有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)分析

吳志毅

廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東珠海 519090

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們的日常生產(chǎn)生活已經(jīng)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的幫助。但是由于網(wǎng)絡(luò)擁堵和網(wǎng)絡(luò)帶寬的問(wèn)題，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中很容易發(fā)生超時(shí)、比特傳輸錯(cuò)誤以及丟包等傳輸誤差。數(shù)據(jù)包丟失不僅會(huì)影響數(shù)據(jù)的解壓，還會(huì)對(duì)信息的接收質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)差錯(cuò)直接就影響到了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，甚至對(duì)人們的生產(chǎn)和生活造成影響。

1 實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制方式的分類(lèi)

1）FEC差錯(cuò)控制。在數(shù)據(jù)傳輸中，很難對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證，數(shù)據(jù)編碼通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，保證了數(shù)據(jù)在傳輸中的準(zhǔn)確性。FEC差錯(cuò)控制也可以稱(chēng)之為前向糾錯(cuò)，在使用該種方法傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)的接收者可以直接通過(guò)譯碼器來(lái)對(duì)傳輸?shù)腻e(cuò)誤糾正。該種糾錯(cuò)方式特別適用于廣播消息的傳輸，但是其同時(shí)具有效率低和冗余度較大的缺點(diǎn)；2）HEC糾錯(cuò)方式。HEC糾錯(cuò)也可以稱(chēng)為混合糾錯(cuò)，該種糾錯(cuò)方式是重傳反饋和前向糾錯(cuò)兩種辦法的綜合使用。在HEC糾錯(cuò)方式中，糾錯(cuò)的工作可以根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤情況來(lái)判斷由接收端還是發(fā)送端來(lái)進(jìn)行錯(cuò)誤的糾正。接收端和發(fā)送端在進(jìn)行數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)方面沒(méi)有明顯的分工限制，兩者可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之間的協(xié)作。因此，混合糾錯(cuò)模式不僅綜合了重傳反饋和前向糾錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，還降低了數(shù)據(jù)的誤碼率，其使用的范圍將會(huì)更加的廣泛；3）ARQ糾錯(cuò)方式。ARQ糾錯(cuò)方式具有反饋機(jī)制，因此也可稱(chēng)作重傳反饋，它主要是對(duì)發(fā)送端傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端，接收端如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤，則可以將數(shù)據(jù)反饋到發(fā)送端，由發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)果來(lái)進(jìn)行重發(fā)。重傳反饋具有傳輸準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)還具有重發(fā)率較高和使用信道率較低的缺點(diǎn)；4）信息反饋。信息反饋是一種傳統(tǒng)的差錯(cuò)糾正方式，它是指在接收端在收到數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)重新發(fā)送給發(fā)送端，由發(fā)送端來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)，在此基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行檢查。信息反饋具有反饋時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和信道使用率較低的缺點(diǎn)，在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，該種控制方式不利于差錯(cuò)控制技術(shù)發(fā)展，它被利用的范圍將越來(lái)越窄。

2 差錯(cuò)檢測(cè)方法概述

1）CRC校驗(yàn)。CRC校驗(yàn)也叫循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，它在數(shù)據(jù)通信中利用廣泛，技術(shù)人員可以任意選定校驗(yàn)字段和信息字段的長(zhǎng)度，具有糾錯(cuò)能力強(qiáng)、知名度高以及應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。CRC校驗(yàn)的原理是在K位的信息碼之后拼接R位校驗(yàn)碼，編碼的整個(gè)長(zhǎng)度是N位。該種校驗(yàn)屬于分塊的校驗(yàn)，在編碼的過(guò)程中會(huì)生成一段校驗(yàn)碼，并將原信息與校驗(yàn)碼一同發(fā)送到接收端；

2）奇偶校驗(yàn)。奇偶校驗(yàn)主要是對(duì)代碼的傳輸正確性進(jìn)行校驗(yàn)，技術(shù)人員要對(duì)二進(jìn)制代碼中的“1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，個(gè)數(shù)為偶數(shù)的是偶校驗(yàn)，個(gè)數(shù)為奇數(shù)的則為奇校驗(yàn)，系統(tǒng)在出現(xiàn)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤時(shí)很容易被檢查出來(lái)，奇偶校驗(yàn)在實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制中得到廣泛應(yīng)用。奇偶校驗(yàn)雖然具有一定便利性，但它不具有定位功能，假設(shè)數(shù)據(jù)碼是偶數(shù)個(gè)的話，奇偶校驗(yàn)就很難檢查出其中的錯(cuò)誤。因此，奇偶校驗(yàn)僅僅能檢測(cè)奇數(shù)個(gè)的錯(cuò)誤，糾錯(cuò)的效果不是很好，僅僅適用于異步的數(shù)據(jù)傳輸；

3）檢驗(yàn)和。檢驗(yàn)和是指在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域和數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，用來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)的一組數(shù)據(jù)項(xiàng)的總和，這些數(shù)據(jù)既可以是其它可以看作為數(shù)據(jù)的字符串，也可以是數(shù)字。檢驗(yàn)和的作業(yè)流程是求數(shù)據(jù)的總和，將數(shù)據(jù)總和作為校驗(yàn)碼發(fā)送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接收端，具有便于操作的特點(diǎn)。但是檢驗(yàn)和很難對(duì)所傳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證，如果對(duì)所傳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求不是特別高，則可以使用該種差錯(cuò)檢測(cè)方法。

3 編碼方式的分類(lèi)

1）卷積碼。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)進(jìn)行編碼的原因就是明確接收數(shù)據(jù)的正確與否，在錯(cuò)誤的情況下可以使接收端對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行糾正。卷積碼早在1955年被提出，是指將編碼數(shù)據(jù)按照一定長(zhǎng)度劃分，劃分的數(shù)據(jù)在編碼之后會(huì)得到較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。卷積碼的獨(dú)特特點(diǎn)在于其進(jìn)行編碼之后的校驗(yàn)元不僅與本段信息元有關(guān)，還與前段的信息元相關(guān)。在通常情況下，雖然卷積碼分組碼信息數(shù)要高于每段信息數(shù)，但是卷積碼可以形成矩陣來(lái)與校驗(yàn)矩陣對(duì)它編碼的過(guò)程進(jìn)行相關(guān)的描述。此外，卷積碼解碼的過(guò)程很復(fù)雜，卷積碼還可以進(jìn)一步的劃分為非線性碼和線形碼，如果信息元與校驗(yàn)元之間存在線形關(guān)系便為線形碼，反之則為非線形碼。線形碼具有較好的實(shí)現(xiàn)功能，其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制中使用的更為廣泛；2）

分組碼。分組碼是指將信源信息按照獨(dú)立分組來(lái)進(jìn)行編碼和處理，它是一種重要的糾錯(cuò)碼。分組碼是指將信息編碼，由此產(chǎn)生的多余碼元對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，以此來(lái)確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否，其中每組校驗(yàn)元只與該組的數(shù)據(jù)相關(guān)。在編譯數(shù)據(jù)中，分組碼碼率是指信息位數(shù)目與碼長(zhǎng)比值，校驗(yàn)方程則是用來(lái)表示校驗(yàn)與數(shù)據(jù)之間關(guān)系的公式。此外，按照分組碼結(jié)構(gòu)的不同，分組碼還有循環(huán)碼和非循環(huán)碼的劃分，循環(huán)碼在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制方面的研究已經(jīng)日趨成熟，使用的也較為廣泛；3）常見(jiàn)的編碼方法。循環(huán)碼是線形分組碼中的一類(lèi)，有循環(huán)移位的特征，循環(huán)碼最重要的是RS碼和BCH碼，兩者都有較好糾錯(cuò)能力。計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域?qū)τ谘h(huán)碼的研究較早，有關(guān)的循環(huán)碼技術(shù)也比較成熟。（1）RS碼。 RS碼是向前糾錯(cuò)的編碼，對(duì)校正數(shù)據(jù)產(chǎn)生的各種多項(xiàng)式有效。編碼是首先要在多點(diǎn)上對(duì)多項(xiàng)式來(lái)求冗余，其后將其存儲(chǔ)或者是傳輸。RS碼具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，但是由于RS碼傳輸中存在延時(shí)現(xiàn)象，如果對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求較高，則不能使用該種編碼方式；（2）BCH碼。該種編碼方式是特別嚴(yán)密的一種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，也是被學(xué)者研究的比較透徹和深入的線形分組碼，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，關(guān)于BCH碼的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟。BCH碼可以對(duì)數(shù)字通信中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，在傳輸過(guò)程中，BCH碼還可以依靠數(shù)學(xué)來(lái)對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行證明，結(jié)論是通過(guò)兩個(gè)正整數(shù)來(lái)計(jì)算的二進(jìn)制BCH碼，在這種情況下可以糾正一些隨機(jī)的錯(cuò)誤。因此，RS碼和BCH碼作為循環(huán)碼的兩種基本方式，具有很好的差錯(cuò)控制效果，兩者的應(yīng)用也是比較廣泛的。

