3.2.3.1. Đề cương bài giảng
Chƣơng 4: Xử lý số liệu truyền ( tiếp ) 4.4. Mã hóa số liệu
4.4.1. Mã hóa CRC a. Khái niệm:
CRC (Cyclic Redundancy Check) là một loại hàm băm, đƣợc 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 đƣợc dùng để dò lỗi khi dữ liệu đƣợc truyền hay lƣu vào thiết bị lƣu trữ. Giá trị của CRC sẽ đƣợc tính toán và đính kèm vào dữ liệu trƣớc khi dữ liệu đƣợc truyền đi hay lƣu trữ. Khi dữ liệu đƣợc sử dụng, nó sẽ đƣợc kiểm thử bằng cách sinh ra mã CRC và so khớp với mã CRC trong dữ liệu.
b. Phƣơng pháp mã hóa CRC:
- Phƣơng pháp dƣ thừa đạt đƣợc thông qua các chƣơng trình mã hóa khác nhau. - Ngƣời gửi bổ sung thêm các bit dƣ thừa thông qua một quá trình tạo ra một mối quan hệ giữa các bit dƣ thừa và các bit dữ liệu thực tế.
- Ngƣời nhận sẽ kiểm tra các mối quan hệ giữa hai tập hợp của các bit phát hiện lỗi. - Trong sơ đồ khối mã hóa, khối đầu tiên chứa dung lƣợng k bit, gọi là datawords. Khối này chính là thông điệp cần đƣợc mã hóa để truyền đi trong mạng truyền số liệu
59
- Chúng ta sẽ cho thêm vào r bit dƣ vào khối Dataword, lúc này số lƣợng bit của thông điệp cần gửi đi là n = k + r (bit). n bit này chính là khối codeword, tức là thông điệp đã đƣợc mã hóa
Hình 3.4: Sơ đồ khối mã hóa và giải mã
- Lúc này chúng ta phải tính toán r bit dựa và đa thức sinh Generator c. Quá trình phát hiện lỗi trong khối mã hóa
Trong phƣơng pháp mã hóa, thì việc sửa chữa lỗi khó khăn hơn nhiều việc phát hiện lỗi sai vì trong sửa lỗi, chúng ta cần phải biết chính xác số lƣợng bít bị hỏng, và quan trọng hơn, vị trí của bit đó trong dãy thông tin. Tuy nhiên, trong phát hiện lỗi, chúng tai chỉ cần biết là có lỗi hay không.
Muốn phát hiện lỗi chúng ta sẽ dựa vào sơ đồ khối mã hóa và giải mã. Nếu hai điều kiện sau đây đƣợc đáp ứng, ngƣời nhận có thể phát hiện một sự thay đổi trong các từ mã gốc.
- Ngƣời nhận có (hoặc có thể tìm thấy) một danh sách các giá trị từ mã. - Một từ mã không hợp lệ so với các từ mã ban đầu.
60
Bảng 3.5: mã CRC với C(4,7)
Hình 3.6: Sơ đồ mã hóa và giải mã CRC
Bên truyền thông tin:
Trong bộ mã hóa, Các Dataword có dung lƣợng K bit ( ở đây là 4 bit ). Các từ mã Codeword có dung lƣợng 7 bit.
Dung lƣợng của Dataword đƣợc tăng cƣờng bằng cách thêm ( n-k ) ( ở đây là 3 bit) vào phía bên phải của Dataword.
Các đa thức sinh sử dụng một ƣớc của kích thƣớc n-k-1(bit) (ở đây là 4 bit), đƣợc xác định trƣớc và thỏa thuận giữa bên thu và bên nhận
Các Dataword đƣợc tăng cƣờng bit sẽ lấy đa thức sinh làm số chia Phần tử nhớ đƣợc thêm và Dataword để tạo thành codeword.
