Способ передачи информации в гибридных сетях связи общего пользования на основе эквивалентных кодов Рида-Соломона Российский патент 2025 года по МПК H04L1/00 

Изобретение относится к системам связи, использующим для обмена информацией стек протоколов TCP/IP, к системам передачи информации и может быть использовано для реализации кодеков, где основной задачей является высоконадежная доставка данных с учетом предполагаемых высоких потерь UDP пакетов, которые обеспечивают передачу информационных элементов.

Известны различные технические решения в рассматриваемой области.

Так, известен патент РФ на изобретение №2577484 (МИК H04L 1/12, опублик. 20.03.2016) «Способ гарантированной передачи информации по каналу связи и система для его осуществления». Способ гарантированной передачи информации по каналу связи, при котором на передающей стороне запоминают передаваемые данные в первом массиве, разбивают данные на блоки, кодируют для обнаружения искажений блока данных, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, передачу блоков данных выполняют без получения сообщения от приемной стороны, в заголовке блока данных формируют номер передаваемого блока данных, при поступлении от приемной стороны запросов на повтор передач пронумерованных блоков повторяют передачу соответствующих блоков из первого массива, на приемной стороне декодируют блоки данных, выявляют неискаженные блоки данных. На приемной стороне принятые неискаженные блоки данных запоминают в соответствии с номером блока в соответствующем месте во втором массиве переданных данных, анализируют номера блоков во втором массиве, причем при пропуске одного или нескольких блоков во втором массиве запоминают в третьем массиве заявок на повторную передачу блоков один или последовательность пропущенных номеров и затем формируют сообщения передающей стороне на повторную передачу блоков с соответствующими номерами, при приеме повторно запрошенного блока без искажений в третьем массиве удаляют запись, совпадающую с номером принятого неискаженного блока, причем опрашивают третий массив периодически, через время, достаточное для поступления на приемную сторону запрошенного повторно блока, и при наличии записей в указанном массиве формируют новые сообщения передающей стороне на повторную передачу блоков с соответствующими номерами.

Система для осуществления способа гарантированной передачи информации по каналу связи, содержащая на передающей стороне источник данных, выходы которого соединены с первыми информационными входами первого устройства управления и со входами первого запоминающего устройства, выходы которого соединены с первыми входами мультиплексора, управляющие входы которого соединены с первыми управляющими выходами первого устройства управления, выходы соединены со входами первого кодирующего устройства, управляющие входы которого соединены со вторыми управляющими выходами первого устройства управления, а выходы соединены со входами первого передатчика, выходы которого соединены со входами прямого канала связи «передатчик-приемник», выходы обратного канала связи «приемник-передатчик» соединены со входами первого приемника, выходы которого соединены со входами первого устройства декодирования, выходы которого соединены со вторыми информационными входами первого устройства управления, с третьими выходами которого соединены управляющие входы первого запоминающего устройства, а на приемной стороне выход прямого канала связи «передатчик-приемник» соединен со входом второго приемника, выход которого соединен со входом второго устройства декодирования, первые выходы которого соединены с первыми входами второго устройства управления, первые выходы которого соединены с управляющими входами второго запоминающего устройства, кроме того, с выходом второго кодирующего устройства соединен вход второго передатчика, выход которого соединен со входом обратного канала связи «приемник-передатчик», а выходами приемной стороны являются выходы устройства передачи данных пользователю. На передающей стороне со вторыми входами мультиплексора соединены выходы блока формирования служебных данных, входы которого соединены с информационными выходами первого устройства управления, а на приемной стороне со вторыми выходами второго устройства управления соединены управляющие входы третьего запоминающего устройства, первые выходы которого соединены со вторыми входами второго устройства управления, а вторые выходы соединены с первыми входами блока формирования сообщений, вторые входы которого соединены с третьими выходами второго устройства управления, а выходы соединены со входами второго кодирующего устройства, кроме того, с четвертыми выходами второго устройства управления соединены управляющие входы устройства передачи данных пользователю, информационные входы которого соединены с выходами второго запоминающего устройства.

