hirdetés
hirdetés

Kapcsolási jelek átvitele

Nagy kommunikáció megbízhatóság 6-os Hamming-távolsággal

A Circuit Design Inc. NK-2.4Y 2,4 GHz-es távirányító modulját kapcsolási jelek továbbítására fejlesztették ki. A megbízható és biztonságos kommunikáció érdekében az egység CRC-hibafelismerést tartalmaz, amellyel az elért Hamming-távolság 6-os; ez pedig megakadályozza a rendszerhibák miatti helytelen működést.

hirdetés

 Zaj és interferencia mindig előfordul bármely kommunikációs közegben. Különösen a rádiófrekvenciás (RF-) rendszert veszi körül más jelforrásoktól érkező folyamatos zaj és interferencia. Analóg kommunikációban a zaj állandó jelenségként van jelen a jelben, és nem távolítható el. A zajjal kevert jel következménye, hogy a vevőegység nem tudja megfelelően olvasni a jelet, és így nem képes helyesen reagálni sem arra.

Ha extra biteket (redundanciabiteket) adunk az adatokhoz, a vevő meg tudja vizsgálni ezeket, és elemezni tudja az adatokat annak megállapítására, hogy történt-e hiba az átvitel során.

1 A jelen lévő zaj hatása az átvitt kódszóra (forrás: Circuit Design)
1 A jelen lévő zaj hatása az átvitt kódszóra (forrás: Circuit Design)

Amikor a vevő elemzi az adatokat, fel tudja ismerni a hibák előfordulását, de nem mindig tudja meghatározni, hogy mely bitek sérültek meg. Ez a folyamat a hibafelismerés. Ha a vevő képes felismerni és azonosítani azokat a pozíciókat, ahol a hiba történt, ki tudja javítani az érintett biteket. Ezt hívják hibajavításnak, ami lehetővé teszi a kommunikáció normális folytatását.

Segít a nagyobb Hamming-távolság

A Hamming-funkció megvalósításakor a vevő egy táblázatot tárol az átvitel során használt összes érvényes bitkódról (kódszavak). Ahhoz, hogy egy kódszót másikra cserélhessünk, invertálunk bizonyos biteket. Az így konvertált bitek száma megegyezik a Hamming-távolsággal.

Hárombites adathosszúság esetén minden 000–111 kódszó vizuálisan megjeleníthető egy nyolcpontos rács segítségével. Más adathosszúságok esetében mindegyik létrehozza a maga megfelelő rácsát. Minden mozgás a vonal mentén egy bit változást fejez ki, azaz 1-es Hamming-távolságot. A rendszerben az érvényes kódszavakat ki lehet emelni kékkel.

2 Lehetséges érvényes kódszavak hárombites adathosszúságnál
2 Lehetséges érvényes kódszavak hárombites adathosszúságnál

A minimális Hamming-távolság a legkisebb számú mozgás, amellyel az egyik kódszótól a másikig el lehet jutni. Amikor a Hamming-távolságról beszélünk, ez általában erre a minimális értékre utal. Például a 3. rendszerben a legrövidebb út egy másik kódszó eléréséhez három léptetéssel valósítható meg. Nézzük meg mindegyik rendszert egymás után!

Az 1. rendszerben minden kódszót érvényesnek tekintünk, és hibafelismerés nem lehetséges. Az egyik érvényes kódszótól való léptetés csak egy másik érvényes kódszót eredményez.

A 2. rendszerben egy érvényes kódszótól egy másikhoz való eljutáshoz pontosan egy érvénytelen kódszón kell áthaladni. A teljes mozgás esetén a minimális Hamming-távolság kettő. A vevő egy egybites hiba-előfordulást jelezhet, amikor a kódszó az érvénytelen pontokra érkezik, de mivel ez az érvénytelen kódszó pontosan két érvényes kódszó között található, nem tudja meghatározni a küldött helyes kódszót. Tehát itt nem lehetséges hibajavítás.

A 3. rendszerben a két érvényes kódszó minimális távolsága három. A rendszer egy egybites vagy kétbites hiba-előfordulást jelezhet, de hárombites hiba-előfordulást nem (csak egy másik érvényes kódszóra vált). Azonban láthatjuk, hogy a rendszer most ki tud javítani egy egybites hibát, ha megnézi a mellette lévő legközelebbi érvényes kódszót, és ezzel meghatározza, hogy ez az, amit küldtek.

