Тема 6.3 Методы защиты в службах передачи данных

Особенности кодирования в службах передачи данных. Использование избыточных кодов.

Способы защиты от ошибок

Ошибки, которые могут возникать при передаче и обработке информации, нормируются по количеству и выполнение этих норм является обязательным условием. Большая часть ошибок появляется в процессе заготовки и передачи. Поэтому в состав оборудования приходится вводить УЗО, которое может быть в передающей и в приёмной части аппарата. УЗО должно обеспечивать:

1)обнаружение ошибки; при этом определяется место ошибки внутри кодовой комбинации или группы комбинаций.

2)исправление обнаруженной ошибки.

Общим для всех методов и УЗО является то, что в передаваемые данные вводится избыточность, т.е. наряду с информацией, которую нужно передать потребителю, по каналу передается дополнительная служебная информация, задача которой - обеспечить требуемую верность передачи. Избыточная информация формируется  и обрабатывается самой аппаратурой и к потребителю не поступает. В состав избыточной информации входят:

1)Дополнительные элементы кодовой комбинации, которые вводятся УВО передающей части; приемное  УВО обнаруживает ошибку и определяет ее место. Такие дополнительные элементы называются проверочными.

Рекомендуемые материалы

2)Служебные кодовые комбинации, которыми обмениваются передающие и приемные УЗО в момент обнаружения и исправления ошибок.

3)информация, передаваемая повторно для исправления ранее переданных данных, в которых обнаружены ошибки.

  При нормальной работе канала связи наибольшей избыточностью обладают проверочные элементы кодовой комбинации, т.к. проверочные элементы  присутствуют постоянно, а служебные комбинации и повторения передаются лишь по мере необходимости, т.е. при обнаружении ошибки.

При любом методе обнаружения часть ошибок остается необнаруженной и не исправленной. Информация, имеющая необнаруженные ошибки, выводится потребителю и может искажать результаты. Поэтому важнейшей характеристикой УЗО является коэффициент обнаружения ошибки.

Кобн=L/M,

Где L-количество обнаруженных ошибок;

       M-общее количество ошибок за сеанс измерения.

Количество необнаруженных ошибок, а также коэффициент обнаружения ошибок зависимосит от двух факторов:

1)характеристик ошибок,  возникающих в канале;

2)избыточности вводимой в передаваемую информацию УЗО, и в первую очередь - от количества проверочных разрядов в кодовой комбинации.

Чем больше избыточность, тем больше количество ошибок обнаружатся в приемном УЗО. Но увеличение избыточности ведет к уменьшению количества полезной информации, т.е. к уменьшению пропускной способности канала связи, поэтому другой характеристикой УЗО является коэффициент избыточности R, показывающий, при какой избыточности достигается заданное повышение верности.

R=n/m=(m + k)/m,

Где n-общее количество элементов кодовой комбинации;

       m-количество информационных элементов;

       k-количество проверочных элементов.

Классификация способов повышения верности

Рисунок. Классификация способов повышения верности

Все известные способы повышения верности можно разделить на две группы: без обратной связи и с обратной связью.

Обратная связь – обратный канал, по которому передаются служебные сигналы взаимодействия от принимающей АПД к передающей. Область применения без ОС ограничена, т.к. при ПД используют двухсторонние каналы, позволяющие вести передачу в прямом и обратном направлении. Наиболее эффективны системы с ОС. По каналу ОС на передающую АПД поступает информация  об ошибках, обнаруженных в приемной АПД. Имея эти сведения, АПД передачи может подстраиваться в зависимости от количества приема, т.е. изменить избыточность передачи в зависимости от наличия и количества ошибок на приеме. Если в данный момент ошибки отсутствуют,  избыточность, вводимая АПД передачи в исходную информацию, будет минимальна, а пропускная способность  максимальна. При появлении ошибок избыточность передачи возрастает, чтобы обеспечить заданную верность ПД. Т.е. наличие ОС позволяет  автоматически регулировать избыточность передачи в зависимости передачи от количества работы канала связи. Обратный канал используется не только для передачи информации об ошибках, но и для передачи обратного потока данных.

Системы без обратной связи

В системах без ОС повышение верности может осуществляться двумя способами: многократной передачей и с помощью кодов, исправляющих ошибки.

При многократной передаче каждая кодовая комбинация передается несколько раз. В приемном УЗО все принятые комбинации сравниваются поэлементно между собой. Если одноименные элементы всех комбинаций совпадают, УЗО делает вывод об отсутствии ошибок, и принятый знак выводится потребителю. Если комбинации не совпадают - обнаруживается ошибка, но система ее не исправляет.

