядковыеномерапосылки иприемачасто
перекрываются.Например,предположим, чтокадр4 станции А
(N(Пос)=4) передается примерно в то же время, что и кадр станции В,
- 15 -
который содержит N(Пр)=4.Станция А может ошибочно заключить,что
еекадр 4являетсянедействительным,вто время как станция В
просто указывает, что следующим она ожидает кадр 4.
Более эффективныйподходк исправлению ошибок состоит в том,
чтобыуказать ошибочныйкадря вно. Рисунки1.2и 1.3
иллюстрируют два метода реализации явных отрицательных
подтверждений NAK.Ниже приведены моменты времениисобытия для
процесса, который поясняется рисунком 1.2:
n, n+1,2 - Станция А посылает информационные кадра 6,7 и0.
СтанцияВ обнаруживает ошибку в кадра 7 и немедленно посылает кадр
"Неприема" с порядковым номером приема7. СтанцияВне ожидает
санкциинареализацию контрольной точки,но посылает в качестве
ответа REJ ("Неприем") с установленным битом 1. Если бы станцияВ
послала REJв качествекоманды(то естьсадресным полем,
содержащимся в А),станция А потребовала бы ответитькадрамиRR,
RNRили REJ.Однако,поскольку REJ-это ответ,станцияА
немедленно осуществит повторную передачу искаженного кадра.
n+3, 4,5 -СтанцияА повторнопередаеткадры 7и 0 и
устанавливает бит Р в момент времени 5.
n+6 - Станция В подтверждает кадры 7,0 и 1, используя "Готов
к приему" и порядковый номер приема, равный 2.
Ниже приведены моменты времени и события для процесса, который
представлен на рисунке 1.3 (не поддерживаемого протоколом LAPB):
n, n+1,2- Станция А передает информационные кадры 6,7 и 0.
Станция В обнаруживает ошибку вкадре7 ипередает"Выборочный
неприем" с порядковым номером 7. Станция В не требует RR,RNR или
REJ, так как кадр в n+2 не является командой.
n+3, 4- Станция А повторно передает только кадр 7 и впервые
- 16 -
передает кадр 1.Поскольку это "Выборочныйнеприем",кадр 0не
передается повторно.
n+5 - Станция подтверждает всеостальныекадры с"Готовк
приему" и порядковым номером приема 2.
АНАЛИЗ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОШИБОЧНОСТИ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ
В соответствие с особенностями корректирующих кодов выбираются
кодирующиеидекодирующие устройства.Один из методов построения
кодирующих устройств предполагает применение логическихсхем,на
выходах которых при каждом такте кодирования образуются контрольные
элементы.Такие устройства более целесообразны при малых значениях
информационных иконтрольных символов.Другойспособ требует
наличия запоминающегоустройствав которомконтрольныесимволы
хранятсяиизвлекаются лишьприпоявлении на входном регистре
информационных символов.
Наиболее сложнымпостроениемдекодирующих устройств является
метод сравнения,который требуетзапоминающих устройствбольшой
емкости.Припользовании более простым методом контрольных чисел
декодирующее устройство по принятым информационнымсимволам вновь
образует контрольные символы, которые и сравнивает с полученными по
каналу связи. Метод коррекции предполагает корректировку
информационныхсимволов в зависимости от проверок,осуществляемых
по элементам, отстающим друг от друга на какой-то определенный шаг.
В качествепримерана рисунке 2.2 приведена схема построения
- 17 -
кодирующегоидекодирующего устройств применительно к коду
Хэмминга. Информационныеэлементы изинформационногорегистра
поступаютвсумматоры, число которых равняется количеству
контрольных символов. Образовавшиеся на выходахсумматоров
контрольные символы записываются вячейкипроверочного регистра.
Формирование элементов кодовой комбинации и ее выдача в канал связи
выполняются под воздействием управляющих импульсов через
переключатель П.
При декодированиикаждаякодовая комбинацияфиксируетсяв
приемномрегистреи проверяетсяначетность в сумматорах.При
правильной передаче на выходах сумматоров отмечаются только нули, и
информационныеэлементы через переключатель П выдаются получателю.
Еслиже передача произошла неверно составляется ненулевое
контрольноечисло,в зависимости от которого дешифратор формирует
семиэлементную комбинацию, состоящую из семи нулей и одной единицы
в том элементе,где произошла ошибка. При сложении этой комбинации
спринятой кодовойкомбинациейобразуется правильное число,
информационные элементы которогочерезпереключатель Пбудут
отправлены получателю.
Кодирующие и особенно декодирующие устройства, применяемые для
кодов с исправлением ошибок,являютсяболее сложными,поскольку
схемыих построениясодержат целый ряд дополнительных устройств.
Разработаны два варианта упрощеннойтехническойреализации таких
декодирующих устройств:
-) Вероятностный,при котором высоковероятныемалоискаженные
кодовыекомбинациидекодируются безпроверки,а маловероятные,
сильноискаженные - с проверкой и исправлениями.
-) Алгебраический, прикотором используетсянеоптимальный
- 18 -
алгоритм декодирования, имеющий более простую схему построения.
В вычислительных системахкорректирующиекодывосновном
используются для обнаружения ошибок, исправление которых
осуществляетсяпутемповторной передачи искаженной информации.С
этой целью почти все сети используют системы передачисобратной
связью.Крометого, наличиемежду абонентами двусторонней связи
облегчает применение таких систем.
