СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 2011 года по МПК H04L1/16 H04L9/00 

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств передачи информации в вычислительных сетях.

Известны способы передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью (см., например, [1] стр.395-427, [2], патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004 [3], патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004 [4]).

В известных способах при наличии искажений дискретных сообщений используют повторную передачу сообщений. При этом по каналу обратной связи передают либо принятые сообщения (системы с информационной обратной связью), либо решение о правильном или ошибочном приеме сообщений (системы с решающей обратной связью). Применение обратной связи обеспечивает высокую достоверность передаваемой информации.

В системах с повторением передач и обратной связью избыточность зависит от реального отношения сигнал/помеха и является величиной случайной, поскольку ее вводят по мере возникновения ошибок. В связи с этим при прочих равных условиях избыточность в системах с повторением передач и обратной связью может быть значительно меньше избыточности, вводимой в каждую кодовую комбинацию для обнаружения и исправления ошибок и достаточной для заданной достоверности передачи информации [1].

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ, описанный в [4]. Способ заключается в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на символы длиною n бит, формируют дискретное сообщение α в виде последовательности из N символов, формируют копию дискретного сообщения β путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2ⁿ каждого блока α_i, где i=1…N, с блоком β_i-1 в соответствии с выражением β_i=β_i-1+α_i (mod P), α_i, β_i - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит: α_i, β_i - символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, β_i-1 - закодированный символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, запоминают и передают сформированное дискретное сообщение α и его копию β, а на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение α и его копию β, которую предварительно декодируют путем сложения по модулю Р очередного принятого символа β_i, копии дискретного сообщения с предыдущим сопряженным символом этой копии дискретного сообщения, по формуле (mod Р), где ; сравнивают символы принятого дискретного сообщения α с символами декодированной копии дискретного сообщения β_∂, если нет расхождений в двух смежных символах сравниваемого дискретного сообщения α и его декодированной копии β_∂, то заменяют все одиночные искаженные символы принятого дискретного сообщения α символами декодированной копии дискретного сообщения β_∂, передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений; если имеются расхождения в двух смежных символах принятого дискретного сообщения α и его декодированной копии β_∂, кодируют скорректированное принятое дискретное сообщение α аналогично, как и на передающем конце линии связи, сравнивают его с принятой копией дискретного сообщения Р, при этом если нет расхождений в двух смежных символах, то корректируют ошибочно принятые символы дискретного сообщения α и его копии β, а если остаются расхождения в двух и более смежных символах сравниваемого дискретного сообщения α и его копии β, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного дискретного сообщения α и его копии β.

В известном способе при наличии искажений дискретных сообщений используют повторную передачу кодированного сообщения. При этом используемое кодирование позволяет восстанавливать до 25% одиночных символов сообщения, искаженных при передаче.

Общими с заявляемым способом являются признаки: деление входного сигнала на блоки-символы, формирование дискретного сообщения в виде последовательности нескольких блоков-символов, формирование копии дискретного сообщения, запоминание и передача сформированного дискретного сообщения и его копии, на приемном конце линии связи запоминание принятого дискретного сообщения и его копии; исправление одиночных искаженных символов.

Существенным недостатком данного способа для обеспечения защищенности передачи информации в канале с сосредоточенными помехами (помехи, приводящие к возникновению групп подряд идущих ошибок в передаваемом сообщении) является невозможность корректировки двух и более смежных ошибочно принятых символов дискретного сообщения и(или) его копии, что приводит к резкому возрастанию среднего числа передач каждого дискретного сообщения, обеспечивающего требуемую надежность связи, и, следовательно, резкому уменьшению скорости передачи информации.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в обеспечении возможности корректировки двух и более смежных ошибочно принятых символов дискретного сообщения и(или) его копии, возникающих в канале с сосредоточенными помехами.

Решение указанной задачи достигается тем, что в известном способе передачи дискретной информации в системах с обратной связью, заключающемся в осуществлении деления на передающем конце линии связи входного сигнала на символы длиною n бит, формировании дискретного сообщения α в виде последовательности из N символов, формировании копии дискретного сообщения β путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2ⁿ каждого символа α_i, где i=1…N, с символом β_i-1 в соответствии с выражением β_i=β_i-1+α_i (mod P), где α_i - i-й символ дискретного сообщения, β_i - закодированный символ, соответствующий символу α_i сформированного дискретного сообщения, β_i-1 - закодированный символ, соответствующий символу α_i-1 сформированного дискретного сообщения, запоминании и передаче их по каналу связи, согласно изобретению на передающем конце линии связи предварительно осуществляют разбиение передаваемого дискретного сообщения α на K блоков по М символов

(a ₁, a ₂, …, a _M), (a _M+1, a _M+2, …, a _2M), …, (a _(K-1)M+1, a _(K-1)M+2, …, a _KM), для N=KM,

или

(a ₁, a ₂, …, a _M), (a _M+1, a _M+2, …, a _2M), …, (a _(K-1)M+1, a _(K-1)M+2, …, a _N, 0, 0, …, 0),

