C phát hiện xung đột, hủy bỏ bức đIện hờ một thời gian ngẫu nhiên và lặp lạ
2.5 Bảo toàn dữ liệu 1 Đặt vấn đề
2.5.1 Đặt vấn đề
Bảo toàn dữ liệu là phương phỏp sử dụng x lý giao th c phỏt hi n và kh c ph c ử ứ để ệ ắ ụ lỗi, trong đú phỏt hiện lỗi đúng vai trũ hàng đầu. Khi đó phỏt hiệ được lỗi, cú thể cú n cỏch khụi phục dữ liệu, hay bi n phỏp ệ đơn gi n h n là yờu c u g i l i d li u. Cỏc ả ơ ầ ử ạ ữ ệ phương phỏp bảo toàn dữ liệu thụng dụng là:
• Parity bit 1 chiều và 2 chi u ề
• CRC (Cyclic Redundancy Check)
• Nhồi bit (Bit stuffing).
Nguyờn lý cơ ả b n
Nhiệm vụ bảo toàn d li u là m t cú th sắữ ệ ộ ể p x p thu c l p 2 (l p liờn k t d li u) ế ộ ớ ớ ế ữ ệ trong mụ hỡnh qui chiếu OSI. Trong quỏ trỡnh mó húa nguồn, bờn gửi bổ sung mộ ốt s thụng tin phụ trợ, được tớnh theo một thuật toỏn qui ước vào bứ đ ệc i n c n g i đi. Dựa ầ ử vào thụng tin bổ trợ này mà bờn nhận cú thể ể ki m soỏt và phỏt hiện ra lỗi trong dữ liệu nh n ậ được (giải mó).
Chỳ ý rằng k c thụng tin nguồn và thụng tin phụ trợ đều cú thể ịể ả b lỗi, nờn ph i cõn ả nhắc quan hệ giữa lượng thụng tin nguồn và lượng thụng tin phụ trợ, nếu khụng một phương phỏp bảo toàn dữ liệu sẽ khụng đạt được mong muốn về độ tin cậy của dữ liệu, thậm chớ cú thể sẽ ph n tỏc d ng. Trước khi phõn tớch, ỏnh giỏ tỏc d ng c a cỏc ả ụ đ ụ ủ phương phỏp bảo toàn dữ liệu, c n ầ đưa ra một số đị nh nghĩa như ưới đõy. d
T lỉ ệ bit lỗi
T lỉ ệ bit lỗi p là thước đ đặo c tr ng cho nhi u c a kờnh truy n d n, được tớnh b ng ư độ ễ ủ ề ẫ ằ tỉ lệ gi a s bit b lỗữ ố ị i trờn t ng s bit ổ ố được truy n i. Núi m t cỏch khỏc, tỉ lệề đ ộ bit l i ỗ chớnh là xỏc suất một bit truyề đn i bị ỗ l i. Lưu ý r ng, t lệằ ỉ bit l i x u nh t khụng ph i là ỗ ấ ấ ả 1, mà là 0,5. Trong trường hợp p = 1, t c là bất cứ bit nào truyề đứ n i cũng bị sai lệch, ta chỉ ệ vi c đảo lại tất cả cỏc bit để khụi phục lại dữ liệu. Khi p = 0,5 tức xỏc suất cứ hai bit truyề đn i lại cú một bit bị lỗi thỡ đường truy n này hoàn toàn khụng s dụề ử ng được, b i ở theo lý thuyết thụng tin thỡ khụng thể cú một phương phỏp bảo toàn dữ liệu nào cú thể ỏp dụng tin cậy, cú hiệu quả. Trong kỹ thuật, p = 10-4 là một giỏ trị thường ch p nh n ấ ậ được. Một đường truyền cú t lệỉ bit l i nh vậỗ ư y cú th th c hi n ể ự ệ được tương đối d ễ dàng.
T l lỉ ệ ỗi cũn lại
Tỉ lệ lỗi cũn l i ạ R là thụng s c tr ng cho ố đặ ư độ tin c y d li u c a m t h th ng ậ ữ ệ ủ ộ ệ ố truyền thụng, sau khi đó thực hiện cỏc bi n phỏp bảo toàn (kể cả truyền lại trong trường ệ hợp phỏt hiện ra lỗi). Tỉ lệ lỗi cũn l i ạ được tớnh b ng t lệằ ỉ gi a s bứ đ ệữ ố c i n cũn b lỗi ị khụng phỏt hiện được trờn tổng s bứ đ ệ đố c i n ó được truy n. Đương nhiờn, giỏ tr này ề ị khụng nh ng phữ ụ thuộc vào tỉ lệ bit l i và phương phỏp b o toàn d li u mà cũn ph ỗ ả ữ ệ ụ
thuộc vào chi u dài trung bỡnh của cỏc bức ề đ ệi n. M t bứ đ ệộ c i n càng dài thỡ xỏc suất lỗi càng lớn.