Системы передачи с обратной связью подразделяются на:
-) системы с решающей обратной связью
-) системы с информационной обратной связью
В первомслучаерешение оповторнойпередаче информации
выносит приемник,а во втором случае аналогичное решение принимает
передатчик.
Особенностью системысрешающей связью(или,как их иначе
называют,систем с автоматическим запросом ошибок,илисистем с
перезапросом)являетсяобязательное применение помехоустойчивого
кодирования,с помощью которого на приемной станции осуществляется
проверка принимаемой информации.Канал обратной связи используется
для посылки на передающую сторону или сигнала переспроса,который
свидетельствует о наличии ошибкиинеобходимости повторной
передачи, или сигнала подтверждении правильности приема,
автоматически определяющего начало следующей передачи.
В целяхповышения скоростипередачипередающая аппаратура
обычно не ожидает сигналас приемнойстороны,а работает
непрерывно.При появлении ошибки и приеме сигналапереспросаона
повторяет всю информацию,начиная с неверно принятой.Это несколько
усложняет всю систему в целом, так как требуется дополнительное ЗУ.
В системахс решающей обратной связью ошибки могут возникнуть
- 19 -
и при передаче сигналовпообратному каналу.Так,если сигнал
переспросанедостигнет передатчика,то передатчик не осуществит
повторнойпосылкисообщения, котороебылопринято неверно.В
результате сообщение к абонентунепоступит. Такоеявление
называетсяаннигиляциейсообщения. Если же вместо сигнала
подтверждения по каналу обратнойсвязибудет принятсигнал
переспроса,тоу абонентапоявитсялишняя информация(ложные
повторы). Впрактической работе для уменьшения вероятности ошибок
подобного рода сигнал подтверждения кодируетсянулями,а сигнал
переспроса - единицами.
Различают системысограниченным инеограниченным числом
повторений передач. Впервомслучае заранееустанавливается
максимальное число повторений, при достижении которого передатчик
прекращаетотвечатьна переспросы,а приемник решает,какое из
нескольких полученных сообщенийсчитать правильными.Вовтором
случаепосылка нового сообщения начинается лишь после прекращения
всех переспросов.
В системах с информационной обратной связью передача
информации осуществляетсябезпомехоустойчивогокодирования. По
каналу обратной связи приемник передает всю ту информацию,которая
была им принята по прямому каналу и записана в его ЗУ.Передатчик
сравниваетхранящуюсяу негоинформациюспринятойпо каналу
обратнойсвязии при правильной передаче посылает сигнал
подтверждения.Впротивном случаяпроисходит повторная передача
всей информации.
Системы синформационнойи решающейобратнойсвязью могут
иметь адресное ибезадресноеповторение. Преимуществосистемс
адресным повторением заключается в том,что при обнаружении ошибок
- 20 -
повторно передается не вся информация, как в системах с безадресным
повторением,атолько ошибочная информация.Однако использование
системы с адресным повторением связано со значительным усложнением
схем построения приемопередающей аппаратуры.
Системы с решающей и информационной обратной связью
обеспечиваютодинаковуюдостоверность.При возникновении ошибок,
которыегруппируютсяв пакеты, предпочтительнее системы с
информационнойобратнойсвязью, посколькупередача сообщений по
обратномуканалупроисходит вболее благоприятные интервалы
времени, чем по прямому каналу.
Однако системы с информационной обратной связьюимеютболее
сложное техническое оборудование, а используемые в них каналы связи
характеризуютсяменьшей пропускной способностью. Поэтому в
действующихсетяхчаще применяютсясистемыс решающей обратной
связьюв сочетаниисконтролем начетностьили циклическим
кодированием.
ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОШИБОЧНОСТИ ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Одним из показателей эффективности кода является его
избыточность. Избыточность выражается отношением числаконтрольных
элементов к значности кода:
- 21 -
или
Как жевлияетизбыточность (а точнее количество контрольных
элементов, содержащихсявместес информационнымивкодах) на
эффективность работы кода и системы в целом?
С одной стороны,чем больше избыточность кода,тем вышеего
помехоустойчивость и, соответственно, тем достовернее будет
передаваться информация,то есть вероятность необнаруженияошибки
будет ниже (коэффициент обнаружения и исправления ошибок ,
где L - число кодовых комбинаций,ошибки в которых были обнаружены
и исправлены или только обнаружены, а M - число кодовых комбинаций,
ошибки в которых обнаружены не были будет стремиться к единице).
С другой же стороны, чем выше содержание контрольных элементов
в коде (или его избыточность),тем вышебудет егозначность,а
следовательно возрастетвозрастет время передачи данных по каналу,
пропускная способностькоторого уменьшится. Это, безусловно,
- 22 -
сделает систему менее привлекательной для пользователя и
эффективность ее упадет.
В связис этимболеепредпочтительнымисчитаются кодыс
меньшей избыточностью,таккак избыточностьнапрямуюсвязана с
эффективностью сети.Такжеследует учитыватьито, что чем
выше избыточность кода, тем сложнее и дороже должны быть кодирующие
и декодирующие устройства,что является не менее важнымфактором,
чем допустим пропускная способность каналасвязи,поскольку
стоимость оборудования должна соответствовать ее необходимости,то
есть должна окупаться сравнительно быстро.