61 Bên nhận thông tin:
Các bộ giải mã thực hiện quá trình phân chia giống nhƣ các bộ mã hóa
Sau khi nhận đƣợc Codeword thì hệ thống lấy thông chia cho đa thức sinh mà hai bên nhận đƣợc, nếu phép chia hết thì thông tin là đúng.
Nếu không chia hết, tất cả thông tin sẽ bị loại bỏ. Ví dụ 1:
Sau khi bên nhận tiếp thu thông tin từ mã Codeword thì sẽ xảy ra hai trƣờng hợp đối với phƣơng pháp mã hóa này
62
d. Phƣơng pháp mã hóa CRC dùng phép biểu diễn đa thức. - Gọi M(x) là đa thức cần truyền
- G(x) là đa thức sinh + G(x) là cố định (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ G(x) đƣợc cả bên thu và bên phát thống nhất
- Tạo một khối đa thức F(x) dựa trên M(x) và G(x) sao cho F(x) chia hết cho G(x)
Các bƣớc mã hóa và giải mã CRC theo phƣơng pháp đa thức: Bên phát:
Bƣớc 1: Nhân M(x) với xn Bƣớc 2: Lấy xn
M(x) chia cho G(x)
Bƣớc 3: Bỏ qua phần chia hết, giữ lại phần dƣ R(x) Bƣớc 4: Từ mã gửi đi lúc này là : F(x) = xn
M(x) + C(x) Bên thu:
Bƣớc 1: Nhận F(x)
Bƣớc 2: Lấy F(x) chia cho G(x)
) ( 0 ) ( ) ( ) ( x G x Q x G x F
63
Bƣớc 3: Nếu số dƣ của phép chia bằng 0 thì kết quả thu đƣợc là đúng, nếu số dƣ khác 0 thì kết quả thu đƣợc là sai và loại bỏ.
Ví dụ 2: Cho số nhị phân 1001 với đa thức sinh là 1011. Mã hóa số nhị phân trên theo phƣơng pháp CRC.
Từ số nhị phân Dataword 1001 có sẵn ta có thể viết thành đa thức: M(x) = X3 + 1 Đa thức sinh: G(x) = X3 + X + 1 XnM(x) = X6 + X3 Thực hiện phép chia: F(x) = X6 + X3 + X2 + X
3.2.3.2. Thiết kế nội dung tương tác cho bài dạy điện tử
Sử dụng câu hỏi là một trong những “cầu nối” cho sự tƣơng tác giữa GV và SV trong quá trình dạy học. Trong dạy học, hệ thống câu hỏi của GV có vai tròquan trọng, là một trong những yếu tố quyết định chất lƣợng lĩnh hội kiến thức của SV. Thay cho việc thuyết trình, đọc, chép, nhồi nhét kiến thức, GV chuẩn bị hệ thống
64
các câu hỏi để SV suy nghĩ phát hiện kiến thức, phát triển nội dung bài học, đồng thời khuyến khích SV động não tham gia thảo luận xoay quanh những ý tƣởng, nội dung trọng tâm của bài học theo trật tự logic. Sử dụng câu hỏi giúp GV không chỉ kiểm tra về kiến thức, kĩ năng của SV mà còn thu đƣợc những thông tin ngƣợc để điều chỉnh các hoạt động dạy học cho phù hợp. Thông qua câu hỏi, GV tổ chứcquá trình tƣơng tác, trao đổi, quan hệ giữa GV, SV và môi trƣờng. Hệ thống câu hỏi còn nhằm định hƣớng, dẫn dắt cho SV từng bƣớc phát hiện ra bản chất sự vật, quy luật hiện tƣợng, kích thích tính tích cực tìm tòi, sự ham hiểu biết.
Trong quá trình sử dụng câu hỏi, sự tƣơng tác giữa GV và SV đƣợc tăng cƣờng, vì khi GV hỏi thì SV phải tập trung cao độ để nghe, hiểu câu hỏi. Khi đƣa ra câu hỏi, tùy theo mục đích của câu hỏi đó mà GV cần dành thời gian để cho SV suy nghĩ và trả lời. GV phải biết đánh giá và thu nhận thông tin phản hồi từ câu hỏi để có sự điều chỉnh hoạt động dạy học khi cần thiết. Khi thấy SV chƣa tìm ra câu trả lời thì GV giảm dần độ khó của câu hỏi đó bằng cách đƣa thêm câu hỏi gợi ý, hƣớng dẫn, giúp SV tìm ra câu trả lời.
Để có những câu hỏi mở tốt, câu hỏi phải trung tính, có nghĩa câu hỏi cho phép thu thập đƣợc nhiều thông tin về ý kiến, kiến thức, cảm xúc và giá trị nêu ra trong tình huống, không phải là một gợi ý, sự hạn chế hay hƣớng dẫn. Câu hỏi cần ngắn gọn, đơn giản, tránh vòng vo, khó hiểu hoặc giải thích quá nhiều, không đi thẳng vào vấn đề. Đồng thời, cần sử dụng từ hỏi đúng và rõ ý hỏi, mặt khác phải phù hợp với nội dung, chủ đề học tập, với hoàn cảnh, tâm lí, văn hóa, vốn từ, trình độ của ngƣời đƣợc hỏi.
Theo phƣơng pháp dạy truyền thống, dự giờ để đánh giá GV chủ yếu là xem GV dạy thế nào, các bƣớc dạy ra sao. Trong dạy học tƣơng tác, đánh giá GV chuyển sang xem SV do GV hƣớng dẫn học thế nào ? GV đặt câu hỏi thảo luận có phù hợp tƣơng thích nội dung bài học không, có phù hợp với khả năng tiếp thu của SV hay không?
65
Hình 3.7: Môi trường dạy học tưng tác
Tạo tình huống DHTT nhằm tác động vào nhân tố ngƣời dạy trong DHTT, giúp ngƣời dạy biết cách tạo các tình huống DHTT cùng với việc lựa chọn PPDH một cách phù hợp với từng nội dung bài học và đối tƣợng SV tạo ra đƣợc các tình huống tƣơng tác mang dụng ý sƣ phạm, kích thích trí tò mò, ham hiểu biết của SV. Qua đó, sẽ tạo đƣợc tƣơng tác giữa ngƣời học – ngƣời dạy – môi trƣờng đó là nền tảng cơ bản để tiến hành DHTT có hiệu quả.
Trong mục: Để có thể phát hiện hoặc sửa lỗi chính xác, chúng ta cần phải gắn một số bit vào dữ liệu sau đó mới truyền đi đến nới nhận. Những bit dư thừa được thêm vào bởi người gửi và loại bỏ bởi người nhận. Sự tồn tại bit thừa cho phép người nhận phát hiện hoặc sửa bit lỗi.
Để tạo ra tình huống tƣơng tác, GV không cần trình bày quá kỹ nội dung mà trình bày mang tính gợi mở trên cơ sở đó đặt ra câu hỏi để SV thảo luận. GV đặt câu hỏi:
- Vì sao khi thêm bit thừa có thể phát hiện đƣợc ỗi và sửa ỗi ?
GV lúc này trở thành ngƣời hƣớng dẫn, ngƣời trọng tài để các SV thảo luận. Trả lời câu hỏi này có thể theo từng mức độ khác nhau. Với kiến thức ban đầu, GV chỉ gợi ý trả lời một cách tổng quan. Đến khi kêt thúc nội dung bài học, câu trả lời lúc đó mới thật tƣờng minh. Quá trình tiếp thu bài học của SV sẽ ngày càng đƣợc “nâng cấp” theo tiến trình của bài học qua tranh luận và diễn giải của GV.
