Các kĩ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi

Các kĩ thuật phát hiện lỗi và sửa lỗi trong việc truyền tin.Cho anh em nào Thông tin là một khái niệm trừu tượng (khó có định nghĩa chính xác) thể hiện sự cảm nhận và hiểu biết của con người về thế giới xung quanh.Thông tin có thể được biến đổi,lưu trữ,truyền từ nơi này sang nơi khác.Người thu thập thông tin và truyền cho người khác gọi là nguồn.Người nhận thông tin là đích. subsubsection{Tin} Là dạng vật chất cụ thể biểu diễn,thể hiện thông tin.Có hai dạng là: tin rời rạc và tin liên tục.Tin liên tục thường là các thông tin nguyên thủy thu được từ thế giới xung quanh.Tin rời rạc thường là các thông tin thu được từ các thông tin nguyên thủy sau khi đã qua xử lí. subsubsection{Tín hiệu} Tín hiệu là phương tiện để truyền thông tin.Tín hiệu có thể tồn tại độc lập với thông tin.Trường hợp không có thông tin,tín hiệu chỉ là tín hiệu mang.Trường hợp có thông tin,tín hiệu trở thành biểu diễn vật lý của thông tin và được gọi là dữ liệu.

CÁC KỸ THUẬT PHÁT HIỆN LỖI VÀ SỬA LỖI Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 2 I. CÁC KỸ THUẬT PHÁT HIỆN LỖI 1. Khái niệm lỗi trong truyền tin. Trong các hệ thống truyền tín hiệu số, một lỗi sảy ra khi một bit bị thay đổi giữa bên gửi và bên nhận. Đó là bên gửi gửi đi bit 1 nhưng bên nhận lại nhận được bit 0 và ngược lại. Nhìn chung có hai kiểu lỗi có thể sảy ra đó là lỗi đơn (single error) và lỗi xuất hiện đột ngột. Một lỗi đơn là một trạng thái lỗi biệt lập nó thay đổi một bit nhưng không ảnh hưởng các bit bên cạnh. Một lỗi xuất hiện đột ngột có độ dài B (bit) là một chuỗi B bit kề nhau trong đó bit đầu tiên, bit cuối cùng và một số bit ở giữa hai bit này là nhận được có lỗi. Một cách chính xác, IEEE Std 100 định Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 3 nghĩa một lỗi xuất hiện đột ngột như là một nhóm các bit trong đó hai bit lỗi liên tiếp luôn bị ngăn cách bởi một số x cho trước các bít chính xác. Bít lỗi cuối cùng trong một lỗi xuất hiện đột ngột và bit lỗi đầu tiên trong xuất hiện đột ngột tiếp theo cũng được ngăn cách x hoặc nhiều hơn các bít chính xác. Lỗi đơn có thể sảy ra và được thể hiện như là sự thể hiện của nhiễu nhiệt khi tỷ số SNR bị giảm đáng kể dẫn đến bên nhận bị nhầm lẫn khi nhận một bit Lỗi xuất hiện đột ngột phổ biến hơn lỗi đơn và khó giải quyết hơn, lỗi này thường bị gây ra bởi tạp nhiễu xung lực hoặc sự giảm âm (fading) trong môi trường mạng không dây (mobile wireless). Những Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 4 tác động của lỗi xuất hiện đột ngột sẽ cao hơn với tốc độ truyền cao hơn. 2. Pháp hiện lỗi (Error Detection) Giả sử rằng dữ liệu được truyền theo các chuỗi bít liên tiếp và được gọi là các frames. Khi đó các khả năng có thể sảy ra như sau: - P b : Khả năng 1 bit nhận được là bị lỗi và còn được gọi là tỷ lệ bit lỗi (bit error rate – BER) - P 1 : Khả năng một frame nhận được không có lỗi - P 2 : Khả năng với một giải thuật phát hiện lỗi được sử dụng, một frame nhận được còn một hoặc nhiều lỗi không