báo cáo kiểm soát lỗi arq

báo cáo kiểm soát lỗi arq

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, ngành viễn thông đã có nhiều bước tiến vượt bậc, nhiều hệ thống thông tin hiện đại đã được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin và giải trí của con người Đặc biệt là hệ thống thông tin số với các đường truyền tốc độ cao, đã dần thay thế hệ thống thông tin tương tự Vấn đề được đặt ra vơi hệ thống thông tin số là truyền với khoảng cách

xa mà vẫn đảm bảo độ chính xác thông tin hay chất lượng dịch vụ của hệ thống

Đó là sự ra đời của các phương pháp phát hiện và sửa lỗi, nhằm sửa chữa được những lỗi thông tin sai sót trên đường truyền nhằm đảm bảo độ tin cậy, độ chính xác thông tin Để hiểu thêm về quá trình phát hiện lỗi và sửa lỗi của thông tin trước hết chúng ta cần hiểu biết về hệ thống thông tin

CHƯƠNG I:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KIỂM SOÁT LỖI.

1.1 Hệ thống thông tin số và mục đích của kiểm soát lỗi.

Hệ thống thông tin số là hệ thống mà tín hiệu được truyền đi dưới dạng số nhị phân

Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin số:

- Nguồn tin là nơi tạo ra hay chứa các tập tin truyền đi Nó có thể là số hoặc

tương tự

- Khối tạo dạng có chứa chức năng tạo dạng tín hiệu, biến đổi tin tức cần

truyền thể hiện ở dạng tín hiệu liên tục hay số có dạng chuỗi bit nhị phân

ĐA TRUY NHẬP

PHÁT TRẢI

PHỔ

ĐIỀU CHẾ

GHÉP KÊNH

MÃ BẢO MẬT

MÃ KÊNH

ĐỒNG BỘ

NGUỒN KHÁC

NGUỒN

TIN

THU GIẢI ĐA

TRUY NHẬP

GIẢI TRẢI PHỔ

GIẢI ĐIỂU CHẾ

PHÂN KÊNH

GIẢI MÃ KÊNH

GIẢI

MÃ MẬT

GIẢI MÃ NGUỒN

- Mã nguồn: biến đổi các tin tức, kí hiệu… thành các bit nhị phân Các mà

dùng để mã hóa nguồn:ACSII, BCD, mã tối ưu Fano….

- Mã bảo mật: bảo mật nguồn thông tin chống lại việc đánh cắp thông tin,

sự làm nhiễu, sai lệch thông tin truyền đi từ các yếu tố bên ngoài tại bất kì

vị trí nào trên đường truyền Mã hóa tin tin dưới dạng khóa nhằm bảo vệ tin tức

- Mã hóa kênh: làm giảm thiểu xác suất sai thông tin qua kênh truyền đảm

bảo độ tin cậy của thông tin, sửa lỗi hướng đi FEC,chống nhiễu và các tác

động xấu khác của kênh truyền

Việc giảm thiểu xác suất sai dực vào phát hiện lỗi và sửa lôi dẫn đến việc giảm

tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR), nhờ đó làm thuận lợi cho việc bảo mật, trải phổ và tăng

độ chính xác của thông tin nhận -> mục đích quan trọng của truyền thông

- Ghép kênh: ghép các nguồn tin khác nhau lại để truyền trên cùng một hệ

thống truyền dẫn

- Điều chế: biến đổi chuỗi tín hiệu số thành các tín hiệu phù hợp với kệnh

truyền nhằm nâng cao chất lượng và độ tin cậy cao cho quá trình truyền tin

- Trải phổ: biến đổi tín hiệu băng thông hẹp thành tín hiệu băng thông rộng,

nhằm bảo mật thông tin sử dụng băng tần một cách có hiệu quả và bảo mật tin tức

- Đa truy nhập: Cho phép nhiều đối tượng có thể truy nhập mạng thông tin

để sử dụng hệ thống truyền dẫn theo yêu cầu

Khi môi trường truyền dẫn bị nhiễu và các vấn đề khác xảy ra trên đường

truyền thì dữ liệu nhận được sẽ bị lỗi vì thế mục đích của kiểm soát lỗi ARQ là nhằm nhận biết được thông tin nhận được là đúng hay sai Nếu sai thì có thể là truyền lại hoặc sửa lỗi… cho đến khi nhận được tin thông tin chính xác

 Mục đích: ARQ (Yêu cầu phát lặp tự động) đảm bảo dòng dữ liệu được phân

phối tới người sử dung bất chấp các lỗi xảy ra trong quá trình truyền

1.2: Các phương pháp phát hiện lỗi.