66
Khi giảng đến nội dung : Xác định lỗi và sửa lỗi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GV trình bày, giải thích 2 khái niệm xác định lỗi và sửa lỗi
Trong sửa lỗi, chúng ta cần phải biết chính xác số lượng bít được hỏng, và quan trọng hơn, vị trí của nó trong tin nhắn. Tuy nhiên, trong phát hiện lỗi, chỉ cần biết là có lỗi hay không.
Câu hỏi của GV dành cho SV thảo luận : Vậy sự khác nhau cơ bản giữa xác định ỗi và sửa ỗi à gì ? Tại sao sửa chữa ỗi khó khăn hơn so với việc phát hiện ỗi?
Đây vẫn là câu gợi mở kích thích vào khả năng khám phá của SV, đồng thời cũng là vấn đề đƣa ra để dẫn dắt cho mục học mới. Trong quá trình phát hiện lỗi trong khối mã hóa.
Bổ sung bit thừa được thưc hiện qua mã hóa. Người gửi tạo thêm các bit dư thừa thông qua một quá trình tạo ra một mối quan hệ giữa các bit thừa và các bit dữ liệu thực tế.
Lúc này giáo viên cũng có thể đƣa ra câu hỏi để sinh viên thảo luận: Tại sao
phải bổ sung bit thừa vào vào khối dữ iệu rồi mới truyền cho bên nhận?
Câu hỏi này giúp sinh có thể hiểu sâu hơn bản chất của việc mã hóa, tính bảo mật của thông tin khi cần truyền đi.
Người nhận sẽ kiểm tra các mối quan hệ giữa hai tập hợp của các bit phát hiện lỗi. Tỷ lệ bit thừa và bit dữ liệu là yếu tố quan trọng trong bất kỳ chương trình mã hóa nào.
Trong khối mã hóa, chia thông tin cần truyền thành các khối k bit, gọi là dữ liệu (dataword).Thêm r bit cho từng khối để làm cho chiều dài n = k + r. Các khối n-bit được gọi là từ mã.
Câu hỏi giáo viên đƣa ra lúc này là : Cách tính r bit nhƣ thế nào?
Sau khi SV thảo luận và đƣa ra các cách tính, GV sẽ tổng hợp các phƣơng pháp của SV và sau đó đƣa ra kết luận và đáp án chính xác nhất.
Trong phƣơng pháp phát hiện lỗi GV sẽ chiếu slide sử dụng phần mềm Powerpoint đặt câu hỏi: Làm thế nào có thể phát hiện đƣợc ỗi qua khối mã hóa?
67
Hình 3.8: Slide câu hỏi tương tác 1
Sau khi SV thảo luận và đƣa ra câu trả lời, GV sẽ chiếu slide câu trả lời cho SV quan sát và giới thiệu bảng mã CRC với C(7,4)
68
Thực hiện tƣơng tác trên mô hình, sơ đồ
Bài giảng điện tử với Slide mô hình, sơ đồ khối phản ánh nội dung bài giảng là môi trƣờng tốt để GV đặt câu hỏi để SV tranh luận.
Trong mô hình sửa lỗi, GV có thể trình bày phần slide mã hóa rồi đặt câu hỏi để SV suy nghĩ trả lời câu hỏi
Mã hóa à từ dữ iệu ban đầu (Dataword), sử dụng đa thức sinh (Generator) để tạo ra từ mã (Codeword) n bit, sau đó truyền đến nơi nhận để giải mã. Biết sơ đồ mã hóa nhƣ s ide, hãy vẽ sơ đồ giải mã ?
Hình 3.10: Slide câu hỏi tương tác 2
Câu hỏi này đòi hỏi SV phải suy luận, tìm các phƣơng pháp giải mã khác nhau, đối với các phƣơng pháp giải mã sẽ ngƣợc lại so với phƣơng pháp mã hóa, chính vì vậy sơ đồ khối của phƣơng pháp giải mã sẽ ngƣợc lại so với sơ đồ khối giải mã, thêm vào đó có hai trƣờng hợp xảy ra: thứ nhất là thông tin thu đƣợc là đúng, thứ hai thông tin thu đƣợc là không đúng, chính vì vậy sơ đồ giải mã sẽ phải có thêm phần xảy ra hai trƣờng hợp này.
