1、略谈计算机通信中的传输控制技术摘要：数据要进行可靠传输，必须通过一定的差错检测与控制技术来实现。对于不同服务质量(QOS)的通信媒体，针对各种信号的特定环境采用不同差错检测与控制解决方案。随着多媒体通信以及基于 IP 的因特网、移动通讯和新一代网格通讯等技术中通信数据量的急剧增加，对其进行差错检测和控制尤为重要。 关键词：计算机通信；传输控制 中图分类号：E965 文献标识码：A 所谓计算机通信，就是指将信息通过一种数据通信的形式，在计算机和计算机之间或者计算机和终端设备之间进行传递的一种方式。计算机通信是通信技术和现代计算机技术相融合的产物，在许多领域如信息处理系统、情报检索系统、军队指挥自
2、动化系统和武器控制系统等得到了非常广泛的应用。 1 数据传输技术 MAC 层定义了数据包怎样在介质中传输。所谓 MAC，是 Media Access Control 的简称，中文的解释为介质访问控制子层协议。MAC 的协议主要是位于 OSI 七层协议中数据链路层的下半部分，是一种链接和控制物理层的介质。 1.1 CSMA 技术 CSMA 技术是一种总线争用技术，其中文释义为载波监听多路访问。CSMA 技术的任何节点都没有特定的发送时间，任何节点都可以随机向总线发送数据；在有多个节点同时向总线发送数据时，就会通过一套规则来定义向总线发送的优先顺序。CSMA 规定：任何准备向总线发送数据的节点，都
3、要先检测总线是否空闲，如果空闲则可以发送数据。如果总线忙，则要等待一段时间后重新检测总线是否空闲。有三种退避算法可以监听总线以决定是否发送：1-坚持算法、P-坚持算法和不坚持算法。 CSMA 技术有很多优点，比如实现简单、响应及时，但是随机争用信道使得数据的延时有了很大的不确定性。 1.2 集中式令牌技术 集中式令牌技术也是一种时间触发的介质访问控制机制。这种技术的原理是：由内部的任务调度表来决定总线上的哪一个节点拥有总线仲裁权，然后该节点获得信道的使用权，将缓存的信息发送到总线上。 2 差错控制技术 在数据传输的过程中，难免会产生差错，因此采用何种的差错控制技术，直接影响了计算机通信的传输控
4、制。数据在传输的过程中通过物理层，最先到达数据链路层。通过某种方式，传输的数据会被进行差错检验，系统会丢弃查出的出错的数据帧。所以数据链路层往往能够比其他各层更早地感知丢失数据包，并且能够更快地做出反应。 2.1 产生差错原因 衰减是指信号在传输过程将会有部分能转化为热能或者被传输介质吸收，造成信号强度不断减弱;在远距离通信时不可忽视应在适当位置设立转发器来增加强度。 失真是指信号在传输过程中波形发生的变化。根据产生的原因不同分为两类:振幅失真，由信号不同的频率的分量产生不同的衰减所造成;延迟失真，由各频率分量的传播速度不一致所造成。 噪声是指信号在传输过程中插入进来不希望有的信号，根据产生原
5、因分为 4 类:热噪声，由带电粒子在导电介质中的分子热运动造成，绝对存在无法被消除的;交调噪声，通信系统的一些非线性因素造成的不同频率的分量相互叠加后对信号本身的影响;串音，不同信道中的信号由于电磁辐射造成的干扰;脉冲噪声，由一些无法预知的因素如电火花、雷电等耦合到信号通路中的非连续尖峰脉冲引起的干扰。 2.2 差错控制 差错控制是一种在可能情况下尽力恢复被破坏的数据的方法，同时在数据通信网络中利用差错控制技术实现对网络数据流的调节，以避免网络的拥塞。在计算机通信技术中常采用的差错控制方法:后向差错控制(BEC)、前向差错控制(FEC)和混合差错控制(HEC)。 2.2.1 后向差错控制 应用
6、后向差错控制方法需要一个双向通信信道。发送方，将整个待发送的数据划分为独立的数据块，对各个数据块进行检错编码。接收方，利用差错检测技术，如果检测到接收到的数据发生差错，则利用反向通道请求发送方重发出错的数据块，这一机制也称作自动请求重发(ARQ)。ARQ 有两种基本的形式:空闲 ARQ 和连续 ARQ。 空闲 ARQ:也叫停止等待 ARQ，是最基本的后向纠错方案。利用差错检测，数据以包的形式在信道中传输。接收方校验收到的带有检错编码的数据包，如果包正确合法，接收方回送确认(ACK)信息给发送方，否则，回送否认(NAK)信息给对方。发送方一般在发送数据包的同时，启动一个定时器，如果在定时范围内收