Известен патент РФ на изобретение №2595556 (МПК H04L 1/12, опублик. 27.08.2016), который по совокупности существенных признаков является наиболее близким к предлагаемому решению, соответственно, принят за прототип. Способ гарантированной передачи информации по каналу связи, при котором на передающей стороне разбивают данные из первого массива передаваемых данных на блоки, кодируют для обнаружения искажений блока данных, добавляют заголовок каждого уровня протокола связи, передачу блоков данных выполняют без получения сообщения от приемной стороны, в заголовке блока данных формируют номер передаваемого блока данных, при поступлении от приемной стороны запросов на повтор передач пронумерованных блоков, повторяют передачу соответствующих блоков из первого массива, на приемной стороне декодируют блоки данных, выявляют неискаженные блоки данных. На приемной стороне формируют исходное значение, равное единице, для номера ожидаемого блока, принятые неискаженные блоки данных запоминают в соответствии с номером блока в соответствующем месте во втором массиве переданных данных, а искаженные блоки отбрасывают и не запоминают во втором массиве, анализируют номера неискаженных блоков, причем при приеме неискаженного блока с номером, совпадающим с номером ожидаемого блока, увеличивают последний на единицу, при приеме неискаженного блока с номером больше номера ожидаемого блока запоминают в третьем массиве заявок на повторную передачу блоков последовательность номеров от текущего значения номера ожидаемого блока до номера на единицу меньше номера принятого неискаженного блока, по указанной последовательности затем формируют сообщения передающей стороне на повторную передачу блоков с соответствующими номерами, а новое значение номера ожидаемого блока устанавливают на единицу больше номера принятого неискаженного блока, при приеме неискаженного блока с номером меньше номера ожидаемого блока идентифицируют прием повторно запрошенного блока, номер ожидаемого блока не изменяют, а в третьем массиве удаляют запись, совпадающую с номером принятого неискаженного блока, причем опрашивают третий массив периодически, через время, достаточное для поступления на приемную сторону запрошенного повторно блока, и, при наличии записей в указанном массиве, формируют новые сообщения передающей стороне на повторную передачу блоков с соответствующими номерами.

Техническая проблема в рассматриваемой сфере состоит в том, что известные решения осуществляют примитивный переспрос поврежденных блоков данных и в полной мере не используют возможности стека протоколов TCP/IP, что в итоге не способствует оперативному восстановлению информационных элементов на приемной стороне.

Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении технических характеристик способа, а именно в использовании механизма децимаций, который обеспечивает более оперативное восстановление информационных элементов на приемной стороне, в максимизации оперативной обработки байтовых структур, в упрощении процесса обработки комбинаций кода Рида-Соломона на приеме, в максимизации эффективного использования кодового расстояния внутри применяемого кода Рида-Соломона.

Достигается технический результат тем, что в способе передачи информации в гибридных сетях связи общего пользования на основе эквивалентных кодов Рида-Соломона, в котором на передающей стороне массив передаваемых данных разбивают на блоки, согласно изобретению, для передачи информации используют кодовые конструкции, построенные по принципу формирования эквивалентных кодов Рида-Соломона и обработки на приеме двойственным базисом поля Галуа, а коды Рида-Соломона представляют в качестве рекуррентных последовательностей, что позволяет использовать механизм децимаций, при этом в первом блоке формируют кодовые комбинации эквивалентного кода Рида-Соломона, далее на вход кодирующего устройства поступают блоки информации, обозначенные как кадры данных, каждый из которых содержит набор информационных элементов, на выходе для каждого кадра данных образуется однородная линейная рекуррентная последовательность, осуществляется выбор характеристики поля k с учетом обработки байтовых структур. Затем происходит упрощение процесса обработки комбинаций кода Рида-Соломона на приеме, приравнивается количество информационных элементов к показателю k, строится код по принципу рекуррентной последовательности максимальной длины с возможностью применения механизма децимаций на приеме, преобразовываются рекуррентные последовательности {S}_i в IP-пакеты, во втором блоке упаковываются рекуррентные последовательности {S}_i в ячейки IP-пакетов, сформированные IP-пакеты передаются на третий блок, который используя транспортный протокол UDP, производит передачу сформированных IP-пакетов в четвертый и пятый блок, содержащий накопители, которые производят регистрацию полных комплектов IP-пакетов, которые формируются с учетом циклической замкнутости общего набора из отправленных IP-пакетов. А в случае приема любого из полных комплектов, инициируется завершение сеанса передачи N кадров данных при помощи TCP-соединения, полный комплект IP-пакетов передается в шестой блок, содержащий блок, который представляет собой декодирующее устройство эквивалентного кода Рида-Соломона на основе двойственного базиса поля Галуа.

Сущность предлагаемого способа определяется следующим графическим материалом, представленным на фигурах:

фиг. 1, на которой представлены шесть блоков, с помощью которых реализуется предлагаемый способ, где:

1 - генератор рекуррентных последовательностей;

2 - преобразователь рекуррентных последовательностей;

3 - сетевое приложение-передатчик;

4 - гибридная сеть связи общего пользования (ГССОП);

5 - сетевое приложение-приемник;

6 - решающее устройство;

фиг. 2, на которой представлена схема реализации блока 1, где 7 - блок, который представляет собой кодирующее устройство несистематического эквивалентного кода Рида-Соломона;

фиг. 3, на которой представлена схема реализации блока 7;

фиг. 4, на которой представлена схема реализации блока 2;

фиг. 5, на которой представлена схема взаимодействия блоков 3, 4 и 5.

