© 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1 Hệ thống thông tin công nghiệp 1/20/2006 4.4 Bảo toàn dữ liệu 2 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS 4.4 Bảo toàn dữ liệu 1. Vấn ₫ề bảo toàn dữ liệu 2. Phương pháp bit chẵn lẻ 3. Bit chẵn lẻ hai chiều 4. Mã vòng (CRC) 5. Nhồi bit 3 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS 1. Vấn ₫ề bảo toàn dữ liệu  Phân loại lỗi —Lỗi phát hiện ₫ược, không sửa ₫ược —Lỗi phát hiện ₫ược nhưng sửa ₫ược, và —Lỗi không phát hiện ₫ược.  Giải pháp —Giải pháp phần cứng —Giải pháp phần mềm (xử lý giao thức) => Bảo toàn dữ liệu  Phát hiện lỗi là vấn ₫ề quan trọng hàng ₫ầu!  Nguyên lý cơ bản: Bổ sung thông tin dự trữ (redundancy) phục vụ kiểm soát lỗi 4 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS Các vấn ₫ề cần xem xét  Chiều dài thông tin kiểm soát lỗi? — Dài hay ngắn thì tốt? —Tỉ lệ so với lượng thông tin ban ₫ầu?  Thuật toán xác ₫ịnh thông tin kiểm soát lỗi?  Biện pháp kiểm soát lỗi liên quan tới tính năng kỹ thuật nào? — Độ tin cậy —Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền — Tính ₫ơn giản — Tính thời gian thực 5 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS Một số khái niệm liên quan  Tỉ lệ bit lỗiplà thước ₫o ₫ặc trưng cho ₫ộ nhiễu của kênh truyền dẫn, ₫ược tính bằng tỉ lệ giữa số bit bị lỗi trên tổng số bit ₫ược truyền ₫i.  Tỉ lệ lỗi còn lại R là thông số ₫ặc trưng cho ₫ộ tin cậy dữ liệu của một hệ thống truyền thông, sau khi ₫ã thực hiện các biện pháp bảo toàn (kể cả truyền lại trong trường hợp phát hiện ra lỗi)  Thời gian trung bình giữa hai lần lỗi T MTBF (MTBF = Mean Time Between Failures): T MTBF = n/(v*R) Ví dụ: Một bức ₫iện có chiều dài n = 100 bit ₫ược truyền liên tục với tốc ₫ộ 1200 bit/s RT MTBF 10 -6 1 ngày 10 -10 26 năm 10 -14 260 000 năm 6 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS  Khoảng cách Hamming: thông số ₫ặc trưng cho ₫ộ bền vững của một mã dữ liệu — chính là khả năng phát hiện lỗi của một phương pháp bảo toàn dữ liệu. — HD có giá trị bằng số lượng bit lỗi tối thiểu mà không ₫ảm bảo chắc chắn phát hiện ₫ược trong một bức ₫iện. Nếu trong một bức ₫iện chỉ có thể phát hiện một cách chắc chắn k bit bị lỗi, thì HD = k+1.  Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền E = m (1-p)n/n m -Số lượng bit dữ liệu trong mỗi bức ₫iện n - Chiều dài bức ₫iện p -Tỉ lệ bit lỗi  Ví dụ 1: m = 8 bit n = 11 bit (1 bit ₫ầu + 8 bit dữ liệu + 1 bit chẵn lẻ+ 1 bit cuối) p = 10-3 Hiệu suất truyền dữ liệu E = 0,72. 7 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS 2. Bit chẵn lẻ (parity bit)  Ví dụ dùng parity chẵn: Dãy bit nguyên bản: 1001101 Dãy bit gửi ₫i: 10011010 Giả sử nhận ₫ược10111010 => Lỗi phát hiện ₫ược Giả sử nhận ₫ược11111010 => Lỗi không phát hiện ₫ược  Hai kiểu parity: — Parity chẵn: Tổng số bit 1 trong bức ₫iện cuối cùng phải chẵn —Parity lẻ: Tổng số bit 1 trong bức ₫iện cuối cùng phải lẻ  Khoảng cách Hamming: 2 8 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS Ví dụ: Khung UART  UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ₫ược sử dụng khá rộng rãi Start01234567PStop 0 LSB MSB 1 9 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS 3. Bit chẵn lẻ hai chiều (bảo toàn khối) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. p 1.01001011 2.10010000 3.11101110 4.01010101 5.11110110 6.00011110 7.11001100 p01000100 10 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 2005 - HMS Trường hợp xảy ra 1 lỗi 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. p 1.01001011 2.10010000 3. 1 1 1 11110 4.01010101 5.11110110 6.00011110 7.11001100 p0 1 0 0 0100 [...]... 