для N≠KM,

и перегруппировку K блоков по М символов в М блоков по K символов

(a ₁, a _M+1, …, a _(K-1)M+1), (a ₂, a _M+2, …, a _(K-1)M+2), …, (a _M, a _2M, …, a _KM), для N=KM,

или

(a ₁, a _M+1, …, a _(K-1)M+1), …,(a _i, a _M+i, …, a _N), (a _i+1, a _M+i+1, …, 0), …, (a _M, a _2M …, 0),

для N≠KM,

аналогичным образом осуществляют разбиение и перегруппировку копии передаваемого сообщения β, на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение α' и его копию β', осуществляют обратную перегруппировку путем разбиения принятого дискретного сообщения α' на M блоков по K символов

(a ₁, a ₂, …, a _K), (a _K+1, a _K+2, …, a _2K), …, (a _(M-1)K+1, a _(M-1)K+2, …, a _KM), для N=KM,

или

(a ₁, a ₂, …, a _K), (a _K+1, a _K+2, …, a _2K), …, (a _(M-1)K+1, a _(M-1)K+2, …, a _N, 0, 0, …, 0),

для N≠KM,

и перегруппировки М блоков по K символов в K блоков по М символов

(a ₁, a _K+1, …, a _(M-1)K+1), (a ₂, a _K+2, …, a _(M-1)K+2), …, (a _K, a _2K, …, a _KM), для N=KM,

или

(a ₁, a _K+1, …, a _(M-1)K+1), …, (a _i, a _K+i, …, a _N), (a _i+1, a _K+i+1, …, 0), …, (a _K, a _2K, …, 0),

для N≠KM,

аналогичным образом осуществляют разбиение и обратную перегруппировку копии принятого дискретного сообщения β', проводят процедуру восстановления одиночных искаженных символов перегруппированного дискретного сообщения α и его копии β, для чего для каждого символа α_i дискретного сообщения и соответствующего ему символа β_i копии дискретного сообщения проверяют на истинность следующие тождества:

если истинны все тождества или истинно тождество (1) и ложны тождества (2) и (3), то символы α_i и β_i приняты безошибочно, если истинно тождество (2) и ложны тождества (1) и (3), то восстанавливают блок а_i, по формуле (mod Р), где , если истинно тождество (3) и ложны тождества (1) и (2), то восстанавливают блок β_i по формуле β_i=α_i+β_i-1 (mod Р), если символы α_i и β_i приняты безошибочно или восстановлены, то переходят к проведению процедуры восстановления (i+1)-го блока, в противном случае имеются расхождения в двух и более смежных символах принятого дискретного сообщения и его копии после обратной перегруппировки, передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения и его копии.

В совокупности признаков заявленного способа используется следующая терминология и обозначения:

- дискретное сообщение - это сообщение, записанное в двоичном коде и представленное сигналом в виде последовательности нулевых и единичных бит;

- символ - это число, записанное в виде знаков двоичной системы счисления и представленное в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит;

- копия дискретного сообщения - дискретное сообщение, получаемое путем кодирования некоторого сообщения и служащее для восстановления символов этого сообщения;

- сложение чисел α и β по модулю р означает, что два числа складываются обычным образом, а их сумма переводится в конечное множество с помощью сравнения по модулю р;

- смежные символы - символы одного или нескольких дискретных сообщений, индексы которых совпадают или отличаются не более чем на единицу;

- ошибочно принятые символы α_i или β_i являются одиночными, если все символы α_i-1, α_i, α_i+1, β_i-1, β_i, β_i+1 являются правильно принятыми, кроме самих α_i или β_i, соответственно;

≡ - отношение сравнимости (α≡β (mod p)) - α сравнимо с р по модулю р: два числа α и β называются сравнимыми по модулю р, если при делении обоих чисел на р их остатки равны.

Эти отличительные признаки по сравнению с прототипом позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

Сущность изобретения заключается в следующем. При воздействии сосредоточенной помехи в передаваемом дискретном сообщении возникает группа ошибок. После проведения процедуры обратной перегруппировки ошибочно принятые группы подряд идущих символов распределяются по всему дискретному сообщению в виде одиночных ошибок, после чего возможно их исправление с помощью тождеств (1)-(3). Количество символов М в блоках выбирается по результатам дополнительного анализа сосредоточенной помехи и может меняться динамически в процессе отправки дискретных сообщений.

В предлагаемом способе передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью перечисленная совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает высокую скорость передачи информации в канале с сосредоточенными помехами за счет гарантированного восстановления ошибочно принятых групп подряд идущих символов в передаваемом сообщении.

Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к увеличению скорости передачи информации в системах с повторением передач и обратной связью в условиях сосредоточенных помех и активных вторжений с гарантированным восстановлением ошибочно принятых групп символов (т.е. до 25% ошибочно принятых символов), позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью может быть реализован программно с помощью ЭВМ или вычислительного устройства, структура которого представлена на фигуре 1, где обозначено:

1 - кодирующее устройство;

2 - перегруппирующее устройство;

3 - первое запоминающее устройство;

4 - первый передатчик;

5 - линия связи;

6 - второй приемник;

7 - второе запоминающее устройство;

8 - устройство, осуществляющее обратную перегруппировку;

9 - декодирующее устройство.

