Коды, исправляющие ошибки

Следующий пример, хотя и несколько искусственный, представляет случай, когда возможно точное согласование передатчика с каналом. В канале имеется два символа 0 и 1, а шум воздействует на блоки из семи символов. Все эти восемь возможностей равновероятны.

Эффективный код, обеспечивающий полную коррекцию ошибок и передачу со скоростью C, представляет собой следующее (он найден по методу, предложенному Р. Хэммингом).

Пусть блок из семи символов будет X₁X₂, …, X₇ . Из них X₃, X₅, X₆, X₇ – символы сообщения и выбираются произвольным источником. Остальные три символа избыточные и вычисляются следующим образом:

X₄ выбирается так, чтобы α = X₄ + X₅ + X₆ + X_7,

X₂ выбирается так, чтобы β = X₂ + X₃ + X₆ + X_7,

X₁ выбирается так, чтобы γ = X₁ + X₃ + X₅ + X₇ были четными.

Когда принят блок из семи символов, вычисляются α, β, γ и если какое-либо из них окажется четным, то считаем его нулем, если же нечетным, то единицей. Двоичное число αβγ даст тогда индекс того X_i, которое оказалось ошибочным (если получится 0, то блок принят без ошибок).

Таким образом, мы нашли способ обнаруживать и исправлять ошибки в четырехэлементных кодовых комбинациях, но для этого нам пришлось увеличить комбинацию почти вдвое. Произошла потеря в скорости передачи сообщения.

Итак, избыточность позволяет обнаруживать (а в более сложных случаях и исправлять) ошибки. Однако, эту избыточность необходимо создавать специальным образом, как это следует из примеров.

Обнаружение ошибок в технике связи — действие, направленное на контроль целостности данных при записи/воспроизведении информации или при её передаче по линиям связи. Исправление ошибок (коррекция ошибок) — процедура восстановления информации после чтения её из устройства хранения или канала связи.

Для обнаружения ошибок используют коды обнаружения ошибок, для исправления — корректирующие коды (коды, исправляющие ошибки, коды с коррекцией ошибок, помехоустойчивые коды).

По способу работы с данными коды, исправляющие ошибки, делятся на блоковые, делящие информацию на фрагменты постоянной длины и обрабатывающие каждый из них в отдельности, и свёрточные, работающие с данными как с непрерывным потоком.

Блоковые коды

1. Линейные коды общего вида (Минимальное расстояние и корректирующая способность – исправляет; Коды Хемминга – исправляет 1 ошибку)

2. Линейные циклические коды (Порождающий полином; Коды CRC(cyclicredundancycheck - циклическая избыточная проверка) – обнаруживают; Коды БЧХ – исправляет; Коды коррекции ошибок Рида-Соломона – исправляет).

21. Качество обслуживания в пакетных сетях. Типы QoS.

Основные понятия качества обслуживания

Основной движущей силой развития сети являются приложения. Вответ на постоянно растущие требования приложений кпропускной способности сети появляются новые высокоскоростные технологии. Перенос вкомпьютерные сети новых видов трафика,например IP-телефонии,аудио- ивидеовещания, привел кпоявлению новых требований, связанных собеспечениемнизкого уровня задержек пакетов, поддержкойгрупповой доставки пакетов ит. д.

Простое повышение пропускной способности сети уже больше не является гарантией того, что разнообразные приложения, работающие всети, получат то обслуживание, которое им требуется.

Экстенсивный путь развития, когда каналы икоммуникационное оборудование сети заменяется другим, на порядок более производительным, дает быстрый желаемый результат – приложениям обычно достается необходимая для их качественной работы доля пропускной способности, при этом задержки из-за ожидания пакетов в очередях (неотъемлемаяособенность сетей этого типа) становятся неощутимыми.

Стечением времени количество пользователей сети растет,приложения становятся более ресурсоемкими, исеть начинает испытывать перегрузки.

Нужны новые механизмы качества обслуживания, учитывающие все многообразие требований, предъявляемых приложениями ксети, и предоставляющих каждому приложению тот уровень качества обслуживания, который ему необходим. Такие механизмы иработают всоставе службы QoS,являющейся своего рода «распорядителем» пропускной способности каналов ипроизводительности коммуникационных устройств, контролируя ирегулируя потребление ресурсов сети трафикомотдельных пользователей иих групп.

Типы QoS

Понятие качества обслуживания впакетных сетях является сугубо статистическим. Вусловиях, когда пакеты передаются конечными узлами в сеть вслучайные моменты времени, очереди вкоммуникационных устройствах тоже представляют собой случайные процессы, что приводит к тому, что мгновенная скорость потока данных изадержки пакетов также носят случайныйхарактер.Поэтому все параметры, которыми измеряется качество обслуживания впакетных сетях, являются статистическими. Как правило, это средние значения (математическое ожидание) ивариации (дисперсии) скорости информационного потока изадержек пакетов. Нет смысла говорить озадержке отдельного пакета или оскорости потока на очень маленьком промежутке времени, соизмеримом со временем передачи одного пакета.

