第七讲 - 差错控制与差错检测v3

合集下载

简述差错控制技术

简述差错控制技术
差错控制技术是一种通信系统中用于检测和纠正数据传输过程中出现的错误的技术。

差错控制技术主要包括以下几种方法：
1. 错误检测：通过添加冗余信息来检测数据传输过程中的错误。

常见的错误检测方法包括奇偶校验、循环冗余检验（CRC）、海明码等。

2. 自动重传请求（ARQ）：在数据传输过程中，如果发现数
据出现错误，接收端可以向发送端发送一个请求重传的信号，从而实现错误的纠正。

3. 前向纠错（FEC）：在数据传输过程中，发送端可通过添加
纠错码使得接收端能够校验和修复一定数量的错误。

4. 正确性确认：接收端在收到数据之后，向发送端发送一个确认信号，以表示数据已被正确接收。

差错控制技术的主要目标是保证数据传输的可靠性和完整性，并尽量降低错误率。

不同的差错控制技术可以根据具体的需求选择使用，例如，在对数据传输的稳定性要求较高的无线通信系统中，可以采用ARQ和FEC结合的方式来保证可靠性。

《差错控制》PPT课件讲解学习

由热噪声引起的差错属于一种随机差错。
➢ 冲击噪声
是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。
冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。
信道分类
▪ 按照噪声或干扰的变化规律，可把信道分为三类：
的空格里填入正确的码组号。
例3：某数据通信系统采用返回重发的差错控制方式，发送端要向接收端发送8个码组（序号0∽7），其中1号码组出错，请在下图中的空格里填入正确的码组号。
差错控制编码的分类
▪ 按照差错控制编码的用途：检错码、纠错码和纠删码。 ▪ 按照信息码元和监督码元之间的函数关系：线性码和非线性码。 ▪ 按照对信息元处理方式的：分组码和卷积码。 ▪ 按照码组中信息码元在编码前后是否相同：系统码和非系统码。 ▪ 按照纠（检）错误的类型：纠（检）随机错误码、纠（检）突
许用码组与禁用码组
▪ 信道编码后的总码长为n，总的码组数应为
2n
有2k个，
通常称为许用码组；
▪ 其余的码组共有2n-k个，不传送，称为禁用码组。
编码效率
▪ 发端误码控制编码的任务正是寻求某种规则从总码组中选出许用码组；而收端译码的任务则是利用相应的规则来判断及校正收到的码字符合许用码组。通常又把信息码元数目k 与编码后的总码元数目(码组长度)n之比称为信道编码的编码效率或编码速率，表示为： R=k/n=k/k+r 其中，k是信息元的个数，r为校验码个数。
计算机
1
0
异步传输
计算机
网络基础
循环冗余码CRC
▪ CRC是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发送出去。接收端接收数据后，将包括校验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余数为“0”，就表示接收的数据正确，若余数不为“0”，则表明数据在传输的过程中出错。

