DE3687792T2

DE3687792T2 - Verfahren und system zum bearbeiten von uebertragungsfehlern.

Info

Publication number: DE3687792T2
Application number: DE8686117619T
Authority: DE
Inventors: Gordon Wesley Braudaway; Thomas Gerard Burket; Krishnamurthi Kannan; Deborah Jean Kruesi; Clifford Bennett Meltzer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1993-08-19
Anticipated expiration: 2006-12-19
Also published as: US4712214A; CA1301309C; DE3687792D1; JPH0630484B2; EP0229353B1; EP0229353A2; EP0229353A3; JPS62169537A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Erfassung von und Wiedergewinnung aus Übertragungsfehlern über asynchrone Vermittlungsleitungen.
Traditionell hat ein Informationsaustausch mit Fernzugriff, der die asynchrone Betriebsart benutzte, auf einfache Paritätsschemata für jedes Byte der übertragenen Daten vertraut, z. B. auf Paritätsbits an den Bytegrenzen zur Fehlererfassung. Dies bedeutete gewöhnlich, daß ein Bit von den 8 Bits für die Parität reserviert wurde und die verbleibenden 7 Bits für die Daten benutzt wurden. Im allgemeinen jedoch können alle 8 Bits in einem Byte für die Verwendung durch höhere Schichten in einer dem Informationsaustausch dienenden Hierarchie erforderlich sein. Darüber hinaus setzten die 1-Bit-Paritätsschemata diese vorhandenen Systeme nur in den Stand, den Fehler zu erkennen, ohne Vorkehrung für automatische Korrektur und/oder Behebung. Es wurde dem Endbenutzer überlassen, die Behebung durch Anforderung einer nochmaligen Übertragung der Daten, die verstümmelt aussahen, zu versuchen. Mit dem Aufkommen von Videotext und begleitender Kodierschemata zur Datendarstellung, wie z. B. die North American Presentation Level Protocol Syntax (NAPLPS), wurde die Notwendigkeit zur Behebung von Übertragungsfehlern offensichtlicher als bis dahin vorhergesehen. Dies beruht auf dem hohen Maß an Kompression, das diese Datenkodierschemata verwenden. Ein Fehler in einem einzigen Byte könnte zu dramatischen Unterschieden dessen führen, was der Endbenutzer erkennt. Die Häufigkeit und das Ausmaß solcher Fehler könnte die Einfachheit der Benutzung von Videotext ernsthaft beeinträchtigen.
Der Stand der Technik hat versucht, den Fehlerschutz zu verbessern, während der Verlust an Datenkapazität in asynchronen Nachrichtenverbindungen vermieden wurde durch Entfernen der Paritätsbits und Neuformatisieren der Daten für die Übertragung in Pakete mit Prüfsummenbits, und dann durch Rückumwandeln der empfangenen Daten in die nutzbare Standardform. Ein Beispiel solch eines Systems ist beschrieben in US-A 4 377 862 von Koford. Jedoch erfordern solche Systeme spezielle Hardware, um mit Standardmodems kompatibel zu sein, und können nicht rein in Software implementiert werden. Andere bekannte Versuche oder mögliche Versuche, um mit dem Problem fertig zu werden, wie z. B. eine Übertragung in bisynchroner oder einer anderen Betriebsart, scheinen alle zusätzliche, spezielle Hardware zu erfordern oder unterschiedliche und teurere Betriebssysteme. Weitere Beispiele aus dem Stand der Technik finden sich in US-A 4 304 001 von Cope und US-A 3 676 859 von Holloway et al.
IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems PAS-103 (1984) Aug, No. 8 beschreibt ein Kommunikationsprotokoll, in dem Nachrichtendaten in Paketen übertragen werden, die n Bytes enthalten, aber beschreibt nicht die Auswahl eines "Übertragungsende" -Zeichens (ETX) als eine Funktion des Inhaltes des Paketes. Das ETX-Zeichen wird durch das letzte Byte des Paketes dargestellt, wird aber innerhalb des Paketes nicht an einer Stelle wiederholt, die den Datenbytes vorausgeht.
