Розробка й оцінка ефективності способу забезпечення вірності даних для інформаційно – телекомунікаційної мережі

НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут інформаційно − діагностичних систем

Кафедра комп’ютеризованих  систем захисту інформації

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунково  – графічна РОБОТА

 

 

З дисципліни “Теорія інформації та кодування”

 

Для студентів інституту інформаційно – діагностичних систем напряму: 6.170103 “Управління інформаційною безпекою”

 

на тему: “Розробка й оцінка ефективності способу забезпечення вірності даних для інформаційно – телекомунікаційної мережі”

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав: студент  групи 331

         Кравчинський М.

Перевірив:                                                   доцент кафедри Комп’ютеризованих засобів захисту інформації Василенко Вячеслав Сергійович

 

 

 

 

 

 

2012

ЗАВДАННЯ НА РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНУ РОБОТУ

З дисципліни „Теорія  інформації ” належить виконати курсову роботу на тему “Вибір й оцінка ефективності способу забезпечення вірності даних ” для інформаційно-телекомунікаційної мережі з максимальною відстанню передачі 5*С км (С − номер прізвища за журнальним списком) при використовуванні завадостійких кодів відповідно до таблиці варіантів з використанням кожного із двох способів контролю чи забезпечення цілісності інформаційного повідомлення, параметрів завадостійких кодів при співвідношенні сигнал/завада в точці прийому

h² = N_гр/100+ 0,3·N

(N_гр − номер групи), технічній швидкості передачі даних 64 кБ/с та довжині інформаційної частки повідомлення (кодового слова) − М = 1024 байтів.

Варіант (kвар)	Номер за журн. списком (С)	Способи забезпечення потрібної  вірності передачі даних		Вид модуляції	Тип середовища поширення сигналу
3	13 − 19	ЗКК (ЛХ – код)	ВЗЗ (цикл. код)	ФМ, ЧМ	Оптоволоконний кабель

 

C = 15

N_гр = 332

В якості циклічного коду обираємо код із утворюючим поліномом 

х^kвар + х + 1;

x³ + x + 1

ЛХ - код - лишково - Хеммінгів код з можливістю виявлення та виправлення пакетів викривлень, розрядність яких b дорівнює номеру варіанту, тобто

b = k_вар;

РЕФЕРАТ

 

Об’єкт розроблення  – системи передачі даних з використанням завадостійких кодів.

В основу даної курсової роботи покладено здійснення вибору й оцінка ефективності способу забезпечення вірності даних для інформаційно-телекомунікаційної мережі при використовуванні завадостійкого коду з використанням двох способів контролю чи забезпечення цілісності інформаційного повідомлення.

Об’єкт дослідження – інформаційно-телекомунікаційна мережа з максимальною відстанню передачі 80 км при використовуванні завадостійкого корегуючого коду – лишково - Хеммінгового коду – та вирішального зворотного зв’язку на основі циклічного коду при співвідношенні сигнал/завада в точці прийому h² = 8,12 , технічній швидкості передачі даних 64 кБ/с та довжині інформаційної частки повідомлення (кодового слова)− М=1024байтів =8192 біта

Мета роботи - зробити висновки щодо придатності використання систем передачі даних з вирішальним зворотним зв'язком та з використанням завадостійкого корегуючого коду.

Були здійснені визначення та аналіз умов передачі даних і  можливих показників оцінки ефективності. При визначенні умов передачі розраховується максимальна відстань передачі та співвідношення сигнал/завада в точці прийому. Визначили необхідність застосування перемежування інформації (декореляції помилок) при її передачі в заданих умовах. Визначили можливі показники оцінки ефективності, для цього визначили та проаналізували можливі способи організації передачі даних.

Метод дослідження – проектування з підбором оптимальних варіантів побудови системи передачі даних при використовуванні завадостійких кодів .

Всі розрахунки було здійснено  за допомогою ПЗ Mathcad, version 14.0.

 

ЗМІСТ

 

Перелік умовних позначень………………………………………………….5

Вступ…………………………………………………………………………..6

1. Аналіз умов передачі даних (відповідно до варіанту) і показників оцінки її ефективності……………………………………………………………8
2. Аналіз потрібної глибини перемежування та можливих способів організації передачі даних і обґрунтування заданого……………………….. 10
3. Методичні рекомендації із формування інформаційних кадрів……... 15
4. Розробка процедури завадостійкого кодування – декодування……....16
1. Порівняння систем передачі по швидкості……………………………16
1. Для систем, що використовують завадостійкий коригуючий код (ЗКК)………………………………………………………………………16
2. Для ВЗЗ з очікуванням (стартстопний метод передачі)………...18
3. Для ВЗЗ з поcлідовним (потоковим) методом передачі………...19
4. Для ВЗЗ з адресним перезапитом комбінацій (вибірковою передачею)……………………………………………………………….. 20
2. Порівняння систем передачі по вірності передачі інформації……….23
1. Порушення цілісності інформації (викривлення) виявлено……23
2. Виявлене викривлення виправлене………………………………24
3. Порівняння систем по комплексній характеристиці………………….25

Висновки……………………………………………………………………..27

Список використаної літератури………………………………………… ..29

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ

СПД - система передачі даних.

ВЗЗ - вирішальний зворотний зв'язок.

ЗКК - завадостійкий корегуючий код.

ЧМ – частотна модуляція.

ФМ – фазова модуляція

БКС - базові кодові слова.

УКС - узагальнене кодове слово.

В - технічна швидкість передачі інформації.

М – довжина інформаційної частки повідомлення (кодового слова).

D – максимальна відстань передачі.

h² – співвідношення сигнал/завада в точці прийому.

m – кількість інформаційних  символів.

n – допустиме значення  довжини повідомлення.

n_вик – кількість викривлень.

k – кількість надлишкових  символів коду.

р_пом − ймовірність викривлення одного символу (біта).

R – відносна швидкість коду.

l - інтенсивність викривлень в каналі зв’язку.

t_с - часова тривалість повідомлення.

t_к − час, необхідний для передачі БКС.

t_оч − час очікування.

t_р − час поширення сигналу від передавача до приймача.

t_q − час декодування (пошуку наявності помилки) прийнятого повідомлення.

t_ас − час прийому й аналізу сигналів квитанцій.

Е – ефективність СПД.

λ_г − граничне значення інтенсивності завад.

V − швидкість передачі сигналу в середовищі поширення.

ВСТУП

 

Термін інформація –  латинського походження (informatio), означає роз’яснення, повідомлення, поінформованість. Спочатку це слово вживалося для позначення відомостей, що передавалися людьми усно, письмово або за допомогою інших сигналів (умовних, звукових тощо). Дати чітке визначення цього поняття неможливо, як неможливо дати чітке визначення точки, прямої, матерії та інших базових понять з різних наук. Тому під інформацією в побуті розуміють відомості про навколишній світ, процеси, що відбуваються в ньому і сприймаються людиною або спеціальними пристроями. Під інформацією в техніці розуміють повідомлення, що передаються у формі знаків або сигналів. Під інформацією в теорії інформації розуміють не будь-які відомості, а лише ті, які знімають або істотно зменшують існуючу невизначеність.

В курсі теорії інформації вивчаються проблеми синтаксичного рівня теоретичних основ побудови систем зв’язку, що стосуються створення, основних показників функціонування, які були б близькі до гранично можливих.

Інакше кажучи, розгляду підлягають питання доставки одержувачу інформації як сукупності знаків. При цьому послідовністю ігноруються смисловий і прагматичний її зміст. Синтаксична міра інформації має практичну цінність тому, що цікавить зрештою одержувача, в той час як семантична інформація укладена в заданій послідовності знаків або первинних сигналів. Чим більше знаків передаються в певний інтервал часу, тим в середньому більше передається і смислової інформації.

Можна сказати, що при  розгляді процесу передачі інформації (або сигналу – фізичний процес, що поширюючись в середовищі може переносити певну інформацію) головними є два аспекти:

1. Швидкість доставки  або передачі;

2. Достовірність та  цілісність даних, що передаються.