差错控制

数据后，只等待判断信号。反馈重传纠错方式的缺点是实时性较差。 2，前向纠错技术工作原理：在前向纠错方式中，发送端对数据进行校验和纠错编码，接收端收到这些编码后，根据约定的规则进行译码。译码过程不但可以发现错误，而且能够自动地进行纠错。在前向纠错的工作中，发送端不需要等待接收端反馈信号，因此也就不需要专门的反馈信道。前向纠错方法的最大好处是不用重传出错的数据帧，而是利用校验码在检测出错的同时还能确定出错比特的位置，将出错比特取反即可纠正传输错误的冗余码元比较多，效率相对而言也比较低，从而使传输通信数据的效率大为下降，复杂运算的数据处理工作
要求；对较长的数据帧则使用循环冗余校验方法，附加位数不会太多，而且检错能力强，其数字逻辑电路也易于实现，是现在网络通信中进行数据帧校验的主要方法。循环冗余校验是一种利用多项式除法进行冗余码生成、接收方检验传输是否出错的有效方法。练习：
1，（信源）是产生和发送信息的一端，（信宿）是接收信息的一端。通信是在（信源）和（信宿）之间建立数据传输的（信道）。 2，（误码率）是衡量数据传输可靠性的一个参数，它是指二进制码元在传输系统中被传错的概率。 3，一个通信系统至少应包含3个部分：（发送设备）、（传输介，一个通信系统至少应包含3 质）和（接收设备） 4，数字信号调制成模拟信号常有（移幅）、（移频）、和（移相）三种方法 5，按照信息同时传输的方向分为（单工）、（半双工分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验3 验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验3种。 ①水平奇偶校验：是将若干字符组成一个信息块，对该信息块的字符中对应的位分别进行奇偶校验。 ②垂直奇偶校验是以字符为单位的校验方法。例如，传输数据为“1010001” 传输数据为“1010001”；采用偶校验时，附加位为 “1”，则发送信息变为“10100011”；采用奇校验时，，则发送信息变为“10100011” 附加位为“ 发送信息变为“10100010” 附加位为“0”发送信息变为“10100010”。 ③水平垂直奇偶校验是把水平垂直两个方向的奇偶校验结合起来构成的，即纵向每个字符校验一次，水平方向每个信息块发送完后其对应位也校验一次（发送一个校验码）。

第7章差错控制编码

第7章差错控制编码
7.2.2 行列监督码（二维奇偶校验码）
行列监督码（又称二维奇偶校验码、方阵码），它是垂直奇偶校验与水平奇偶校验的组合，其发现差错的能力很强。这种码是将若干码字排列成矩阵，在每行和每列的末尾均加监督码(奇监督或偶监督)。
例如
1100101100010100110001011000011001110101…… 为用户要发送的信息序列，现将每8个码元分成一组编成方阵，对方阵的行与列都进行偶数监督，则在发送端编成如表7-1所示的方阵。
息码为10101，码后的码字为1010110101；当信息码有偶数个“1”时，则监督码是信息码的反码，如
信息码为11011，则编码后的码字为1101100100。
第7章差错控制编码
监督码的解码规则如下：
解码时先将接收码组中信息码和监督码对应码位模2相加，得到一个合成码。若接收的信息码中有奇数个“1”，则此合成码就是检验码；若接收的信息码中有偶数个“1”，则校验码为合成码的反码。观察校验码中“1”的个数，就能判决信码是否有错并纠正错误。
信道中差错的类型：
随机差错：由随机噪声导致，表现为独立的、稀疏的和互不相关发生的差错。
突发差错：相对集中出现，即在短时段内有很多错码出现，而在其间有较长的无错码时间段，例如由脉冲干扰引起的错码或信道特性产生的衰落等。
第7章差错控制编码
7.1.2 差错控制方式常用的差错控制方式：
➢ 检错重发（ARQ）
7.1.3 纠错码的分类
1）按差错控制编码的功能分：检错码、纠错码 2）按信息码与监督码间的检验关系分：
线性码、非线性码 3）按信息码与监督码间的约束关系分：分组码、卷积码 4）按信息码的编码前后的形式分：系统码、非系统码 5）按信道差错类型分：随机纠错码、突发纠错码 6）按用于差错编码的数学方法分：

计算机网络学习笔记3.3差错控制

计算机⽹络学习笔记3.3差错控制⼀、产⽣差错的原因概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。

全局性由于线路本⾝电⽓特性所产⽣的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随机存在的。

解决办法：提⾼信噪⽐来减少或避免⼲扰。

（对传感器下⼿）局部性外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产⽣差错的主要原因。

解决办法：通常利⽤编码技术来解决。

⼆、差错类型差错分为两类：位错（⽐特错）⽐特位出错，1变成0，0变成1帧错发送：[#1]-[#2]-[#3]发⽣帧错：丢失：收到[#1]-[#3]重复：收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3]失序：收到[#1]-[#3]-[(2]链路层为⽹络层提供服务：⽆确认⽆连接服务，有确认⽆连接服务，有确认⾯向连接服务。

