Способ повышения достоверности информации

Способ повышения достоверности информации

При передаче информации простым безызбыточным кодом достоверность приема в основном определяется типом канала и видом помех в нем. В большинстве случаев получающаяся достоверность недостаточна. Ее необходимо повысить, чтобы вероятность ошибочного приема сообщения потребителем была намного меньше, чем вероятность ошибок в сообщении без принятия специальных мер.

Один из путей повышения достоверности — применение избыточного кода. Все известные избыточные коды можно использовать в следующих режимах?

а) исправление ошибок;

б) обнаружение ошибок;

в) исправление и обнаружение ошибок.

Режим исправления ошибок обычно применяется в том случае, когда в канале связи имеют место независимые ошибки или короткие пачки ошибок [22, 127]. Исправление же пачек ошибок, веса которых соизмеримы с длиной кодовой комбинации, приводит к неоправданным затратам оборудования на кодирующие и декодирующие устройства.

Коды, предназначенные для исправления ошибок, даже при относительно высокой избыточности могут обеспечить исправление ошибок, вес которых численно не превышает 20—25% длины, кодовой комбинации, тогда как даже при биномиальном распределении наиболее часты ошибки с весом, близким к 50% длины кодовой комбинации. Поэтому при необходимости непосредственного исправления целесообразны лишь методы, которые позволяют отделить проверочные импульсы от информационных на время, превышающее, вероятную длину пачки ошибок.

Повышение достоверности с помощью кодов, предназначенных для обнаружения ошибок, достигается введением обратного канала связи. В этом случае принятая по прямому каналу кодовая комбинация анализируется, чтобы определить, принадлежит ли она к числу разрешенных комбинаций. Разрешенная комбинация поступает потребителю после отбрасывания проверочных разрядов. В случае обнаружения ошибки по обратному каналу посылается сигнал запроса, по которому передающее устройство повторяет передачу информации. В силу этого передающее устройство должно хранить информацию об отправленных сигналах в течение времени, достаточного для анализа комбинации приемным устройством и получения возможного запроса об ошибках.

Системы с обратным каналом называют системами с обратной связью. По своей природе они адаптивны,

так как число повторений зависит от состояния канала связи и автоматически поддерживается на уровне, необходимом для надежного прохождения сообщений.

Большинство специалистов [15, 18, 19, 22, 23, 27, 32, 35, 40, 44, 55, 59, 60] считают, что наиболее рациональны такие системы передачи информации, в которых избыточные коды используются для обнаружения ошибок. Они обладают следующими преимуществами:

а) обнаруживающая способность кода при одной и той же избыточности всегда выше исправляющей [5, 6, 16, 18, 27, 41, 74];

б) число логических операций, которое должно выполняться декодером для обнаружения ошибок, значительно меньше числа необходимых операций для их исправления.

Единственный недостаток систем с обратной связью — уменьшение скорости передачи информации.

Однако это заметно только при плохих состояниях канала связи. Если состояние канала связи характеризуется таким распределением групп ошибок, когда вероятность появления коротких и весьма длинных ошибок существенно больше вероятности появления других групп, эффективно использование режима с исправлением ошибок малой кратности и обнаружением остальных ошибок [72, 73].

Таким образом, выбор метода повышения достоверности передачи информации зависит от многих факторов: требуемой достоверности приема, допустимой скорости передачи, вида ошибок в канале связи и т. д.

В работе [84] найден критерий эффективности метода повышения достоверности:

В этом выражении — выигрыш в защите от

ошибок, где вероятность ошибки в сообщении без избыточности; вероятность ошибки в сообщении с избыточностью; избыточность, где информационная избыточность; схемная избыточность, суммарная скорость передачи информации; полезная скорость ввода информации (без избыточности) потребителю; весовой коэффициент, приводящий информационную и схемную избыточности к эквивалентным технико-экономическим показателям; объем аппаратуры передачи информации и аппаратуры повышения достоверности в эквивалентных единицах (число элементов со своими весовыми коэффициентами); объем аппаратуры передачи информации без применения мер повышения достоверности.