Возможен второй способ многократной передачи – система с параллельной передачей. Одна и та же кодовая комбинация передается одновременно по нескольким каналам от передающей к приемной АПД. На приеме УЗО производит анализ принятых комбинаций обнаружения и исправления ошибок таким же способом, как и в системе с многократной передачей. Недостаток – большая избыточность.

Другой метод основан на применении специальных кодов, автоматически исправляющих ошибки. Эти коды позволяют приемному УЗО в случае появления ошибки не только обнаружить ее, но и определить, какие именно элементы комбинации приняты неправильно.

Затем УЗО изменяет значащие позиции этих элементов на противоположные (1на 0, 0 на 1). Исправленная кодовая комбинация выводится потребителю. Эти системы сложные и дорогие, избыточность большая.

Системы с обратной связью

Наибольшее распространение получили СП с обратной информационной связью ИОС и решающей обратной связью РОС. Исправление обнаруженных ошибок производится путем повторной передачи технических комбинаций, в которых обнаружены ошибки.

Системы с информационной обратной связью ИОС

Рисунок. Структурная схема системы передачи данных с ИОС

Данные, передаваемые от источников информации к ее потребителю,  поступают по прямому каналу в АПДпр и тут же в полном объеме передаются по обратному каналу в АПДпер. В сравнивающем устройстве СРУ производится поэлементное сравнение всех переданных комбинаций с те ми же комбинациями, поступающими по обратному каналу. При совпадении всех элементов комбинации информация считается переданной без ошибки. При выявлении ошибки комбинация бракуется и повторяется вызов. Таким   образом, в системе ИОС решения об отсутствии или наличии ошибки выносит не приёмная, а передающая часть АПД.

Достоинства: высокий коэффициент обнаружения ошибок, возможность вести передачу без дополнительного перекодирования.

   В СРУ обнаруживается почти любая ошибка, исключение составляют зеркальные ошибки – одновременное искажение комбинации  в прямом и обратном каналах, когда ошибка в прямом канале компенсируется ошибкой в обратном канале. Например:

Передано по прямому каналу      01010

Принято по прямому каналу        00010

Передано  по обратному каналу  00010

Принято по обратному каналу     01010

Сравнение показывает полное совпадение комбинаций, то есть отсутствие ошибки, но потребитель получит ошибочную комбинацию 00010. Вероятность  зеркальной ошибки очень мала.

Недостаток: система с ИОС неэкономична  в смысле пропускной способности каналов, так как обратный канал постоянно занят для передачи проверочной и служебной информации.

Системы с решающей обратной связью РОС

                                                                                                         Данные

   АПД ПА                                                  _запрос                             АПД ПБ               

                                                              _запрос

Рисунок. Структурная схема системы передачи данных с ИОС

Системы с РОС позволяют вести передачу по двухстороннему каналу одновременно в обе стороны, осуществляя при этом защиту обоих каналов информации от ошибок. Обнаружение ошибок осуществляется в приемной части АПД. Исправление ошибок – при повторной передаче неправильно принятой информации. Пункты А и Б ведут одновременно  передачу данных от ИИ к ПИ. В приёмной части АПД контролируется безошибочность принятой комбинации. При обнаружении ошибки АПД посылает на противоположный пункт сигнал запроса по тому же каналу, что и данные. Приняв сигнал запроса, противоположный АПД приостанавливает передачу данных и повторяет ту часть информации, в которой обнаружит ошибки. Повторно принятые данные также проверяются и при отсутствии ошибки выводятся потребителю. Для проверки на безошибочность данные, поступающие от ИИ, перекодируются в передатчике  избыточным кодом, позволяющем обнаружить ошибки.

Избыточность, создаваемая проверочными элементами кода сравнительно невелика, поэтому обеспечивает высокую экономичность использования каналов. Снижение качества передачи может происходить не только за счёт необнаруженных ошибок, но и за счёт вставок и выпадения информации. Вставка происходит, когда одна из комбинаций передаваемых данных под действием  ошибки превращается в служебную комбинацию запроса. АПД, получившая этот ложный запрос, повторяет последнюю комбинацию. В результате ПИ дважды получит одну и ту же комбинацию, что эквивалентно ошибке. Условием выпадения является превращение комбинации запроса в любую другую комбинацию. При этом обнаруженная ошибка не исправляется, так как повторной передачи не происходит. Она стирается в приёмнике и потребитель этой комбинации не получит.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите методы защиты в службах передачи данных.

Лекция "Воспаление слизистых сумок" также может быть Вам полезна.

2. Для чего вводится избыточность?

3. Какие данные  входят в состав избыточной информации?

4. От чего зависит количество необнаруженных ошибок?

5. Перечислите способы повышения верности без обратной связи.

6. Принцип работы систем с информационной обратной связью.

7.  Принцип работы систем с решающей обратной связью.