Čo je to chyba?
Prenesené údaje sa môžu počas komunikácie poškodiť. Je pravdepodobné, že bude ovplyvnený vonkajším hlukom alebo inými fyzickými poruchami. V takejto situácii nemôžu byť vstupné údaje rovnaké ako výstupné údaje. Tento nesúlad sa označuje ako „chyba“.
Chyby údajov môžu mať za následok stratu dôležitých alebo zabezpečených údajov. Väčšina prenosu údajov v digitálnych systémoch bude mať formu „bitového prenosu“. Aj malá zmena môže ovplyvniť výkon celého systému. Ak sa v dátovej sekvencii zmení 1 na 0 alebo 0 sa zmení na 1, nazýva sa to „Bitová chyba“.
V tomto výučbe kódu Hamming sa dozviete:
- Čo je to chyba?
- Typy chýb
- Čo je detekcia a oprava chýb?
- Čo je Hammingov kód?
- História Hammingovho kódu
- Aplikácia lemovacieho kódu:
- Výhody Hammingovho kódu
- Nevýhody Hammingovho kódu
- Proces kódovania správy pomocou Hammingovho kódu
- Proces dešifrovania správy v Hammingovom kóde
Typy chýb
Pri prenose dát od odosielateľa k prijímaču sa vyskytujú hlavne tri typy bitových chýb.
- Jednobitové chyby
- Viacnásobné bitové chyby
- Burst chyby
Chyby jedného bitu
Zmena vykonaná v jednom bite v celej postupnosti údajov je známa ako „chyba jedného bitu“. Výskyt jednobitovej chyby však nie je taký častý. Táto chyba sa navyše vyskytuje iba v paralelnom komunikačnom systéme, pretože dáta sa prenášajú bitovo v jednej linke. Preto existuje viac šancí, že jeden riadok môže byť hlučný.
Viaceré bitové chyby
Ak v dátovej sekvencii dôjde k zmene v dvoch alebo viacerých bitoch dátovej sekvencie vysielača na prijímač, je to známe ako „viacbitové chyby“.
Tento typ chyby sa väčšinou vyskytuje v sériových aj paralelných sieťach dátových komunikácií.
Chyby série
Zmena sady bitov v dátovej sekvencii je známa ako „Burst error“. Tento typ dátovej chyby sa počíta od zmeny prvého bitu po poslednú zmenu bitu.
Čo je detekcia a oprava chýb?
V digitálnom komunikačnom systéme sa chyba prenesie z jedného komunikačného systému do druhého. Ak tieto chyby nebudú zistené a opravené, údaje sa stratia. Pre efektívnu komunikáciu by sa systémové údaje mali prenášať s vysokou presnosťou. To sa vykoná najskôr identifikáciou chýb a ich opravou.
Detekcia chýb je metóda detekcie chýb, ktoré sú prítomné v dátach prenášaných z vysielača na prijímač v dátovom komunikačnom systéme.
Tu môžete na zistenie týchto chýb použiť kódy nadbytočnosti a pridať ich k údajom pri ich prenose zo zdroja. Tieto kódy sa nazývajú „Chyby pri zisťovaní kódov“.
Tri typy kódov detekcie chýb sú:
- Kontrola parity
- Kontrola cyklickej redundancie (CRC)
- Kontrola pozdĺžnej nadbytočnosti (LRC)
Kontrola parity:
- Je tiež známy ako kontrola parity.
- Má nákladovo efektívny mechanizmus na zisťovanie chýb.
- V tejto technike je redundantný bit známy ako paritný bit. Je priložený pre každú dátovú jednotku. Celkový počet 1 s v jednotke by mal byť párny, čo sa označuje ako paritný bit.
Pozdĺžna kontrola nadbytočnosti
V tejto technike detekcie chýb je blok bitov usporiadaný do tabuľkového formátu. Metóda LRC vám pomôže vypočítať paritný bit pre každý stĺpec. Sada tejto parity sa tiež odošle spolu s pôvodnými údajmi. Blok parity vám pomôže skontrolovať nadbytočnosť.