Числовые оценки качества обслуживания могут быть на практике измерены путем усреднения соответствующих величин на каком-либо заранее оговоренном промежутке времени.

Типы QoSразличаются по степени «строгости», то есть по тому, насколько твердо сервис QoSможет гарантировать обеспечение определенных значений характеристик QoS– пропускной способности, задержек, вариаций задержек, уровня потерь пакетовит.п.

Можно выделить три типа служб QoS.

Сервис по мере возможности(смаксимальными усилиями), который также можно назвать отсутствием QoS,обеспечивает взаимодействие конечных узлов без каких бы то ни былогарантий. Типичные представители таких услуг –классические сетиEthernetили IP;которыене делают никаких различий между пакетами отдельных пользователей иприложений иобслуживают эти пакеты на основании принципа FIFO.

Сервис спредпочтением(называемый также «мягким» сервисом QoS)–некоторые типы трафикаобслуживаются лучше, чем остальные. Для пакетов предпочтительного типа трафика подразумеваютсяболее быстрая обработка, всреднем больше пропускной способности именьше потерь данных. Это статистическое предпочтение, ане численно выраженные гарантии. Точные значения параметров QoS,которые получат приложения врезультате работы службы QoSэтого типа, неизвестны изависят от характеристик предлагаемого сети трафика.Например, если высокоприоритетныйтрафикпредлагает сети вданный момент времени низкую интенсивность своих пакетов, то низкоприоритетный трафикможет вэто время получать весьма качественное обслуживание –значительную пропускную способность инизкие задержки. Однако при изменении ситуации, когда высокоприоритетный трафикначинает посылать всеть свои пакеты свысокой интенсивностью, низкоприоритетный трафик может вообще некоторое время не обслуживаться.

Гарантированный сервис(называемый также «жестким», или «истинным», сервисом QoS)дает статистические численные гарантии различным потокам трафика.Обычно такой вид QoSоснован на предварительном резервировании сетевых ресурсовдля каждого из потоков, получившимгарантии обслуживания. Трафик,которому выделили ресурсы, гарантированно имеет при прохождении через сеть те параметры пропускной способности или задержек, которые определены для него вчисловом виде (конечно, если источники этоготрафикане нарушают оговоренных для них условий игенерируют не больше пакетов, чем предполагалось). Службы такого типа способны, например, гарантировать приложению условленную пропускную способность, не уменьшающуюся ни при каких обстоятельствах, какой бы перегруженной сеть не становилась. Следует отметить, что гарантии носят статистический характер, то есть можно гарантировать некоторое числовое значение какого-либо параметра только снекоторой вероятностью, пусть очень высокой, но, естественно, неравной 1. Второй составляющей такого режима работыслужбы QoSявляется входной контроль потоков, которым даны гарантии. Действительно, соблюдать данные гарантии можно только в том случае, если интенсивности входящих всеть потоков не превышают предельных заранее оговоренных значений. Впротивном случае поток будет потреблять больше ресурсов, чем ему выделялось, азначит, другим потокам достанется меньше, чем было запланировано, игарантии для них соблюдены не будут.

Эти три подхода кработе служб QoSне исключают, адополняют друг друга. Врезультате их комбинирование позволяет учесть разнообразные требования приложений иразличные условия работы сети.

Соглашение об уровне обслуживания

Качество обслуживания может рассматриваться сдвух позиций.

Во-первых, сточки зрения потребителятранспортных услуг сети, когда характеристики качества обслуживания выступают как некоторые желательные условия, обеспечивающие нормальную работу приложений. Во-вторых, сточки зрения поставщика услуг (или администратора корпоративной сети), для которого качество обслуживания —это фактические характеристики работы сети, наблюдаемые врезультате ее мониторинга

Естественной основой нормального сотрудничества поставщика ипотребителя является договор, который вданном случае называется соглашением об уровне обслуживания (ServiceLevelAgreement, SLA).Вэтом договоре поставщик услуг иего клиент определяют следующие позиции.

• Параметры качества обслуживания трафика: средняя пропускная способность, максимальные задержки ивариации задержек, максимальная интенсивность потерь данных, коэффициент готовности сервиса, максимальное время восстановления сервиса после отказаит. д.).

• Методы измерения параметров качества обслуживания.

• Определение платы за обслуживание. Система оплаты может быть достаточно сложной, особенно если соглашение предусматривает несколько уровней качества обслуживания, которые оплачиваются по разным тарифам.

и т.п.

Многие поставщики услуг предлагают своим клиентам типовые контракты SLA. В них не только определен перечень характеристик качества обслуживания, но даже иих конкретные числовые значения.