Informatikai rendszerek alapjai

Informatikai rendszerek alapjai Dr. Kutor László

Hiba típusok, meghibásodási görbe A csatornakódolás elve és gyakorlata „a hibatűrés feltétele: a redundancia” http://uni-obuda.hu/users/kutor/

2015. ősz

Óbudai Egyetem, NIK

Dr. Kutor László

IRA 8/19/1

A redundanciáról

2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/2

A beszédátvitel folyamata a GSM rendszerben

2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/3

A beszédátvitel jellemzői a GSM rendszerben Átvitt sáv: 3OO-3.4 KHz Mintavételi frekvencia: 8 KHz (125 µs) Felbontás: 13 bit Átviteli sebesség (A): 104 Kbit/s Forrás kódolás Hibrid kódolás: RPE-LPC-LTP Regular Pulse Excitation, Linear Predictive Codig, Long Term Prediction Tömörített átviteli sebesség (B) 13 Kbit/s Csatorna kódolás:Blokk kódolás+ Konvolúciós kódolás Interleaving: Átviteli sebesség a csatornakódoló kimenetén (C): 22.8 Kbit/s 1 2 3 4 1 2 3 4 Dr. 1 2Kutor 341234

Óbudai Egyetem, NIK László

111122223333 2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/4

A redundancia értelmezése Köznapi szóhasználatban: terjengősség (pejoratív !!!) Információ-elméletben: több bit, mint amire feltétlenül szükség van Kérdés, hogy mi a cél: tömörség vagy a hibatűrés? n HS = - ∑ p{ xi}* log2p{xi}(A kód tényleges információ tartalma) i=1

Hmax = log2 (n) (A kód maximális információ tartalma) i=1

Hrelatív =

HS

RS = 1 2015. ősz

Hmax

= a kód „jósága, tömörsége”

HS Hmax

*

100 = a redundancia nagysága Óbudai Egyetem, NIK

Dr. Kutor László

IRA 8/19/5

Minőség jellemzők 1.  Minőség: (Quality) a rendszer jellemzői felhasználás előtt 2.  Megbízhatóság: (Reliability) a rendszer viselkedése a használat során

idő tényező !!! λ

Hiba gyakoriság (gyakan: hibák száma/ 106 óránként) MTBF (Mean Time Bettween Failures) A hibák közötti átlagos idő 2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/6

„sarki fény”

Hibafajták 1.) Állandó hibák (hard errors) 2.) Múló hibák (soft errors) a.) „hagyományos” múló hibák hőmérséklet okozta hibák rendszerzaj okozta hibák bitminta érzékenység

Pekka Parviainen

Napkitörés

b.) Sugárzás okozta hibák

2b.) > 2a.) 2015. ősz

2.) > 1.) Óbudai Egyetem, NIK

Dr. Kutor László

IRA 9/17/7

λ

Tipikus meghibásodási görbe (kád görbe) Kezdeti hibák szakasza hasznos élettartam

MTBF

elöregedés

t

λ

t http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Bathtub_curve.jpg

2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/8

A meghibásodási arány értelmezése λ= hiba/ 106 óra

MTBF= 1/λ

A hiba arány átszámolása alacsonyabb hőmérsékletre Arrhenius egyenlet:

λ2= λ1 * e ahol

2015. ősz

ξa/K*(1/T2-1/T1)

λ2 = a T2 hőmérsékleten tapasztalt meghibásodási arány λ1 = a T1 hőmérsékleten tapasztalt meghibásodási arány ξa = aktivációs energia [eV] (hibafajtáknál más és más!!!) K = Boltzmann állandó: 8.61*10-5 [ eV/K°] Óbudai Egyetem, NIK

Dr. Kutor László

IRA 8/19/9

Hibák érzékelése és javítása A hiba érzékelés és javítás alapja: a módszeresen megnövelt redundancia n