фиг. 6, на которой представлена схема реализации блока 6, где:

8 - блок, который представляет собой декодирующее устройство эквивалентного кода Рида-Соломона на основе двойственного базиса поля Галуа.

Блок 1 предназначен для формирования кодовых комбинаций эквивалентного кода Рида-Соломона (255,8), которые будут являться однородными линейными рекуррентными последовательностями.

Блок 7 представляет собой кодирующее устройство несистематического эквивалентного кода Рида-Соломона (255,8) и строится на основе схемы (см. фиг. 3).

На вход кодирующего устройства поступают кадры данных, каждый из которых содержит набор из 8 информационных элементов С₁, С₂, …, С₈.

На выходе схемы (фиг. 3) для каждого кадра данных образуется однородная линейная рекуррентная последовательность {S}_i с периодом 255 элементов, каждый из которых определяется выражением:

,

где e_j - корни характеристического многочлена Р(х), который имеет вид:

.

Поле Галуа GF(2^k) строится на основании неприводимого примитивного многочлена Q(x) степени k. При этом характеристика k определяет разрядность информационного элемента C_ij.

Вначале, осуществляется выбор характеристики поля k с учетом максимально удобной обработки байтовых структур. Предлагается определить значение k=8. Степень Q(x) будет равна 8. Таким образом, каждый информационный элемент будет иметь величину 1 байт.

Многочлен Р(х) степени m определяет количество информационных элементов, которые формируют m-элементные участки однородной линейной рекуррентной последовательности {S}.

Далее происходит упрощение процесса обработки комбинаций кода Рида-Соломона на приеме. Предлагается приравнять количество информационных элементов m к показателю k. Таким образом, должно выполняться равенство m=k. Степени Q(x) и Р(х) будут одинаковы и равны 8.

Далее переходим к достижению максимально эффективного использования кодового расстояния внутри применяемого кода Рида-Соломона. В связи с этим предлагается построить данный код по принципу рекуррентной последовательности максимальной длины с возможностью применения механизма децимаций на приеме. В этом случае выбирается общий характеристический многочлен, определяющий Q(x) и Р(х). Таким образом, должно выполняться равенство Q(x)=P(x). В качестве корней Р(х) задаются сопряженные элементы поля GF(2⁸): е₁=ε, e₂=ε², е₃=ε⁴, е₄=ε⁸, e₅=ε¹⁶, e₆=ε³², e₇=ε⁶⁴, е₈=ε¹²⁸.

Количество кадров данных N на схеме (фиг. 2) в данном случае не обозначено, но дальнейшее преобразование рекуррентных последовательностей {S}_i в IP-пакеты ведет к целесообразному ограничению, которое связано с максимальной полезной длиной IP-пакета без заголовка: 65535-20=65515 байт. Таким образом, благодаря предлагаемому изобретению за один условный сеанс связи обеспечивает передачу от 1 до 65515 кадров данных, то есть от 8 до 524120 байт информации.

Блок 2 производит упаковку рекуррентных последовательностей {S}_i в ячейки IP-пакетов в соответствии со схемой (фиг. 4). Сформированные IP-пакеты передаются в блок 3.

Блок 3 получает сформированные IP-пакеты из блока 2 и взаимодействует с блоком 5 через блок 4, в соответствии со схемой (фиг. 5).

Блок 3, используя транспортный протокол UDP, производит передачу 255 сформированных IP-пакетов в Блок 5. Блок 5 содержит 8 накопителей, которые производят регистрацию полных комплектов IP-пакетов. Каждый полный комплект представляет собой набор из 8 IP-пакетов, которые были приняты из 255 отправленных. Комплекты формируются с учетом циклической замкнутости общего набора из 255 отправленных IP-пакетов. То есть порядковый номер любого IP-пакета г удовлетворяет условию: r+254=r (mod 254).

Возможны также другие варианты комплектов: восемь подряд IP-пакетов; каждый 2-й IP-пакет; каждый 4-й IP-пакет; каждый 8-й IP-пакет; каждый 16-й IP-пакет; каждый 32-й IP-пакет; каждый 64-1Р-пакет; каждый 128-й IP-пакет.

В случае приема любого из полных комплектов, инициируется завершение сеанса передачи N кадров данных при помощи TCP-соединения. Все информационные элементы считаются переданными из блока 3 в блок 5. Полный комплект IP-пакетов передается в блок 6, который реализуется при помощи схемы (фиг. 6), где содержится блок 8, который представляет собой декодирующее устройство эквивалентного кода Рида-Соломона на основе двойственного базиса поля Галуа.

Элементы двойственного базиса определяются из формулы:

где e_i - корни многочлена Р(х).