Sau khi có kết quả của SV, GV sẽ chiếu slide kết quả của mình để ĐC với kết quả SV.
69
Hình 3.11: Slide câu trả lời 2
Sau khi chiếu slide sơ đồ mã hóa và giải mã, GV sẽ trình bày chi tiết các bƣớc mã hóa và giải mã trên sơ đồ:
70
Trong phần ví dụ 1: GV hƣớng dẫn SV cách mã hóa thông tin bằng việc đƣa cho thông tin là Dataword là 1001 va số chia 1011 chiếu bằng phần mềm powerpoint trên phông chiếu và giải thích cho SV
Hình 3.13: Slide ví dụ bài tập tương tác 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi có kết quả Codeword, lúc này ngƣời dạy sẽ hƣớng cho SV kiểm tra kết quả của bên nhận. Gv sẽ đƣa ra hai trƣờng hợp
Trƣờng hợp bên nhận thu đƣợc codeword là 1001110. Và đặt câu hỏi: Em
hãy kiểm tra thông tin thu đƣợc có hợp ệ hay không? Lúc này sinh viên sẽ phải
tìm cách kiểm tra thông tin theo nhiều phƣơng pháp, để viết thông tin thu đƣợc có hợp lệ không. Sau khi thu thập kết quả GV sẽ chiếu slide các bƣớc kiểm tra thông tin hợp lệ.
71
Hình 3.14: Slide ví dụ bài tập tương tác 2
Trƣờng hợp bên nhận thu đƣợc thông tin 1000110, trong đó bit sai nằm ở vị trí thứ tƣ. Nhƣ vậy nếu bên nhận thu đƣợc thông tin nhƣ vậy là không hợp lệ, để biết thông tin không hợp lệ sinh viên cần phải làm gì? Và lúc này GV là ngƣời hƣớng sinh viên làm việc để kiểm tra thông tin không hợp lệ bằng cách chia thông tin thu đƣợc cho 1011.
72
Trong mục mã hóa CRC bằng phƣơng pháp đa thức:
Giáo viên sẽ đƣa Dataword là 1001 và Genetor là 1011. Đặt câu hỏi cho sinh viên:
- Làm thế nào để biến đổi số nhị phân trên thành các đa thức?
SV lúc này sẽ vận dụng khả năng tƣ duy và các kiến thức đã học trƣớc đó thảo luận với nhau theo từng nhóm, đƣa ra các kết quả cụ thể. Sau khi tổng hợp kết quả, giáo viên sẽ chiếu slide phân tích các bƣớc chuyển đổi từ nhị phân sang đa thức.
73
3.2.3.3. Giáo án bài giảng
Giáo án: 08 Giáo án lý thuyết
Chƣơng 4: Xử lý số liệu truyền ( tiếp ) Số tiết : 01
Ngày thực hiện: Ngày tháng năm I. Mục tiêu bài học:
1. Về kiến thức:
- Hiểu đƣợc mục đích ý nghĩa của việc mã hóa và giải mã. 2. Về kỹ năng:
- Vận dụng thành thạo phƣơng pháp mã hóa CRC để áp dụng vào việc mã hóa và giải mã. 3. Về thái độ:
- Nâng cao tính khoa học, chính xác trong học tập và làm việc. II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên:
- Đề cƣơng bài giảng, giáo trình môn học: Giáo trình kỹ thuật truyền số liệu. - Chuẩn bị phƣơng tiện, đồ dùng dạy học:: Máy tính, máy chiếu, phấn... 2. Học sinh
- Tài liệu học tập: Giáo trình kỹ thuật truyền số liệu. III. Tiến trình lên lớp:
74 - Kiểm tra sĩ số lớp: 3 phút
- Số học sinh vắng: Họ tên học sinh vắng: