Лекция 17. Методы обнаружения ошибок

Сжатие позволяет увеличить пропускную способность систем передачи данных, но если один или несколько битов будут приняты с ошибкой, это может привести к катастрофическим последствиям при восстановлении потока данных. Следовательно, применение методов сжатия данных неразрывно связано с использованием методов обнаружения и исправления ошибок. В качестве примера можно рассмотреть, к чему приводит ошибка в одном бите при использовании наиболее простого метода сжатия – кодирования повторов. Ошибка в одном бите байта, соответствующего повторяемому символу, приводит к восстановлению на приеме соответствующего количества других символов. Ошибка в одном бите байта, соответствующего количеству повторяемых символов, приводит к восстановлению другого количества символов.

Этот простой пример показывает, что последствия ошибки в символе при передаче сжатых данных намного серьезнее, чем при наличии такой же ошибки в случае обычной передачи. Поэтому во всех модемах, выполняющих сжатие данных, имеются встроенные программы, осуществляющие обнаружение и исправление ошибок. Для обеспечения целостности сжимаемых данных эти программы запускаются автоматически, как только модем начинает выполнять сжатие.

Борьба с возникающими при передаче данных по каналу ошибками ведется на разных уровнях семиуровневой базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем. Для борьбы с ошибками используется множество различных методов.

Все их можно разделить на две группы: не использующие обратную связь и использующие ее.

В первом случае на передающей стороне данные кодируются одним из известных корректирующих кодов с исправлением ошибок. На приемной стороне производится декодирование принимаемых данных и исправление обнаруженных ошибок. Исправляющая способность применяемого кода зависит от его избыточности. Если вносимая избыточность невелика, то есть опасность того, что принимаемые данные будут содержать необнаруженные ошибки. Если же используется код с высокой исправляющей способностью, т.е. большой избыточностью, то это приводит к существенному снижению реальной скорости передачи данных.

В системах с обратной связью применяются процедуры обнаружения ошибок и переспроса. Такие системы называются системами с решающей обратной связью или системами с автоматическим запросом повторения. В этих системах избыточный код применяется только в режиме обнаружения ошибок. В случае обнаружения ошибки приемная сторона посылает передающей по обратному каналу запрос на повторную передачу. Использование кода только в режиме обнаружения позволяет достичь очень низкой вероятности необнаруженной ошибки (10^-6 – 10^-12) при сравнительно небольшой избыточности кода.

При передаче данных модемами наибольшее применение нашел второй подход. Иногда (при передаче по каналам очень низкого качества) применяется комбинация обоих подходов, заключающаяся в реализации на передающей стороне сначала кодирования кодом с обнаружением ошибок, а затем кодирования кодом с исправлением ошибок.

Для обнаружения ошибок применяются различные методы:

- посимвольный контроль четности;

- поблочный контроль четности;

- расчет контрольной суммы;

- кодирование циклическим кодом.

Реализация первых трех методов относительно проста. Однако неспособность этих методов выявлять группирующиеся ошибки ограничивает их практическую применимость.

Кодирование циклическим кодом является более мощным средством обнаружения ошибок и применяется на уровне блоков данных. Содержимое кадра, включая служебные, управляющие и информационные поля, представляется в виде полинома и делится на образующий полином используемого циклического кода. В формате кадра выделяется специальное контрольное поле, куда помещается остаток от деления. На приемной стороне выполняется деление содержимого кадра вместе с контрольным полем на тот же образующий полином. Если результат деления на приемной стороне равен некоторому определенному числу (в некоторых системах – нулю), то считается, что передача выполнена без ошибок. Возможны и другие алгоритмы формирования и проверки контрольного поля кадра, однако отличия носят частный характер.

