Tìm hiểu kỹ thuật kiểm soát lõi arq

1 TRƯỜNG ðH TÔN ðỨC THẮNG KHOA ðIỆN-ðIỆN TỬ NHIỆM VỤ ðỒ ÁN 2 KHOA : ðIỆN-ðIỆN TỬ NGÀNH: ðIỆN TỬ VIỄN THÔNG GIÁO VIÊN H ƯỚNG DẪN: TS. HOÀNG THU HÀ SINH VIÊN TH ỰC HIỆN: HỒ THANH TÀI MSSV:910512D NGUY ỄN NAM VŨ MSSV: ðỀN TÀI: TÌM HIỂU KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI ARQ Nh ận xét của giáo viên hướng dẫn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Ngày tháng n ăm 2009 (ký tên) 2 Mục lục: Lời nói ñầu 3 PH ẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KIỂM SOÁT LỔI 4 I )HỆ THỐNG THÔNG TÍN SỐ 4 II) CÁC PH ƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN LỖI 5 II.1 Ph ương pháp truyền phản hồi 6 II.2 Ph ương pháp truyền dư thừa 7 II.3 Ph ương pháp kiểm tra chẳn lẽ 7 II.4 Ph ương pháp CRC 8 II.5 Phương pháp kiểm tra tổng khối 9 III L ỖI DỮ LIỆU KÊNH TRUYỀN 11 PH ẦN II KỶ THUẬT KIỂM SOÁT LỔI ARQ 12 I ) ðẶC ðIỂM ARQ 12 I.1 Vấn ñề khi trao ñổi dữ liệu 13 I.2PHÂN KHUNG 14 II )PHÂN LO ẠI KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI ARQ 19 Các c ơ chế phát lại ñược chia ra làm 3 loại chính: -C ơ chế phát lại dừng và ñợi (Stop-and-Wait ARQ) -C ơ chế phát lại theo nhóm (Go-back-N ARQ) -Cơ chế phát lại có lựa chọn (Selective repeat ARQ) II.1 Stop–and–Wait 19 *Cửa sổ trượt ARQ 24 II.2 Go–back–N 25 III.3 Selective Repeat ARQ 28 So sánh gi ữa Stop and Wait, Go-back-n và Selective-reject ARQ 31 PH ẦN III ỨNG DỤNG ARQ 31 3 L ời nói ñầu Cùng v ới sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngành viễn thông ñã có nhiều bước tiến vượt bậc, nhiều hệ thống thông tin hiện ñại ñã ra ñời nhằm ñáp ứng nhu cầu trao ñổi thông tin và giải trí của con người.ðặc bi ệt là hệ thống thông tin số với các ñường truyền tốc ñộ cao ñã dần thay thế h ệ thống thông tin tương tự .Vấn ñề ñặt ra với hệ thống thông tin số làtruyền v ới khoảng cách xa mà vẩn ñảm bảo ñộ chính xác thông tin hay chất lượng d ịch vụ của hệ thống. ðó là sự ra ñời của các phương pháp phát hiện và sửa lổi, nhằm sửa ch ữa những lổi, sai sót trên ñường truyền, ñảm bảo sự tin cậy, ñộ chính xác thông tin. ðể hiểu thêm về quá trình phát hiện lổi và sữa lổi của thông tin tr ước hết ta cần hiểu về hệ thống thông tin. Nhóm em trân tr ọng cảm ơn sự giúp ñỡ tận tình của quý thầy cô c ũng như Khoa ðiện – ðiện Tử trường ñại học Tôn ðức Thắng. Và ñặc biệt chúng em xin g ửi lời cảm ơn sâu sắc ñến giáo viên hướng dẫn của chúng em –TS Hoàng Thu Hà. Nh ờ sự hướng dẫn tận tình của thầy mà chúng em có th ể hoàn thành tốt ñề tài này. 4 PH ẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KIỂM SOÁT LỖI I )H Ệ THỐNG THÔNG TÍN SỐ H ệ thống thông tin số là hệ thống mà tín hiệu ñược truyền ñược truyền dưới dạng số nhị phân.Sơ ñồ tổng quát của hệ thống số ñược trình bày ở hình: Ngu ồn tin: là nơi tạo ra hay chứa các tập tin truyền ñi.Nguồn tin có th ể là tương tự hoặc số. ðịnh dạng:có chứa năng tạo ra tập hợp các tín hiệu rời rạc,riêng biệt. Khi ngu ồn tin là tương tự thì ñịnh dạng sẽ rời rạc hóa tín hiệu tương tự thành các giá tr ị ñiện áp tại các khoản thời gian lấy mẫu. Mã hóa ngu ồn:biến ñổi các tin tức,ký tự thành các bit nhị phân.Có rất nhi ều loại mã dùng ñể mã hóa nguồn như:mã ACSII,mã BCD,mã tối ưu Huffman,mã t ối ưu Shannon,mã tối ưu Fano 5 Mã b ảo mật:mục ñích là bảo mật nguồn thông tin,chống lại sự ăn cắp hay s ự làm nhiểu làm sai lệch thông tin của các yếu tố bên ngoài tại bất kỳ m ột vị trí trên ñường truyền Mã hóa kênh:m ục ñích làm giảm thiểu xác suất sai thông tin khi truy ền qua kênh truyền ñảm bảo ñộ tin cậy của thông tin,có thể sửa lỗi ñược khi thông tin ñến phía thu bị lỗi. Vi ệc giảm thiểu xác suất sai dựa vào việc phát hiện sai và sửa sai có thể dẩn ñến việc giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu(SNR) cần thiết,nhờ ñó sẽ làm thu ận lợi cho việc bảo mật,trải phổ và tăng ñộ chính xác của thông tin nh ận,ñây là mục ñích quan trọng của truyền thông. Ghép kênh: ghép các ngu ồn tin lại với nhau ñể truyền trên một kênh chung. ðiều chế: biến ñổi tín hiệu thích ứng với kênh truyền,nhằm nâng cao ch ất lượng và ñộ tin cậy của quá trình thông tin. Tr ải phổ: biến ñổi tín hiệu băng hẹp thành tín hiệu băng rộng,nhằm b ảo mật thông tin và sử dụng băng tần một cách có hiệu quả. ða truy cập: cho phép nhiều user có thể truy cập vào Kênh truy ền: hữu tuyến (dùng các loại cáp ñồng trục,cáp quang…ñể truy ền dẩn) và vô tuyến Hai v ấn ñề chính cơ bản của hệ thống thông tin : -Vấn ñề hiệu suất,nói cách khác là tốc ñộ truyền tin của hệ thống. -V ấn ñề ñộ chính xác,nói cách khác là khả năng chống nhiễu của hệ th ống. II) CÁC PH ƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN LỖI Phát hi ện lỗi là quá trình kiểm tra và giám sát và xác ñịnh xem giữ liệu thu có b ị lỗi không.Việc phát hiện lỗi ñó có khi chỉ cần biết ñoạn từ mã hoặc ñoạn tin truyền ñó có bị lỗi hay không mà không cần biết bit lỗi cụ thể. 6 Do ñó cần có cơ chế phát hiện lỗi nhằm mục truyền lại hoặc sữa lỗi.Cơ ch ế thứ nhất là kiểm soát lỗi thuận và cơ chế thứ hai là kiểm soát lỗi phản h ồi. • Ki ểm soát lỗi thuận thường không yêu cầu truyền lại chỉ nhằm phát hi ện lỗi hoặc có khả năng sửa hạn chế các bit lỗi.Phương pháp này th ường áp dụng cho các ñường truyền có cự ly rất xa với thời gian trể là quan tr ọng,hoặc áp dụng trường hợp truyền ñơn công • Ki ểm soát lỗi phản hồi nhằm mục ñích phát hiện sai và yêu cầu phía phát g ửi lại cho ñến khi nhận ñược là chính xác. Sau ñây là một số phương pháp phát hiện lỗi ñơn giản. II.1 Ph ương pháp truyền phản hồi Hay còn g ọi là phương pháp dội.Trong phương pháp này phía phát sẽ truy ền phía thu thông ñiệp hay ñoạn tin,khi phía thu nhận ñược thông ñiệp hay ñoạn tin,khi phía thu nhận ñược thông ñiệp sẽ phát lại bản sao về phía phát: Nh ư vậy phía phát sẽ so sánh dữ liệu nằm trong vùng ñiệm ñể biết là dữ liệu truyền ñúng hay sai. ◄Ưu ñiểm: phương pháp này có khả năng phát hiện sai rất chính xác từ tr ường hợp các bit ở thông ñiệp và bản sao sai trùng nhau,tuy nhiên khả n ăng ñể có các sai trùng nhau là rất bé. Bộ phát Bộ thu Bản sao Thông ñiệp 7 ◄Nhược ñiểm: phương pháp này cho hiệu suất ñường truyền thấp vì cùng m ột thông ñiệp truyền phải truyền hai lần.Trong trường hợp ở phía thu nh ận ñược ký tự ñúng nhưng có thể truyền lại phía phát bị lỗi. II.2 Ph ương pháp truyền dư thừa Hay còn g ọi là phương pháp truyền lặp lại.Phía phát sẽ truyền thông ñiệp và kèm theo b ản sao của nó. Ở bộ thu sẽ so sánh bản thông ñiệp và bản sao,nếu không giống nhau t ức lỗi truyền suất hiện. ◄Ưu ñiểm: phương pháp này có khả năng phát sai rất chính xác trừ tr ường hợp các bit ở thông ñiệp và bản sao sai trùng nhau,tuy nhiên khả n ăng ñể có các sai trùng nhau rất bé. ◄Nhược ñiểm: phương pháp này có hiệu suất ñường truyền thấp vì cùng m ột thông phải truyền hai lần.Trong trường hợp ở phía thu nhận ñược ký t ự ñúng nhưng có thể bản sao bị lỗi,như vậy việc truyền ñúng sẽ trở thành truy ền bị lỗi II.3 Phương pháp kiểm tra chẳn lẽ Ki ễm tra chẳn lẽ (parity) là phương pháp ñơn giản nhất thường ñược áp d ụng trong các hệ thống truyền dữ liệu ñể phát hiện sai dữ liệu truy ền.Việc kiểm tra chẳn lẽ một ñoạn tin truyền có thể kiểm tra theo hàng ngang ho ặc kiểm tra theo cột dọc.Một bit ñơn ñược gọi là bit kiểm tra ñược thêm vào hàng ho ặc cột ñể thực hiện việc kiểm tra.Phụ thuộc vào số bit 1 có Bộ phát Bộ thu Thông ñiệp Bản sao 8 trong hàng và ph ương thức kiểm tra lẻ hoặc chẳn mà giá trị bit kiểm tra P có giá tr ị là o hoặc 1. ◄Ưu ñiểm: phương pháp kiểm tra chẳn lẽ là ñơn giản và rất thích hợp ñường truyền ngắn hoặc môi trường có nhiễu ít và có khả năng phát hiện tất c ả các bit sai ◄Nhược ñiểm: nếu như có một số chẳn các bit lổi thì phương pháp kiểm tra chẳn lẽ không phát hiện ñược. II.4 Phương pháp CRC CRC (cyclic redundancy check) là m ột loại hàm băm, ñược dùng ñể sinh ra giá tr ị kiểm thử, của một chuỗi bit có chiều dài ngắn và cố ñịnh, của các gói tin v ận chuyển qua mạng hay một khối nhỏ của tệp dữ liệu. Giá trị kiểm thử ñược dùng ñể dò lỗi khi dữ liệu ñược truyền hay lưu vào thiết bị l ưu trữ. Giá trị của CRC sẽ ñược tính toán và ñính kèm vào dữ liệu trước khi d ữ liệu ñược truyền ñi hay lưu trữ. Khi dữ liệu ñược sử dụng, nó sẽ ñược ki ểm thử bằng cách sinh ra mã CRC và so khớp với mã CRC trong dữ liệu. CRC rất phổ biến, vì nó rất ñơn giản ñể lắp