4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制質(zhì)量評(píng)估

如上所述，實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制是利用編碼的方法來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，以此來(lái)提高數(shù)字傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)具有多種編碼方式，不同的網(wǎng)絡(luò)通信可以根據(jù)要求來(lái)選擇合適的編碼方式。實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成之后，便需要對(duì)實(shí)時(shí)差錯(cuò)系統(tǒng)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，以此來(lái)判斷技術(shù)能否滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。

1）參數(shù)的選取。在對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候，可以將參數(shù)作為重要參考，這些參數(shù)包括了差錯(cuò)控制系統(tǒng)使用前后的信道的使用效率、誤組率、數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约皞鬏斞訒r(shí)等，其中最重要的參數(shù)是實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸速度以及關(guān)系著數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的相關(guān)誤碼率。在差錯(cuò)控制技術(shù)的質(zhì)量評(píng)估中，一般常用的參數(shù)是誤組率，誤組率主要是指?jìng)鬏敂?shù)據(jù)中錯(cuò)誤字?jǐn)?shù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目傋謹(jǐn)?shù)。技術(shù)人員通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)使用前后的對(duì)比就可以對(duì)系統(tǒng)性能作出判斷，因?yàn)檫@反映了系統(tǒng)傳輸可靠性與準(zhǔn)確性的高低。此外，在對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程中，系統(tǒng)使用前后的誤組率也是一個(gè)重要的參數(shù)，它可以用來(lái)反映使用實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母纳婆c提高作用。

2）通用率的確定。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中的速度也是系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，它反映了數(shù)據(jù)傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和效率性，一般使用的參數(shù)包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間和通過(guò)率。數(shù)據(jù)傳輸延遲時(shí)間指數(shù)據(jù)傳輸從數(shù)據(jù)發(fā)送端到數(shù)據(jù)的接收端所需要的時(shí)間，由信道導(dǎo)致的延遲是網(wǎng)絡(luò)通信中常見(jiàn)的，雖然傳輸?shù)臅r(shí)間比較確定，但是數(shù)據(jù)在糾錯(cuò)時(shí)、解碼時(shí)以及進(jìn)行數(shù)據(jù)重發(fā)時(shí)所延遲的時(shí)間是難以確定的。此外，通過(guò)率是指系統(tǒng)傳送接收端信息與傳輸總數(shù)量在單位時(shí)間內(nèi)的比值，在不使用實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)時(shí)，其的比值為1，而在使用該控制系統(tǒng)以后，如果是兩者之間的比值接近1，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的性能良好。因此，在使用實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)來(lái)提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的性能時(shí)，不僅要對(duì)編碼的方式和方法進(jìn)行選擇，在編碼完成之后還要對(duì)差錯(cuò)控制技術(shù)的優(yōu)劣性進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

5 結(jié)論

現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活都需要借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)達(dá)的今天，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸?shù)乃俣纫笤絹?lái)越高，數(shù)據(jù)傳輸不僅要保證實(shí)時(shí)，還要保證準(zhǔn)確。網(wǎng)絡(luò)通信中的實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制不僅有完備的編碼方式和編碼方法，還通過(guò)質(zhì)量評(píng)估來(lái)保證了差錯(cuò)控制系統(tǒng)的性能良好，實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中的作用也越來(lái)越明顯。

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