淺談?dòng)?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)

李志云

【摘 要】本文首先在對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)的差錯(cuò)控制方式以及常用差錯(cuò)檢測(cè)方法進(jìn)行分析介紹的情況下，通過(guò)結(jié)合實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)的差錯(cuò)查找方式原理，在對(duì)于RS糾錯(cuò)碼編碼與解碼分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行FEC以及FEC/ARQ兩種實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)的模擬實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)中的差錯(cuò)檢測(cè)方法優(yōu)劣性的對(duì)比和系統(tǒng)技術(shù)性能質(zhì)量的評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信；實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制；控制方式；分類；編碼方式

【中圖分類號(hào)】TN929.5【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0087-02

在當(dāng)前的信息化時(shí)代中，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)所表現(xiàn)出的依賴性越來(lái)越明顯，已經(jīng)習(xí)慣了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取所需要的信息，而人們?cè)讷@取相關(guān)信息的過(guò)程中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換為了保證其的準(zhǔn)確傳輸，差錯(cuò)控制技術(shù)由此就出現(xiàn)了，即就是以編碼的方式來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中和出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行檢查和糾正。通過(guò)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)可以有效避免數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，比如丟失、數(shù)據(jù)流阻塞等，由此可見(jiàn)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)的是非常重要的，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信安全的保證有著重要的作用和意義。

1、實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)分析

1.1 實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)的差錯(cuò)控制方式分析

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用中，實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)中的差錯(cuò)控制主要是為了對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行糾正，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于通信丟失數(shù)據(jù)的恢復(fù)，從對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性進(jìn)行保障。

第一種是前向糾錯(cuò)（FEC），該種方法作為一種較為常見(jiàn)的方法，在傳輸時(shí)若使用這種方法，接受者無(wú)需反饋可直接通過(guò)譯碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸中所出現(xiàn)錯(cuò)誤的糾正。

第二種是重傳反饋（ARQ），該種方式和前向糾錯(cuò)相比最大的區(qū)別就是其具有反饋機(jī)制，而傳輸?shù)倪^(guò)程數(shù)據(jù)編碼是由發(fā)送端來(lái)完成的，接收端在接收到編碼數(shù)據(jù)之后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)時(shí)向發(fā)送端反饋結(jié)果，發(fā)送端在收到由接收端發(fā)送的反饋結(jié)果之后將會(huì)決定是否重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

第三種是混合糾錯(cuò)（FEC/ARQ），該種方法是將前兩種方法結(jié)合在一起使用的方法，糾錯(cuò)工作是根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的具體情況來(lái)決定錯(cuò)誤由誰(shuí)來(lái)糾正，若接收端具有自行糾正錯(cuò)誤的能力就由其獨(dú)自進(jìn)行，若數(shù)據(jù)在傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤過(guò)多接收端無(wú)法自行處理錯(cuò)誤，就會(huì)將結(jié)果反饋給發(fā)送端由其重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

第四種是信息反饋，該種方式作為一種傳統(tǒng)的方式，由于落后使用率低，隨著其他差錯(cuò)控制技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸淘汰。

1.2 常用的差錯(cuò)檢測(cè)方法分析

目前常用的差錯(cuò)檢測(cè)方法有奇偶校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)以及校驗(yàn)和校驗(yàn)。

其中，奇偶檢驗(yàn)作為最常用的檢測(cè)碼，通過(guò)將校驗(yàn)信息附加在傳輸數(shù)據(jù)的后面，若附加碼字中“1”的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)則為偶校驗(yàn)，反之為奇校驗(yàn)。如果碼字中出現(xiàn)錯(cuò)誤為奇數(shù)個(gè)的情況下是很容易被檢查出來(lái)的，但是不具有定位的功能。

CRC校驗(yàn)具有超前的檢錯(cuò)能力，所以得到和十分廣泛的應(yīng)用，該種檢錯(cuò)方法屬于分塊檢驗(yàn)，編碼中會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度進(jìn)而生成相應(yīng)長(zhǎng)度的檢驗(yàn)碼，然后將檢驗(yàn)碼和原來(lái)的信息異同發(fā)給接受端，假如數(shù)的長(zhǎng)度為X，所生成校驗(yàn)碼的長(zhǎng)度為Y，那么整個(gè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度就位X+Y，當(dāng)前CRC32應(yīng)用的較為廣泛。

校驗(yàn)和校驗(yàn)是求數(shù)據(jù)和之后并將其最為校驗(yàn)碼發(fā)送給接收端，該種方法非常簡(jiǎn)單，校驗(yàn)和中會(huì)有不同數(shù)據(jù)塊相同的情況存在，因此是無(wú)法保證所傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的，若對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求較高就無(wú)法使用，否則就可以使用。