Kontrola cyklickej redundancie
Kontrola cyklickej redundancie je sekvencia redundantných prvkov, ktorá sa musí pripojiť na koniec jednotky. Preto by sa výsledná dátová jednotka mala deliť druhým, vopred určeným binárnym číslom.
V cieľovom mieste je potrebné prichádzajúce údaje vydeliť rovnakým počtom. V prípade, že nie je žiadny zvyšok, predpokladá sa, že dátová jednotka je správna a je akceptovaná. V opačnom prípade to znamená, že dátová jednotka je poškodená pri prenose, a preto musí byť odmietnutá.
Čo je Hammingov kód?
Hammingov kód je linerový kód, ktorý je užitočný na detekciu chýb až dvoch okamžitých bitových chýb. Je schopný jednobitových chýb.
V Hammingovom kóde zdroj kóduje správu pridaním nadbytočných bitov do správy. Tieto nadbytočné bity sa väčšinou vkladajú a generujú na určitých pozíciách v správe, aby sa dosiahol proces detekcie a opravy chýb.
História Hammingovho kódu
- Hammingov kód je technika zostavená spoločnosťou RWHamming na zisťovanie chýb.
- Hammingov kód by sa mal aplikovať na dátové jednotky akejkoľvek dĺžky a využíva vzťah medzi dátami a nadbytočnými bitmi.
- Pracoval na probléme metódy korekcie chýb a vyvinul čoraz výkonnejšie pole algoritmov nazývaných Hammingov kód.
- V roku 1950 vydal Hammingov zákonník, ktorý sa dnes veľmi používa v aplikáciách, ako je pamäť ECC.
Uplatňovanie Hammingovho kódu
Tu uvádzame niektoré bežné aplikácie použitia lemovacieho kódu:
- Satelity
- Pamäť počítača
- Modemy
- PlasmaCAM
- Otvorte konektory
- Tieniaci drôt
- Zabudovaný procesor
Výhody Hammingovho kódu
- Metóda Hammingovho kódu je účinná v sieťach, kde sú dátové toky uvedené pre jednobitové chyby.
- Hammingov kód poskytuje nielen detekciu chyby bitu, ale tiež vám pomôže odsadiť chybu obsahujúcu bit, aby bolo možné ju opraviť.
- Vďaka ľahkému použitiu Hammových kódov sú najlepšie vhodné na použitie v pamäti počítača a na opravu jednej chyby.
Nevýhody Hammingovho kódu
- Jednobitový kód na detekciu a opravu chýb. Ak je však založených viac bitov, potom môže výsledok viesť k ďalšiemu bitu, ktorého zmena by mala byť správna. To môže spôsobiť ďalšie chyby údajov.
- Hammingov kódový algoritmus dokáže vyriešiť iba problémy s jednotlivými bitmi.
Proces kódovania správy pomocou Hammingovho kódu
Proces, ktorý odosielateľ použije na zakódovanie správy, obsahuje nasledujúce tri kroky:
- Výpočet celkového počtu nadbytočných bitov.
- Kontrola polohy nadbytočných bitov.
- Nakoniec výpočet hodnôt týchto nadbytočných bitov.
Keď sú vyššie uvedené nadbytočné bity vložené do správy, odošle sa používateľovi.
Krok 1) Výpočet celkového počtu nadbytočných bitov.
Predpokladajme, že správa obsahuje:
- n - počet dátových bitov
- p - počet nadbytočných bitov, ktoré sa k nej pridajú tak, aby np mohlo indikovať najmenej (n + p + 1) rôznych stavov.
Tu (n + p) zobrazuje umiestnenie chyby v každej z (n + p) bitových pozícií a jeden stav navyše naznačuje žiadnu chybu. Pretože p bity môžu naznačovať 2 stavy p , 2 p sa musí minimálne rovnať (n + p + 1).
Krok 2) Umiestnenie nadbytočných bitov do ich správnej polohy.
Redundantné bity by mali byť umiestnené na bitových pozíciách síl 2. Napríklad 1, 2, 4, 8, 16 atď. Označujú sa ako p 1 (na pozícii 1), p 2 (na pozícii 2). , p 3 (v polohe 4) atď.
