计算机网络中常用的差错控制编码,计算机网络基础知识之差错的产生原因及其控制...

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我是靠谱客的博主失眠刺猬，最近开发中收集的这篇文章主要介绍计算机网络中常用的差错控制编码,计算机网络基础知识之差错的产生原因及其控制...，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

2.5.1差错的产生原因及其控制

差错控制是指在数据通信过程中能发现或纠正差错,把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。

信号在物理信道中传输时线路时，线路本身电气特性造成的随即噪声、信号幅度的衰减、频和相位的畸变、电气信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素(如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等)都会造成信号的失真。在数据通信中,将会使接收端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致,从而造成由"0"变成"1"或由"1"变成"0"的差错。

一般来说,传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类,一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声;另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。

热噪声引起的差错称为随机错,所引起的某位码元的差错是孤立的,与前后码元没有关系。由于物理信道在设计时,总要保证达到相当大的信噪比,以尽可能减少热噪声的影响,因而由它导致的随机错通常较少。

冲击噪声呈突发状,由其引起的差错称为突发错。冲击噪声幅度可能相当大,无法靠提高信号幅度来避免冲击噪声造成的差错,它是传输中产生差错的主要原因。冲击噪声虽然持续时间很短,但在一定的数据速率条件下,仍然会影响到一串码元。例如,一个冲击噪声(如一次电火花)持续时间为10ms,但对于4800bps的数据速率来说,就可能对连续48位数据造成影响,使它们发生差错。从突发错误发生的第一个码元到有错的最后一个码元间所有码元的个数,称为该突发错的突发长度。

数据通信中不加任何差错控制措施,直接用信道来传输数据是不可靠的。最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息位在向信道发送之前,先按照某种关系附加上一定的冗余位,构成一个码字后再发送,这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后,检查信息位和附加的冗余位之间的关系,以检查传输过程中是否有差错发生,这个过程称为校验过程。

利用差错控制编码来进行差错控制的方法基本上有两类,一类是自动请求重发ARQ(Automatic Repeat reQuest),另一类是前向纠错FEC(FOIW盯d Eπor Correction)。在ARQ方式中,接收端检测出有差错时,就设法通知发送端重发,直到正确的码字收到为止。在FEC方式中,接收端不但能发现差错,而且能确定二进制码元发生错误的位置,从而加以纠正。因此,差错控制编码又可分为检错码和纠错码。检错码是指能自动发现差错的编码,纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。

ARQ方式只使用检错码,但必须有双向信道才可能将差错信息反馈至发送端。同时,发送方要设置数据缓冲区,用以存放已发出去的数据,以便知道出差错后可以调出数据缓冲区的内容重新发送。FEC方式必须用纠错码,但它可以不需要反向信道来传递请求重发的信息,发送端也不需要存放以备重发的数据缓冲区。虽然FEC有上述优点,但由于纠错码一般说来要比检错码使用更多的冗余位,也就是说编码效率低,而且纠错设备也比检错设备复杂得多,因而除非在单向传输或实时要求特别高(FEe由于不需要重发,实时性较好)等场合外,数据通信中使用更多的还是ARQ差错控制方式。有些场合也可以将上述两者混合使用,即当码字中的差错个数在纠正能力以内时,直接进行纠正;当码字中的差错个数超出纠正能力时,则检出差错,使用重发方式来纠正差错。

衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R,它是码字中信息位所占的比例。若码字中信息位为k位,编码时外加冗余位为r位,则编码后得到的码字长度为n=k+r位,由此编码效率R可表示为:

R=k/n=k/(k+r)

显然,编码效率越高,即R越大,信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。

奇偶校验码、循环冗余码和海明码是几种最常用的差错控制编码方法。