2、基于差錯(cuò)檢測(cè)方法的RS糾錯(cuò)碼分析

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中，通信差錯(cuò)多是隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)兩種差錯(cuò)同時(shí)并存發(fā)生，因此，進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的差錯(cuò)控制，只采用單一糾正碼進(jìn)行差錯(cuò)的糾正與控制，并不能取得較為良好的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信差錯(cuò)糾正與控制效果。RS糾錯(cuò)碼就是一種能夠?qū)τ谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中的兩種差錯(cuò)進(jìn)行同時(shí)糾正控制實(shí)現(xiàn)的一種應(yīng)用最為廣泛的差錯(cuò)檢測(cè)控制糾錯(cuò)碼，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信差錯(cuò)糾正與控制應(yīng)用中，具有較好的糾錯(cuò)控制能力和效果。

通常情況下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信差錯(cuò)控制應(yīng)用的RS糾錯(cuò)碼是一種二進(jìn)制的線性塊編碼，屬于BCH碼的一個(gè)重要子類。此外，RS糾錯(cuò)碼的碼長(zhǎng)通常為n=q-1，而RS糾錯(cuò)碼的監(jiān)督元?jiǎng)t可以用n-k=2t進(jìn)行表示，RS糾錯(cuò)碼的最小距離do則可以用2t+1進(jìn)行表示。在計(jì)算機(jī)通信應(yīng)用中，使用MS多項(xiàng)式進(jìn)行構(gòu)造的RS糾錯(cuò)碼是一種非系統(tǒng)碼，而使用BCH碼構(gòu)造方法進(jìn)行構(gòu)造的RS糾錯(cuò)碼，則是一種系統(tǒng)碼。

3、實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)的模擬實(shí)現(xiàn)與分析

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)際應(yīng)用中，比較常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信丟包信道模型主要有Gilbert信道模型和Brernoulli信道模型、一般Markov信道模型、擴(kuò)展Gilbert信道模型。下文將應(yīng)用Gilbert信道模型，通過(guò)進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的丟包信道的模擬實(shí)現(xiàn)，并利用RS糾錯(cuò)碼的編碼和解碼糾錯(cuò)控制方法，實(shí)現(xiàn)以FEC差錯(cuò)控制系統(tǒng)和FEC/ARQ差錯(cuò)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制分析。

首先，使用Gilbert信道模型進(jìn)行的丟包信道模擬實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：①進(jìn)行信道狀態(tài)以及丟失數(shù)據(jù)包率的初始化實(shí)現(xiàn)；②對(duì)于丟包信道模型中的clp以及ulp的參數(shù)值進(jìn)行定義，同時(shí)根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式對(duì)于glp的參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算求得；③進(jìn)行要求范圍內(nèi)的隨機(jī)丟包率的生成；④進(jìn)行當(dāng)前丟包信道狀態(tài)的判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行執(zhí)行選擇；⑤對(duì)于丟失數(shù)據(jù)包率進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行執(zhí)行命令選擇。其次，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中，實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)在進(jìn)行包交換網(wǎng)絡(luò)傳輸層以及應(yīng)用層工作運(yùn)行中，通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元就是數(shù)據(jù)包，對(duì)于這些數(shù)據(jù)包的通信傳輸與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，通過(guò)RS糾錯(cuò)碼根據(jù)實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制技術(shù)的差錯(cuò)檢測(cè)與查找依據(jù)，在對(duì)于通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行編碼、解碼等操作控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于丟失數(shù)據(jù)包的恢復(fù)實(shí)現(xiàn)。如下圖1所示，分別為基于上述模擬模型的FEC差錯(cuò)控制系統(tǒng)和FEC/ARQ差錯(cuò)控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)示意圖。

（2）FEC/ARQ差錯(cuò)控制系統(tǒng)框架示意圖圖1 實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)上述對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)的模擬實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)分析，由實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可以看出，在通信實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行適當(dāng)?shù)腞S糾錯(cuò)碼參數(shù)選擇設(shè)置，對(duì)于實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)中的通信差錯(cuò)控制性能有一定的提高作用，能夠有效的降低計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制的計(jì)算復(fù)雜性，具有比較突出的編解碼效率，對(duì)于通信數(shù)據(jù)的延時(shí)問(wèn)題有很好的避免和改善。并且FEC/ARQ技術(shù)方式，對(duì)于通信傳輸中丟失數(shù)據(jù)包的恢復(fù)具有突出優(yōu)勢(shì)，能夠完全實(shí)現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)包的恢復(fù)；而FEC技術(shù)方式則可以有效的降低通信中的丟包率，但FEC/ARQ技術(shù)方式比FEC技術(shù)方式的通信數(shù)據(jù)引入延遲率大。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)今人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來(lái)越高，為了確保計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)差錯(cuò)控制系統(tǒng)所起到的作用是非常重要的，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出適合的差錯(cuò)控制系統(tǒng)，滿足使用者的要求。

參考文獻(xiàn)

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