西電初試專業(yè)課講義-計算機網(wǎng)絡

COMPUTERNETWORKSChapter6DigitalDataCommunicationsTechniquesAsynchronousandSynchronousTransmissionTimingproblemsrequireamechanismtosynchronizethetransmitterandreceiverTwosolutionsAsynchronousSynchronousAsynchronousDatatransmittedoncharacteratatime5to8bitsTimingonlyneedsmaintainingwithineachcharacterResynchronizewitheachcharacterAsynchronous(diagram)Asynchronous-BehaviorInasteadystream,intervalbetweencharactersisuniform(lengthofstopelement)Inidlestate,receiverlooksfortransition1to0Thensamplesnextsevenintervals(charlength)Thenlooksfornext1to0fornextcharacterSimpleCheapOverheadof2or3bitsperchar(~20%)Goodfordatawithlargegaps(keyboard)Synchronous-BitLevelBlockofdatatransmittedwithoutstartorstopbitsClocksmustbesynchronizedCanuseseparateclocklineGoodovershortdistancesSubjecttoimpairmentsEmbedclocksignalindataManchesterencodingCarrierfrequency(analog)Synchronous-BlockLevelNeedtoindicatestartandendofblockUsepreambleandpostamblee.g.blockof11111111patternsendingin11111110Moreefficient(loweroverhead)thanasyncTypesofErrorAnerroroccurswhenabitisalteredbetweentransmissionandreceptionSinglebiterrorsOnebitalteredAdjacentbitsnotaffectedWhitenoiseBursterrorsLengthBContinuoussequenceofBbitsinwhichfirstlastandanynumberofintermediatebitsinerrorImpulsenoiseFadinginwirelessEffectgreaterathigherdataratesErrorDetectionProcessErrorDetectionAdditionalbitsaddedbytransmitterforerrordetectioncodeParityCheckValueofparitybitissuchthatcharacterhaseven(evenparity)orodd(oddparity)numberofonesEvennumberofbiterrorsgoesundetectedCyclicRedundancyCheckCyclicRedundancyCheckForablockofkbitstransmittergeneratesnbitsequenceTransmitk+nbitswhichisexactlydivisiblebysomenumberReceiverdividesframebythatnumberIfnoremainder,assumenoerror??(modulo2operationXOR!!)D=10010011011可得R=1100編碼序列為：100100110111100ExampleErrorCorrectionCorrectionofdetectederrorsusuallyrequiresdatablocktoberetransmitted(seechapter7)Notappropriateforwirelessapplications-??BiterrorrateishighLotsofretransmissionsPropagationdelaycanbelong(satellite)comparedwithframetransmissiontimeWouldresultinretransmissionofframeinerrorplusmanysubsequentframesNeedtocorrecterrorsonbasisofbitsreceived

(1)根據(jù)糾錯碼各碼組信息元和監(jiān)督元的函數(shù)關系，可分為線性碼和非線性碼。如果函數(shù)關系是線性的，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼，否則為非線性碼。

(2)根據(jù)上述關系涉及的范圍，可分為分組碼和卷積碼。分組碼的各碼元僅與本組的信息元有關；卷積碼中的碼元不僅與本組的信息元有關，而且還與前面若干組的信息元有關。(3)線性分組碼有：行列監(jiān)督碼、恒比碼、漢明碼、循環(huán)碼等；非線性碼有：卷積碼、Turbo碼等糾錯碼的分類分組碼分組碼一般可用(n,k)表示。其中，k是每組二進制信息碼元的數(shù)目，n是編碼碼組的碼元總位數(shù)，又稱為碼組長度，簡稱碼長。n-k=r為每個碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目。簡單地說，分組碼是對每段k位長的信息組以一定的規(guī)則增加r個監(jiān)督元，組成長為n的碼字。在二進制情況下，共有2k個不同的信息組，相應地可得到2k個不同的碼字，稱為許用碼組。其余2n-2k個碼字未被選用，稱為禁用碼組。在分組碼中，非零碼元的數(shù)目稱為碼字的漢明重量，簡稱碼重。例如，碼字10110，碼重w=3。兩個等長碼組之間相應位取值不同的數(shù)目稱為這兩個碼組的漢明(Hamming)距離，簡稱碼距。例如11000與10011之間的距離d=3。碼組集中任意兩個碼字之間距離的最小值稱為碼的最小距離，用d０表示。最小碼距是碼的一個重要參數(shù)，它是衡量碼檢錯、糾錯能力的依據(jù)。分組碼碼的最小距離d0直接關系著碼的檢錯和糾錯能力；任一(n,k)分組碼，若要在碼字內(nèi):(1)檢測e個隨機錯誤，則要求碼的最小距離d0≥e+1;(2)糾正t個隨機錯誤，則要求碼的最小距離d0≥2t+1;(3)糾正t個同時檢測e(≥t)個隨機錯誤，則要求碼的最小距離d0≥t+e+1。檢錯和糾錯能力用差錯控制編碼提高通信系統(tǒng)的可靠性，是以降低有效性為代價換來的。我們定義編碼效率R來衡量有效性:R=k/n其中,k是信息元的個數(shù)，n為碼長。對糾錯碼的基本要求是:檢錯和糾錯能力盡量強；編碼效率盡量高；編碼規(guī)律盡量簡單。實際中要根據(jù)具體指標要求，保證有一定糾、檢錯能力和編碼效率，并且易于實現(xiàn)。編碼效率線性分組碼－Hammingcode(漢明或海明碼)