Для оптимальної передачі інформації потрібно вжити таких  заходів для підвищення ефективності передачі інформації. В теорії інформації розглядають 2 основних метода оптимізації передавального процесу: передача інформації з використанням завадостійкого корегуючого кодування та передача даних з вирішальним зворотним зв’язком.

В даній курсовій роботі я намагатимусь дослідити, що ж краще використовувати в даній телекомунікаційній мережі - завадостійке корегуюче кодування чи вирішальний зворотний зв'язок. При заданих методах для завадостійкого кодування лишкові-Хеммінгів код, а для вирішального зворотного зв’язку циклічний код та при використанні двох видів модуляції для кожного з цих кодів згідно з варіантом (ФМ, ЧМ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аналіз умов передачі даних  і показників оцінки її ефективності

 

В даному розділі здійснюється визначення та аналіз умов передачі даних і можливих показників оцінки ефективності.

Початкові дані:

N_гр = 332 - номер групи;

С = 15 - номер за списком

Визначаємо умови передачі:

1. Максимальна відстань передачі:

D = 5×С км

D = 5×15 = 75 км,

 

2. Визначаємо співвідношення сигнал/завада в точці прийому:

h² = N_гр / 100 + 0,3* С = 332 / 100 + 0,3*15 = 7.82 

 

3. Технічна швидкість передачі даних, яка задана в завданні:

64 кБ/с = 524288 біт/с;

 

4. Довжина інформаційної частини повідомлення:

M = 1024 байт = 8192 біт

 

Розрахунки ведемо для фазової та для частотної модуляцій.

Аналізуємо спроможність заданого коду визначати наявність тієї кількості  викривлень чи визначати наявність  і виправляти ту кількість викривлень, яка можлива в повідомленні при  даному співвідношенні сигнал/завада в точці прийому:

р_пом = - ймовірність викривлення одного символу (біта)

α - коефіцієнт, який залежить від виду модуляції

 

ФМ: α² = :

р_пом =1.984*10^-3 - імовірність того, що будь-який біт повідомлення буде викривлено при передачі даних

 

n_вик = М·р_пом,

n_вик = 16.252- кількість викривлень при даному співвідношенні сигнал/завада.

Отже глибина перемежування рівна 17.

 

ЧМ: α² = 1

р_пом = 1*10^-3 - імовірність того, що будь-який біт повідомлення буде викривлено при передачі даних

 

n_вик = М·р_пом,

n_вик = 82.086- кількість викривлень при даному співвідношенні сигнал/завада.

Отже глибина перемежування  рівна 83

Виходячи з отриманих  даних, можна стверджувати, що за даних  умов використання ФМ для передачі сигналу буде ефективнішим, оскільки ймовірність появи помилок при використанні фазової модуляції значно нижча ніж при використанні частотної модуляції.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Визначення глибини перемежування  інформації

 

При використанні завадостійких кодів  в реальних каналах зв’язку виникають  певні ускладнення, пов’язані, наприклад, з тим, що викривлення в повідомленнях найчастіше виникають не у вигляді поодиноких, а у пакетів помилок. Це дуже характерно для будь-яких каналів передачі. В результаті чого помилки викликають викривлення інформації на приймальному боці та неможливість її повного використовування тому, що було під час передачі порушено повноту та цілісність інформації.

В той же час кожен із завадостійких кодів має обмеження щодо кратності тих викривлень, виявляти чи виявляти та виправляти які він здатен. Тому, в разі перевищення кратності викривлень можливостей заданих для аналізу кодів, слід визначити необхідність та умови застосування перемежування інформації.

З цією метою усі повідомлення перед передачею в канал зв’язку  розбивають на певні кодові комбінації - базові кодові слова (БКС), по відношенню до кожного з яких застосовують процедури завадостійкого кодування. З цих БКС формується узагальнене кодове слово (УКС) так, що символи, що входять в одне БКС, передаються не безпосередньо один за одним, а перемежовуються символами інших БКС.