ñặt trong các máy tính sử dụng hệ cơ số nhị phân, dễ dàng phân tích tính ñúng, và rất phù hợp ñể dò các l ỗi gây ra bởi nhiễu trong khi truyền dữ liệu. Gi ải thuật ñơn giản nhất cho việc sửa sai là tự ñộng lặp lại thông ñiệp: - ðầu thu tính toán CRC của thông ñiệp và so sánh với CRC ñã nhận ñược - N ếu kết quả không khớp thì ñầu thu sẽ không xác nhận dữ liệu hợp lệ - ðầu phát sẽ tự ñộng truyền lại thông ñiệp ñó nếu không nhận ñược xác nh ận dữ liệu hợp lệ Tính toán CRC ðể tính toán một mã nhị phân n bit CRC, xếp các bít biểu diễn ñầu vào thành m ột hàng, và ñặt mẫu (n+1) bit biểu diễn số chia của CRC (gọi là 9 m ột "ña thức") vào bên dưới bên trái ở cuối hàng. Sau ñây là phép tính ñầu tiên ñể tính một hàm CRC 3 bít: 11010011101100 < ðầu vào 1011 < S ố chia (4 bit = 3 + 1 bit) 01100011101100 < K ết quả ( > Lại ñưa vào ñầu vào của phép tính tiếp theo) Nếu dãy nhị phân ñầu vào bên trên có bít cực tả (ñầu tiên bên trái) là 0, không làm gì h ết và dịch số chia sang phải một bít. Nếu dãy nhị phân ñầu vào bên trên có bít cực tả là 1, lấy dãy số ñầu vào trừ ñi số chia (hay nói cách khác, l ấy từng bít ở dãy số ñầu vào trên trừ ñi từng bít ở số chia). Số chia sau ñó dịch vị trí 1 bít sang phải, quá trình cứ tiếp diễn như vậy ñến khi s ố chia chạm tới tận cùng bên phải của dãy số ñầu vào. ðây là phép tính cuối cùng: 00000000001110 < Kết quả của phép nhân 1011 < S ố chia 00000000000101 < S ố dư (3 bits) Do c ực tả của số chia sẽ làm các bít tương ứng của dãy số ñầu vào trở v ề 0 qua mỗi lần dịch, khi quá trình này kết thúc, chỉ còn những bít ở dãy ñầu vào có thể không là 0 trở thành n bit cuối bên phải của dãy số. n bit này là s ố dư của bước chia, và cũng sẽ là giá trị hàm CRC (trừ khi hàm CRC ñược chọn ñặc biệt ñược gọi cho một số công ñoạn tiền xử lý). II.5 Ph ương pháp kiểm tra tổng khối ðể khắc phục nhược ñiểm của kiểm tra chẳn lẽ là không thể phát hiện ñược tổng số bit sai là chẳn.Hơn nữa thường dữ liệu thường ñược truyền thành t ừng khối tự nên,cho nên ñể cải thiện khả năng phát hiện lổi thì phương pháp kiểm tra tổng khối ñược sử dụng Ph ương pháp kiểm tra tổng khối thực hiện kiểm tra chẳn lẽ trên cả hàng ngang l ẩn cột dọc. 10 • Ki ểm tra theo cột dọc : là mạch phát hiện lổi sử dụng phương pháp kiểm tra chẳn lẻ ñể xác ñịnh lổi truyền trong một ký tự.Theo phương pháp VRC (vertical redundancy checking) thì m ỗi bit ký tự ñược c ộng thêm bit P trước khi truyền.Việc cộng thêm bit P ñó có thể là ki ểm tra chẳn hoặc kiểm tra lẽ. • Ki ểm tra theo hàng ngang (HRC-hozontal redundancy checking) là m ột kiểu phát hiện lổi sử dụng phương pháp kiểm tra chẳn lẻ ñể xác ñịnh lổi truyền trong một ñoạn tin.