Jedenfalls scheint gegenwärtig kein System bekannt zu sein, das niedrige Kosten, hohe Leistung, automatisches Erkennen und Korrigieren von asynchronen Übertragungsfehlern bietet, und das in der Lage ist, Standardmodems zu verwenden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jetzt ein Verfahren bereitgestellt zur Erzeugung eines Datenpaketes zur Erfassung von und Wiedergewinnung aus Übertragungsfehlern über asynchrone Vermittlungsleitungen zwischen einer Sende- und Empfangsstation, das aus den Schritten besteht der Erzeugung der Übertragungen in n Bytes enthaltenden Datenpaketen, wobei das erste Byte in jedem Datenpaket als übertragungsstart-Zeichen STX kodiert ist, Auswahl eines Übertragungsende-Zeichens ETX für jedes Datenpaket nach der Umwandlung der im Datenpaket zu übertragenden Daten, welches ETX-Zeichen sich von den übrigen Zeichencodes im betreffenden Datenpaket unterscheidet und zum zweiten Byte gemacht wird,das dritte Byte in jedem Datenpaket wird zum Komplement des für das betreffende Datenpaket ausgewählten ETX-Zeichens gemacht, die den letzten drei Bytes in jedem Datenpaket vorangehenden Bytes werden zu Datenbytes gemacht, die dem letzten nächsten beiden Datenbytes in jedem Datenpaket werden zu Prüfsummenbytes gemacht, und das letzte Byte in jedem Datenpaket wird zum selben wie das ETX-Zeichen des zweiten Bytes in dem betreffenden gemacht als Anzeige des Endes jedes Datenpaketes.
Bei Betrachtung der vorliegenden Erfindung aus einem anderen Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt zum Erzeugen eines Datenpaketes gemäß dem vorher erwähnten Verfahren, die enthält: Mittel zur Erzeugung der Übertragung in n Bytes enthaltenden Datenpaketen, wobei das erste Byte in jedem Datenpaket als übertragungsstart-Zeichen STX codiert ist, Mittel zur Auswahl eines übertragungsende-Zeichens ETX für jedes Datenpaket nach der Umwandlung im Datenpaket zu übertragenden Daten, welches ETX-Zeichen sich von den übrigen Zeichencodes in seinem betreffenden Datenpaket unterscheidet und zum zweiten Byte gemacht wird, Mittel, die das dritte Byte in jedem Datenpaket zum Komplement des für das betreffende Datenpaket ausgewählten ETX-Zeichens machen, Mittel, welche die den letzten drei Bytes in jedem Paket vorangehenden Bytes zu Datenbytes machen, Mittel, die die dem letzten nächsten beiden Bytes in jedem Datenpaket zu Prüfsummenbytes machen und Mittel, welche das letzte Byte in jedem Datenpaket zum selben wie das ETX-Zeichen des zweiten Bytes zur Anzeige des Endes jedes Datenpaketes machen, wodurch die ETX- Zeichenbytes von den Datenbytes unterscheidbar sind und in jedem Fall hierbei jeweils durch das dritte und zweite Byte im Datenpaket fehlergeprüft werden, während Datenfehler mittels der Prüfsummen geprüft werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung benutzt eine Kombination von Textende (ETX)-Bytes in jedem Datenpaket (von n Bytes) der asynchronen Übertragung. Zuerst wird ein ETX-Zeichen dynamisch für jedes Paket ausgewählt, nachdem die Daten, die das Paket bilden, umgewandelt wurden. Dieses Zeichen wird verschieden von den restlichen Zeichencodes in seinem betreffenden Paket kodiert und wird zu dessen zweitem Byte gemacht, das auf das Textstart- Byte (STX) folgt. Das dritte Byte in jedem Paket wird zum Komplement des voraufgehenden ETX-Bytes gemacht, wobei das letztere auch zum letzten Byte im Paket gemacht wird. Daher sind das zweite und das letzte Byte in jedem Paket identisch und von allen anderen Bytes verschieden, und das dritte Byte ist ihr Komplement. Andere Bytes in jedem Paket schließen ein: ein Byte, das die Stelle des Paketes in einem Satz in einer vorgegebenen Übertragungssequenz angibt; ein Byte, das den Satz des Paketes von anderen Übertragungssequenzen unterscheidet; zwei Bytes, die die Anzahl von Datenbytes in dem Datenpaket angeben; ein Byte, das als Steuerzeichen arbeitet, das die funktionsmäßige Beschaffenheit des Paketes angibt; Datenbytes; und zwei Prüfsummenbytes, die dem letzten ETX-Byte vorausgehen. Auch kann das Byte der funktionsmäßigen Beschaffenheit ein "Pause-Zeichen" einschließen, das den Empfänger auffordert, mit einem ACK- oder NACK- Paket zu antworten im Hinblick auf die bereits richtig empfangenen Pakete. Dies begrenzt die Anzahl der Pakete, für die eine Bestätigung anhängig ist, was weniger Datenspeicher am Sender zuläßt. Mit der Übertragung der Pakete, die die vorher erwähnte verbesserte Kombination von Bytes enthalten, wird der Sender beim Erkennen eines Fehlers in einem Paket unmittelbar benachrichtigt, und eine erneute Übertragung wird nur für das fehlerhafte Paket ausgeführt anstatt für den Anfang der gesamten Sequenz, wie das beim Stand der Technik der Fall ist.
Die Erfindung ist besonders zweckmäßig für die Verwendung in Systemen, die den Informationsaustausch mit und zwischen Personalcomputern (PCn) einschließen, und in Systemen, die ganz allgemein asynchrone Modems verwenden für Zwecke der Telesoftware. Sie ist zugänglich, um in einem Softwareprodukt verkörpert zu werden, das von irgendeinem PC-Benutzer mit einem Standardmodem benutzt werden kann für eine Punkt-zu-Punkt- Verbindung ohne die Notwendigkeit eines großen Leitrechners oder eines Netzwerkes, obgleich sie auch für die Verwendung in zentralen Systemen und Videotext-Netzwerken geeignet ist.
Die vorgeschlagene Erkennung und Behebung von Übertragungsfehlern in der asynchronen Betriebsart des Informationsaustausches auf der Ebene des Datenübertragungsabschnittes ist vollständig transparent auf den höheren Ebenen der Übertragung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Videotextsystems, auf das die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
Fig. 2 veranschaulicht die Elemente in einem Datenpaket gemäß der Erfindung auf der Ebene der Verbindungsstrecke
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann ein System, für das die vorliegende Erfindung zur Eingliederung geeignet ist,einschließen: einen Leitrechner 10 in der Form eines Großrechners, ein Netzwerk oder einen Personal Computers und eine Empfangsstation 20, typischerweise ein Personal Computer, zum Austauschen asynchroner Übertragungen über geeignete Übertragungsleitungen 30. Die Erfindung ist besonders für das Umgehen mit Videotext- Übertragungen geeignet.
Alle Übertragungen vom Leitrechner zur Datenstation oder von der Datenstation zum Leitrechner werden in Form von Paketen durchgeführt. Diese Daten enthaltenden Pakete können von variabler Länge sein, aber jedes kann nicht mehr als n Bytes lang sein (einschließlich all der Steuerbytes, die gemäß der Erfindung vorgeschlagen werden). Es ist ein Handel eingeschlossen in der Auswahl dieser maximalen Größe. Erhöhen der maximalen Größe würde generell weniger Aufwand für die Zentraleinheit zur Folge haben als auch eine leicht (aber nicht sichtbare) geringere Übertragungszeit pro bei der Anwendung erkennbarer Dateneinheit. Auf der anderen Seite erfordern größere Pakete größere Übertragungspufferspeicher beim Leitrechner. Diese Pufferspeicher sind zusätzlich zu dem Anwendungspufferspeicher, da die Paketbildung das erneute Formatieren der zu übertragenden Daten erfordert. Kleine Pufferspeicher verbrauchen weniger Speicher beim Leitrechner, aber erfordern zusätzliche Zyklen der Zentraleinheit für das Aufbauen des Pufferspeichers usw. Ein Paket kann in der Größe reichen von 11 Bytes (keine Daten) bis zu dem, was immer die "volle" Paketgröße darstellt, die benutzt wird, um große Dateneinheiten in vielfache Pakete aufzubrechen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das "volle" Paket so groß sein wie 256 Bytes. Das hier beschriebene Schema gemäß der vorliegenden Erfindung ist geplant für die Verwendung bei allen Paketgrößen von 11 Bytes bis hinauf zu und einschließlich 258 Bytes.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines beispielhaften Datenpaketes auf der Verbindungsebene. Wie auf Fig. 2 zu ersehen ist, ist das erste oder Start- Byte des Paketes stets das Zeichen STX (ASCII Codepunkt X'02'). Das zweite Byte stellt das ETX-Zeichen dar, dessen Wiedererscheinen in dem Paket das Ende dieses Paketes bezeichnet. Das dritte Byte stellt das logische Komplement des ETX-Zeichens dar (,wie genauer unten beschrieben wird,) und wird als ETXINV bezeichnet. Das vierte Byte enthält eine 8-Bit- Zahl ohne Vorzeichen, die als Sequenzfeld bezeichnet wird. Das Sequenzfeld gibt die relative Anzahl des Feldes innerhalb eines Satzes von Paketen an, die eine Dateneinheit darstellen (,wie z. B. eine Videotextseite,) für Protokolle höherer Schichten. Die Sequenznummerierung beginnt mit eins und kann bis zu 255 hinaufreichen. Daher beträgt die maximale Anzahl von Datenbytes, die als eine Einheit gesendet werden können, 62475 (245·255). Das fünfte und das sechste Byte bilden eine 16- Bit-Zahl ohne Vorzeichen, die die Anzahl von Datenbytes in dem Paket darstellt. Sie variiert zwischen 0 und 245 einschließlich. Byte sieben ist ein Sequenzsteuer-Kennzeichen der Sequenz. Es unterscheidet zwischen einer Dateneinheit (Satz von Paketen) und ihrem Vorgänger. Byte acht ist ein 8-Bit-Steuerfeld, dessen Inhalt in Tabelle 1 gezeigt ist.