Krok 3) Výpočet hodnôt redundantného bitu.
Redundantné bity by mali byť paritné bity, vďaka ktorým je počet 1 s párny alebo nepárny.
Dva typy parity sú -
- Celkový počet bitov v správe sa vytvorí párne a nazýva sa párna parita.
- Celkový počet bitov v správe, ktorý sa stane nepárny, sa nazýva nepárna parita.
Tu sa musí všetok redundantný bit, p1, vypočítať ako parita. Mal by pokrývať všetky bitové pozície, ktorých binárne vyjadrenie by malo obsahovať 1 na 1. pozícii bez polohy p1.
P1 je paritný bit pre všetky dátové bity v pozíciách, ktorých binárna reprezentácia obsahuje 1 v menej dôležitej polohe bez 1 Like (3, 5, 7, 9,
…. )P2 je paritný bit pre všetky dátové bity v pozíciách, ktorých binárne vyjadrenie obsahuje 1 v polohe 2 sprava, bez 2 Like (3, 6, 7, 10, 11,
…)P3 je paritný bit pre každý bit v pozíciách, ktorých binárna reprezentácia obsahuje 1 v pozícii 3 sprava, nezahŕňa 4 lajky (5-7, 12-15,
…)Proces dešifrovania správy v Hammingovom kóde
Prijímač prijíma prichádzajúce správy, ktoré vyžadujú vykonanie prepočtov na vyhľadanie a opravu chýb.
Proces prepočtu sa vykonáva v nasledujúcich krokoch:
- Počítanie počtu nadbytočných bitov.
- Správne umiestnenie všetkých nadbytočných bitov.
- Kontrola parity
Krok 1) Počítanie počtu nadbytočných bitov
Na kódovanie môžete použiť rovnaký vzorec, počet nadbytočných bitov
2 p ≥ n + p + 1
Tu počet dátových bitov ap je počet nadbytočných bitov.
Krok 2) Správne umiestnenie všetkých nadbytočných bitov
Tu je p redundantný bit, ktorý je umiestnený na bitových pozíciách síl 2, napríklad 1, 2, 4, 8 atď.
Krok 3) Kontrola parity
Paritné bity je potrebné vypočítať na základe dátových bitov a nadbytočných bitov.
p1 = parita (1, 3, 5, 7, 9, 11
…)p2 = parita (2, 3, 6, 7, 10, 11
…)p3 = parita (4-7, 12-15, 20-23
…)Zhrnutie
- Prenesené údaje sa môžu počas komunikácie poškodiť
- Tri typy bitových chýb sú 1) chyby jedného bitu 2) chyby viacerých bitov 3) chyby burstových bitov
- Zmena vykonaná v jednom bite v celej postupnosti údajov je známa ako „Chyba jedného bitu“.
- Ak v dátovej sekvencii dôjde k zmene v dvoch alebo viacerých bitoch dátovej sekvencie vysielača na prijímač, je to známe ako „viacbitové chyby“.
- Zmena sady bitov v dátovej sekvencii je známa ako „Burst error“.
- Detekcia chýb je metóda detekcie chýb, ktoré sú prítomné v dátach prenášaných z vysielača na prijímač v dátovom komunikačnom systéme
- Tri typy kódov detekcie chýb sú 1) Kontrola parity 2) Kontrola cyklickej redundancie (CRC) 3) Kontrola pozdĺžnej redundancie (LRC)
- Hammingov kód je linerový kód, ktorý je užitočný na detekciu chýb až dvoch okamžitých bitových chýb. Je schopný jednobitových chýb.
- Hammingov kód je technika zostavená spoločnosťou RWHamming na zisťovanie chýb.
- Bežné aplikácie využívajúce lemovací kód sú satelitná počítačová pamäť, modemy, zabudovaný procesor atď.
- Najväčšia výhoda metódy hammingového kódu je účinná v sieťach, kde sú dátové toky uvedené pre jednobitové chyby.
- Najväčšou nevýhodou metódy hammingového kódu je, že dokáže vyriešiť iba problémy s jednou bitovou časťou.
- Proces šifrovania a dekódovania správy môžeme vykonať pomocou hammingového kódu.