Thời gian trung bỡnh giữa hai lần lỗi
Tỉ lệ ỗ l i cũn lại là một thụng số tương đối khú hỡnh dung, vỡ vậy trong thực tế ng i ườ ta hay xột tới thời gian trung bỡnh giữa hai lầ ỗn l i TMTBF (MTBF = Mean Time Between Failures). Thụng số này cú liờn quan ch t ch t i giỏ tr t l l i cũn l i: ặ ẽ ớ ị ỉ ệ ỗ ạ
TMTBF = n v R/( * ),
với n là chiều dài bức đ ện tớnh bằng bit và v là tốc độ truyền tớnh bằng bit/s. Giả sử i một bức đ ện cú chiều dài n = 100 bit được truyền liờn tục với tốc độ 1200 bit/s, quan hệi giữa tỉ lệ bit lỗi và thời gian trung bỡnh giữa hai lầ ỗi sẽ được thể ện như sau: n l hi
R R R R R TTTTTMTBFMTBFMTBFMTBFMTBF 10-6 1 ngày 10-10 26 năm 10-14 260 000 năm
Khoảng cỏch Hamming (Hamming Distance, HD)
Khoảng cỏch Hamming (gọi theo nhà khoa học Mỹ R.W. Hamming) là thụng số đặ c trưng cho độ bền v ng c a m t mó d liệữ ủ ộ ữ u, hay núi cỏch khỏc chớnh là kh năng phỏt ả hiện lỗi của một phương phỏp bảo toàn dữ liệu. HD cú giỏ trị bằng s lượng bit lỗ ốố i t i thiểu mà khụng đảm bảo chắc chắn phỏt hiện được trong một bức đ ệi n. N u trong một ế bức đ ện chỉ cú thể phỏt hiện một cỏch chắc chắi n k bit bị lỗi, thỡ HD = k+1. Vớ d , n u ụ ế một lỗi duy nhất cú thể phỏt hiệ được một cỏch chắc chắn (nhưn trong phương phỏp dựng parity bit 1 chiều), thỡ khoảng cỏch Hamming là 2. Đõy là giỏ trị tối thi u mà m t ể ộ phương phỏp truyề đũi hỏi. Cỏc hện thống bus trường thụng dụng thường cú khoảng cỏch Hamming là 4, cỏc hệ thống t tin cậ ấđạ độ y r t cao với HD = 6.
Theo lý thuyết thụng tin thỡ số lượng bit lỗi chắc ch n phỏt hi n được khụng bao gi ắ ệ ờ lớn hơn lượng thụng tin phụ trợ dựng để kiểm lỗi. Đương nhiờn, muốn đạt được giỏ trị HD lớn thỡ phải tăng lượng thụng tin phụ ợ, nhưng ta cũng chỳ ý khớa cạ tr nh ph n tỏc ả dụng của thụng tin phục trợ đó được nhắc tới - khi mà thụng tin phụ ợ tr cũng cú th bị ể lỗi.
Hiệu suất truyền dữ liệu
Hiệu suất truyền d liệu E là một thụng số đặữ c trưng cho việc sử dụng hi u qu cỏc ệ ả bức đ ện phục vụ chức năng bảo toàn dữ liệ được tớnh bằng tỉ lệ số bit mang thụng tin i u, nguồn (bit dữ liệu) khụng bị ỗi trờn toàn bộ ố bit được truyền. Ta cú: l s
E = (1- )m pn/ n
m - Số lượng bit d li u trong mỗ ứ đ ệữ ệ i b c i n
n - Chiều dài bứ đ ệc i n
p - Tỉ ệ l bit lỗi
m = 8 bit
n = 11 bit (1 bit đầu + 8 bit dữ liệu + 1 bit chẵ ẻn l + 1 bit cuối)
p = 10-3
Hiệu suất truyền d liệu E = 0,72. ữ
Vớ d 2: ụ
m = 8 bit
n = 24 bit (4 bit đầu + 8 bit dữ liệu + 8 bit CRC + 4 bit cuối) p = 10-3
Hiệu suất truyền d liệu E = 0,325. ữ
Vớ d 3: ụ
m = 8 bit
n = 19 bit (4 start bit + 8 bit dữ liệu + 3 bit CRC + 4 stop bit) p = 10-3
Hiệu suất truyền d liệu E = 0,413. ữ
Rừ ràng, việc tăng lượng thụng tin phụ trợ ở một ch ng m c nào ú cú th tăng độ ừ ự đ ể tin cậy cho dữ liệu, song hiệu qu truyềả n dữ liệu vỡ thế ũ c ng gi m i. Như đả đ ó bàn, nế ỉu t lệ bit lỗi p = 0,5 thỡ bức đ ện nhận được hoàn toàn khụng cú giỏ trị Đ ều đú cú nghĩa là, i . i số lượng bit kiểm l i khụng bao gi c n thi t ph i b ng ho c l n h n m t n a s bit d ỗ ờ ầ ế ả ằ ặ ớ ơ ộ ử ố ữ liệu. So sỏnh vớ dụ 2 và vớ dụ 3, ta sẽ thấy s lựự a ch n 3 bit thụng tin ki m l i vớ d 3 ọ ể ỗ ở ụ đỳng n h n trờn c phương di n hi u qu truy n d li u và tin c y d li u. đắ ơ ả ệ ệ ả ề ữ ệ độ ậ ữ ệ