Компьютерные сети. 5-е издание

Альтернативный подход, который должен заставить данные выглядеть случайными, известен как скремблирование. В этом случае, вероятно, что будут частые переходы. Скремблер объединяет с помощью «исключающего или» данные с псевдослучайной последовательностью прежде, чем они будут переданы. Это смешивание делает данные столь же случайными, как псевдослучайная последовательность (предполагается, что они независимы от псевдослучайной последовательности). Приемник тогда применяет «исключающее или» к поступающим битам с той же самой псевдослучайной последовательностью, чтобы получить реальные данные. Для того чтобы это было практично, псевдослучайную последовательность должно быть легко создать. Обычно это доверяется простому генератору случайных чисел.

Скремблирование привлекательно, потому что оно не добавляет требований к полосе пропускания или времени на служебные данные. Фактически оно используется для создания дополнительных требований к сигналу — энергетические составляющие не должны попадать на основные гармоники (возникающие из-за повторяющихся пакетов данных), поскольку это может привести к возникновению интерференции. Скремблирование идеально подходит для этого случая, потому что случайные сигналы весьма похожи на «белый шум», или их энергия «размазана» по частоте.

Однако скремблирование не гарантирует, что не потребуется никакой длительной обработки. Иногда оно может быть неудачным. Если данные будут похожи на псевдослучайную последовательность, то в результате применения «исключающего или» они превратятся в нули. Такого не произойдет с длинной псевдослучайной последовательностью, которую трудно предсказать. Однако для коротких или предсказуемых последовательностей существует возможность подобрать комбинацию двоичных разрядов, которые вызывают длинные последовательности нулей после шифрования и «портят» связь. В ранних версиях стандартов для отправки IP-пакетов по каналам SONET в телефонной сети этот дефект присутствовал (Malis и Simpson, 1999). Пользователи могли послать определенные «пакеты убийцы», которые гарантировано вызывали проблемы.

Симметричные сигналы

Сигналы, у которых есть столько же положительного напряжения, сколько и отрицательного напряжения даже за короткие периоды времени, называют симметричными сигналами. Они составляют в среднем ноль, это означает, что у них нет никакой составляющей постоянного тока. Отсутствие такой компоненты является преимуществом, потому что в некоторых каналах, таких как коаксиальный кабель или линии с трансформаторами, сигнал сильно затухает в силу физических свойств. Кроме того, один из методов присоединения приемника к каналу, называемый емкостная связь, пропускает только часть сигнала с переменным током. В любом случае, если мы посылаем сигнал, среднее число которого не ноль, мы тратим впустую энергию, поскольку компонент постоянного тока будет отфильтрована.

Балансирование помогает обеспечить передачу для сигналов синхронизации, так как представляет собой сочетание положительных и отрицательных напряжений. Оно также обеспечивает простой способ калибровать приемники, потому что среднее значение сигнала может быть измерено и использоваться в качестве порога решения для расшифровки символов. В несимметричном сигнале среднее значение может далеко отклониться от истинного решения, например, из-за плотности единиц, в результате больше символов было бы расшифровано с ошибками.

Простейший способ создать симметричный код состоит в том, чтобы использовать два уровня напряжения для представления логической 1, (скажем +1 В или -1 В), и 0 В для представления логического нуля. Чтобы послать 1, передатчик чередует уровни между +1 В и -1 В так, чтобы они всегда давали среднее. Эту схему называют биполярным кодированием. В телефонных сетях ее называют AMI (Alternate Mark Inversion, схема биполярного кодирования, в которой последовательные объекты кодируются противоположной полярностью), основываясь на старой терминологии, в которой 1 называют «маркой» и 0 называют «пробелом». Пример показан на рис. 2.17, д.