Phát hiện lỗi là quá trình kiểm tra và xác định xem dữ liệu thu được có bị lỗi hay không Việc phát hiện lỗi có khi chỉ cần biết đoạn từ mã hoặc đoạn tin truyền

đi có bị lỗi hay không mà không cần biết lỗi cụ thể

Như vậy cần có cơ chế phát hiện lỗi nhằm mục đích nhận được thông tin chính xác bằng cách truyền lại hoặc sửa lỗi Có hai cơ chế kiểm soát lỗi:

- Kiểm soát lỗi thuận thường không yêu cầu truyền lại thông tin mà chỉ phát hiện lỗi hoặc có khả năng sửa hạn chế các bít lỗi Phương pháp này thường áp dụng cho các đường truyền có cự ly rất xa và trường hợp truyền đơn công

- Kiểm soát lỗi phản hồi nhằm mục đích phát hiện sai và yêu cầu phía phát gửi lại cho đến khi nhận được là chính xác

1.2.1 Phương pháp kiểm tra chẵn lẻ.

Kiểm tra chẵn lẻ (parity) là phương pháp đơn giản nhất thường được áp

dụng trong các hệ thống truyền dữ liệu để phát hiện dữ liệu bị truyền sai Việc kiểm tra chẵn lẻ một đoạn tin có thể kiểm tra theo hàng ngang hoặc hàng dọc với nguyên tắc:

 Kiểm tra bổ sung bit 1 hoặc bit 0 vào dữ liệu sao cho bit 1 trong khối dữ liệu đó là chẵn hoặc là lẻ Bit thêm vào là bit parity(chẵn –lẻ)

 Hệ thống bên gửi và bên nhận cùng sử dụng một loại parity (chẵn – lẻ) để nhận biết được dữ liệu truyền Nếu dữ liệu truyền sai thì bên thu sẽ từ chối nhận khối

dữ liệu đó

 Gọi M là tổng số bit 1 có trong thông tin cần kiểm tra lỗi

 P là giá trị parity Bit parity có thể là 0 hoặc 1 tùy thuộc vào parity chẵn hay lẻ Bit parity chẵn thì tổng số bit trong (M+P) phải là 1 số chẵn Bit parity lẻ thì tổng số bit trong (M+P) phải là một số lẻ

- Ưu điểm: phương pháp này khá đơn giản và rất thích hợp với đường truyền ngắn

hoặc trong môi trường có nhiễu ít

- Nhược điểm: Không định vị được bit lỗi nên không thể tự sử lỗi mà phải yêu cầu

truyền lại Hiệu suất truyền thông tin bị kém Phương pháp này không phát hiện ra các lỗi không phải là bit đơn

Ví dụ: phát: 10110|0 # 10010|1 (nhận)10110|0 11010|0(nhận và phát trùng nhau cùng thêm bit parity

là 0)1.2.2 Phương pháp kiểm tra tổng khối (Block check sum – BCS)

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp kiểm tra chẵn lẻ là không phát hiện được số bít sai là chẵn Mà dữ liệu thường được truyền đi dưới dạng từng

khối cho nên để cải thiện khả năng phát hiện lỗi thì phương pháp kiểm tra tổng khối là lựa chọn.

Mỗi khối được phân thành parity cột và hàng , mỗi bit được kiểm tra 2 lần Phương pháp này hiệu quả đáng kể so với phương pháp parity chẵn lẻ hàng và cột

• Kiểm tra theo cột dọc: là phát hiện lỗi sử dụng phương pháp kiểm tra chẵn lẻ

để xác định lỗi truyền đi trong một kí tự

• Kiểm tra theo hàng ngang: là kiểu phát hiện lỗi sử dụng phương pháp kiểm tra chẵn lẻ để xác định lỗi truyền trong một đoạn tin

Ví dụ: cho khối tin được truyền đi trong quá trình truyền bị lỗi ở bit thứ 2,3

- Ưu điểm:

- Có khả năng phát hiện tất cả các bit sai lẻ

- Có khẳ năng phát hiện tất cả các bit lỗi chẵn thậm chí cùng hàng cùng cột

- Đơn giản, dễ thiết kế

- Trong trường hợp đơn lỗi có thể định vị được vị trí của bit lỗi nên tự sửa được lỗi

mà không cần truyền lại

- Trong trường hợp lỗi kép hàng và cột thì mã này có thể phát hiện lỗi để yêu cầu truyền lại

- Nhược điểm: hiệu suất đường truyền không cao.

