способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью
Классы МПК: | H04L1/16 по которым передаются обратные контрольные сигналы, например сигналы запроса на повторение H04L9/00 Устройство для секретной или скрытой связи |
Автор(ы): | Минаков Владимир Александрович (RU), Тупота Виктор Иванович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное образовательное учреждение "Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-09-03 публикация патента:
27.05.2011 |
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 в виде последовательности из N символов, копию дискретного сообщения путем кодирования посредством сложения по модулю P=2 n каждого символа i, где i=1 N, с символом i-1 в соответствии с выражением i= i-1+ I (mod Р), запоминают и передают их по каналу связи, при этом на передающем конце линии связи предварительно осуществляют разбиение дискретного сообщения и его копии 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 и его копии . При обнаружении ошибки передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения и его копии. 3 ил.
Формула изобретения
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 в виде последовательности из N символов, формировании копии дискретного сообщения путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2n каждого символа i, где i=1 N, с символом i-1 в соответствии с выражением i= i-1+ i (mod Р), где i - i-й символ дискретного сообщения, i - закодированный символ, соответствующий символу i сформированного дискретного сообщения, i-1 - закодированный символ, соответствующий символу 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 и его копии на К блоков по М символов, при этом (К-1)·M<N KM, перегруппируют К блоков по М символов дискретного сообщения и его копии в М блоков по К символов, на приемном конце линии связи осуществляют разбиение принятого дискретного сообщения ' и его копии ' на М блоков по К символов, перегруппируют М блоков по К символов принятого дискретного сообщения ' и его копии ' в К блоков по М символов и проводят процедуру восстановления одиночных искаженных символов перегруппированного дискретного сообщения и его копии , путем проверки для каждого символа i дискретного сообщения и соответствующего ему символа i копии дискретного сообщения истинности следующих тождеств:
если истинны все тождества или истинно тождество (1) и ложны тождества (2) и (3), то символы i и i приняты безошибочно, если истинно тождество (2) и ложны тождества (1) и (3), то восстанавливают блок i по формуле (mod P), где , если истинно тождество (3) и ложны тождества (1) и (2), то восстанавливают блок i по формуле i= i+ i-1 (mod Р), если символы i и 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.
Описание изобретения к патенту
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 в виде последовательности из N символов, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2n каждого блока i, где i=1 N, с блоком i-1 в соответствии с выражением i= i-1+ i (mod P), i, i - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит: i, i - символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, i-1 - закодированный символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, запоминают и передают сформированное дискретное сообщение и его копию , а на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение и его копию , которую предварительно декодируют путем сложения по модулю Р очередного принятого символа i, копии дискретного сообщения с предыдущим сопряженным символом этой копии дискретного сообщения, по формуле (mod Р), где ; сравнивают символы принятого дискретного сообщения с символами декодированной копии дискретного сообщения , если нет расхождений в двух смежных символах сравниваемого дискретного сообщения и его декодированной копии , то заменяют все одиночные искаженные символы принятого дискретного сообщения символами декодированной копии дискретного сообщения , передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений; если имеются расхождения в двух смежных символах принятого дискретного сообщения и его декодированной копии , кодируют скорректированное принятое дискретное сообщение 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 и его копии , а если остаются расхождения в двух и более смежных символах сравниваемого дискретного сообщения и его копии , то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного дискретного сообщения и его копии .
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 в виде последовательности из N символов, формировании копии дискретного сообщения путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2n каждого символа i, где i=1 N, с символом i-1 в соответствии с выражением i= i-1+ i (mod P), где i - i-й символ дискретного сообщения, i - закодированный символ, соответствующий символу i сформированного дискретного сообщения, i-1 - закодированный символ, соответствующий символу 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 на K блоков по М символов
(a 1, a2, , aM), (aM+1, a M+2, , a2M), , (a(K-1)M+1, a(K-1)M+2 , , aKM), для N=KM,
или
(a1, a2, , aM), (aM+1, a M+2, , a2M), , (a(K-1)M+1, a(K-1)M+2 , , aN, 0, 0, , 0),
для N KM,
и перегруппировку K блоков по М символов в М блоков по K символов
(a1 , aM+1, , a(K-1)M+1), (a2, aM+2, , a(K-1)M+2), , (aM, a2M, , aKM), для N=KM,
или
(a1, aM+1, , a(K-1)M+1), ,(ai, aM+i, , aN), (ai+1, a M+i+1, , 0), , (aM, a2M , 0),
для N KM,
аналогичным образом осуществляют разбиение и перегруппировку копии передаваемого сообщения , на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение ' и его копию ', осуществляют обратную перегруппировку путем разбиения принятого дискретного сообщения ' на M блоков по K символов
(a 1, a2, , aK), (aK+1, a K+2, , a2K), , (a(M-1)K+1, a(M-1)K+2 , , aKM), для N=KM,
или
(a1, a2, , aK), (aK+1, a K+2, , a2K), , (a(M-1)K+1, a(M-1)K+2 , , aN, 0, 0, , 0),
для N KM,
и перегруппировки М блоков по K символов в K блоков по М символов
(a1 , aK+1, , a(M-1)K+1), (a2, aK+2, , a(M-1)K+2), , (aK, a2K, , aKM), для N=KM,
или
(a1, aK+1, , a(M-1)K+1), , (ai, aK+i, , aN), (ai+1, a K+i+1, , 0), , (aK, a2K, , 0),
для N KM,
аналогичным образом осуществляют разбиение и обратную перегруппировку копии принятого дискретного сообщения ', проводят процедуру восстановления одиночных искаженных символов перегруппированного дискретного сообщения и его копии , для чего для каждого символа i дискретного сообщения и соответствующего ему символа 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 i и 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 i по формуле i= i+ i-1 (mod Р), если символы i и 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 и 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 i или i являются одиночными, если все символы i-1, i, i+1, i-1, i, i+1 являются правильно принятыми, кроме самих i или i, соответственно;
- отношение сравнимости ( (mod p)) - сравнимо с р по модулю р: два числа и 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.
Класс H04L1/16 по которым передаются обратные контрольные сигналы, например сигналы запроса на повторение
Класс H04L9/00 Устройство для секретной или скрытой связи