CC BY
13tdshkent davlat «Актуальные вопросы развития инновационно-
rBAKISPOnTUNIVERSITETI 1 г „г Г1 ....
Ташкентский гесул; ровен™ информационных ТвХНОЛОГИИ НЭ транспорте» АВРИИТТ-2022
транспортный университет -г г -i г г
1-Республиканская научно-техническая конференция (Ташкент, 21-22 ноября 2022 года)
|Scîence
£Агв«уА fi'»*« cf>*ce
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ОШИБОК МЕТОДА CRC4
О.А. Турдиев,
Ташкентский государственный транспортный университет Ассистент кафедры «Информационные системы и технологии на транспорте»
А.А. Азимов,
Ташкентский государственный транспортный университет Ассистент кафедры «Информационные системы и технологии на транспорте» DOI: https://doi.org/10.47689/978-9943-7818-0- 1-v2-pp118-122
Аннотация. Под эффективностью понимается возможность выявления и исправления ошибок [1-4]. Для рассматриваемого способа генерации CRC было написано приложение на языке высокого уровня Java, позволяющее получить результаты и статистику обнаружения ошибок в передаваемых данных [5, 6].
Ключевые слова: энергоэффективная сеть, проверка, циклический избыточный (CRC), коды, технологий, метод, эффективность.
Введение
Статистика показывает обнаружение и необнаружение ошибки [7, 8]. Для написания приложения использованы программное обеспечение Java Development Kit версии 1.8 и среда разработки Net Beans IDE 8.0.2 [9]. Эксперимент проводился с помощью следующих аппаратных и программных ресурсов:
• операционная система Windows 10 (64-разрядная);
• двухъядерный процессор Intel Core i3-3217U с тактовой частотой 1,8 Ггц;
• 16 Гб оперативной памяти;
• жесткий диск объемом 1 Тб.
Программа предназначена для определения целостности передаваемых данных с использованием метода CRC (Cyclic Redundancy Check, циклический избыточный код) [10-12].
Программа имитирует процесс передачи данных между источником (рис. 3) и приемником (рис. 4), а также обеспечивает выполнение следующих функций:
1. Задание исходных данных вручную (кнопка «FromText», рис. 3) или при помощи генератора псевдослучайных символов (кнопка «Random», рис. 3) или метода класса Random() (создает генератор чисел, использующий уникальное начальное число) [13].
2. Конвертацию исходных данных в шестнадцатеричную, восьмеричную и двоичную системы счисления (поля «hex», «oct», «bin», рис. 3).
3. По полученным исходным данным проводится подсчет контрольных сумм CRC циклических избыточных кодов (поле «CRC», рис. 3).
4. Дополнительно на усмотрение пользователя можно вносить одиночные или многократные ошибки (кнопка «Random Error», рис. 3) в исходные данные (в данном случае были использованы двойные ошибки).
т
«Актуальные вопросы развития инновационно-
TOSHKCNT DAl/LAT
TRANSPORT UNIVEREITETI „ »nr-ini дтт
ташкенгсиий/мдамтмниый информационных технологии на транспорте» АВРИИТТ-2022
транспортный униаерсиг* " ~ ~ г г
1-Республиканская научно-техническая конференция
IScience
iArenyA t»W cp*ce
(Ташкент, 21-22 ноября 2022 года)
Основная часть
После имитации процесса передачи данных [14, 15], заново производится подсчет контрольных сумм CRC циклических избыточных кодов, которые впоследствии сравниваются с ранее рассчитанными для выявления факта искажения передаваемых данных (рис. 4); поле «CRC_TEST» указывает на обнаруженную ошибку посредством флагов «true» («истина», «1», данные верны) и «false» («ложь», «0», данные содержат ошибку).
BytesCount= 4
Byte
Random
From Той
Random Error
Send
.Л
Char Hex Od Bin CRC
0 30 60 0110000 01100001111
е 40 100 1000000 10000001110
2а 52 0101010 01010100010
р 70 160 1110000 11100000001
Рис. 3. Пример отправления случайных битов пакета и CRC4
BytesCount= 4 Error CRC(3}
Back I
Bin CRC CRC_TEST
Error онооЦои-й true
Error 100000 Щ® false
Error Ш01Ш100СИО false
Error 1ЕШ0000П1001 false
Рис. 4. Пример обнаружения ошибок CRC4
Анализ результатов обнаружения ошибок методом CRC4
CRC-коды обладают высокой достоверностью обнаружения искажений.
p
Доля Pобнаруживаемых искажений не зависит от длины защищаемого массива данных, а определяется только разрядностью R контрольного кода [6]:
Р0 = 1- 2-R
р 1 _ О-4 Г) QTTC
Таким образом для CRC4 P =1 2 =093/5. Исходя из того, что разрядность контрольной суммы CRC4 составляет 4 бита, очень высока вероятность возникновения коллизий. Максимально допустимое число
комбинаций контрольной суммы CRC 4 = 2 =16
Для оценки вероятности не обнаружения искаженных битов и выявления факта коллизий был сымитирован процесс передачи данных с ошибочными битами. Результаты имитации приведены на рисунке 5.
tdshkent davlat «Актуальные вопросы развития инновационно-
rBAKISPOnTUNIVERSITETI 1 г „г Г1 ....