В случае использования произвольного неприводимого примитивного многочлена Q(x)=P(x)=x⁸+x⁴+x³+x²+1, на основе которого построено поле GF(2⁸), двойственный базис будет иметь вид:

Элементы двойственного базиса позволяют сформировать матрицу Λ, где первая строка содержит элементы двойственного базиса, а каждая следующая определяется путем их возведения в степени 2^j, где j=1…7:

Элементы данной матрицы однозначно определяют значения 8 информационных элементов в кадре данных i по любому последовательному участку рекуррентной последовательности {S}_i.

K

.

Механизм децимаций позволяет определить информационные элементы C_i/1, C_i/2, …, C_i/8 по участку рекуррентной последовательности {S}_i, подвергнутому децимациям.

В общем случае показатель децимации z=0, …, (k-1) определяет индекс децимации η=2^z, который задает шаг формирования обрабатываемых участков рекуррентной последовательности. В данном случае индекс децимации принимает значения η=1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.

Индекс децимации определяется тем полным комплектом IP-пакетов, который был получен из блока 5 на основании правил:

η=1, z=0;

η=2, z=1;

η=4, z=2;

η=8, z=3;

η=16, z=4;

η=32, z=5;

η=64, z=6;

η=128, z=7.

Обработка децимированной последовательности {S}_i двойственным базисом позволяет определить те же информационные элементы C_i/1, C_i/2, …, C_i/8, но циклически сдвинутые на величину показателя индекса децимации z.

Таким образом, благодаря предлагаемому решению улучшаются технические характеристики способа, а именно используется механизм децимаций, который обеспечивает более оперативное восстановление информационных элементов на приемной стороне, происходит максимизация оперативной обработки байтовых структур, упрощается процесс обработки комбинаций кода Рида-Соломона на приеме, происходит эффективное использование кодового расстояния внутри применяемого кода Рида-Соломона.

Изобретение относится к системам связи. Технический результат заключается в оперативном восстановлении информационных элементов при приеме, в ускорении оперативной обработки байтовых структур, в упрощении процесса обработки комбинаций кода Рида-Соломона на приеме, в максимизации эффективного использования кодового расстояния внутри применяемого кода Рида-Соломона. Для этого в способе для передачи информации используют кодовые конструкции, построенные по принципу кодов Рида-Соломона, в первом блоке формируют кодовые комбинации кода Рида-Соломона, на вход кодирующего устройства поступают кадры данных, на выходе для каждого кадра данных образуется однородная линейная рекуррентная последовательность, осуществляется выбор характеристики поля k. Затем происходит упрощение процесса обработки кода Рида-Соломона на приеме, приравнивается количество информационных элементов к показателю k, строится код по принципу рекуррентной последовательности максимальной длины, преобразовываются рекуррентные последовательности в IP-пакеты, упаковываются рекуррентные последовательности в ячейки IP-пакетов, IP-пакеты передаются на третий блок, который производит передачу сформированных IP-пакетов в четвертый и пятый блоки, содержащие накопители. При приеме полного комплекта инициируется завершение сеанса передачи. 6 ил.

Способ передачи информации в гибридных сетях связи общего пользования на основе эквивалентных кодов Рида-Соломона, заключающийся в том, что на передающей стороне массив передаваемых данных разбивают на блоки, отличающийся тем, что для передачи информации используют кодовые конструкции, построенные по принципу формирования эквивалентных кодов Рида-Соломона и обработки на приеме двойственным базисом поля Галуа, а коды Рида-Соломона представляют в качестве рекуррентных последовательностей, что позволяет использовать механизм децимаций, при этом в первом блоке формируют кодовые комбинации эквивалентного кода Рида-Соломона, далее на вход кодирующего устройства поступают блоки информации, обозначенные как кадры данных, каждый из которых содержит набор информационных элементов, на выходе для каждого кадра данных образуется однородная линейная рекуррентная последовательность, осуществляется выбор характеристики поля k с учетом обработки байтовых структур, затем происходит упрощение процесса обработки комбинаций кода Рида-Соломона на приеме, приравнивается количество информационных элементов к показателю k, строится код по принципу рекуррентной последовательности максимальной длины с возможностью применения механизма децимаций на приеме, преобразовываются рекуррентные последовательности {S}_i в IP-пакеты, во втором блоке упаковываются рекуррентные последовательности {S}_i в ячейки IP-пакетов, сформированные IP-пакеты передаются на третий блок, который используя транспортный протокол UDP, производит передачу сформированных IP-пакетов в четвертый и пятый блок, содержащий накопители, которые производят регистрацию полных комплектов IP-пакетов, которые формируются с учетом циклической замкнутости общего набора из отправленных IP-пакетов, а в случае приема любого из полных комплектов, инициируется завершение сеанса передачи N кадров данных при помощи TCP-соединения, полный комплект IP-пакетов передается в шестой блок, содержащий блок, который представляет собой декодирующее устройство эквивалентного кода Рида-Соломона на основе двойственного базиса поля Галуа.