Информационная избыточность выражается по-разному для различных методов повышения достоверности. Для кодов, исправляющих ошибки,

Для систем с обнаружением ошибки и последующим переспросом

Второй множитель (5.25) означает, что из любых сообщений передаются с ошибками, а значит, повторяются, т. е. избыточность увеличивается.

Сравним использование кода Хэмминга (7,4) с исправлением одиночных ошибок и того же кода для обнаружения двойных ошибок с переспросом, если вероятность сбоя одиночного символа

При биноминальном характере распределения ошибок

а) для случая исправления

б) для случая обнаружения

Схемная избыточность зависит от объема устройств. Примем 184] для случая исправления ошибок, для случая их обнаружения. Тогда

Вероятность ошибки в сообщении без избыточности

Вероятность ошибки в сообщении с использованием кода исправляющего одну ошибку,

Вероятность ошибки при использовании этого же кода для обнаружения двойных ошибок из (5.11) с учетом (3.35)

Находим выигрыш в защите от ошибок

Критерий эффективности

Таким образом, в данном случае использование -кода Хэмминга в режиме обнаружения ошибок гораздо целесообразнее, чем в режиме исправления.

Источник

Принципы повышения достоверности информации

Сложные АСОИУ содержат значительное количество источников и получателей информации, связанных между собой каналами ее передачи и обработки.

Надежность таких систем во многом определяется достоверностью сбора, обработки, передачи, хранения и представления информации.

Методы повышения достоверности информации как при передаче, так и при переработке основаны на введении информационного, алгоритмического или аппаратного резерва: применении кодов с обнаружением и исправлением искажений, методов оптимального резервирования ТС, методов функционального контроля, методов оценки достоверности входной информации.

В настоящее время в теории передачи информации, и в теории надежности получены важные результаты, позволяющие проектировать системы с высокими показателями, помехоустойчивости. Российские ученые (В.А.Котельников, В.И.Сидоров, Б.С.Сотсков, Н.А.Железнов, Л.М.Финк, Г.А.Шастова, Б.С.Флейшман, И.А.Ушаков, Л.Ф.Бородин, И.Б.Герцбах, Ю.П.Солалович, С.И.Самойленко, М.С.Пинстер, Н.Д.Путинцев и др.) внесли значительный вклад в теорию повышения достоверности передачи и переработки информации.

В работах по теории информации рассматриваются задачи передачи и приема недостоверной информации абсолютно надежной системой, а в работах по надежности рассматриваются отказы и сбои в ТС безотносительно к информационным процессам в ней. В практике АСОИУ недостоверная информация передается и обрабатывается в не надежных системах.

Решение этой проблемы путем использования комплексного подхода к помехоустойчивости и надежности систем было впервые предложено профессором Н.А.Железновым в 1966-68 годах.

Комплексное исследование проблемы повышения достоверности обработки информации в сложных системах возможно, при использовании следующих принципов:

1.Системности — для повышения достоверности должны быть учтены все основные причины искажений информации, выдаваемой системой, независимо от их причин возникновения в процессе переработки информации. Принцип системности требует рассмотрения и сравнения между собой способов и повышения достоверности информации.

2. Экономичности — способы повышения достоверности, применяемые в системе, должны сравниваться и не только по вкладу в повышение результирующего показателя достоверности, но и по затратам, необходимым для реализации этих способов;

3. Равнопрочности — затраты на повышение достоверности в системе должны распределяться так, чтобы максимально улучшать показатели достоверности выходной информации. Принцип равнопрочности не допускает завышения одних характеристик системы, влияющих на достоверность по отношению к другим.

Причинами снижения достоверности выходной информации могут быть:

— воздействие помех при передаче, хранении и переработке информации;

— отказы и сбои в работе ТС;

— структурные и алгоритмические ошибки;

— использование недостоверных входных данных;

— ошибки человека как звена системы.

Одним из основных условий функционирования системы является достоверность переработки информации. Вот почему к числу первоочередных проблем, подлежащих исследованию при оценке функционирования систем, относится проблема исследования достоверности обрабатываемой информации.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Способы повышения достоверности

Требование достоверности данных является существен­ным для любой системы управления, но для автомати­зированной системы оно становится просто жизненно необходимым. Это объясняется большим объемом обраба­тываемых данных и широким использованием техниче­ских средств. Если в системах, с ручной обработкой дан­ных руководитель любого подразделения в принципе имеет возможность проверить работу каждого сотрудни­ка, то при использовании ЭВМ подобная проверка прак­тически исключена. Это обстоятельство порождает много проблем самого различного свойства, важнейшей среди которых является необходимость повышения достоверно­сти данных.

Все методы контроля и повышения достоверности при автоматизированной обработке данных можно раз­делить на три группы:

— системные или организационные;

Методы первой группы применимы как при ручной, так и при автоматизированной обработке данных, осталь­ные относятся к автоматизированной обработке.

К системным методам относится выбор и примене­ние наиболее рациональных методов обработки данных и контроля их достоверности, а также оптимизация струк­туры обработки. Это означает, что должен быть опреде­лен оптимальный вариант распределения пунктов обра­ботки и контроля данных, четко установлены их функции и связь между ними. Особое внимание должно уделяться точкам стыка между подразделениями или организациями, где возрастает возможность утери части информации.

Рациональные методы обработки данных включают в себя использование специальных приемов, ускоряю­щих обработку и уменьшающих возможность ошибок, в том числе заранее подготовленных расчетных таблиц с готовыми итогами, графиков и номограмм. При мас­совой обработке однотипных документов удобны шабло­ны — маски, выделяющие из документа, места с данны­ми, подлежащими обработке, и закрывающие все осталь­ное. Иногда такой шаблон наносится непосредственно на документ при типографской подготовке соответствую­щего бланка. Полезно использование цвета — печать разнотипных документов на бумаге разного цвета, на­несение различных цветных полос и т. д.

К системно-организационным относят также меропри­ятия, направленные на поддержание характеристик ис­пользуемого оборудования в заданных пределах и по­вышение культуры обработки данных. Сюда входи г определение сроков проверок и профилактических ре­монтов оборудования, быстрое обнаружение неисправно­стей и ввод оборудования в строй, своевременная замена физически и морально устаревшего оборудования, созда­ние условий работы персонала, направленных на повышение качества обработки, снижение уровня шума, оптимальное освещение рабочего места, создание спокой­ной обстановки для работы, и т. п.

При разработке системы рассматривают такие воп­росы, как сроки и методы хранения исходных данных, возможность восстановления утерянных или испорчен­ных в процессе обработки данных, оптимальные разме­ры единовременно обрабатываемой пачки данных, необ­ходимое число копий, процедуры доступа к документам и промежуточным данным и т. д. Должен быть предус­мотрен постоянный контроль качества работы операто­ров, особенно при первичной обработке данных.

Программные методы повышения достоверности об­работки информации состоят в том, что при составлении процедур обработки данных на ЭВМ предусматривают дополнительные операции, имеющие математическую или логическую связь с основным алгоритмом расчета. Сравнение результатов этих дополнительных операций с ре­зультатами основной обработки данных дает возможность установить с определенной вероятностью наличие или отсутствие ошибок. На основании этого сравнения появля­ется, кроме того, возможность исправления обнаружен­ной ошибки.

Некоторые из программных методов повышения до­стоверности применимы также при ручной обработке данных.

Широкое распространение получили счетные методы контроля.

Контроль методом двойного или обратного счета со­стоит в повторном решении задачи одновременно или по­следовательно во времени и сравнении полученных ре­зультатов. Если они совладают, задача считается решенной правильно. При обратном счете решают задачу «наоборот», получая исходные данные из результатов расчета и сравнивая их с теми, которые были использо­ваны при первоначальном решении задачи.

Контроль по методу «усеченного алгоритма» заклю­чается в дополнительном решении задачи упрощенным, приближенным методом в сравнении полученных резуль­татов. Полученная разница должна находиться в преде­лах, заранее обусловленных точностью приближенного решения.

Большое распространение получил метод «контроль­ных сумм», особенно для проверки правильности ввода данных в ЭВМ. Для этого заранее подсчитывают любым способом сумму чисел определенной группы данных. Полученное значение суммы вводят в ЭВМ вместе с этой группой данных. Затем ЭВМ повторяет суммирование, сопоставляет свой результат с введенным. При этом смысловое значение суммируемых данных не имеет ни­какого значения, суммирование осуществляется совершенно формально, например, по столбцу или по строке, независимо от их содержания.

Балансовые методы контроля заключаются в сопо­ставлении результатов решения нескольких этапов задачи или нескольких задач, например, сопоставлении суммарных доходов и расходов, если заранее известно, что эти суммы должны совпадать.

Существует большая группа методов контроля, ис­пользующих избыточность информации. К ним отно­сятся методы, основанные на сопоставлении данных, по­лученных из различных источников или вновь получен­ных, с уже хранящимися в памяти. Распространен также метод избыточных или контрольных цифр либо разрядов. С помощью специальных не слишком сложных расчетов для каждого числа или группы чисел подсчиты­вается контрольная цифра, которая вводится в ЭВМ вместе с этим числом или группой чисел. ЭВМ выполня­ет аналогичный расчет и сравнивает полученную циф­ру с контрольной.

Логические методы контроля основаны на некоторых характеристиках решаемых задач. Например, если реша­ется задача для определенного класса объектов — рас­пределение заказов на некоторый вид продукции, обра­ботка статистических данных по отдельной республике или краю и т. п., то каждый вновь рассматриваемый объ­ект проверяется на принадлежность к атому классу. К логическим методам относится также экспертная оценка получаемых данных, когда специалист дает заключение о реальной возможности такого решения. Несмотря на то, что метод является очень приближенным, он позво­ляет отбросить явно негодные результаты, появляющи­еся при случайных грубых искажениях нормального хода расчета.

Значительная часть ошибок, вызванных нарушени­ями работы оборудования, обнаруживается аппаратными методами. Эти методы обладают большими возможно­стями, чем программные, выполняя почти все то же функ­ции и некоторые дополнительные, Аппаратными мето­дами ошибки обнаруживаются ближе к месту их возник­новения, чем программными, поэтому аппаратное обнаружение ошибок используется для представле­ния обслуживающему персоналу ЭВМ более точной информации об искажениях, вызванных неисправно­стью.

Программными методами целесообразнее осуществить защиту программистов и операторов ЭВМ от ошибок, ко­торые труднее обнаружить аппаратными методами.

В отличие от программных методов, когда контроль ошибок осуществляется периодически, аппаратные ме­тоды обеспечивают непрерывный контроль и указывают ошибку в момент ее появления. При использовании ап­паратного метода возрастают затраты на разработку и реализацию в ЭВМ средств обнаружения ошибок, од­нако программные методы также требуют затрат на под­готовку или отладку соответствующих программ или их частей и периодического их выполнения.

Чтобы достичь заданной или максимально возмож­ной достоверности, обычно используется не один какой-либо метод, а комбинация нескольких. Выбор наилуч­шей комбинации методов зависит не только от требова­ний достоверности, но и от ограничений на затраты времени, труда и денег. Однако никакие соображения экономии средств не могут служить основанием для от­каза от контроля достоверности. Без такого контроля система может оказаться полностью неработоспособной. В то же время следует помнить, что обеспечение такой вероятности ошибок, чтобы один ошибочный знак при­ходился на 1 млн. или более правильных, увеличивает суммарные затраты па разработку системы на 50÷100%

Источник