TABELLE 1

STEUERFELDER IM DATENPAKET

Steuerfeld Bedeutung
000000000 nicht zulässig
01000100 ASCII "D", ein Datenpaket
01001100 ASCII "L", das letzte Datenpaket.
01010000 ASCII "P", Pause; fordert den Empfänger auf, antworten, ob das Paket, auf das im Nummernfeld der Sequenz Bezug genommen wurde, und alle vorhergehenden Pakete richtig empfangen wurden. Die Antwort ist ein ACK- oder NACK-Paket. Sein Zweck ist es, die Anzahl der Pakete zu begrenzen, für die eine Bestätigung anhängig ist.
01000001 ASCII "A", ein ACK-Paket (das nach dem erfolgreichen Empfang des letzten Datenpaketes auszusenden ist)
01001110 ASCII "N", NACK; Sequenznummer des letzten Paketes, das richtig empfangen wurde, befindet sich im Sequenzfeld
01010010 ASCII "R", sende erneut; veranlaßt ein erneutes Aussenden des letzten ACK- oder NACK- Paketes
01000011 ASCII "C", annuliere die laufende Übertragung insgesamt und erwarte meine Übertragung (benutzt, um eine laufende Übertragung abzubrechen und dafür zu sorgen, daß die Datenstation oder der Leitrechner eine Eingabe zu einer höheren Schicht des Protokolls einleitet)
01010011 ASCII "S", beendet die Übertragung. Es kommt nichts mehr und ignoriere alle Pakete im laufenden Satz. Die Anwendung sollte diese Pakete nicht verarbeiten.
Auf das Steuerfeld folgen m Datenbytes (wobei in = 0-245). Hinter den Datenbytes sind zwei Bytes, die die Prüfsumme für das Paket bilden. Die Prüfsumme wird aus allen Bytes hinter STX berechnet, dem ersten ETX-Byte und aus ETXINV bis zu dem letzten Datenbyte. Daher schließt sie Sequenz-, Zähl- und Steuerbytes ein. Die Prüfsumme kann durch eine direkte Summe der erforderlichen Bytes berechnet werden, was einen Wert ergibt, der in zwei Bytes paßt. Alternativ ist eine zyklische Redundanzprüfung möglich, die auch eine Prüfsumme aus zwei Bytes erfordert. In jedem Fall hat das Paket die gleiche Form, aber die Prüfsumme ist verschieden.
Die bevorzugte Implementierung nutzt einen zyklischen Redundanzcode (CRC), der auf Prüfsummen basiert, die unter Benutzung eines Algorithmus wie folgt erzeugt und geprüft werden. Dieser Algorithmus wurde gewählt wegen seiner überlegenen Fehlererkennungsfähigkeit und seiner Leistungsfähigkeit für eine Softwareimplementierung, aber die Verwendung anderer geeigneter Algorithmen für diesen Zweck ist möglich und wird als im Schutzumfang der Erfindung liegend betrachtet. Anders wie der traditionelle CRC-Algorithmus, der nur ein Datenbit zu einem Zeitpunkt verarbeitet, verarbeitet dieser bevorzugte Algorithmus eine Gruppe von y Datenbits zu einem Zeitpunkt. Eines der Standard CRC-Generatorpolynome wird verwendet. Der Algorithmus erfordert eine Quelle von 2y "Dividenden-Modifizierern". Ein Dividenden-Modifizierer wird dadurch erzeugt, daß man eine der möglichen y-Bitfolgen nimmt und auf sie den traditionellen CRC-Algorithmus -ein Bit zu einem Zeitpunkt anwendet. Das Ergebnis wird in der Tabelle an der Stelle gespeichert, die durch den ursprünglichen y-Bitwert indiziert ist. Nachdem die Tabelle einmal geschaffen wurde, kann der CRC-Rest jeder k·y-Bit Prüfsummeneinheit berechnet werden.
Eine beispielhafte Implementierung benutzt y = 8 Bits (1 Byte) und das CRC-CCITT-Generatorpolynom (x¹&sup6; + x¹¹² + x&sup5; + 1). Der CRC-Rest einer k-Byte-Prüfsummeneinheit wird berechnet durch Anfügen von zwei Bytes von Nullen an das niederstellige (rechte) Ende der Prüfsummeneinheit, um einen k + 2-Byte-Dividenden zu bilden. Die folgenden drei Schritte werden dann k mal wiederholt:
1. Das am meisten links befindliche Byte des Dividenden, Byte 0, 0, wird als ein Index für die Tabelle der Dividenden-Modifizierer benutzt;
2. Bytes 1 und 2 werden kombiniert mit dem bezeichneten Dividenden-Modifizierer aus 16 Bits unter Benutzung eines EXKLUSIV ODER-Gatters und
3. der Dividend wird um acht Bitstellen nach links verschoben.
Der Sender fügt die letzten Bytes 0 und 1 in die zwei angefügten Bytes der erweiterten Nachricht ein, um die überarbeitete Nachricht zu bilden. Wenn der Empfänger die überarbeitete Nachricht erhält, berechnet er erneut den CRC-Rest unter Benutzung der drei oben angegebenen Schritte. Nach k Iterationen sind die Bytes 0 und 1 des Dividenden Null, wenn die Nachricht ohne Fehler empfangen wurde. Schließlich ist das letzte Byte in dem Paket immer das ETX-Zeichen (, das in dem vorliegenden Schema das gleiche ist wie das zweite Byte).
