有關計算機網絡通信中實時差錯控制技術分析

吳志毅

廣東科學技術職業學院，廣東珠海 519090

科學技術的發展帶動了計算機網絡技術的發展，人們的日常生產生活已經離不開計算機網絡的幫助。但是由于網絡擁堵和網絡帶寬的問題，在數據傳輸的過程中很容易發生超時、比特傳輸錯誤以及丟包等傳輸誤差。數據包丟失不僅會影響數據的解壓，還會對信息的接收質量產生很大的影響。計算機網絡中的實時差錯直接就影響到了網絡的服務質量，甚至對人們的生產和生活造成影響。

1 實時差錯控制方式的分類

1）FEC差錯控制。在數據傳輸中，很難對傳輸數據的準確性進行保證，數據編碼通過對數據的處理，保證了數據在傳輸中的準確性。FEC差錯控制也可以稱之為前向糾錯，在使用該種方法傳輸時，數據的接收者可以直接通過譯碼器來對傳輸的錯誤糾正。該種糾錯方式特別適用于廣播消息的傳輸，但是其同時具有效率低和冗余度較大的缺點；2）HEC糾錯方式。HEC糾錯也可以稱為混合糾錯，該種糾錯方式是重傳反饋和前向糾錯兩種辦法的綜合使用。在HEC糾錯方式中，糾錯的工作可以根據數據傳輸的錯誤情況來判斷由接收端還是發送端來進行錯誤的糾正。接收端和發送端在進行數據的糾錯方面沒有明顯的分工限制，兩者可以進行數據處理之間的協作。因此，混合糾錯模式不僅綜合了重傳反饋和前向糾錯的優點，還降低了數據的誤碼率，其使用的范圍將會更加的廣泛；3）ARQ糾錯方式。ARQ糾錯方式具有反饋機制，因此也可稱作重傳反饋，它主要是對發送端傳來的數據進行編碼，將編碼數據發送到接收端，接收端如果發現數據中的錯誤，則可以將數據反饋到發送端，由發送端對數據的結果來進行重發。重傳反饋具有傳輸準確的優點，但同時還具有重發率較高和使用信道率較低的缺點；4）信息反饋。信息反饋是一種傳統的差錯糾正方式，它是指在接收端在收到數據之后，將數據重新發送給發送端，由發送端來對數據進行檢驗確認，在此基礎上來對錯誤進行檢查。信息反饋具有反饋時間過長和信道使用率較低的缺點，在當今計算機技術快速發展的大背景下，該種控制方式不利于差錯控制技術發展，它被利用的范圍將越來越窄。

2 差錯檢測方法概述

1）CRC校驗。CRC校驗也叫循環冗余校驗碼，它在數據通信中利用廣泛，技術人員可以任意選定校驗字段和信息字段的長度，具有糾錯能力強、知名度高以及應用廣泛的特點。CRC校驗的原理是在K位的信息碼之后拼接R位校驗碼，編碼的整個長度是N位。該種校驗屬于分塊的校驗，在編碼的過程中會生成一段校驗碼，并將原信息與校驗碼一同發送到接收端；

2）奇偶校驗。奇偶校驗主要是對代碼的傳輸正確性進行校驗，技術人員要對二進制代碼中的“1”的個數進行統計，個數為偶數的是偶校驗，個數為奇數的則為奇校驗，系統在出現奇數個錯誤時很容易被檢查出來，奇偶校驗在實時差錯控制中得到廣泛應用。奇偶校驗雖然具有一定便利性，但它不具有定位功能，假設數據碼是偶數個的話，奇偶校驗就很難檢查出其中的錯誤。因此，奇偶校驗僅僅能檢測奇數個的錯誤，糾錯的效果不是很好，僅僅適用于異步的數據傳輸；

3）檢驗和。檢驗和是指在數據通信領域和數據處理的過程中，用來進行校驗的一組數據項的總和，這些數據既可以是其它可以看作為數據的字符串，也可以是數字。檢驗和的作業流程是求數據的總和，將數據總和作為校驗碼發送到計算機網絡接收端，具有便于操作的特點。但是檢驗和很難對所傳數據的準確性進行保證，如果對所傳數據的準確性要求不是特別高，則可以使用該種差錯檢測方法。

3 編碼方式的分類

1）卷積碼。計算機網絡通信中實時差錯控制技術進行編碼的原因就是明確接收數據的正確與否，在錯誤的情況下可以使接收端對錯誤進行糾正。卷積碼早在1955年被提出，是指將編碼數據按照一定長度劃分，劃分的數據在編碼之后會得到較長的數據。卷積碼的獨特特點在于其進行編碼之后的校驗元不僅與本段信息元有關，還與前段的信息元相關。在通常情況下，雖然卷積碼分組碼信息數要高于每段信息數，但是卷積碼可以形成矩陣來與校驗矩陣對它編碼的過程進行相關的描述。此外，卷積碼解碼的過程很復雜，卷積碼還可以進一步的劃分為非線性碼和線形碼，如果信息元與校驗元之間存在線形關系便為線形碼，反之則為非線形碼。線形碼具有較好的實現功能，其在計算機網絡通信的實時差錯控制中使用的更為廣泛；2）

分組碼。分組碼是指將信源信息按照獨立分組來進行編碼和處理，它是一種重要的糾錯碼。分組碼是指將信息編碼，由此產生的多余碼元對相關數據檢驗，以此來確定數據的準確與否，其中每組校驗元只與該組的數據相關。在編譯數據中，分組碼碼率是指信息位數目與碼長比值，校驗方程則是用來表示校驗與數據之間關系的公式。此外，按照分組碼結構的不同，分組碼還有循環碼和非循環碼的劃分，循環碼在計算機網絡實時差錯控制方面的研究已經日趨成熟，使用的也較為廣泛；3）常見的編碼方法。循環碼是線形分組碼中的一類，有循環移位的特征，循環碼最重要的是RS碼和BCH碼，兩者都有較好糾錯能力。計算機通信領域對于循環碼的研究較早，有關的循環碼技術也比較成熟。（1）RS碼。 RS碼是向前糾錯的編碼，對校正數據產生的各種多項式有效。編碼是首先要在多點上對多項式來求冗余，其后將其存儲或者是傳輸。RS碼具有很強的糾錯能力，但是由于RS碼傳輸中存在延時現象，如果對網絡傳輸的實時性要求較高，則不能使用該種編碼方式；（2）BCH碼。該種編碼方式是特別嚴密的一種數學結構，也是被學者研究的比較透徹和深入的線形分組碼，經過半個多世紀的發展，關于BCH碼的研究已經相當成熟。BCH碼可以對數字通信中的二進制數據進行簡化并進行網絡傳輸，在傳輸過程中，BCH碼還可以依靠數學來對二進制數據進行證明，結論是通過兩個正整數來計算的二進制BCH碼，在這種情況下可以糾正一些隨機的錯誤。因此，RS碼和BCH碼作為循環碼的兩種基本方式，具有很好的差錯控制效果，兩者的應用也是比較廣泛的。

4 計算機網絡實時差錯控制質量評估

如上所述，實時差錯控制是利用編碼的方法來對網絡通信中的數據進行實時的控制，以此來提高數字傳輸的準確性。實時差錯控制技術具有多種編碼方式，不同的網絡通信可以根據要求來選擇合適的編碼方式。實時差錯控制系統在設計完成之后，便需要對實時差錯系統的質量進行評估，以此來判斷技術能否滿足用戶的要求。

1）參數的選取。在對計算機網絡通信系統進行評價的時候，可以將參數作為重要參考，這些參數包括了差錯控制系統使用前后的信道的使用效率、誤組率、數據傳輸的速度以及傳輸延時等，其中最重要的參數是實時性數據傳輸速度以及關系著數據傳輸準確性的相關誤碼率。在差錯控制技術的質量評估中，一般常用的參數是誤組率，誤組率主要是指傳輸數據中錯誤字數和數據傳輸的總字數。技術人員通過對實時差錯控制技術使用前后的對比就可以對系統性能作出判斷，因為這反映了系統傳輸可靠性與準確性的高低。此外，在對系統的可靠性進行評估的過程中，系統使用前后的誤組率也是一個重要的參數，它可以用來反映使用實時差錯控制系統對數據傳輸的改善與提高作用。

2）通用率的確定。計算機通信網絡實時差錯控制系統在數據傳輸中的速度也是系統性能評價的重要指標，它反映了數據傳統的實時性和效率性，一般使用的參數包括數據傳輸的延遲時間和通過率。數據傳輸延遲時間指數據傳輸從數據發送端到數據的接收端所需要的時間，由信道導致的延遲是網絡通信中常見的，雖然傳輸的時間比較確定，但是數據在糾錯時、解碼時以及進行數據重發時所延遲的時間是難以確定的。此外，通過率是指系統傳送接收端信息與傳輸總數量在單位時間內的比值，在不使用實時差錯控制系統時，其的比值為1，而在使用該控制系統以后，如果是兩者之間的比值接近1，說明網絡通信系統的性能良好。因此，在使用實時差錯控制系統來提高計算機網絡通信系統的性能時，不僅要對編碼的方式和方法進行選擇，在編碼完成之后還要對差錯控制技術的優劣性進行系統的評價。

5 結論

現代社會的生產和生活都需要借助計算機網絡來完成，在計算機網絡日益發達的今天，人們對數據傳輸的準確性和傳輸的速度要求越來越高，數據傳輸不僅要保證實時，還要保證準確。網絡通信中的實時差錯控制不僅有完備的編碼方式和編碼方法，還通過質量評估來保證了差錯控制系統的性能良好，實時差錯控制技術在計算機網絡通信中的作用也越來越明顯。

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