10 - первый приемник;

11 - второй передатчик.

На фигуре 2 представлена блок-схема кодирующего устройства, где обозначено:

12 - сумматор по модулю Р;

13 - линия задержки на один символ.

На фигуре 3 представлена блок-схема декодирующего устройства, где обозначено:

14 - сумматор по модулю Р;

15 - вычитающее устройство;

16 - линия задержки на один символ.

Защищаемая информация поступает на кодирующее устройство 1, в котором происходит деление входного сигнала на блоки, формирование дискретного сообщения в виде последовательности нескольких блоков и формирование копии этого дискретного сообщения. Далее сформированное дискретное сообщение и его копия поступают в перегруппирующее устройство 2, где осуществляют разбиение передаваемого дискретного сообщения и его копии на k блоков по m символов и перегруппировку k блоков по m символов в m блоков по k символов. Перегруппированное дискретное сообщение и его перегруппированную копию запоминают в устройстве 3. Затем передатчик 4 отправляет перегруппированное дискретное сообщение и его перегруппированную копию в линию связи 5. На другом конце линии связи перегруппированное дискретное сообщение и его перегруппированная копия через приемник 6, предварительно сохраненные в устройстве 7, поступают в устройство 8, где происходит обратная перегруппировка дискретного сообщения и его копии. Далее дискретное сообщение и его копия поступают в декодирующее устройство 9, где происходит восстановление исходного сообщения. В случае если восстановление исходного сообщения невозможно из-за наличия количества ошибочно принятых символов, большего 25%, через передатчик 11 передают запрос на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения.

Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в устройство, реализующее способ, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.

Источники информации

1. С.И.Бычков. Космические радиотехнические комплексы. М.: "Советское радио", 1967.

2. Л.М.Финк. Теория передачи дискретных сообщений. М.: "Советское радио", 1963.

3. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004.

4. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004.

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, в частности к передаче информации в вычислительных сетях. Техническим результатом является обеспечение возможности корректировки двух и более смежных ошибочно принятых символов дискретного сообщения и/или его копии, возникающих в канале с сосредоточенными помехами. Указанный технический результат достигается тем, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на символы длиною n бит, формируют дискретное сообщение α в виде последовательности из N символов, копию дискретного сообщения β путем кодирования посредством сложения по модулю P=2ⁿ каждого символа α_i, где i=1…N, с символом β_i-1 в соответствии с выражением β_i=β_i-1+α_I (mod Р), запоминают и передают их по каналу связи, при этом на передающем конце линии связи предварительно осуществляют разбиение дискретного сообщения α и его копии β на K блоков по М символов и перегруппировку этих блоков в М блоков по K символов, на приемном конце линии связи осуществляют обратные операции и проводят процедуру восстановления одиночных искаженных символов перегруппированного дискретного сообщения α и его копии β. При обнаружении ошибки передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения и его копии. 3 ил.

Способ передачи дискретных сообщений в системах с обратной связью, заключающийся в осуществлении деления на передающем конце линии связи входного сигнала на символы длиною n бит, формировании дискретного сообщения α в виде последовательности из N символов, формировании копии дискретного сообщения β путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2ⁿ каждого символа α_i, где i=1…N, с символом β_i-1 в соответствии с выражением β_i=β_i-1+α_i (mod Р), где α_i - i-й символ дискретного сообщения, β_i - закодированный символ, соответствующий символу α_i сформированного дискретного сообщения, β_i-1 - закодированный символ, соответствующий символу α_i-1 сформированного дискретного сообщения, запоминании и передаче их по каналу связи, отличающийся тем, что на передающем конце линии связи предварительно осуществляют разбиение дискретного сообщения α и его копии β на К блоков по М символов, при этом (К-1)·M<N≤KM, перегруппируют К блоков по М символов дискретного сообщения α и его копии β в М блоков по К символов, на приемном конце линии связи осуществляют разбиение принятого дискретного сообщения α' и его копии β' на М блоков по К символов, перегруппируют М блоков по К символов принятого дискретного сообщения α' и его копии β' в К блоков по М символов и проводят процедуру восстановления одиночных искаженных символов перегруппированного дискретного сообщения α и его копии β, путем проверки для каждого символа α_i дискретного сообщения и соответствующего ему символа β_i копии дискретного сообщения истинности следующих тождеств:

если истинны все тождества или истинно тождество (1) и ложны тождества (2) и (3), то символы α_i и β_i приняты безошибочно, если истинно тождество (2) и ложны тождества (1) и (3), то восстанавливают блок α_i по формуле (mod P), где , если истинно тождество (3) и ложны тождества (1) и (2), то восстанавливают блок β_i по формуле β_i=α_i+β_i-1 (mod Р), если символы α_i и β_i приняты безошибочно или восстановлены, то переходят к проведению процедуры восстановления (i+1)-го блока, в противном случае имеются расхождения в двух и более смежных символах принятого дискретного сообщения и его копии после обратной перегруппировки, передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения и его копии.