7、到 ACK，就发送下一个数据包，否则如果超时或收到 NAK 信号，发送方重发已经发送的包。 连续 ARQ:克服了空闲 ARQ 停止等待的缺点，它允许发送方在收到确认前连续发送若干个分组，接收方也允许连续接收若干个分组，因此必须对分组进行编号，一般利用一种叫滑动窗口的技术对数据传输双方进行同步和控制。接收方收到数据包后，一般回送应答信号(ACK 或 NAK)，如果发送方在规定时间内，没有收到 ACK，一般要通过下面两种方式 来启动重传机制。一种是返回 N(GBN: Go_Back_N)包方式，一旦接收方检测到有错，就简单丢弃其后收到的所有数据包，发送方退回到出错的数据包开始重传;另一种方式是选择
8、性重传(SR: Selective Re-peat)，发送方只重传出错的数据包，效率相对 GBN 来说有所提高，但是它要求接收方要维持一个较大的缓冲区保存出错包后收到的正确的包，控制机制也复杂的多。 2.2.2 前向差错控制 利用前向差错控制，仅需要进行单工通信。但是，它需要对数据进行冗余编码，使发送的数据携带足够的冗余信息，以致接收方能准确的定位和纠正通信过程中发生的某些错误。 FEC 的关键就是进行纠错编码，常用的纠错编码包括: 1)海明码:海明码是一种(n， k)的线性分组码， 其中码字长度n=2m-1，信息位长 k=n-m (m3)，其校验位为 m 位，故其最小距离为3，根据海明定理，
9、海明码可纠正 1 位错。从这一思路出发，再增加校验位，其检错和纠错能力会进一步提高，要纠正 n 比特的突发错误，其最小距离至少为 2n+1。 2)卷积码:由 Elias P 于 1955 年最早提出，其校验码不仅与当前码组有关，而且与前一码组有关，每一个监督码对其前后分组具有连环监督的作用。常用的编码器含有移位寄存器和模 2 加法器。模 2 加法器的输入来自部分寄存器的输出，输出作为编码器的输出。其解码过程比较复杂，主要采用概率译码算法，常用的有维特比(Viterbi)译码和序列译码方法，在数据通信中维特比译码有着广泛应用。 3)Golay 码:它是一种将 12 比特信息编码成 23 比特码组
10、的循环编码方法，表示为(23， 12);其最小距离为 dmin=7，因而能纠正 3 位的突发错。译码过程可通过软件或硬件方法实现，软件解码过程复杂，但能提供较好的译码性能。Golay 码在低时延和短码字场合很适用，经常使用在实时通信和广播通信中。 4)RS 码:交错 RS 码应用在高性能视频通信中。编码过程通过填充一个二维数组(12847 Octets)来实现，每行 128 个 8 位组，其中包括 124个 8 位组的数据和 4 个 8 位组的冗余校验数据。编码时，每次写入一列47 个 8 位组，重复 124 次将数据块填满，此后，每次按行填入校验数据完成编码。这一编码方法能够纠正 2 个单元
11、或重建 4 个单元的数据，并且要求两组交错使用的缓冲区，才能支持同时进行读写同步进行编码的过程，否则一次只能进行读或写，解码器同样需要这样的两组缓冲区进行同步解码。显然，编解码过程在数据传输上引起的额外时延与一个缓冲区的传输时间相当。 结语 随着科技的发展，计算机通信在越来越多的领域中得到应用，因此我们就必须保证在计算机的通信过程中有良好的传输控制技术，保证数据传输高效稳定。 参考文献： 1 杨丽曼,李运华,.网络控制系统的时延分析及数据传输技术研究J.控制与决策,2004,19(4):361-366. 2 于晓梅,赵耀培,郑明春.异质网络传输控制技术研究J.计算机应用研究,2004(11):106-113
