Читаем Компьютерные сети. 5-е издание полностью

В нашем примере задачу декодирования, то есть поиск допустимого кодового слова, наиболее похожего на полученное, можно выполнить простым осмотром. К сожалению, в более общем случае, когда в качестве кандидатов приходится оценивать все кодовые слова, это заняло бы очень много времени. Вместо этого разрабатываются практические коды, которые по определенным подсказкам ищут наиболее подходящее исходное кодовое слово.

Попробуем создать код, состоящий из m информационных и r контрольных бит, способный исправлять одиночные ошибки. Каждому из 2m допустимых сообщений будет соответствовать n недопустимых кодовых слов, отстоящих от сообщения на расстояние 1. Их можно получить инвертированием каждого из n бит n-битового кодового слова. Таким образом, каждому из 2m допустимых сообщений должны соответствовать n + 1 кодовых комбинаций. Поскольку общее количество возможных кодовых комбинаций равно 2n, получается, что (n + 1)2m < 2n. Так как n = m + r, это требование может быть преобразовано к виду:

При заданном m данная формула описывает нижний предел требуемого количества контрольных бит для возможности исправления одиночных ошибок.

Этот теоретический нижний предел может быть достигнут на практике с помощью метода Хэмминга (1950). В кодах Хэмминга биты кодового слова нумеруются последовательно слева направо, начиная с 1. Биты с номерами, равными степеням 2 (1, 2, 4, 8, 16 и т. д.), являются контрольными. Остальные биты (3, 5, 6, 7, 9, 10 и т. д.) заполняются m битами данных. Такой шаблон для кода Хэмминга (11,7) с 7 битами данных и 4 контрольными битами показан на рис. 3.6. Каждый контрольный бит обеспечивает сумму по модулю 2 или четность некоторой группы бит, включая себя самого. Один бит может входить в несколько вычислений контрольных бит. Чтобы определить, в какие группы контрольных сумм будет входить бит данных в k-й позиции, следует разложить k по степеням числа 2. Например, 11 = 8 + 2 + 1, а 29 = 16 + 8 + 4 + 1. Каждый бит проверяется только теми контрольными битами, номера которых входят в этот ряд разложения (например, 11-й бит проверяется битами 1, 2 и 8). В нашем примере контрольные биты вычисляются для проверки на четность в сообщении, представляющем букву «A» в кодах ASCII.

Расстояние этого кода равно 3, то есть он позволяет исправлять одиночные ошибки (или распознавать двойные). Причина такой сложной нумерации бит данных и контрольных бит становится очевидной, если рассмотреть процесс декодирования. Когда

прибывает кодовое слово, приемник повторяет вычисление контрольных бит, учитывая значения полученных контрольных бит. Их называют результатами проверки. Если контрольные биты правильные, то для четных сумм все результаты проверки должны быть равны нулю. В таком случае кодовое слово принимается как правильное.

Рис. 3.6. Пример кода Хэмминга (11,7), исправляющего однобитную ошибку

Если не все результаты проверки равны нулю, это означает, что обнаружена ошибка. Набор результатов проверки формирует синдром ошибки (error syndrome), с помощью которого выделяется и исправляется ошибка. На рис. 3.6 в канале произошла ошибка в одном бите. Результаты проверки равны 0, 1, 0 и 1 для k = 8, 4, 2 и 1 соответственно. Таким образом, синдром равен 0101 или 4 + 1 = 5. Согласно схеме, пятый бит содержит ошибку. Поменяв его значение (а это может быть контрольный бит или бит данных) и отбросив контрольные биты, мы получим правильное сообщение: букву «A» в кодах ASCII.

Кодовые расстояния полезны для понимания блочных кодов, а коды Хэмминга применяются в самокорректирующейся памяти. Однако в большинстве сетей используются более надежные коды. Второй тип кода, с которым мы познакомимся, называется сверточным кодом. Из всех рассмотренных в данной книге только он не относится к блочному типу. Кодировщик обрабатывает последовательность входных бит и генерирует последовательность выходных бит. В отличие от блочного кода, никакие ограничения на размер сообщения не накладываются, также не существует грани кодирования. Значение выходного бита зависит от значения текущего и предыдущих входных бит — если у кодировщика есть возможность использовать память. Число предыдущих бит, от которого зависит выход, называется длиной кодового ограничения для данного кода. Сверточные коды описываются в терминах кодовой нормы и длины кодового ограничения.

Сверточные коды широко применяются в развернутых сетях. Например, входят в мобильную телефонную систему GSM, спутниковые сети и сети 802.11. В качестве примера можно рассмотреть популярный сверточный код, показанный на рис. 3.7. Он называется сверточным кодом NASA с r = 1/2 и k = 7 (впервые этот код был использован при подготовке космического полета станции Voyager, запущенной в 1977 году). С тех пор он постоянно используется в других приложениях, таких как сети 802.11.

Перейти на страницу:

Все книги серии Классика computer science

Компьютерные сети. 5-е издание
Компьютерные сети. 5-е издание

Перед вами — очередное, пятое издание самой авторитетной книги по современным сетевым технологиям, написанной признанным экспертом в этой области Эндрю Таненбаумом в соавторстве с профессором Вашингтонского университета Дэвидом Уэзероллом. Первая версия этого классического труда появилась на свет в далеком 1980 году, и с тех пор каждое издание книги неизменно становилось бестселлером и использовалось в качестве базового учебника в ведущих технических вузах. В книге последовательно изложены основные концепции, определяющие современное состояние и тенденции развития компьютерных сетей. Авторы подробнейшим образом объясняют устройство и принципы работы аппаратного и программного обеспечения, рассматривают все аспекты и уровни организации сетей — от физического до уровня прикладных программ. Изложение теоретических принципов дополняется яркими, показательными примерами функционирования Интернета и компьютерных сетей различного типа. Пятое издание полностью переработано с учетом изменений, происшедших в сфере сетевых технологий за последние годы и, в частности, освещает такие аспекты, как беспроводные сети стандарта 802.12 и 802.16, сети 3G, технология RFID, инфраструктура доставки контента CDN, пиринговые сети, потоковое вещание, интернет-телефония и многое другое.

А. Гребенькова , Джеймс Уэзеролл

Технические науки

Похожие книги

102 способа хищения электроэнергии
102 способа хищения электроэнергии

Рассмотрена проблема хищений электроэнергии и снижения коммерческих потерь в электрических сетях потребителей. Приведены законодательно–правовые основы для привлечения к ответственности виновных в хищении электроэнергии. Изложены вопросы определения расчетных параметров средств учета электроэнергии, показаны схемы подключения счетчиков электрической энергии. Описаны расчетные и технологические способы хищения электроэнергии. Обсуждаются организационные и технические мероприятия по обнаружению, предотвращению и устранению хищений.Для работников энергоснабжающих организаций и инспекторского состава органов Ростехнадзора. Материалы книги могут быть использованы руководителями и специалистами энергослужб предприятий (организаций) для правильного определения расчетных параметров средств учета и потерь электроэнергии в электрических сетях.Если потенциальные расхитители электроэнергии надеются найти в книге «полезные советы», они должны отдавать себе отчет, что контролирующие структуры информированы в не меньшей степени и, следовательно, вооружены для эффективной борьбы с противоправной деятельностью.Настоящая книга является переработанным и дополненным изданием выпущенной в 2005 г. книги «101 способ хищения электроэнергии».

Валентин Викторович Красник

Технические науки / Образование и наука
Электроника для начинающих (2-е издание)
Электроника для начинающих (2-е издание)

В ходе практических экспериментов рассмотрены основы электроники и показано, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства в домашних условиях. Материал излагается последовательно от простого к сложному, начиная с простых опытов с электрическим током и заканчивая созданием сложных устройств с использованием транзисторов и микроконтроллеров. Описаны основные законы электроники, а также принципы функционирования различных электронных компонентов. Показано, как изготовить охранную сигнализацию, елочные огни, электронные украшения, устройство преобразования звука, кодовый замок и др. Приведены пошаговые инструкции и более 500 наглядных рисунков и фотографий. Во втором издании существенно переработан текст книги, в экспериментах используются более доступные электронные компоненты, добавлены новые проекты, в том числе с контроллером Arduino.

Чарльз Платт

Радиоэлектроника / Технические науки
100 великих чудес инженерной мысли
100 великих чудес инженерной мысли

За два последних столетия научно-технический прогресс совершил ошеломляющий рывок. На что ранее человечество затрачивало века, теперь уходят десятилетия или всего лишь годы. При таких темпах развития науки и техники сегодня удивить мир чем-то особенным очень трудно. Но в прежние времена появление нового творения инженерной мысли зачастую означало преодоление очередного рубежа, решение той или иной крайне актуальной задачи. Человечество «брало очередную высоту», и эта «высота» служила отправной точкой для новых свершений. Довольно много сооружений и изделий, даже утративших утилитарное значение, тем не менее остались в памяти людей как чудеса науки и техники. Новая книга серии «Популярная коллекция «100 великих» рассказывает о чудесах инженерной мысли разных стран и эпох: от изобретений и построек Древнего Востока и Античности до небоскребов в сегодняшних странах Юго-Восточной и Восточной Азии.

Андрей Юрьевич Низовский

История / Технические науки / Образование и наука