通信质量好、有线传输链路：不使⽤确认和重传机制通信质量差的⽆线传输链路：使⽤确认和重传机制三、差错控制这⾥主要讨论⽐特错（位错）冗余编码在有效数据（信息位）发送之前，先按某种关系附加上⼀定的冗余位，构成⼀个符合某⼀规则的码字后再发送。

当要发送的有效数据变化时，相应的冗余位也随之变化，使码字遵从不变的规则。

接收端根据收到码字是否仍符合原规则，从⽽判断是否出错。

检错编码检错编码都采⽤冗余编码技术。

仅能检查出错误，不能纠正错误常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余码。

奇偶校验码奇偶校验码是奇校验码和偶校验码的统称，它由n-1位信息元和1位校验元组成奇校验码在附加⼀个校验元后，码长为n的码字中"1"的个数为奇数偶校验码在附加⼀个校验元以后，码长为n的码字中"1"的个数为偶数例：如果⼀个字符S的ASCI编码从低到⾼依次为1100101，采⽤奇校验，在下述收到的传输后字符中，哪种错误不能检测？A. 11000011B. 11001010C. 11001100D.11010011答案：D奇偶校验码特点只能检查出奇数个⽐特错误，检错能⼒为 50% 。

差错控制

3.1.4 差错控制编码原理
2．码重和码距的概念
（1）码重在信道编码中，定义码组中非零码元的数目为码组的重量，简称码重。（2）码距与汉明距离把两个码组中对应码位上具有不同二进制码元的个数定义为两码组的距离，简称码距。而在一种编码中，任意两个许用码组间的距离的最小值，称为这一编码的汉明（Hamming）距离，用dmin来表示。
3.1 差错控制的基本概念
3.1.3 差错控制方式
2．前向纠错（FEC）前向纠错（Forward Error Correcting，FEC）方式。前向纠错系统中，发送端的信道编码器将输入数据序列按某种规则变换成能够纠正错误的码，接收端的译码器根据编码规律不仅可以检测出错码，而且能够确定错码的位置并自动纠正。这种方式的优点是不需要反馈信道，也不存在由于反复重发而延误时间，实时性好。其缺点是要求附加的监督码较多，传输效率低，纠错设备比检错设备复杂。
c2 = c6 ⊕ c5 ⊕ c4 c1 = c6 ⊕ c5 ⊕ c3 c = c ⊕ c ⊕ c 6 4 3 0
3.2 常用的差错控制编码
3.2.2 线性分组码及汉明码
（2）线性分组码的监督矩阵和生成矩阵
表3-5 （7，4）线性分组码的编码表
信息位 c6 c5 c4 c3 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 监督位 c2 c1 c0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 信息位 c6 c5 c4 c3 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 监督位 c2 c1 c0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

差错控制与校验

数据通信基础
上一页
下一页
返回
1.4.2 常用的差错控制编码
1．奇偶校验码
2．循环冗余码
数据通信基础
上一页
下一页
返回
1．奇偶校验码
奇偶校验码是一种最简单也是最基本的检错码，一维奇偶校验码的编码规则是把信息码元先分组，在每组最后加一位校验码元，使该码中1的数目为奇数或偶数，奇数时称为奇校验码，偶数时称为偶校验码。
1.4 差错控制与校验
1.4.1 差错控制方法
1.4.2 常用的差错控制编码
数据通信基础
上一页
下一页
返回
1.4.1 差错控制方法
差错控制编码就是对网络中传输的数字信号进行抗干扰编码，目的是为了提高数字通信系统的容错性和可靠性，它在发送端被传输的信息码元序列中，以一定的编码规则附加一些校验码元，接收端利用该规则进行相应的译码，译码的结果有可能发现差错或纠正差错。在差错控制码中，检错码是指能自动发现出现差错的编码，纠错码是指不仅能发现差错而且能够自动纠正差错的编码。当然，检错和纠错能力是用信息量的冗余和降低系统的效率为代价来换取的。
010 1011
所以7位循环冗余校验码为
T(x)= K(x)·x3 + R(x) = 1100000 + 010 = 1100010，这个编好的循环校验码就称为（7，4）码。
数据通信基础
上一页
下一页
返回
数据通信基础
上一页
下一页
返回
2．循环冗余码
例：若生成多项式为1011，请将4位有效信息1100编成7位循环冗余校验码。
解：K(x)= x3+x2 即1100
冗余位数r = 7-4 = 3