1.2.3 Phương pháp CRC (mã dư vòng).

CRC (cyclic redundancy check) là một loại hàm băm, được dùng để sinh ra giá trị kiểm thử, của một chuỗi bit có chiều dài ngắn và cố định của các gói tin vận chuyển qua mạng hay một khối nhỏ của tệp dữ liệu Giá trị kiểm thử được dùng để

dò lỗi khi dữ liệu được truyền hay lưu vào thiết bị lưu trữ Giá trị của CRC sẽ được tính toán và đính kèm vào dữ liệu trước khi dữ liệu được truyền đi hay lưu trữ Khi

dữ liệu dược sử dụng , nó sẽ được kiểm thử bằng cách sinh ta mã CRC và so khớp với mã CRC trong dữ liệu

Nguyên lý làm việc của CRC:

 Biết m-bit thông tin và đa thức sinh cho trước(hay còn gọi là khóa)

 Bên phát tạo ra chuỗi r-bit FCB(frame check sequeence) sao cho frame gửi đi bao gồm (m + r)bit chia hết cho đa thức sinh

 Bên thu chia khung dữ liệu nhận được cho cùng đa thức sinh và nếu không có phần

dư thì có khả năng không có lỗi

Cách tạo mã CRC và frame cần truyền

• Cho r bằng bậc của đa thức sinh G(x), gắn r bit 0 vào cuối của thông tin sau bit có trọng số thấp nhất vì thế ta có (m + r) bit , tương ứng với đa thức x^r.M(x)

• Chia sâu bit tương ứng với x^r.M(x) cho đa thức sinh G(x) Dùng phép thica modul

2 (phép chia không nhớ) Phần dư chính là CRC cần tìm

• Lấy x^r.M(x) trừ đi phần dư (luôn có số bit nhỏ hơn hoặc bằng r) dùng phép trừ modul 2 Kết quả nhận được là frame cần tìm (checksuned frame)

Ví dụ: cho một máy phát trong hệ thống đồng bộ tuyến một bản tin:110101 +

CRC Giả sử bít tin chỉ dùng các tin + CRC Đa thức sinh dùng trong mạch kiểm soát lỗi G(x)= x^3 + 1 Hãy tìm bản tin mà máy phát truyền đi

CRC rất phổ biến vì đơn giản dễ lắp đặt trong các máy tính sử dụng hệ cơ số

nhị phân, dễ dàng phân tích tính đúng và rất phù hợp để dò các lỗi gây ra bởi nhiễu trong khi truyền dữ liệu

Thu và kiểm tra CRC:

 Để kiểm tra sai số khi truyền, bên thu đem khối thông tin thu được chia cho G(x) theo modul2

 Nếu phần dư còn lại là 0 thì từ mã nhận được không sai

 Nếu phần dư còn lại khác 0 thì từ mã nhận được không đúng

1.2.4 Phương pháp truyền phản hồi

Phương pháp này còn gọi là phương pháp dội Trong phương pháp này bên phát sẽ truyền sang bên thu thông điệp hay một đoạn tin, khi bên thu nhận được sẽ phát lại một bản sao về bên phát:

Như vậy

THÔNG

BỘ PHÁT

Như vậy bên phát sẽ so sánh dữ liệu nằm trong vùng đệm để biết là dữ liệu truyền đúng hay truyền sai.

Ưu điểm: phương pháp này có khả năng phát hiện sai rất chính xác từ trường

hợp các bit thông điệp và bản sao sai trùng nhau Tuy nhiên khả năng để có sai trùng nhau là rất nhỏ

Nhược điểm:phương pháp này có hiệu suất đường truyền thấp do cùng một

thông điệp truyền phải truyền hai lần trong trường hợp bên thu nhận được thông tin đúng nhưng khi truyền lại có thể bên phát nhận được bị lỗi

1.2.5 Phương pháp truyền dư thừa.

Phương pháp này còn gọi là phương pháp truyền lặp lại Bên phát sẽ truyền thông điệp và kèm theo bản sao của nó sang bên thu

Ở bộ so sánh bản sao thông điệp và bản sao nếu không giống nhau tức lầ bị lỗi khi truyền

Ưu điểm: phương pháp này có khả năng phát hiện sai rất chính xác trừ trường

hợp các bit ở thông điệp và bản sao sai trùng nhau, tuy nhiên khả năng để có các bit sai trùng nhau là rất ít

Nhược điểm: phương pháp này có hiệu suất đường truyền thấp do cùng một

thông tin phải truyền hai lần Trong trường hợp ở phía thu nhận được ký tự đúng nhưng có thể bản sao bị lỗi, như vậy việc truyền đúng lại là truyền sai

1.3 Lỗi dữ liệu kênh truyền.

Các đường truyền dữ liệu có thể có khoảng cách ngắn vài m và cũng có thể dài hàng nghìn km, môi trường truyền dữ liệu có thể là hệ thống dây đồng hay vi ba,

vệ tinh, sợi cáp quang hoặc vô tuyến Do các đặc tính không lý tưởng của kênh truyền cũng như tác động của các yếu tố can nhiễu bên ngoài Trong thực tế không bao giờ đạt được độ tin cậy hoàn toàn Sai hoặc lỗi xuất hiện trog quá trình truyền

dữ liệu là không thể tránh khỏi

Trong các kênh truyền tin số, nếu như xem rằng các chuỗi ký hiệu truyền vẫn được giữ nguyên trật tự và chỉ sai số ở dạng bit, các lỗi kênh truyền nhị phân có thể chia làm hai loại sau:

- Lỗi xác suất có ký hiệu một xảy ra ở các kênh truyền có tốc độ thấp, độ tin cậy truyền tin lớn Các lỗi thường độc lập không phụ thuộc vào nhau

- Lỗi có tính chất cụm: thường do các yếu tố tạp nhiễu bên ngoài tác động làm cho một số bit liên tiếp hay một cụm bit nào đó bị sai lệch

Kiểm soát lỗi: khi chúng ta nhập dữ liệu vào máy tính bằng bàn phím thì chương trình sẽ đọc kí tự nhận được rồi gửi ra màn hình Như vậy nếu ký tự ngập bị sai thì người sử dụng có thể dùng các kí tự điểu khiển: delete hoặc backcpace để loại bỏ

kí tự sai và nhập lại Công việc này gọi là kiểm soát lỗi bằng tay

Đối với việc truyền dữ liệu, khi 1 thiết bị đầu cuối chuyển các khối ký tự hay

là khung dọc theo một đường truyền nối tiếp đến các thiết bị đầu cuối khác,

chương trình bên thu sẽ thực hiện một thủ tục kiểm soát lỗi tự động trong suốt đối với người sử dụng Thông thường bên thu sẽ kiểm tra các khung vừa nhận được và trả về bên phát một thông điệp để xác định là đã nhận được đúng hoặc yêu cầu gửi lại một bản sao khác Loại khiểm soát lỗi này gọi là ARQ (Automatic Repeat

Request)

Nguyên lý kiểm soát lỗi idle RQ được định nghĩa để cho phép các khung của

ký tự được truyền một cách tin cậy Để phân biệt phía gửi ( nguồn ),và phía nhận đích các thuật ngữ P ( primary ) và S ( secondary ) sẽ được sử dụng Để phân biệt các khung dữ liệu và khung giám sát ta thường dùng các thuật ngữ I-Frame và ACK hay NAK Frame

Idle RQ hoạt động ở chế độ mode bán song công, bởi vì sau khi P gửi một Frame nó phải chờ bên S báo cho biết là khung trước đó đã nhận đúng hay sai Và

I-P sẽ truyền một khung mới nếu thông tin nhận được là đúng, và yêu cầu gửi lại khung cũ nếu thông tin nhận được là sai

Có 2 cách thực hiện nguyên lý này là truyền hiểu ngầm và truyền tường minh

Khi truyền thông tin trong mạng, thông tin truyền từ phía phát sang phía thu

có thể bị sai lỗi hoặc mất.Trong trường hợp thông tin bị mất, cần phải thực hiện truyền lại thông tin Với trường hợp thông tin bị sai, có thể sửa sai bằng một trong

2 cách:

- Sửa lỗi trực tiếp bên phía thu: phía thu sau khi phát hiện lỗi có thể sửa lỗi trực tiếp ngay bên thu mà không yêu cầu phải phát lại Để thực hiện được điều này, thông tin trước khi truyền đi phải được cài các mã sửa lỗi ( bên cạnh việc có khả năng phát hiện lỗi, cần có khả năng sửa lỗi )

- Yêu cầu phía phát truyền lại: phía thu sau khi kiểm tra và phát hiện có lỗi sẽ yêu cầu phía phát truyền lại thông tin

ARQ ( Automatic Repeat Request ), có thể dịch là cơ chế phát lại, ở giao thức TCP

có sử dụng đến cơ chế này Nó dùng để điều khiển luồng và điều khiển chống tắc nghẽn

2.1.1 : Vấn đề khi trao đổi dữ liệu

Một số vấn đề khi hai thiết bị kết nối trực tiếp truyền nhận dữ liệu :

○ Đồng bộ khung

○ Điều khiển tốc độ truyền dữ liệu

○ Xử lý lỗi gặp phải trên đường truyền

○ Định vị địa chỉ ( trong cấu hình multipoint )

○ Phân biệt điều khiển và thông tin điều khiển

○ Quản lý liên kết

Nội dung:

Điều khiển dòng dữ liệu

Điểu khiển lỗi

Một số nghi thức điều khiển liên kết dữ liệu

Điều khiển dòng dữ liệu

Bên nhận thường có bộ đệm để nhận dữ liệu

Khi dữ liệu đến, bên nhận thường thực hiện một số xử lý trước khi gửilên lớp cao hơn

Điều khiển dòng: đảm bảo bên phát không gửi dữ liệu quá nhanh Ngăn ngừa việc tràn bộ đệm

* Mô hình truyền khung:

- Đặc điểm:

+ Phương thức đơn giản nhất

+ Được dùng chủ yếu trong các ứng dụng character-oriented.( byte-oriented)+ Sử dụng kenh truyền hoạt động trong chế độ half-duplex

- Cơ chế hoạt động:

+ Nguồn phát dữ liệu ( dưới dạng các frame )

+ Đích nhận dữ liệu và trả lời bằng ACK

+ Nguồn phải đợi ACK trước khi phát tiếp dữ liệu

+ Đích có thể ngưng truyền dữ liệu bằng cách không gửi ACK

Idle RQ- Hiệu suất

- Thời gian truyền ( tframe ) : thời gian cần thiết để gửi tất các bit dữ liệu trên đường truyền

- Thời gian lan truyền ( tprop ) : thời gian cần thiết để 1 bit đi từ nguồn đến đích

- Thời gian tổng cộng: TD=n(2tprop + tframe)

- Hiệu suất đường truyền:

Vấn đề kích thước Frame:

- Hiệu quả đường truyền cao nếu frame kích thước lớn

- Thực tế dữ liệu lớn được chia thành các frame nhỏ

- Kích thước bộ đệm có giới hạn

- Frame kích thước nhỏ khó xảy ra lỗi

- Lỗi được phát hiện sớm

- Khi có lỗi chỉ cần truyền lại frame nhỏ

- Ngăn ngừa tình trạng 1 trạm làm việc chiếm đường truyền lâu Sliding windows

Cơ chế hoạt động:

- Cho phép nhiều frame có thể truyền đồng thời

- Bên thu có bộ đệm với kích thước W ( có thể nhận W frame)

- Bên phát có thể truyền tối đa W-1 frame mà không cần đợi ACK

- ACK có chứa số thứ tự của frame kế tiếp có thể truyền

Số thứ tự được quay vòng bởi kích thước của sổ ( modulo 2k)

Cải tiến:

- Bên thu có thể gửi ACK mà không cho phép bên phát gửi tiếp dữ liệu

( Receive Not Ready )

- Trong trường hợp này, bên thu phải gửi ACK để bình thường hóa việc truyền nhận dữ liệu khi nó sẵn sằng

- Nếu đường truyền là full-duplex, dùng cơ chế “ piggybacking” : tích hợp ACK vào frame dữ liệu

- Nếu có dữ liệu để truyền nhưng không có ACK để truyền, gửi lại ACK cuối cùng, hoặc có cờ ACK hợp lệ (TCP)