ташкентский гесул; рственчый информационных технологии на транспорте» АВРИИТТ-2022
транспортный университет -г г -т г г
1-Республиканская научно-техническая конференция (Ташкент, 21-22 ноября 2022 года)
Таблица 2
Результат обнаружения ошибок методом CRC4
№ Передаваемый символ, char Шестнадцатеричное представление символа, hex Восьмеричное представление символа, oct Бинарное представление символа, bin
Отправлено 0 30 60 0ii0000 iii 1
Получено 2 32 62 0ii00i0 iiiO
Из таблицы 2 следует, что при передаче символа 0, искажение может возникнуть как в передаваемом символе, так и в самой контрольной сумме, таким образом, что при получении искаженного символа и искаженной контрольной суммы полученный символ будет восприниматься как корректный.
Поскольку в эксперименте участвует 12 бит (8 бит под исходный символ и 4 бита контрольной суммы CRC4), то вероятность искажения отдельного
бита определяется по формуле:
1
р=- = 0.08 ,
п
где n - число бит, представляющих передаваемые символы. Вероятность безошибочной передачи всех n бит [7]:
BytesCount= 1 |Byte т| j Random
From Той
Random Error
Send
ÎL
Char Hex Oct Bin CRC
2 32 62 0110010 01100101110
Рис. 5. Пример необнаружения ошибок CRC4
Количество отправленных ошибочных бит-пакетов
Рис. 6. Результат определения ошибок алгоритмом CRC4
т
«Актуальные вопросы развития инновационно-
TOSHKÉNT DAl/LAT
TRANSPORT UNIVERSITETJ „ »nr-ini дтт
ташкенгсиий/мдамтмниый информационных технологии на транспорте» АВРИИТТ-2022
транспортный униаерсиг* " ~ ~ г г
I-Республиканская научно-техническая конференция
(Ташкент, 21-22 ноября 2022 года)
Заключение
В статье рассмотрен способ формирования контрольного суммирования циклического избыточного кода CRC4. Основная проблема со всеми проверками CRC4 состоит в возможном появлении коллизий, если в исходные данные были внесены двукратные или многократные ошибки [16].
Этот факт подтверждается собранной на рисунке 6 статистикой. В силу небольшой избыточности алгоритм рекомендуется использовать для значительной экономии памяти и при малых исходных данных, однако стоит понимать, что вероятность появления коллизии достаточно высока.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ:
1. Halsall F. Fifth edition, computer networks and the Internet / F. Halsall. -Addison-Wesley: Pearson Education, 2005. - P. 803.
2. Lin S. and Costello D.J. Jr. Error Control Coding: Fundamentals and Applications. Prentice-Hall, Inc., EnglewoodCliffs, N. J., 1983.
3. Олифер В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы /
B.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 2008. - C. 958.
4. Halsall F. Data communications, computer networks and open systems / F. Halsall. - Addison-Wesley: Pearson Education, 1996. - P. 907.
5. Турдиев О.А., Хомоненко А.Д., Гофман М.В. Сравнение моделей вероятного кода числа pnc и циклического избыточного кода crc. / Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2021. - № 4. - С. 119-131.
6. Turdiev O.A., Smagin V.A., Kustov V.N. Investigation of the computational complexity of the formation of checksums for the cyclic redundancy code Algorithm depending on the width of the generating polynomial / В сборнике: CEUR Workshop Proceedings. Proceedings of Models and Methods of Information Systems Research Workshop 2020. St. Petersburg, 2020. - С. 129-135.
7. Турдиев О.А., Клименко С.В., Тухтаходжаев А.Б. Оценки эффективности обнаружения ошибок контрольного суммирования (crc) передаваемых данных. / Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2019. - № 8. - С. 54-58.
8. Алиев Р.М. Концепция разработки бесстыковых рельсовых цепей // Интерактивная наука. - 2021. - №. 6. - С. 56-57.
9. Aliev R. et al. Research the length of the braking distance for speed and high-speed trains on railway sections // International Journal. - 2020. - Т. 9. - №. 5.
10. Aliev R.M., Tokhirov E.T., Aliev M.M. The Mathematical Model of the Sensor for Monitoring the State of the Track Section with Current Receivers // International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE). - 2020. -Т. 8. - №. 5. - С. 5634-5637.
11. Aliev M. et al. Four-pole rail coefficients of the jointless track circuit in the presence of one of the ends track circuit insulating joints // Chemical Technology, Control and Management. - 2019. - Т. 2019. - №. 4. - С. 89-92.
12. Guliamova M.K., Aliev R.M. Database Concept, Relevance and Expert Systems // Scientific and Educational Areas Under Modern Challenges. - 2021. -
C. 125-127.
tdshkent davlat «Актуальные вопросы развития инновационно-
rBAKISPOnTUNIVERSITETI 1 г „г Г1 ....
ташкентский гесул; рственчый информационных технологии на транспорте» АВРИИТТ-2022
транспортный университет -г г -т г г
1-Республиканская научно-техническая конференция (Ташкент, 21-22 ноября 2022 года)
13. Aliev R. A Rail line model with distributed parameters of track circuit // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2021. - Т. 1152. - №. 1. - С. 012018.
14. Tashmetov K. et al. Expert system for diagnosing faults railroad switch of automation and telemechanic systems // AIP Conference Proceedings. -AIP Publishing LLC, 2022. - Т. 2432. - №. 1. - С. 030083.
15. Aliev R., Aliev M. Methods calculation for station tonal rail circuits with current receiver // Transportation Research Procedia. - 2022. - Т. 63. -С. 401-411.
16. Aliev R.M., Aliev Marat Mukhamedovich, Tokhirov E.T. Improvement Sensors of System Crossing Signalization and Reduction Delays at Level Crossings // Монография / Международный центр научного партнерства «Новая Наука», 2022, - C. 110.