在(n,k)分組碼中，若每一個監(jiān)督元都是碼組中某些信息元按模二和而得到的，即監(jiān)督元是按線性關系相加而得到的，則稱線性分組碼?；蛘哒f，可用線性方程組表述碼規(guī)律性的分組碼稱為線性分組碼?，F(xiàn)以(7,4)分組碼為例來說明線性分組碼的特點。設其碼字為A=［a6

a5

a4

a3

a2

a1

a0］，其中前4位是信息元，后3位是監(jiān)督元。表2(7,4)碼的碼字表可用下列線性方程組來描述該分組碼，產(chǎn)生監(jiān)督元，+為模2加監(jiān)督矩陣H和生成矩陣G

原(7,4)碼的3個監(jiān)督方程式可以改寫為這組線性方程可用矩陣形式表示為并簡記為其中，AT是A的轉置，0T是0=［000］的轉置，HT是H的轉置。H稱為監(jiān)督矩陣，一旦H給定，信息位和監(jiān)督位之間的關系也就確定了。H為r×n階矩陣，H矩陣每行之間是彼此線性無關的。H矩陣可分成兩部分其中,P為r×k階矩陣，Ir為r×r階單位矩陣?？梢詫懗蒆=［PIr］形式的矩陣稱為典型監(jiān)督矩陣。HAT=0T，說明H矩陣與碼字的轉置乘積必為零，可以用來作為判斷接收碼字A是否出錯的依據(jù)。若把監(jiān)督方程補充為下列方程其中稱為生成矩陣，由G和信息組就可以產(chǎn)生全部碼字。G為k×n階矩陣，各行也是線性無關的。生成矩陣也可以分為兩部分，即其中Q為k×r階矩陣,Ik為k階單位陣?？梢詫懗墒叫问降腉矩陣，稱為典型生成矩陣。非典型形式的矩陣經(jīng)過運算也一定可以化為典型矩陣形式。漢明碼一般來說，若碼長為n，信息位數(shù)為k，則監(jiān)督位數(shù)為r=n-k。如果希望用r個監(jiān)督位構造出r個監(jiān)督關系來指示一位錯碼的n種可能位置，則要求：上例中的(7，4)漢明碼最小碼距d0=3，可知這種碼能糾正一個錯碼，監(jiān)測兩個錯碼，其編碼效率為InterfacingDataprocessingdevices(ordataterminalequipment,DTE)donot(usually)includedatatransmissionfacilitiesNeedaninterfacecalleddatacircuitterminatingequipment(DCE)e.g.modem,NICDCEtransmitsbitsonmediumDCEcommunicatesdataandcontrolinfowithDTEDoneoverinterchangecircuitsClearinterfacestandardsrequiredDataCommunicationsInterfacingCharacteristicsofInterfaceMechanicalConnectionplugsElectricalVoltage,timing,encodingFunctionalData,control,timing,groundingProceduralSequenceofeventsV.24/EIA-232-FITU-Tv.24OnlyspecifiesfunctionalandproceduralReferencesotherstandardsforelectricalandmechanicalEIA-232-F(USA)RS-232MechanicalISO2110Electricalv.28Functionalv.24Proceduralv.24MechanicalSpecificationMechanicalSpecificationElectricalSpecificationDigitalsignalsValuesinterpretedasdataorcontrol,dependingoncircuitMorethan-3visbinary1,morethan+3visbinary0(NRZ-L)Signalrate<20kbpsDistance<15mForcontrol,morethan-3visoff,+3visonElectricalSpecification16進制數(shù)據(jù)55aaH，當采用8位數(shù)據(jù)位、1位停止位傳輸時，它在信號線上的波形如圖1(TTL電平)和圖2(RS-232電平)所示。

FunctionalSpecificationCircuitsgroupedincategoriesDataControlTimingGroundOnecircuitineachdirectionFullduplexTwosecondarydatacircuitsAllowhaltorflowcontrolinhalfduplexoperationLocalandRemoteLoopbackProceduralSpecificationE.g.AsynchronousprivatelinemodemWhenturnedonandready,modem(DCE)assertsDCEreadyWhenDTEreadytosenddata,itassertsRequesttoSendAlsoinhibitsreceivemodeinhalfduplexModemrespondswhenreadybyassertingCleartosendDTEsendsdataWhendataarrives,localmodemassertsReceiveLineSignalDetectoranddeliversdataDialUpOperation(1)DTE就緒(20)發(fā)送電話號碼(2)振鈴指示(22)DTE就緒(20)DCE就緒產(chǎn)生載波(6)DialUpOperation(2)檢測到載波(8)DCE就緒(6)接收數(shù)據(jù)(3)–在線檢測到A的載波(8)DialUpOperation(3)DTE請求發(fā)送RTS(4)DCE允許發(fā)送CTS(5)發(fā)送數(shù)據(jù)(2)接收數(shù)據(jù)(3)(1)命令行的基本格式如下:AT命令［參數(shù)］命令［參數(shù)］……回車命令可以有參數(shù)或沒有參數(shù)(用方括號表示可選擇),命令的參數(shù)通常是0(缺省值)或1。若要求Modem自動連接一個外地用戶的計算機,我們首先