được phát hiện Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 5 - P 3 : Khả năng với một giải thuật phát hiện lỗi được sử dụng, một frame nhận được với một hoặc nhiều bit lỗi đã được phát hiện và không có các bit lỗi không được phát hiện. - Khi không có một phương tiện nào được sử dụng để phát hiện lỗi thì P3 bằng 0. Giả sử rằng số lượng bit trong một frame là F khi đó: P 1 =(1-P b ) F P 2 =1-P 1 Như vậy khả năng một frame nhận được không có bit lỗi giảm khi khả năng lỗi đơn tăng. Hơn nữa, khả năng một frame nhận được không có bit lỗi giảm khi tăng độ dài của frame. Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 6 Như vậy P 3 là một khả năng một frame có lỗi và cơ chế phát hiện lỗi đã phát hiện được các lỗi này. P 2 được biết đến như là tỷ lệ lỗi còn sót lại và là khả năng các lỗi không được phát hiện mặc dù đã sử dụng cơ chế phát hiện lỗi Có nhiều kỹ thuật được dùng để phát hiện lỗi. Tất các các kỹ thuật này tuân thủ theo các nguyên tắc sau đây: Cho một frame gồm các bit, một số bit để tạo thành một mã phát hiện lỗi được thêm vào bởi bên gửi (transmitter). Mã phát hiện lỗi được tính toán như là một hàm của các bit sẽ được được truyền. Thông thường, với một khối gồm k bit dữ liệu, thuật toán phát hiện lỗi sinh ra một mã phát hiện lỗi gồm n-k bit, trong đó (n-k)<k, và Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 7 được gắn vào khối dữ liệu này và tạo thành một frame gồm n bit và được truyền đi. Mã phát hiện lỗi còn được gọi là các bit kiểm tra. Bên nhận chia frame nhận được thành k bit dữ liệu và n-k bit của mã phát hiện lỗi. Bên nhận thực hiện cùng một tính toán phát hiện lỗi trên k bit dữ liệu nhận được và so sánh kết quả tính toán này với mã phát hiện lỗi đã nhận được. Một lỗi được phát hiện khi và chỉ khi có sự khác nhau giữa hai đoạn mã này. 3. Một số kỹ thuật phát hiện lỗi a, Phương pháp phát hiện lỗi bằng kiểm tra chẵn lẻ (parity check – Vertical Redundancy Check – VRC) Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 8 Phương pháp này gắn thêm một bit vào cuối khối dữ liệu. Đơn giản nhất là truyền ký tự, đó là: một ký tự được xem như là một khối gồm 7 bit dữ liệu, một bit kiểm tra chẵn lẻ được gắn vào khối này. Giá trị của bit chẵn lẻ này được lựa chọn sao cho ký tự cần gửi có một số chẵn (even) hay có một số lẻ (odd) các bit 1 Ví dụ: Cần gửi chữ G (1110001) và sử dụng odd parity. Khi đó bit 1 được gắn vào tạo thành 11110001. Bên nhận xem xét ký tự vừa nhận được, nếu số lượng các bit 1 la lẻ (odd) thì giả thiết rằng không sảy ra lỗi. Nếu một hay một số lượng lẻ các bit bị thay đổi trong quá trình truyền thì bên nhận xẽ phát hiện ra lỗi. Tuy nhiên nếu hai hay một số lượng chẵn các bit bị thay đổi bởi lỗi khi truyền thì bên nhận sẽ không được phát hiện được lỗi đã sảy ra. Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 9 Thông thường bit kiểm tra chẵn được dùng trong truyền đồng bộ và bit kiểm tra lẻ được dùng trong truyền không đồng bộ. Việc sử dụng bit kiểm tra chẵn lẻ là không dễ ràng chẳng hạn như xung lực tạp nhiễu có thể phá hủy một hay nhiều bit, đặc biệt với tốc độ truyền dữ liệu cao. b, Phương pháp phát hiện lỗi bằng kiểm tra dư thừa theo chiều dọc - Longitudinal Redundancy Check – LRC Một kỹ thuật khác được sử dụng để hỗ trợ cho kỹ thuật kiểm tra bit chẵn lẻ đó là kỹ thuật Longitudinal Redundancy Check – LRC – Kiểm tra dư thừa theo chiều dọc. Kỹ thuật này như sau: Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 10 Thay vì kiểm tra riêng lẻ từng ký tự như trong VRC, dữ liệu được gửi đi như là một khối gồm nhiều ký tự, ta gắn thêm vào một bit ở cuối mỗi hàng và một bit ở cuối mỗi cột sao cho thỏa mãn điều kiện tổng số các bit 1 là chẵn hay lẻ. Thường một khối dữ liệu bao gồm 7 hoặc 8 ký tự phụ thuộc vào cách mã hóa ký tự là 7 hay 8 bit. Nếu mỗi ký tự được mã hóa bằng một mã dài 7 bit khi đó một khối dữ liệu sẽ gồm 7 ký tự và giả sử rằng số các bit 1 là lẻ. Ví du: [...]... một vài loại lỗi, bộ phận giải mã có thể phát hiện nhưng không sửa được các lỗi này, do đó nó chỉ thông báo là có các lỗi không sửa được iv, Với một vài loại lỗi ít khi sảy ra, bộ phận giải mã không phát hiện được lỗi do đó nó sẽ sinh ra k bit dữ liệu từ n bit và k bit này sẽ khác với k bit ban đầu Để cho bộ phận giải mã có thể phát hiện và sửa lỗi, ta cần phải truyền dư bằng cách thêm vào các bit dữ... – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin 23 II CÁC KỸ THUẬT SỬA LỖI 1 Khái niệm về sửa lỗi trong truyền thông Sửa lỗi là một kỹ thuật có ích được sử dụng trong các giao thức điều khiển liên kết dữ liệu và giao thức truyền tải Tuy nhiên việc sửa lỗi sử dụng mã phát hiện lỗi đòi hỏi phải truyền lại khối dữ liệu này Điều này là không thích đáng cho các ứng dụng... giải mã sửa lỗi tiến với một trong bốn khả năng sau: i, Nếu không có bit lỗi nào thì dữ liệu vào bộ phận giải mã sửa lỗi tiến sẽ tương tự như mã lệnh nguồn và bộ phận giải mã sẽ sinh ra khỗi dữ liệu ban đầu ii, Với một vài loại lỗi, bộ phận giải mã có khả năng phát hiện và sửa những lỗi này Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin 26 iii, Với một vài... ban đầu, các bit dư này được gọi là khối mã phát hiện lỗi Một vài giải thuật FEC biến đổi k bit thành n bit sao cho k bit ban đầu không suất hiện trong n bit Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 27 Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin Nguyên tắc cơ bản của mã phát hiện lỗi là dựa trên khoảng cách Hamming (Hamming Distance) như sau: Khoảng cách Hamming giữa 2 chuỗi n bit v1 và v2 là... >=2t thì các lỗi . X 9 +X 8 +X 6 +X 4 +X 2 +X X 13 +X 12 + X 11 +X 9 + X 8 X 13 +X 12 + X 10 +X 8 X 11 X 10 +X 9 X 7 X 11 X 10 X 8 X 6 X 9 + X 8 + X 7 + X 6 +X 4 X 9 + X 8 + . bit này cho mẫu P để tạo ra n-k bit của FCS + Gắn n-k bit của số dư vào cuối của T để tạo thành một khối dữ liệu và truyền đi Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám –. X 5 =x 14 +X 12 +X 8 +X 7 +X 5 Thực hiện phép chia đa thức vừa nhận được cho P(X) Trường Đại học Tây Bắc - Khoa Toán - Lý – Tin. Mai Văn Tám – Bộ môn Kỹ thuật máy tính và Mạng 20 X 14 + X 12 +X 8 +X 7