При выборе порождающего полинома руководствуются желаемой разрядностью остатка и его способностью выявлять ошибки. Ряд порождающих полиномов принят в качестве стандартных. Рекомендацией V.41 стандартизирован полином g(x)=x¹⁶ +x¹² +x⁵ +1. Другим популярным полиномом является полином g(x)=x¹⁶ +x¹² +x² +1. Увеличение числа разрядов контрольного поля кадра позволяет значительно повысить надежность передачи. В связи с этим используется рекомендованный V.42 полином g(x)=x ³² +x²⁶ +x²³ +x²² +x¹⁶ +x¹² +x¹¹ +x¹⁰ +x⁸ +x⁷+x⁵ +x⁴ +x² +x +1. Находит применение в качестве порождающего и полином g(x)=x¹² +x¹¹ +x³ +1. Он применяется в тех случаях, когда для контрольного поля кадра выделяется меньшее число разрядов.

Возможен ряд вариантов механизма переспроса, рассмотренных ранее (глава 3).

По интеллектуальным возможностям модемы можно подразделить на два больших класса: 1) модемы без системы управления; 2) модемы с системой управления, поддерживающей стандартный или фирменный набор команд.

Преобладающее большинство современных модемов относится ко второму из названных классов, т.е. являются интеллектуальными. Эти модемы работают в одном из двух режимов.

В командном режиме модем получает команды от компьютера, которые устанавливают и изменяют условия связи с удаленным модемом. Командный режим устанавливается в следующих случаях:

- при включении питания;

- при первоначальной инициализации модема;

- после неудачной попытки соединения с удаленным модемом;

- при прерывании передачи с клавиатуры путем нажатия комбинации клавиш, соответствующей действию «положить трубку»;

- при выходе из второго режима, называемого режимом передачи, через последовательность команд, называемую ESCAPE-последовательностью.

В режиме передачи модем является прозрачным для команд, которые передаются в канал наряду с другими символами. И только ESCAPE-последовательность символов будет восприниматься модемом как управляющая команда.

В роли стандартов для интеллектуальных модемов в настоящее время выступает набор команд модемов Hayes, называемый также АТ-командами, определяемый рекомендацией V.25bis. Набор АТ-команд обеспечивает возможность:

- выбора поточного или блочного методов обмена с выбором размера кадра;

- выбора режима без коррекции ошибок или с коррекцией ошибок с выбором протокола коррекции;

- управления скоростью передачи;

- запрещения или разрешения сжатия данных с выбором протокола сжатия;

- выбор режима – дуплекс, полудуплекс и множество других возможностей.

Так, например, с помощью пары команд можно осуществлять запись и считывание информации, содержащейся в наборе входящих в состав модема S-регистров. Устанавливая определенные значения в определенных разрядах соответствующих регистров можно конфигурировать модем. С помощью этих регистров можно, например, задать:

- количество гудков для автоответа;

- время ожидания повторного гудка;

- время одной попытки соединения, определяющее время, в течение которого должна быть установлена связь с удаленным модемом;

- время определения несущей;

- время ожидания восстановления потерянной несущей;

- параметры режима передачи (асинхронный, синхронный, по коммутируемой или выделенной линии, с выбором источника синхронизации, в качестве которого может задаваться модем пользователя, компьютер или выделение из принимаемой несущей);

- множество других параметров.

В процессе работы модем может информировать компьютер пользователя о текущем состоянии связи и результатах выполнения АТ- команд. Большинство ответов модема зависит от команды и связано с возвратом запрашиваемой информации или сообщением о текущем состоянии модема.

Контрольные вопросы к лекции 17

17-1. Почему при использовании любых алгоритмов сжатия данных особенно актуальной становится проблема защиты от ошибок?

17-2. На какие группы можно разделить все методы борьбы с ошибками?

17-3. Почему в системах передачи данных предпочтение отдается режиму обнаружения, а не исправления ошибок?

17-4. Какие методы используются для обнаружения ошибок?

17-5. На какие группы модемы подразделяются по интеллектуальным возможностям?

17-6. В каких режимах работает интеллектуальный модем?

17-7. Чем характеризуется командный режим работы модема?

17-8. Как осуществляется конфигурирование интеллектуального модема?