Es ist aus Fig. 2 zu ersehen, daß die Zählung, die Sequenz und die Prüfsumme nicht als ASCII-Zeichen kodiert werden. Gewöhnlich ist der Grund für eine solche Codierung, daß die zugrundeliegenden Werte möglicherweise dem ETX (oder irgendeinem anderen Steuer)-Zeichen ähneln und daher das Paket vorzeitig beenden. Das vorliegende Schema garantiert, daß das ETX-Zeichen in dem Paket eindeutig ist. Die Empfangsstation braucht nur das ETX zu prüfen, um das Ende des Paketes zu bestimmen. Dies eliminiert die Notwendigkeit der "Transparenz"-Betriebsart oder des Codierens der Steuerfelder als ASCII-Zeichen.
Die Fähigkeit der Erfindung, ein eindeutiges ETX für jedes Datenpaket zu finden, basiert auf dem Arbeitsprinzip des Auswählens eines "dynamischen" ETX-Zeichens, nachdem die Daten, die das Paket bilden, umgewandelt wurden. Da die bevorzugten Pakete auf eine maximale Länge von 256 begrenzt sind, und da ETX-bezogene Zeichen drei von diesen 256 Bytes bilden, (d. h. das erste ETX, das ETX-Komplement und das letzte ETX), könnte ein Maximum von 253 verschiedenen Zeichencodes tatsächlich in den Daten erscheinen, von denen die ETX-Zeichen ausgeschlossen sind. Es ist nur notwendig, herauszufinden, daß einer der restlichen drei Zeichencodes das ETX-Zeichen ist.
Das Verfahren, das das Schema in die Lage versetzt, Fehler zu erkennen und sie zu beheben, wird jetzt beschrieben. Erstens wird, wenn ein oder mehrere Nicht-ETX-Bytes während der Übertragung verlorengehen, dies durch einen vorzeitigen Empfang des letzten ETX-Zeichens erkannt, und damit stimmt der Wert der Bytezählung in dem Paket nicht mit der Anzahl der empfangenen Bytes überein. Auf der anderen Seite ist, wenn die Bytezählung richtig ist, aber ein Fehler aufgetreten ist, die Prüfsumme falsch. Dieser letzte Fehler wird nur in dem Ausmaß erkannt, in dem der Prüfsummenalgorithmus den Fehler erkennt. Wenn das ETX- Zeichen am Ende verloren geht, dann erkennt der Empfänger beim Empfangen dessen, was als das letzte Byte des Paketes angenommen wird, beim Prüfen, um zu sehen, ob es ein ETX-Zeichen ist, daß ein Fehler aufgetreten ist. Ebenso ist dann, wenn die Bytezählung falsch ist, das entsprechende letzte Zeichen kein ETX. Die Kenntnis des ETX-Zeichens der Prüfsumme und der Anzahl von zu übertragenden Bytes befähigt das System, ungültige Pakete zu erkennen.
Es ist möglich, daß das ETX-Zeichen in dem zweiten Byte des Paketes falsch ist und vom Prüfsummenalgorithmus nicht erkannt wird. Dies könnte verhindern, daß das System in Synchronismus (syn) zurückgelangt. Aus diesem Grund wird das Komplement des ETX-Zeichens als drittes Byte übertragen. (Das Komplement liefert etwas mehr Unempfindlichkeit als eine einfache Verdopplung). Der Empfänger muß prüfen, ob das ETX-Komplement korrekt ist und er damit ein gültiges ETX-Zeichen besitzt. Nachdem der Fehler einmal erkannt wurde, ist die Behebung einfach. Der Empfänger verwirft das Paket und erwartet das Synchronisationsmuster, das (STX ETX ETXINV SEQ) ist, worin SEQ die Sequenzzahl des letzten richtig empfangenen Paketes plus eins ist. Bevor dieses Muster erstellt ist, aktiviert der Empfänger seinen Algorithmus zur Fehlerprüfung und -erkennung nicht. Der Empfänger leitet stets eine Suche nach einem neuen ETX ein, selbst dann, wenn das Paket ein "gutes" ETX aufweist, aber eine verschiedene Art des Fehlers. Es ist keine Speicherung früherer Pakete über die Sequenzzahl hinaus erforderlich.
Wenn der Leitrechner oder die Datenstation eine Sequenz von Paketen besitzt, die eine zu sendende Dateneinheit bilden, erfolgt dies in der Strom-Betriebsart (d. h. Datenpakete werden eines nach dem anderen gesendet ohne ein ausdrückliches ACK oder "A" für jedes Paket zu erwarten). Nur ein abschließendes ACK ist erforderlich, um erfolgreichen Empfang anzuzeigen. Wenn der Sender das abschließende ACK nicht empfängt, kann er ein "R" (erneut senden) senden. Falls ein Fehler in einem Zwischenpaket festgestellt wird, wird ein "N" oder NACK von dem Empfänger zusammen mit der Sequenzzahl des letzten richtig empfangenen Paketes gesendet. Der Sender unterstützt dann in der Sequenz und sendet die durch den Empfänger angegebenen Pakete erneut. Nach einem Fehler beginnt der Empfänger, nach dem oben erklärten Synchronisationsmuster Ausschau zu halten. Solch ein Protokoll schließt sehr wenig Aufwand während der korrekten Übertragung ein, die wahrscheinlich der übliche Fall ist.
Das Sequenzsteuer-Kennzeichen zur Sequenzprüfung unterstützt das Bestimmen der geeigneten Antwort auf ACK-, NACK- und R (erneut senden)- Paketen. Ohne dieses Kennzeichen können bestimmte Kombinationen von Übertragungsfehlern zur Folge haben, daß ganze Dateneinheiten verloren gehen oder verdoppelt werden. Zwei Beispiele solcher Fehler sind die folgenden.
Fall 1: Verlorene Dateneinheiten. Angenommen, der Empfänger empfängt eine Dateneinheit und sendet ein ACK- Paket. Er erinnert sich, daß er das ACK in dem Fall gesendet hat, in dem der Sender ein erneutes Senden (R) anforderte. Der Sender empfängt korrekt das ACK und sendet eine neue Dateneinheit. Die neue Dateneinheit ,jedoch (,die in einem einzigen Paket enthalten ist,) wird am Empfänger nicht empfangen. Daher sendet der Empfänger nie ein ACK für sie. Da er nie ein ACK empfängt, sendet der Sender ein Paket:Erneut senden (R). Der Empfänger antwortet durch Senden des "A" für die vorausgehende Einheit.
Der Sender empfängt dieses ACK und nimmt irrtümlich an, daß der Empfänger die neue Dateneinheit erhalten hat. Daher ging die neue Dateneinheit verloren und weder der Empfänger noch der Sender hat den Verlust erkannt.
Fall 2: Verdoppelte Dateneinheiten. Wieder wird angenommen, daß der Empfänger korrekt eine Dateneinheit empfängt und ein ACK- Paket sendet. Störspannungen treten auf den Verbindungsleitungen auf und breiten sich sowohl zum Empfänger als auch zum Sender aus. Auf der Seite des Senders verstümmeln die Störspannungen das ACK-Paket, so daß der Sender es nie empfängt. Auf der Seite des Empfängers erscheint die Störspannung als Anfang einer neuen Dateneinheit des Senders. Der Empfänger erkennt, daß diese "neue" Übertragung fehlerhaft ist und sendet ein NACK-Paket, was anzeigt, daß er keines der Pakete in der neuen Einheit empfangen hat. Der Sender empfängt korrekt das NACK und nimmt fälschlicherweise an, daß die Daten, die er gerade gesendet hat, verloren gingen. Er sendet daher die gesamte Sequenz erneut. Die doppelte Übertragung kommt perfekt am Empfänger an, der sie als die erwartete neue Dateneinheit annimmt.
Diese Fehler entstehen aufgrund der Unfähigkeit, zwischen einer Dateneinheit und ihrem unmittelbaren Vorgänger zu unterscheiden. Um sie zu verhindern, wird ein Sequenzsteuerwert von 0 oder 1 allen Paketen in einer Dateneinheit zugeordnet. Der Wert wird modulo 2 für jede neue Einheit, die gesendet wird, erhöht. Zu jedem Zeitpunkt erwartet der Empfänger, daß das Sequenzsteuer- Kennzeichen eines eintreffenden Paketes einen bestimmten Wert hat. Nur Pakete mit dem erwarteten Wert werden angenommen. Wenn das letzte Paket in einer Einheit eintrifft, sendet der Empfänger ein ACK-Paket und erhöht seinen erwarteten Sequenzsteuerwert modulo 2.
Das Sequenzsteuer-Kennzeichen in einem ACK-Paket wird gesetzt, daß es mit dem der Pakete übereinstimmt, die bestätigt werden sollen. Das Sequenzsteuer-Kennzeichen in einem NACK-Paket wird auf den Wert gesetzt, den der Empfänger augenblicklich erwartet. Das Sequenzsteuer-Kennzeichen in einem erneut ges endeten Paket (R) wird auf das des (der) Datenpakete(s) gesetzt, für das (die) keine Antwort empfangen wurde. Ein ACK-Paket wird nur angenommen, wenn das Sequenzsteuer-Kennzeichen des ACK-Paketes mit dem der Dateneinheit übereinstimmt, die gerade übertragen wurde. Als Antwort auf ein NACK-Paket werden Daten nur erneut gesendet, wenn das Sequenzsteuer-Kennzeichen in dem NACK-Paket mit dem der Datenpakete übereinstimmt, die gerade gesendet werden. Als Antwort auf ein erneut gesendetes Paket (R) wird das voraufgehende ACK-oder NACK-Paket nur erneut gesendet, wenn sein Sequenzsteuer-Kennzeichen mit dem des erneut ges endeten Paketes (R) übereinstimmt. Sonst ist ein NACK-Paket mit einem Sequenzsteuer-Kennzeichen, das gleich dem augenblicklich erwarteten Wert ist, die geeignete Antwort. Mit diesem Schema kann weder ein Datenverlust noch eine Verdopplung auftreten.
Das Senden von Daten im Strom-Modus hat einen möglichen Nachteil. Wenn die zu sendende Dateneinheit groß ist, kann eine entsprechend große Fläche des Speichers belegt werden, bis das letzte ACK-Paket empfangen wird. Um diese Situation zu mildern, kann das "P"-oder Pausen-Paket vom Sender benutzt werden, um eine Bestätigung in geeigneten Intervallen während einer langen Übertragung anzufordern. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dieses Intervall auf 2048 Bytes gesetzt. Wenn ein "A"-Paket empfangen wird als Antwort auf ein "P"-Paket, kann der Sender den Pufferspeicher freigeben, der benutzt wurde, um die Daten, die vorher übertragen, aber nicht bestätigt wurden, festzuhalten.
Demgemäß ist zu ersehen, daß ein System und ein Verfahren beschrieben wurden, die geringe Kosten, hohe Leistung, automatische Erkennung und Korrektur von asynchronen Übertragungsfehlern bieten und die geeignet sind für die Benutzung von Standardmodems.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Datenpaketes zur Erfassung von und Wiedergewinnung aus Übertragungsfehlern über eine asynchrone Vermittlungsleitung zwischen einer Sende- und einer Empfangsstation, bestehend aus den Schritten:

Erzeugung der Übertragungen in n Bytes enthaltenden Datenpaketen, wobei das erste Byte in jedem Datenpaket als Übertragungsstart-Zeichen STX codiert ist,

Auswahl eines Übertragungsende-Zeichens ETX für jedes Datenpaket nach der Zusammenstellung der im Datenpaket zu übertragenden Daten, dessen ETX-Zeichen sich von den übrigen Zeichencodes im betreffenden Datenpaket unterscheidet und zum zweiten Byte gemacht wird,

das dritte Byte in jedem Datenpaket wird zum Komplement des für das betreffende Datenpaket ausgewählten ETX-Zeichens gemacht,

die den letzten drei Bytes in jedem Datenpaket vorangehenden Bytes werden zu Datenbytes gemacht,

die dem letzten nächsten beiden Bytes in jedem Datenpaket werden zu Prüfsummenbytes gemacht,

das letzte Byte in jedem Datenpaket wird zum selben wie das ETX-Zeichen des zweiten Bytes als Anzeige des Endes jedes Datenpaketes verwendet, wodurch die ETX-Zeichenbytes von den Datenbytes unterscheidbar sind und in jedem Fall hiebei jeweils durch das dritte und zweite Byte im Datenpaket Fehler geprüft werden, während Datenfehler mittels der Prüfsummen geprüft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die weiteren Schritte:

das vierte Byte, in jedem Datenpaket wird als Anzeige der Stelle jedes betreffenden Datenpaketes in einer Gruppe Datenpakete in einer gegebenen Übertragungssequenz verwendet,

das fünfte und sechste Byte in jedem Datenpaket wird als Anzeige der Anzahl der Datenbytes im betreffenden Datenpaket verwendet,

das siebente Byte in jedem Datenpaket wird als einem Sequenzsteuer-Kennzeichen zur Unterscheidung der Gruppe Datenpakete von einer anderen Übertragungssequenz verwendet,

das achte Byte in jedem Datenpaket wird als Steuerzeichen verwendet,

alle bis auf die letzten drei verbleibenden Bytes in jedem Datenpaket werden als Datenbytes verwendet,

die dem letzten nächsten beiden Bytes in jedem Datenpaket werden als Prüfsummenbytes verwendet, und

das letzte Byte in jedem Datenpaket wird zum selben wie das ETX-Zeichen des zweiten Byts im betreffenden Datenpaket als Anzeige des Endes jedes Datenpaketes verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Prüfsummenbytes zur Anzeige des Bytes im betreffenden Datenpaket weniger vier dienen.

4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei n gleich 256 ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit den weiteren Schritten:

a) Schaffung einer Tabelle von 2y Dividenden-Modifizierern durch jeweilige Anwendung des herkömmlichen Bit für Bit CRC- Algorithmus auf jede der möglichen y-bit-Sequenzen und Speicherung der Ergebnisse in der Tabelle an den durch die ursprünglichen y-bit-Werte indizierten Speicherplätzen,

b) Berechnung der CRC-Reste jeder k·y - Nachricht unter Verwendung eines der üblichen CRC-Generatorpolynome durch:

1) Berechnung der CRC-Reste einer k-Byte-Nachricht durch Anfügen zweier Bytes von Nullen am niederwertigen Ende der Nachricht zur Bildung eines k+2-Byte-Dividenden, und

2) k-maliges Wiederholen der folgenden Schritte:

I) Anwendung des am meisten links befindlichen Dividendenbytes, Byte 0 als Index in der Tabelle der Dividenden-Modifizierer, Vereinigung der Bytes 1 und 2 mit dem gekennzeichneten Sechzehn-Bit-Dividenden- Modifizierer unter Verwendung eines Exklusiv-ODER- Gatters, und

II) Verschieben der linken 8 Stellen des Dividenden und

c) Einfügen der Endbytes, 0 und 1, in die zwei angefügten Bytes der erweiterten Nachricht zur Bildung einer überarbeiteten Nachricht

6. Verfahren nach Anspruch 5, mit den weiteren Schritten:

d) Empfang der überarbeiteten Nachricht an der Empfangsstation,

e) Berechnung des CRC-Restes unter Anwendung der wiederholten Schritte und

f) Prüfung der Bytes 0 und 1 des Dividenden nach k Iterationen zur Bestimmung, ob sie Null sind, wonach die Nachricht ohne Fehler empfangen worden ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den weiteren Schritten:

Speicherung von Duplikaten der Übertragungen in einem Pufferspeicher an der Empfangsstation,

Senden eines Pause-Paketes an ausgewählten Intervallen während einer langen Übertragung zur Anfrage für eine Rückmeldung von der Empfangsstation, und

Freigabe der Duplikate aus dem Pufferspeicher nach Empfang eines Rückmeldepaketes von der Empfangsstation

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Bildschirmtext-Signale übertragen werden und das erste Byte in jedem Datenpaket das ASCXI-Zeichen STX (X'02') ist.

9. Vorrichtung zur Erzeugung eines Datenpaketes gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, mit Mitteln zur Erzeugung der Übertragung in n Bytes enthaltenden Datenpaketen, wobei das erste Byte in jedem Datenpaket als Übertragungsstart-Zeichen STX codiert ist, Mitteln zur Auswahl eines Übertragungsende Zeichens ETX für jedes Datenpaket nach der Zusammenstellung der zu übertragenden Daten im Datenpaket, welches ETX-Zeichen sich von den übrigen Zeichencodes in seinem betreffenden Datenpaket unterscheidet und zum zweiten Byte gemacht ist, Mitteln, die das dritte Byte in jedem Datenpaket zum Komplement des für das betreffende Datenpaket ausgewählten ETX-Zeichens machen, Mitteln, welche die den letzten drei Bytes in jedem Datenpaket vorangehenden Bytes zu Datenbytes machen, Mitteln, welche die dem letzten nächsten beiden Bytes in jedem Datenpaket zu Prüfsummenbytes machen, und Mitteln, welche das letzte Byte in jedem Datenpaket zum selben wie das ETX-Zeichen des zweiten Bytes zur Anzeige des Endes jedes Datenpaketes machen, wodurch die ETX-Zeichenbytes von den Datenbytes unterscheidbar sind und in jedem Fall hiebei jeweils durch das dritte und zweite Byte im Datenpaket Fehler geprüft werden, während Datenfehler mittels der Prüfsummen geprüft werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, mit Mitteln zur Durchführung der Schritte nach einem der Ansprüche 2 bis 8.