›
›

Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 4, Phần 3: Cơ sở truyền thông công nghiệp - Hoàng Minh Sơn

Download
Hệ thống  
thông tin công nghiệp  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
1/20/2006  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
1. Vấn ₫ề bảo toàn dữ liệu  
2. Phương pháp bit chẵn lẻ  
3. Bit chẵn lẻ hai chiều  
4. Mã vò
5. Nhồi bit  
2
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
1. Vấn ₫ề bảo toàn dữ liệu  
ƒ Phân loại lỗi  
— Lỗi phát hiện ₫ược, không sửa ₫ược  
— Lỗi phát hiện ₫ược nhưng sửa ₫ược, và  
— Lỗi không phát hiện ₫ược.  
ƒ Giải pháp  
— Giải pháp phần cứng  
— Giải pháp phần mềm (xử lý giao thức) => Bảo toàn dữ  
liệu  
ƒ Phát hiện lỗi là vấn ₫ề quan trọng hàng ₫ầu!  
ƒ Nguyên lý cơ bản: Bổ sung thông tin dự trữ  
(redundancy) phục vụ kiểm soát lỗi  
3
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Các vấn ₫ề cần xem xét  
ƒ Chiều dài thông tin kiểm soát lỗi?  
— Dài hay ngắn thì tốt?  
— Tỉ lệ so với lượng thông tin ban ₫ầu?  
ƒ Thuật toán xác ₫ịnh thông tin kiểm soát lỗi?  
ƒ Biện phăng kỹ  
thuật nào?  
— Độ tin cậy  
— Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền  
— Tính ₫ơn giản  
— Tính thời gian thực  
4
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Một số khái niệm liên quan  
ƒ Tỉ lệ bit lỗi p là thước ₫o ₫ặc trưng cho ₫ộ nhiễu của  
kênh truyền dẫn, ₫ược tính bằng tỉ lệ giữa số bit bị lỗi  
trên tổng số bit ₫ược truyền ₫i.  
ƒ Tỉ lệ lỗi còn lại R là thông số ₫ặc trưng cho ₫ộ tin cậy dữ  
liệu của một hệ thống truyền thông, sau khi ₫ã thực  
hiện các biện pháp bảo toàn (kể cả truyền lại trong  
trường h
ƒ Thời gian trung bình giữa hai lần lỗi TMTBF (MTBF = Mean  
Time Between Failures): TMTBF = n/(v*R)  
Ví dụ: Một bức ₫iện có chiều dài n = 100 bit ₫ược truyền  
liên tục với tốc ₫ộ 1200 bit/s  
R
T
10-6  
10-10  
10-14  
1 ngày  
26 năm  
260 000 năm  
5
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
ƒ Khoảng cách Hamming: thông số ₫ặc trưng cho ₫ộ bền vững  
của một mã dữ liệu  
— chính là khả năng phát hiện lỗi của một phương pháp bảo toàn  
dữ liệu.  
— HD có giá trị bằng số lượng bit lỗi tối thiểu mà không ₫ảm bảo  
chắc chắn phát hiện ₫ược trong một bức ₫iện. Nếu trong một  
bức ₫iện chỉ có thể phát hiện một cách chắc chắn k bit bị lỗi,  
thì HD = k+1.  
ƒ Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền  
E = m (1
m - Số lượng bit dữ liệu trong mỗi bức ₫iện  
n - Chiều dài bức ₫iện  
p - Tỉ lệ bit lỗi  
ƒ Ví dụ 1:  
m = 8 bit  
n = 11 bbit cuối)  
p = 10-3  
Hiệu suất truyền dữ liệu E = 0,72.  
6
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
2. Bit chẵn lẻ (parity bit)  
ƒ Ví dụ dùng parity chẵn:  
Dãy bit nguyên bản: 1001101  
Dãy bit gửi ₫i:  
10011010  
Giả sử nhận ₫ược 10111010 => Lỗi phát hiện ₫ược  
Giả sử nhận ₫ược 11111010 => Lỗi không phát hiện ₫ược  
ƒ Hai kiểu parity:  
— Parity chẵn: Tổng số bit 1 trong bức ₫iện cuối cùng phải  
chẵn  
— Parity lẻ: Tổng số bit 1 trong bức ₫iện cuối cùng phải lẻ  
ƒ Khoảng cách Hamming: 2  
7
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Ví dụ: Khung UART  
ƒ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ₫ược  
sử dụng khá rộng rãi  
Start 0  
LSB  
1
2
3
4
5
6
7
P Stop  
1
0
MSB  
8
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
3. Bit chẵn lẻ hai chiều (bảo toàn khối)  
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
9
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Trường hợp xảy ra 1 lỗi  
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
10  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Trường hợp xảy ra 3 lỗi  
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
11  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Khoảng cách Hamming?  
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  
7.  
p
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
12  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
4. Mã vòng (CRC)  
ƒ CRC (Cyclic Redundancy Check ): thông tin kiểm lỗi (ở  
₫ây ₫ược gọi là checksum) phải ₫ược tính bằng một  
thuật toán thích hợp, trong ₫ó giá trị mỗi bit của  
thông tin nguồn ₫ều ₫ược tham gia nhiều lần vào quá  
trình tính toán.  
ƒ CRC ₫ược sử dụng rộng rãi trong ₫a số các hệ thống  
truyền thông CN  
ƒ CRC còn ₫ược gọi là phương pháp ₫a thức, bởi nó sử  
dụng phép chia ₫a thức (nhị phân)  
13  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Phép chia ₫a thức (nhị phân)  
ƒ Đa thức nhị phân: các hệ số là 0 hoặc 1, ví dụ  
— G = x7 + x6 + x5 + (0x4 + 0x3) + x2 + (0x1) + 1  
— Viết gọn lại thành một dãy bit G = {11100101}  
ƒ Phép chia ₫a thức nhị phân ₫ược qui về các phép so  
sánh, sao chép và XOR (hay trừ không có nhớ)  
1 - 1 =
0 - 0 = 0  
1 - 0 = 1  
0 - 1 = 1  
14  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Nguyên tắc thực hiện  
ƒ Hai bên qui ước một “₫a thức phát” G bậc n, ví dụ  
x3+x+1 tương ứng với dãy bit {1011}.  
ƒ Dãy bit mang thông tin nguồn I ₫ược thêm vào n bit 0  
và coi như một ₫a thức nhị phân P.  
— Ví dụ thông tin nguồn là {110101} => {110101000}  
ƒ Lấy P c
ƒ Phần dư R (lấy n chữ số) của phép chia ₫ược thay thế  
vào chỗ của n chữ 0 bổ sung trong P, tức là ta có D = P  
+ R. R ₫ược gọi là checksum và D chính là dãy bit ₫ược  
gửi ₫i thay cho I.  
ƒ Giả sử dnhn ợc ' hôg hhết cho G  
=> bức ₫iện chắc chắn bị lỗi. Nếu D' chia hết cho G,  
thì xác suất rất cao là bức ₫iện nhận ₫ược không có  
lỗi.  
15  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Ví dụ minh họa  
ƒ Thông tin cần truyền I = 110101, ₫a thức G = 1011 (tức x3 + x + 1)  
ƒ Thêm 3 bit 0 vào thông tin nguồn I, ta có P = 110101000  
ƒ Chia ₫a thức P : G  
110101000 1011  
-1011  
01100  
-1011  
01111  
-1011  
01000  
-1011  
111101  
001100  
-1011  
0111 Phần dư R  
ƒ Dãy bit ₫ược chuyển ₫i:  
ƒ Giả sử dữ liệu nhận ₫ược là  
ƒ Chia ₫a thức D' : G  
D = P + R = 110101111  
D' = 110101111  
110101111 : 1011 = 111101  
Phần dư 0000 -> Xác suất rất cao là không có lỗi  
16  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
5. Nhồi bit (Bit stuffing)  
ƒ Nguyên tắc thực hiện:  
— Bên gửi: Nếu trong dữ liệu có n bits 1 ₫ứng liền nhau  
thì thêm một bit 0 vào ngay sau ₫ó. Như vậy trong dãy  
bit ₫ược chuyển ₫i không thể xuất hiện n+1 bits 1 ₫i liền  
nhau.  
— Bên nhận: Nếu phát hiện thấy n bits 1 liền nhau mà bit  
tiếp t1 thì dữ  
liệu chắc chắn bị lỗi.  
ƒ Ví dụ với n = 5 (như ở CAN-Bus):  
— Thông tin nguồn  
I
=
0111111  
— Thông tin gửi ₫i  
D
=
01111101  
— Nếu tnhận có  
thể coi xác suất cao không có lỗi  
— Nếu thông tin nhận ₫ược D' = 11111101, qua mẫu bit  
₫ặc biệt bên nhận sẽ phát hiện ra lỗi.  
17  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
Sử dụng phối hợp các biện pháp bảo  
toàn dữ liệu  
101011000......1011010  
ƒ Ví dụ dãy bit ban ₫ầu  
parity  
101011000......1011010 01001101  
ƒ Áp dụng CRC  
Checksum  
ƒ Phân chia thành từng byte  
10101100  
...  
11011010 01001101  
ƒ Bổ sung bit chẵn lẻ và các bit ₫ầu, bit cuối  
01010110001  
00101101011  
00100110101  
parity  
18  
4.4 Bảo toàn dữ liệu  
© 2005 - HMS  
pdf 18 trang Thùy Anh 12/05/2022 2760
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 4, Phần 3: Cơ sở truyền thông công nghiệp - Hoàng Minh Sơn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_thong_tin_cong_nghiep_chuong_4_phan_3_co.pdf