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ với n = 5 (như ở CAN-Bus): — Thông tin nguồn I = 0111111 — Thông tin gửi ₫i D = 01111101 — Nếu thông tin nhận ₫ược D' = 01111101, bên nhận có thể coi xác suất cao không có lỗi — Nếu thông tin nhận ₫ược D' = 11111101, qua mẫu bit ₫ặc biệt bên nhận sẽ phát hiện ra lỗi 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 17 Sử dụng phối hợp các biện pháp bảo toàn dữ liệu parity Ví dụ dãy bit ban ₫ầu... 1 0 0 0 1 0 0 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 12 4 Mã vòng (CRC) © 2004, HOÀNG MINH SƠN CRC (Cyclic Redundancy Check ): thông tin kiểm lỗi (ở ₫ây ₫ược gọi là checksum) phải ₫ược tính bằng một thuật toán thích hợp, trong ₫ó giá trị mỗi bit của thông tin nguồn ₫ều ₫ược tham gia nhiều lần vào quá trình tính toán CRC ₫ược sử dụng rộng rãi trong ₫a số các hệ thống truyền thông CN CRC còn ₫ược gọi là phương... không có lỗi 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 15 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ minh họa Thông tin cần truyền I = 110101, ₫a thức G = 1011 (tức x3 + x + 1) Thêm 3 bit 0 vào thông tin nguồn I, ta có P = 110101000 Chia ₫a thức P : G 110101000 1011 -1011 111101 01100 -1011 01111 -1011 01000 -1011 001100 -1011 0111 Phần dư R Dãy bit ₫ược chuyển ₫i: D = P + R = 110101111 Giả sử dữ liệu nhận ₫ược là D' = 110101111...Trường hợp xảy ra 3 lỗi 2 3 4 5 6 7 p 1 0 1 0 0 1 0 1 1 2 1 0 0 1 0 0 0 0 3 1 1 1 1 0 1 1 0 4 0 1 0 1 0 1 0 1 5 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 1 1 1 1 0 1 1 1 0 6 0 0 0 1 1 1 1 0 7 1 1 0 0 1 1 0 0 p 0 1 0 0 0 1 0 0 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 11 Khoảng cách Hamming? 2 3 4 5 6 7 p 1 0 1 0 0 1 0 1 1 2 1 0 0 1 0 0 0 0 3 1 1 1 1 0 1 1 0 4 0 1 0 1 0 1 0 1 5 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 1 1 1 1 0 1 1 1... 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 13 Phép chia ₫a thức (nhị phân) Đa thức nhị phân: các hệ số là 0 hoặc 1, ví dụ — G = x7 + x6 + x5 + (0x4 + 0x3) + x2 + (0x1) + 1 — Viết gọn lại thành một dãy bit G = {11100101} Phép chia ₫a thức nhị phân ₫ược qui về các phép so sánh, sao chép và XOR (hay trừ không có nhớ) © 2004, HOÀNG MINH SƠN 1 0 1 0 - 1 0 0 1 = = = = 0 0 1 1 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 14 Nguyên... có lỗi 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 16 5 Nhồi bit (Bit stuffing) Nguyên tắc thực hiện: — Bên gửi: Nếu trong dữ liệu có n bits 1 ₫ứng liền nhau thì thêm một bit 0 vào ngay sau ₫ó Như vậy trong dãy bit ₫ược chuyển ₫i không thể xuất hiện n+1 bits 1 ₫i liền nhau — Bên nhận: Nếu phát hiện thấy n bits 1 liền nhau mà bit tiếp theo là 0 thì ₫ược tách ra, còn nếu là bit 1 thì dữ liệu chắc chắn bị lỗi ©... toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 14 Nguyên tắc thực hiện Hai bên qui ước một “₫a thức phát” G bậc n, ví dụ x3+x+1 tương ứng với dãy bit {1011} Dãy bit mang thông tin nguồn I ₫ược thêm vào n bit 0 và coi như một ₫a thức nhị phân P © 2004, HOÀNG MINH SƠN — Ví dụ thông tin nguồn là {110101} => {110101000} Lấy P chia cho G Phần dư R (lấy n chữ số) của phép chia ₫ược thay thế vào chỗ của n chữ 0 bổ sung trong P, tức... 101011000 1011010 01001101 Checksum Phân chia thành từng byte © 2004, HOÀNG MINH SƠN 10101100 11011010 01001101 Bổ sung bit chẵn lẻ và các bit ₫ầu, bit cuối 4.4 Bảo toàn dữ liệu 01010110001 00101101011 parity 00100110101 © 20 05 - HMS 18 . SƠN Chương 1 Hệ thống thông tin công nghiệp 1/20/2006 4.4 Bảo toàn dữ liệu 2 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn dữ liệu © 20 05 - HMS 4.4 Bảo toàn dữ liệu 1 1 thì dữ liệu chắc chắn bị lỗi.  Ví dụ với n = 5 (như ở CAN-Bus): — Thông tin nguồn I = 0111111 — Thông tin gửi ₫i D = 0111110 1 —Nếu thông tin nhận ₫ược