Csatorna k

n + k

Kiegészítő kód előállítás

n

Hiba érzékelés és javítás

Példa: egy hiba érzékelésére

10110100 0 10110100 1 2015. ősz

páros paritás páratlan paritás


Dr. Kutor László

IRA 8/19/10

Hibajavítás kommunikációs hálózatokban Elterjedt gyakorlat: n  a hiba érzékelése adatblokkonként, n  szükség esetén a blokk újraküldése Tipikus megoldás a hiba érzékelésre: ciklikus redundanciakód (CRC) hozzáfűzése az adatblokkokhoz Az ellenőrző bitek létrehozása polinomokkal: Nemzetközi szabvány polinomok: CRC-12, = X12+X11+X3+X2+X+1 CRC-16 = X16+X15+X2+1 CRC-CCITT = X16+X12+X5+1

2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/11

Hiba érzékelhetőség és javíthatóság feltétele: a megfelelő Hamming távolság

XOR !

Hamming távolság h = eltérő bitek száma Példa:

1011010 001101110 1010101 001101010

h=5

Szükséges Hamming távolság:

2015. ősz

k hiba jelzéséhez:

h = k+1

k hiba javításához

h = 2k+1


Dr. Kutor László

IRA 8/19/12

Egy hiba javítása (Single Error Correction) Szükséges kiegészítő bitek száma:

2k ≥ n + k + 1 ahol:

2015. ősz

n = a kódszó hossza, k = a kiegészítő kód hossza Példa: n k A középértékre vonatkozó redundancia (%) 2–4 3 100 5 – 11 4 50 12 – 26 5 26 27 – 57 6 14 58 – 120 7 8 Óbudai Egyetem, NIK

Dr. Kutor László

IRA 8/19/13

A kiegészítő kódszó előállítása Paritás elv alapján:

X1 * * *

X2 * *

X3 * *

X4 * *

S1 = X1+X2+X3+P1 S2 = X1+X2+X4+P2 S3 = X1+X3+X4+P3

2015. ősz

P1 *

P2

P3 S1 S2 S3

* *

S1= 0 P1 S1 és S2= 0 S2= 0 P2 S1 és S3= 0 S3= 0 P3 S2 és S3= 0 S1 és S2 és S3= 0 X1


Dr. Kutor László

X2 X3 X4

IRA 8/19/14

A kiegészítő kódos hibajavítás blokksémája javítás

n

Csatorna par. k

k

Kiegészítő kód előállítás

2015. ősz

n

n


Hiba érzékelés

Dr. Kutor László

IRA 8/19/15

Hibajavítás ROM-ban tárolt kóddal A hiba érzékelés és javítás alapja: a módszeresen megnövelt redundancia

n

Csatorna ROM 1

n c + í k m

ROM 2

a d a t

n

k

Példa: egy hiba érzékelésére Hiba érzékelés és javítás

10110100 1 2015. ősz

páratlan paritás


Dr. Kutor László

IRA 8/19/16

Példa a ROM-ban tárolt hibajavító kódra ROM 1 cím: X1 X2 X3 X4

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

2015. ősz

adat: P1 P2 P3 ROM 2 cím:X1 X2 X3 X4 P1 P2 P3

000 011 101 110 110 101 011 000 111 100 010 011 001 010 100 111

0 0000000 0000001 0000010 0000011 0000100 0000101 0000110 0000111 0001000 0001001 0001010 127


Dr. Kutor László

adat: X1 X2 X3 X4

0000 0000 0000 0001 0000 0010 0100 1000 0000 0001 0001 -

IRA 8/19/17

Hibaérzékelés és hibajavítás értékelése Előnyök: Növekszik a megbízhatóság A rendszer állapota ellenőrizhető Nem csökkenti jelentősen a teljesítményt Hátrányok: Több alkatrészre van szükség (kártya méret, fogyasztás nő) Többlet kiadással jár 2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/18

Kérdések: -  Mi a szerepe a redundanciának az élő rendszerekben? -  Mitől függ, hogy hány bithiba észlelésére illetve javítására képes egy rendszer? -  Az informatikai rendszerekben milyen tényezők okozhatnak múló hibát? (Hogyan lehet kiküszöbölni őket?) -  Mi a szerepe az un. beégetésnek a rendszerek építése során?

2015. ősz


Dr. Kutor László

IRA 8/19/19

Informatikai rendszerek alapjai

Recommend Documents