笫七、八讲数据链路层功能、差错检测与校正共77页PPT

谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。 ——刘向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。 ——海贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。——杰纳勒尔·乔治·S·巴顿
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔，回味起来却有久久不会退去的余香。
笫七、八讲数据链路层功能、差错检测 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮回里有你。与校正

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Deliver to upper 把正确帧交给上层
r.seq==frame_expected
发送肯定确认
s.ack=1-frame_expected; to_physical_layer(&s);
Send ACK
to_network_layer(&); inc(frame_expected);
数据帧用交叉的0和1 表示确认帧也用 ACK0/ACK1表示
丢弃ACK0 超时重发
F0
ACK1
F1
ACK0
损坏
F1
ACK0
R丢弃重复帧
优点：实现简单缺点：效率低
T
R

9
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
流量控制机制保证传输双方能力上的匹配。差错控制将一条不可靠的线路变得尽可能可靠。

3
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
差错概述
正确传输
1
传输出错
1 2 1 2
丢失
2
1
3 3
time
3
2 3
停等式协议的实例1
协议2：基于理想化信道的传输控制
假设信道不会出错双方进行单工通信接收方的缓冲区和处理能力都有限
from_network_layer(&buffer)：从网络层获得需要传输的数据 to_network_layer(&)：将收到的数据往上交给网络层 from_physical_layer(&r)：接收入境帧 to_physical_layer(&s)：发送一个帧 wait_for_event(&event)：等待event的发生
第七讲差错控制与差错检测

Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
差错控制与差错检测
主要内容
停等式ARQ 连续式ARQ 差错检测原理奇偶校验 CRC校验
熟练掌握
阅读
3.2.2 3.3.3 3.4.2 3.4.3
RR2
RR4
损坏
R
回退N控制策略
发送方连续发出N个帧，接收方以流水线方式顺序接收各个帧，并进行差错检测。一旦某个帧有错，则丢弃该帧和它之后所收到的所有帧。
N：发送窗口大小
15
出错
丢弃
5,6,7 重发超时
F0 F1 丢失 RR(P=1)
F0
ACK1
帧被丢失
？
既然是停等式发送,是否还需要序号? A超时重发 ACK0
F1 F0 F0
损坏
R 丢弃出错帧
R

8
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
time
T
停－等式ARQ应对出错确认帧
ACK被破坏
纠错
当发现错误时，就地立即加以改正。

5
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
差错控制的基本功能
差错检测
接收端检测到差错。
肯定确认
接收端成功地收到无错帧后返回肯定确认
超时重发
发送端在预定的时间内未收到确认便重发帧
协议3：在一条可能出错的信道上进行传输控制
假设信道可能出错（序号错）双方进行单工通信
from_network_layer(&buffer)：从网络层获得需要传输的信息 to_network_layer(&)：将收到的信息往上交给网络层 from_physical_layer(&r)：接收入境帧 to_physical_layer(&s)：发送一个帧 Wait_for_event(&event)：等待event的发生 //* 新增功能 start_timer(s.seq)：启动序号为seq帧的计时器 stop_timer(s.ack)：关闭计时器 Inc()：递增数
ARQ：Automatic-Repeat-reQuest
7 Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
停－等式ARQ应对出错数据帧
帧被破坏
停等式ARQ：发送方仅在收到当前帧的肯定确认后才能发送下一帧。
发送方要保存已发送但未被确认的数据帧付本
超时重发
event==time_out

Wait for event
wait_for_event( &event)&&
等待event(到达ACK、出错、超时)
event==frame_arrival
from_physical_layer(&s);
s.ack==next_frame_to_send
F2
REJ5 F5 F6 RR6 F7 RR0
RR2
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
回退-N ARQ应对出错的数据帧
数据帧被破坏
T传出一帧i被损坏，R已成功接收帧(i-1)； R发回REJi；表明拒收帧i； T收到REJi后，重传帧i 及其后续帧; 帧i在传输中被丢失，T随后发送帧(i+1)； R收到帧(i+1)后发现次序不对，发回REJi； T收到REJi后，重传帧i及后续帧; 帧i在传输中被丢失，T并没继续发送帧； R收不到任何信息，发回一个RR(而不是REJ)；当T的i计时器超时，发一个RR帧；
buffer:存放上层数据 s：拟发送的数据帧
Wait for ACK 收到肯定确认后等待上层调用
Get from above
wait_for_event(&event)
条件动作

wait_for_event(&event) from_physical_layer(&r); to_network_layer(&);
当确认全部丢失时易造成混肴
WT＝m-1
发送序号：0，1，2，· · · ，m-2；重发的第一个序号是0；正常下一轮发送的第一个序号是m-1;
最大发送窗口为： WT = 2 n – 1 = m - 1
WT<m-1
更不会混淆
若WTm-1会怎样？

R
①将入境帧内的数据上交给网络层
Wait for
incoming
Send ACK
to_physical_layer(&s)
反馈肯定确认
r：接收的数据帧

11 Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
停等式协议的实例2
i
T
RRi+1 RRi+2
R

17
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
回退-N ARQ的发送窗口
假设模m =2n ，最大序号Smax = m-1 = 2n – 1 序号空间：0, 1, 2, 3, ……... 2n – 1
T
i+1
i
R
i-1

16
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
回退-N ARQ应对出错的确认帧
确认帧被破坏
R收到帧i并发送RR(i+1)，该确认帧在途中丢失；在T的帧计时器超时前可能收到随后帧的确认。 T的计时器超时，发一个RR帧；若R没有响应或响应帧被损坏则T重发RR；这种过程重复一定次数后启动重置过程； REJ被损坏；如果REJ被丢失，同前面处理过程。
0帧接收还是拒绝?
发送窗口
接收窗口

超时
WT
0 1 2 3 4
m-1
丢失丢失
0 1
丢失
0 1 2 3 4
18
m-1
0 1
?
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
回退-N ARQ的发送窗口
WT＝m
12 Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
协议3状态机——发送方
①将上层数据封装成帧发送 Send a frame
= buffer; s.seq=next_frame_to_send; to_physical_layer(&s); start_timer(s.seq)
丢失
4
T
4
出错
©2015 YAN Wei. All rights reserved.
差错控制
差错控制：指对传输的数据信息进行错误检测，并加以恰当的处理。
正确接收
帧按发出的次序到达，且每个帧有不定长的传输延迟。
检错
当发现错误时，丢弃错误信息并要求重新传输该信息。
frame_expected：下一个接收帧的序号 r：发送的帧 r：接收的帧

这里的ACK=正确收到的帧序号
14 Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.
回退-N ARQ
顺序收发方式：接收方只能按照帧的序号接收数据帧。 T F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.

10
Copyright ©2015 YAN Wei. All rights reserved.

第七讲 - 差错控制与差错检测v3

简述差错控制技术

《差错控制》PPT课件讲解学习

差错控制

第7章差错控制编码

计算机网络学习笔记3.3差错控制

差错控制

差错控制与校验

笫七、八讲 数据链路层功能、差错检测与校正共77页PPT

笫七、八讲数据链路层功能、差错检测与校正共77页PPT