3 A különböző Hamming-távolsági értékekkel felismerhető és kijavítható hibák száma
3 A különböző Hamming-távolsági értékekkel felismerhető és kijavítható hibák száma

Az elmondottakból következően növelni kell a Hamming-távolságot, hogy megbízható kommunikációs rendszert hozzunk létre. Ehhez kevesebb érvényes kódszót vagy több bitet használhatunk. Ennek ára természetesen az, hogy nagyobb mennyiségű adatot küldünk egy fix kapacitású kommunikációs közegben.

A fentieket kiterjesztve általánosíthatunk, hogy mi fog történni nagyobb Hamming-távolságok esetén. Rendezzük a kódszavakat egy táblázatba! A Hamming-távolság meghatározza az érvényes kódszavak közötti helyet. Minden érvénytelen kódszó zöld négyzetben található.

Kommunikációs hibák

Feltételezzük, hogy a kapcsolási adatok továbbítása rádióvevő egyszerű alkalmazásával megoldható, és nem igényel komplex tervezést. Vannak azonban olyan esetek, amikor több vevő van jelen, és pontosan be kell szabályozni, hogy melyik vevő válaszoljon. Ezt a 4. ábrával szemléltethetjük.

4 Veszélyben a biztonság, ha helytelen vevő válaszol
4 Veszélyben a biztonság, ha helytelen vevő válaszol

Például küldünk egy jelet, amely megmondja az 1-es vevőegységnek, hogy válaszoljon. Az adatok félreértelmezése esetén a rossz vevőegység (3-as vevő) fog működni, ami veszélyezteti a rendszer biztonságát.

Hamming-távolság és az NK-2.4Y

Először kifejtettük azt az alapgondolatot, hogy hogyan lehet felismerni és esetleg javítani az adathibát Hamming-funkció segítségével. A funkció gyakorlati megvalósítására különböző technikák léteznek. Az NK-2.4Y rádió-távvezérlő modul által megvalósított Hamming-funkció a CRC-módszerből ered, és nem használja a fentiek szerinti specifikus kódszavakat. A hibafelismerés CRC- (ciklikus redundancia-ellenőrzés) módszerrel történik, és ennek következménye, hogy az elérhető Hamming-távolság hat.

Másodszor rádiókommunikációs célokra az RFIC alapértelmezés szerint hozzáadja a saját átviteli kódját a végleges adatokhoz továbbítás előtt. Ennek egyetlen célja annak biztosítása, hogy a hasznos adatok elérjék a célmodult. De nem garantálja az NK-2.4Y a hasznos adatok kohézióját. Ezért kerül elvégzésre egy külön CRC (6-os Hamming-távolsággal) kizárólag az NK-2.4Y hasznos adatain, így biztosítva a helyes adatkommunikációt.

Analógiaként képzeljük el, hogyan történik egy levél feladása. A boríték címzése egy szabványos formátumot követ, hogy eljusson a címzetthez. A boríték tartalma irreleváns. Ha a cím olvashatatlan, akkor nem kézbesítik ki a levelet. Ez megegyezik az RFIC által végzett CRC-vel. Amikor a boríték eléri a címzettet, meg lehet vizsgálni a tartalmát. Ez megegyezik az NK-2.4Y CRC-vel és a Hamming-funkcióval, amelyet a hasznos adatokon végez a rendszer, amikor a cél-RFIC-hez megérkeznek az adatok.

NK-2.4 hasznos adatok Az alábbiakban láthatók az NK-2.4Y hasznos adatok NK-2.4Y CRC- (Hamming-távolság hat) ellenőrző adatok hozzáadása mellett.

Amikor ezt az RFIC feldolgozza, hozzáadja a megfelelő fejlécet és a végső CRC-t a rádiós átvitelhez.

NK-2.4Y vétel Amikor a cél-RFIC veszi az adatokat, először a CRC-jét ellenőrzi (a cím a boríték szintjén).

Ha ez rendben van, akkor ellenőrzi az NK-2.4Y hasznos adatok CRC-jét (a levélszint tartalma).

Ha minden ellenőrzés kielégítő, akkor a modul feldolgozhatja a kérést.

Következtetés

Az előzőekben láttuk, hogy mi történhet, ha nem végeznek CRC-t vagy bármilyen ellenőrzést a hasznos adatokon. Ha beépítjük a CRC-t és így a Hamming-távolságot a hasznos adatokba, biztos és megbízható kommunikáció lehetséges. Bármilyen hiba felismerése esetén az összes vevő elveti az adatokat, és egyik sem küld semmilyen jelet. Ez megakadályozza a rendszerhiba miatti hibás működést. Mivel az átvitel folyamatos, a NK-2.4Y nem végez hibajavítást, egyszerűen megvárja a következő átviteli csomagot.

John Bell, Circuit Design
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés