DE1116925B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur gesicherten UEbertragung von impulscodierten Nahrichten - Google Patents

Description

In der Impulstechnik, insbesondere in der Technik der datenverarbeitenden Maschinen (Rechenmaschinen) ist vielfach die Aufgabe gegeben, impulscodierte Informationen, insbesondere binärcodierte Informationen, von einer Stelle zu einer anderen Stelle zu übertragen. Gerade bei der Übertragung von Daten besteht besonderes Interesse, die Daten gegen Störungen zu sichern, wobei hohe Ansprüche an die Fehlererkennung gestellt werden. So besteht ein besonderes Bedürfnis, z. B. in Buchungsanlagen (Scheckbuchungen usw.), Fehlübertragungen, die zu Fehlbuchungen führen könnten, mit größter Sicherheit zu erkennen.

Es sind bereits verschiedene Verfahren bekanntgeworden, mit denen binärcodierte Nachrichten, die in Form von Binärzeichen vorliegen, auf ihre richtige Übertragung erkannt werden können. Ein bekanntes Verfahren besteht darin, bei der Übertragung die zu übertragenden Informationiselemente bzw. die ein Nachrichtenzeichen wiedergebenden Informationselemente (z. B. auch einzelne Fernschreibzeichen) zu Gruppen konstanter Anzahl von Informationselementen zusammenzufassen und diesen Gruppen, insbesondere nach ihrer gesamten Übertragung, bestimmte Kontrollzeichen zuzuordnen, die aus den Informationselementen dieser Gruppen unmittelbar gebildet werden. Beim Empfänger werden aus den empfangenen Informationselementen der gerade übertragenen Gruppen nach denselben Vorschriften Kontrollzeichen auf die gleiche Weise gebildet und die so gewonnenen Kontrollzeichen mit den am Ende der Gruppe der zu übertragenden Kontrollzeichen verglichen. Wird beim Vergleich die Nichtübereinstimmung zwischen den übertragenen und den beim Empfänger gebildeten Kontrollzeichen festgestellt, dann wird 'bei den meisten Übertragungssystemen dieser Art eine Rückfrage ausgelöst. Durch diese Rückfrage wird dann die zuletzt übertragene Gruppe von Informationselementen zusammen mit den Kontrollzeichen nochmals übertragen.

Die Bildung der Kontrollzeichen erfolgt bei bekannten Systemen nach verschiedenen Schlüsseln. Eine übliche Art, Kontrollzeichen zu bilden, besteht darin, die Informationselemente einer Art zu zählen und das Zählergebnis an die empfangene Stelle zu übertragen. Werden also beispielsweise die binären Informationselemente 0 und 1 in einer beliebigen Zuordnung übertragen, dann wird z. B. zur Bildung eines Kontrollzeichens die in einer Gruppe vorkommende Anzahl der Informationselemente »1« gezählt und das Zählergebnis übertragen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, um die Sicherheit der Über-Verfahren und Schaltungsanordnung

zur gesicherten Übertragung
von impulscodierten Nachrichten

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr. phil. nat. Hans Ferdinand Mayer, München-Solln, ist als Erfinder genannt worden

tragung zu erhöhen, darüber hinaus die an jeder zweiten Stelle der zu übertragenden Informationsfolge vorkommenden Ziffern und gegebenenfalls an jeder dritten Stelle usw. zu zählen, wodurch nicht nur Verfälschungen einer 0 in eine 1 und umgekehrt, sondern auch Vertauschungen von zwei Binärziffern, die auf dem Übertragungsweg durch einen sogenannten »transpositions-error« zustande kommen, mit erfaßt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungsverfahren, bei dem Kontrollzeichen auf eine neuartige Weise gebildet werden, wobei nach dem Verfahren verschieden viele Kontrollzeichen gewonnen werden können, deren Übertragung jeweils die Sicherheit des Empfangsergebnisses mehr oder weniger erhöht. Hierdurch wird es dann in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Anzahl der Kontrollzeichen der Fehlerhäufigkeit des Übertragungsweges dadurch anzupassen, daß mehr oder weniger Kontrollzeichen in der im folgenden gekennzeichneten Weise ermittelt und übertragen werden. Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß neben der in an sich bekannter Weise ermittelten Zahl der zu übertragenden Binärelemente innerhalb einer Gruppe von Informationselementen außerdem noch die Anzahl der «-stelligen («=2, 3 ...) Kombinationen der Informationselementgruppen gebildet und nach Anzahl dem Empfänger mitgeteilt und beim Empfänger mit dem aus den empfangenen Zeichen auf die gleiche

109 738/181

Weise gebildeten Kontrollzeichen in an sich bekannter Weise verglichen werden. Beim Verfahren nach der Erfindung wird also ebenso wie bei bekannten Verfahren jeweils eine Gruppe genau vorgegebener Anzahl von Informationselementen (0 oder 1), z. B. 2¹⁰ Informationselemente, übertragen. Im Anschluß an diese Gruppe wird nun zunächst eine Zahl übertragen, die der Anzahl der in dieser Gruppe vorkommenden einen Art von Informationselementen entspricht. Im Anschluß an diese Zahl, insbesondere wenn die Störhäufigkeit auf dem Übertragungsweg dies erfordert, werden dann weitere Zahlen übertragen, und zwar zunächst drei Zahlen, die die Anzahl der in der Gruppe vorkommenden Zweierkombinationen der beiden Informationselemente wiedergeben.

Bei der Übertragung von Binärzeichen sind bekanntlich insgesamt vier Gruppen von Kombinationen der zwei Ziffern in einer Zweiergruppe, im folgenden Doublets genannt, möglich, nämlich 00, 10, 01 und 11. Für die gesicherte Übertragung braucht aber lediglich die Anzahl von drei Doublets übertragen zu werden, da ja die Gesamtzahl der in einer Gruppe möglichen Zweierkombinationen durch die Gesamtzahl der Binärziffern bestimmt und beim Empfänger auch bekannt ist.

Bei noch größerer Fehlerhäufigkeit wird in gleicher Weise die Anzahl von sieben der acht möglichen Triplets übertragen. Unter einem Triplet ist hierbei eine beliebige Dreierkombination von Binärziffern zu verstehen.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden zunächst an Hand eines Zahlenbeispiels erläutert.

Es sei angenommen, daß eine Gruppe von insgesamt sechzehn Binärziffern übertragen wird und anschließend gegen Störungen gesichert werden soll. Die Ziffern sollen in folgender Reihenfolge übertragen werden:

1011011010001110.

Im praktischen Betrieb wird man selbstverständlich eine sehr viel größere Anzahl von Binärziffern zu einer Gruppe zusammenfassen.

Die oben angegebene Folge enthält neun »1« (Singlets), d. h. also von einer Art der Informationselemente liegen neun Ziffern vor. Als erste Kontrollzahl wird binärcodiert die Zahl »9« = 1001 übertragen. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird dann die Anzahl jedes in der Gruppe vorkommenden Doublets angegeben. Das Doublet 10 ist insgesamt viermal enthalten. Das Doublet 11 (zweites Doublet innerhalb der übertragenen Folge) ist insgesamt zweimal vorhanden, das Doublet »01« einmal. An die KontEoUzahl 1001 haben sich dementsprechend die Kontrollzahlen 4=100, 2=010 und 1 = 001 anzuschließen. Diese Reihenfolge der Doublets ist im Ausführungsbeispiel willkürlich gewählt; die Folge der Arten der Doublets ist natürlich beim Empfänger bekannt. Das heißt, wenn beim Empfänger die Kontrollzahl 4 empfangen wird, dann ist vereinbart, daß dies der Anzahl des Doublets IO entspricht.

In der übertragenen Gruppe von sechzehn Ziffern sind insgesamt acht Doublets möglich, so daß aus der Tatsache, daß sieben (4+2+1) Kontrollzeichen belegt sind, beim Empfänger ohne weiteres ermittelt werden kann, daß die vierte Art von Doublets, nämlich das Doublet 00, insgesamt einmal in der übertragenen Gruppe vorkommen muß.

Bei größerer Störhäufigkeit werden gemäß der Erfindung im Anschluß an die Doublets noch die in der Gruppe vorkommenden Triplets übertragen. Diese sind im vorhegenden Zahlenbeispiel das Triplet 000, das einmal enthalten ist und das Triplet 111. Andere Kombinationen von Binärziffern innerhalb eines Triplets sind in der Gruppe nicht enthalten, so daß diese mit 0 anzugeben sind.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß in entsprechender Weise auch die Anzahl der vorhandenen Vierergruppen usw. ermittelt und übertragen werden kann.

Das Verfahren nach der Erfindung kann mit den verschiedensten Vorrichtungen durchgeführt werden. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung im Prinzip wiedergegeben, mit der es ohne weiteres möglich ist, die Informationsgruppen nach der Zahl ihrer Binärziffern der Doublets, Triplets usw. zu analysieren. Eine derartige Vorrichtung für einen Sender ist in der Fig. 1 und für den Empfänger in der Fig. 2 der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es ist angenommen, daß die zu übertragende Binärziffernfolge, bei der beispielsweise die Binärziffer 1 durch einen Impuls und die Binärziffer 0 durch das Ausbleiben eines Impulses zu einer bestimmten Taktzeit dargestellt wird, in Seriendarstellung vorliegen und dem Sender über die Eingangsleitung E zugeführt werden. Vom Sender selbst werden diese Ziffern in an sich bekannter Weise darstellenden Impulse über die Ausgangsleitung an ein Übertragungssystem, z. B. ein Drahtnachrichtensystem, abgegeben. Es ist angenommen, daß neben der Zahl der Binärziffern einer Art auch die Zahl der Singlets, der Doublets und der Triplets innerhalb einer zu übertragenden Gruppe ermittelt werden sollen. Dementsprechend ist als Zwischenspeicher Sp ein dreistufiges Schieberegister vorgesehen, in das die zu übertragende Impulsfolge in an sich bekannter Weise eingespeichert wird und von der sie nach Durchlaufen des Schieberegisters wiederum abgegeben wird. Die einzelnen Stufen des Zwischenspeichers Sp sind bistabile Kippstufen, die je nach dem Informationsgehalt des gerade eingespeicherten Informationselementes eine von zwei möglichen Lagen einnehmen. Je nachdem ist einer der zwei Ausgänge jeder bistabilen Kippstufe mit einem Potential belegt, wobei immer dann, wenn eine »1« eingespeichert ist, der rechte der beiden Ausgänge einer Stufe Potential führen soll.

Die Zahl der in einer Gruppe vorkommenden Informationselemente 1 soll im Zähler Zl ermittelt werden. Dies geschieht einfach dadurch, daß von der letzten Kippstufe des Zwischenspeichers Sp mit Hilfe des Koinzidenzgatters Kl immer dann ein Zählkriterium vom rechten Ausgang abgeleitet wird, wenn eine »1« eingespeichert war. Nach Durchlaufen der zu übertragenden Informationsgruppe ist im Zähler Zl dann unmittelbar die Gesamtzahl der in der Gruppe enthaltenen Binärziffer »1« (Singlet) enthalten, so daß dieses Zählergebnis nach der Übertragung unmittelbar durch den Verteiler V abgetastet werden kann.

Im Zähler Z 2 soll die Anzahl der in der Gruppe vorkommenden Doublets Il ermittelt werden. Hierzu ist dem Zähler Z 2 ein Koinzidenzgatter K 2 zugeordnet, das immer dann ausgesteuert wird, wenn

die beiden letzten Stufen des Zwischenregisters Sp eine »1« enthalten. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß nach dem zweiten Schiebetakt eine Einspeicherung in dem Zähler Z 2 möglich ist, was beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer an dem Koinzidenzgatter K 2 wirksam werdenden Taktleitung TZ, die eine Taktfrequenz mit halber Impulsfolge wie die zur Fortschaltung des Zwischenspeichers Sp und zur Zählung der Singlets notwendige Taktleitung Γ1 führt. Im Zähler Z 3 soll die Anzahl der Doublets IO eingespeichert werden. Dementsprechend wird das Koinzidenzgatter K 3 vom rechten Ausgang der linken Kippstufe des Zwischenspeichers Sp und vom linken Ausgang der vorletzten Speicherstufe dieses Zwischenspeichers beaufschlagt. Der Zähler Z 4 enthält zur Ermittlung der Doublets 01 über das Koinzidenzgatter K 4 immer dann einen Zählimpuls, wenn taktrichtig abhängig vom Takt T 2 der rechte Ausgang der letzten Registerstufe und der rechte Ausgang der vorletzten Registerstufe Potential führt. Dementsprechend werden im Zähler Z 4 die Doublets 01 gezählt. Nach der Übertragung der Singlets können dann unmittelbar die Zählerstellungen der Zähler Z 2, Z 3 und Z 4 abgetastet werden, wobei die zu übertragenden Zählergebnisse unmittelbar als Binärziffem vorliegen, wenn die Zähler als Binärzähler, wie dargestellt, aufgebaut sind.

Die Ermittlung der Triplets, d. h. der Dreiergruppen, erfolgt in völlig analoger Weise, und zwar in den Zählern ZS bis ZIl. Auch zur Ermittlung der Triplets sind KoinzidenzgatterKS bis KU notwendig, die jeweils die entsprechenden Ausgänge der drei Speicherstufen des Zwischenspeichers Sp zusammenfassen. Das Koinzidenzgatter K 5 kann beispielsweise immer nur dann einen Zählimpuls abgeben, wenn alle drei Registerstufen eine »1« enthalten, d. h. wenn das Triplet 111 vorliegt. Auch bei den Koinzidenzgattern KS bis KIl ist eine Taktleitung T 3 vorgesehen, die nur zu jedem dritten Schiebetakt am Zwischenspeicher Sp eine Zählung ermöglicht. Die Steuertakte T 2 und Γ 3 können über Frequenzteilerglieder unmittelbar aus dem Schiebetakt ΓΙ, der am Zwischenspeicher Sp wirksam wird, gewonnen werden. Sollen bei Übertragungswegen auch die ermittelten Dreiergruppen (Triplets) übertragen werden, dann werden über den Verteiler V auch die Stellungen der Zähler ZS bis ZIl mit übertragen. Die Zähler werden mit einer gemeinsamen Rückstelleitung verbunden, die immer dann wirksam wird, ehe eine neue Informationsgruppe übertragen werden soll.

Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Bildung von Quatruplets auf dieselbe Weise erfolgen kann.

Die geschilderten Vorgänge werden im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch eine zentrale Einrichtung St gesteuert. Die Steuereinrichtung enthält z. B. die Mittel zur Erzeugung der drei Taktpulse T₁, T₂ und T₃; sie enthält außerdem Vorrichtungen, mittels denen sie Blockanfang und Blockende erkennt und damit den Beginn und das Ende der verschiedenen Zählvorgänge steuert; sie hält den Verteiler V während der ganzen Sendung eines Blocks (d. h. der zusammengefaßten Gruppe von im vorliegenden Fall sechzehn Binärziffern) in der dargestellten Stellung und läßt den Kontaktarm zwecks Abtastung der Zählerstellungen erst anlaufen, wenn die letzte Informationsziffer des Blocks den Registerspeicher Sp verlassen hat; nach Aussendung aller Kontrollzahlen führt sie den Kontaktarm wieder in die Anfangsstellung zurück und bringt auch alle Zähler in ihre Nullstellung. Damit ist die gesamte Einrichtung zur Aussendung der nächstfolgenden Informationsgruppe bereit.

Ein Empfänger kann in sehr ähnlicher Weise wie der Sender aufgebaut werden, da ja, wie bereits erwähnt, auch beim Empfänger die einzelnen Zählergebnisse während des Empfanges der Informationsgruppe gebildet werden müssen. Dementsprechend ist auch beim Empfänger ein Zwischenspeicher Sp vorzusehen, der wiederum aus drei Stufen besteht und von dem aus die einzelnen Zähler mit Zählimpulsen in völlig analoger Weise beaufschlagt werden. Die Informationsgruppe selbst wird dann, wenn ihre Richtigkeit feststeht, in einem Pufferspeicher P vorübergehend in ihrer Gesamtheit gespeichert. Als Pufferspeicher kommt beispielsweise ein Magnetkernspeicher oder auch ein Magnetband in Frage, in den bzw. auf den die Informationen in an sich bekannter Weise eingeschrieben bzw. aufgezeichnet werden.

Die einzelnen Zähler sind in diesem Fall mit mehreren Eingängen versehen, wobei der eine Eingang über den Zwischenspeicher Sp und das zugehörige Koinzidenzgatter (K₁ bis K_n) mit Zählimpulsen so beaufschlagt wird, daß der Zähler vorwärts zählt, während über die weiteren Eingänge abhängig von der Stellung des Empfangsverteilers EV jede entsprechende Kippstufe eines Zählers einzeln in die entgegengesetzte Lage übergeführt wird, wenn eine »1« empfangen worden ist und jede Zählstufe in der eingenommenenen Lage bleibt, wenn eine »0« empfangen worden ist. Sofern das beim Empfänger ermittelte Zählergebnis mit dem übertragenen Zählergebnis übereinstimmt, wird auf diese Weise erreicht, daß der Zähler unmittelbar in den 0-Zustand übergeführt wird, so daß ein Fehler dann anzuzeigen ist, wenn irgendeine der Zählstufen nach dem Übertragen der Zählergebnisse als Kontrollziffer nicht in den O-Zustand zurückgeführt wurde. In diesem Fall ist dann in an sich bekannter Weise eine Rückfrage auszulösen, wobei mit der Abgabe der Rückfrage gleichzeitig die Zähler in der Zwangs-0-Lage zurückgeführt werden, damit beim erneuten Beginn des Übertragungsvorganges eine eindeutige Ermittlung der Kontrollzahlen beim Empfänger möglich ist.

Nach der Darstellung der Empfangseinrichtung in Fig. 2 enthält diese eine zentrale SteuereinrichtungSi, die die gesamten Vorgänge steuert und die Taktpulsversorgung enthält. Von. jeder einzelnen Zählstufe der Zähler sind Ausgangsleitungen zu Koinzidenzgattern (K 12 bis K 22) geführt, die nur in den Nullstellungen der Zählstufen spannungsführend sind. Die Überwachungseinrichtung C prüft damit, ob alle Zähler in Nullstellung sind. Ist das der Fall, so gibt sie ein Signal an die Steuereinrichtung St, die dann die empfangene und in P noch gespeicherte Informationsgruppe zur weiteren Vorbereitung freigibt; andernfalls wird, wie erwähnt, der Pufferspeicher gelöscht und eine Wiederholung der gefälscht empfangenen Gruppe angefordert.

Die Erfindung wurde schematisch an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Das Verfahren nach der Erfindung kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, verschiedentlich variiert werden; so können beispielsweise die einzelnen Doublets und Triplets in anderer Weise wie geschildert aus der zu

übertragenden und zu sichernden Informationsgruppe ermittelt werden. Dementsprechend ergeben sich für eine schaltungsmäßige Ausführung auch Abwandlungen, die diesen abgeänderten Bedingungen anzupassen sind. Sollen beispielsweise die Doublets aus jeweils zwei durch ein dazwischenliegendes Informationselement getrennte Informationselementen gewonnen werden, dann müssen bei der Ausführungsform nach Fig. 1 oder 2 der Zeichnung die Ausgänge der ersten und letzten Stufe des dreistufigen Zwischenspeichers über die Koinzidenzgatter zusammengefaßt werden.

Die Erfindung wurde an Hand einer reinen Serienaussendung der Informationsbits erläutert, da gerade diese Übertragungsart für die Richtung der Doublets, Triplets usw. besondere Schwierigkeiten bietet. Die Erfindung kann selbstverständlich in gleicher Weise bei einem gemischten Serienparallel-Übertragungssystem mit gleichem Vorteil angewendet werden, wobei sich bei einem Serienparallelsystem die Möglichkeit ergibt, die Doublets und Triplets entweder über die Folge der Informationselemente auf einem Übertragungsweg in der geschilderten Weise oder aber auch aus zwei bzw. drei parallel laufenden Informationselementen zu bilden. Bei der Parallelbildung und Auswertung der Kombinationen werden hierbei Speicherglieder im Übertragungsweg gespart, da dieselben Kombinationen von Informationselementen immer gleichzeitig über die entsprechenden parallel zu beaufschlagenden Übertragungskanäle ausgesendet werden und somit auch gleichzeitig parallel an den Zählereingängen vorliegen.

Der Verteiler ist in der Zeichnung als mechanischer Verteiler dargestellt. Selbstverständlich wird bei der schaltungstechnischen Realisation ein elektronischer Verteiler, der von dem Takt Tl des Zwischenspeichers entsprechend gesteuert wird, vorzusehen sein.

Claims (3)

Patentansprüche :

1. Verfahren zur gesicherten Übertragung von impulscodierten Nachrichten, die jeweils in Gruppen konstanter Anzahl von Informationselementen (Bits) zusammengefaßt sind und bei dem nach der Übertragung einer Gruppe von Informationselementen Kontrollsignale, die aus den Nachrichtensignalen der übertragenen Gruppe gewonnen werden, übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise abhängig von der Fehlerhäufigkeit des Übertragungsweges neben oder gegebenenfalls an Stelle der in an sich bekannter Weise ermittelten Zahl einer Art der zu übertragenden Binärelemente außerdem noch die Anzahl der n-stelligen (ji = 2, 3 ...) Kombinationen der in der übertragenen Nachrichtengruppe enthaltenen Informationselementegruppen übertragen und beim Empfänger mit dem aus den empfangenen' Zeichen auf die gleiche Weise gebildeten Kontrollzeichen, in an sich bekannter Weise verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Zahl der einen Art von Binärelementen innerhalb einer Nachrichtengruppe die zwei- und dreistelligen Kombinationen (Doublets und Triplets) ermittelt und übertragen werden.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der Arten von Elementen-Kombinationen innerhalb einer Gruppe von Binärzeichen Zähler vorgesehen sind, die über Koinzidenzgatter mit den auszusendenden bzw. empfangenen, gegebenenfalls vorübergehend gespeicherten Elementen der Nachrichtengruppe so angesteuert werden, daß beim Auftreten einer bestimmten Kombination der Zähler um eine Einheit weitergeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 738/181 10.61