Ở phương pháp HRC thì ứng với m ỗi vị trí bit có một bit kiểm tra .Các bit b 0 của các từ mã khác nhau trong ñoạn tin cũng ñược XOR với nhau.Tương tự như vậy các bit b 1 ,b 2 ,b 3 …b 6 của các từ mã trong ñoạn tin cũng ñược XOR với nhau.K ết quả sẽ cho bit kiểm tra HRC.Dãy bit HRC ñược thực hiện ở phía phát tr ước khi truyền dữ liệu.Tại phía thu,bit HRC cũng sẽ ñược ki ểm tra so sánh giống như kiểm tra so sánh lổi bit ký tự bit. ◄Ưu ñiểm: -Có kh ả năng phát hiện tất cả các bit sai lẽ -Có khả năng phát hiện tất cả các bit lổi chẳn thậm chí cùng hàng cùng cột. P R B 6 B 5 B 4 B 3 B 2 B 1 B 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 = STX = ETX = BCC Duyệt theo cột (chẵn) Duyệt theo hàng (l ẻ) Frame Data Kiểm tra tổng BSC (Block Sum Check) Hướng Truy ền Vị trí tổ hợp lỗi không phát hiện ñược [...]... phía thu s th c 1 m t th t c ki m soát l i t ñ ng trong su t ñ i v i ngư i s d ng.Thông thư ng bên phía thu s ki m tra các khung v a nh n ñư c và tr v phía phát m t thông ñi p ñ xác nh n là 11 ñúng ho c yêu c u g i m t b n sao khác.Lo i ki m soát l i như v y g i là ARQ( AUTOMATIC REPEAT REQUEST) PH N II K THU T KI M SOÁT L I ARQ I )ð C ðI M ARQ Trong th c t có 2 lo i cơ s ARQ ñó là idle RQ ñư c dùng v i... Ưu/khuy t ñi m  ðơn gi n  ð hi u qu ñư ng truy n th p 18 II )PHÂN LO I K THU T KI M SOÁT L I ARQ Các cơ ch phát l i ñư c chia ra làm 3 lo i chính: -Cơ ch phát l i d ng và ñ i (Stop-and-Wait ARQ) -Cơ ch phát l i theo nhóm (Go-back-N ARQ) -Cơ ch phát l i có l a ch n (Selective repeat ARQ) II.1 Stop–and–Wait Stop –and-wait ARQ là m t d ng c a ñi u khi n dòng truy n d ng và ñ i ñã m r ng ñ ch a các ch c năng... nhưng Selectivereject ARQ không hi u qu hơn vi c truy n l i t t c các khung S ph c t p ch yêu c u thi t b nh n ph i s p x p và lưu gi các khung và thi t b g i ph i có c ng logic ngoài ñ ch n ra nh ng khung truy n l i nh t ñ nh Selective-reject ARQ ñ t hơn và ít ñư c s d ng Trong th t s d ng Goback-n ñơn gi n và tiên l i hơn PH N III NG D NG ARQ TRONG CÔNG NGH WIREMAX DI ð NG Thu t toán ARQ tr nên ph bi... II.3 Selective Repeat ARQ Phương pháp này ch truy n l i nh ng khung b h ng ho c b th t l c n u khung b h ng thi t b g i nh n ñư c khung NAK và khung ñó s ñư c truy n l i ngoài tu n t thông thư ng Thi t b nh n ph i s p x p l i các khung và chèn chính xác khung vào v trí thích h p c a nó theo ñúng tu n t ð có ñư c kh năng ch n l a ñó h th ng Selective-reject ARQ khác h th ng Go-back-n ARQ nh ng ñi m sau:... Data 2 Data 5 Data 2 Cơ c u truy n khung b l i trong Selective-reject ARQ 30  S a l i E3  S d ng ch s tu n t frame (sequential number): Khi ACK-frame b l i hay không ñ n ñư c bên g i, sau th i gian timeout bên g i s g i l i I-Frame này * So sánh gi a Stop and Wait, Go-back-n và Selective-reject ARQ: Stop and Wait là k thu t ki m soát l i ñơn gi n nh t và hi u qu Bên g i ch vi c g i data và ñ i xác... theo Gi i h n th i gian ch ñ i Data 0 Data 0 ACK0 lost Data 0 Data 0 B n copy th nh t b b quab quaData M t khung nh n bi t ACK0 *C a s trư t ARQ Trong nhi u cơ c u ñi u khi n l i truy n thông, có 2 th t c ph bi n nh t:Go-back-n ARQ và ch n l a t ch i ARQ C 2 ñ u d a vào ñi u khi n dòng truy n c a s trư t ð m r ng c a s trư t cho truy n l i các khung b m t ho c b h ng ph i b sung 3 ñi m vào ñi u... tin b l i.Tuy nhiên,hi n qua các vi c s d ng ARQ yêu c u s l a ch n chính xác v công su t phát và t c ñ d li u trong quá trình truy n t i phát,v m t khác ñư ng truy n tr nên b l i.Khi quá trình duy trì các thi t l p t i ưu này trong môi trư ng th i gian không n ñ nh tr thành m t thách th c cho các d ch v băng r ng di ñ ng.K thu t Hyrid ARQ ñư c phát tri n.H -ARQ tr thành m t ph n thông s wimax di ñ ng... p N ti n trình SAW -ARQ song song cho thi t b ngư i dùng Do ñó, các ti n trình khác nhau truy n d n trong các TTI riêng bi t S ti n trình SAW -ARQ song song ñư c thi t l p t i ña là 8 (N=8), tuy nhiên thông thư ng ch n giá tr N t 4-6 Th i gian tr nh nh t cho phép gi a quá trình truy n d li u g c so v i quá trình tái truy n d n d li u l n ñ u tiên trong HSDPA là 12ms ði u khi n H- ARQ l p 1 ñư c ñ t t... a các c ng logic s p x p ñ s p x p tu n t các khung ñư c nh n l i Nó cũng ph i s p x p các khung nh n sau khi ñã g i khung NAK cho ñ n khi khung h ng ñư c s a ñ i Thi t b g i ph i có cơ c u tìm ki m, cho phép nó tìm và ch n ch khung yêu c u truy n l i ð m trong thi t b nh n ph i gi t t c các khung nh n ñư c cho ñ n khi t t c nh ng khung truy n l i ñ u ñư c s p x p và b qua nh nng khung nh n ñư c l n... gán cho các khung nh n (ho c b m t ) mà không gán cho khung ch nh n ti p theo Kích thư c c a s theo phương pháp này nh hơn kích thư c c a s c a phương pháp Go-back-n ARQ Kích thư c ñó b ng hay nh hơn (n+1)/2 trong khi ñó c s c a Go-back-n ARQ là ( n-1)  Cơ ch ho t ñ ng  Tương t như Go-Back-N  Ch g i l i các frame b NAK ho c time-out  Bên nh n có th nh n I-frame không theo ñúng ch s tu n t  Βên nh . một bản sao khác.Loại kiểm soát lỗi như vậy gọi là ARQ( AUTOMATIC REPEAT REQUEST). PHẦN II KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI ARQ I ) ðẶC ðIỂM ARQ Trong th ực tế có 2 loại cơ sở ARQ ñó là idle RQ ñược. )PHÂN LO ẠI KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI ARQ 19 Các c ơ chế phát lại ñược chia ra làm 3 loại chính: -C ơ chế phát lại dừng và ñợi (Stop-and-Wait ARQ) -C ơ chế phát lại theo nhóm (Go-back-N ARQ) . SINH VIÊN TH ỰC HIỆN: HỒ THANH TÀI MSSV:910512D NGUY ỄN NAM VŨ MSSV: ðỀN TÀI: TÌM HIỂU KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI ARQ Nh ận xét của giáo viên hướng dẫn: ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………