WO1992022158A1 - Verfahren zur bitorientierten datenübertragung nach dem hdlc-protokoll mit erhöhter fehlererkennung - Google Patents

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WO1992022158A1
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Inventor
Werner Schmitz
Andreas Czech
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0078—Avoidance of errors by organising the transmitted data in a format specifically designed to deal with errors, e.g. location
    • H04L1/0083—Formatting with frames or packets; Protocol or part of protocol for error control

Definitions

  • the invention relates to a method for bit-controlled data transmission according to the HDLC protocol with HDLC controllers arranged at both ends of a transmission path.
  • the HDLC (High Level Data Link Control) protocol is specified in DIN 66221, Part 1, April 1980 or in ISO standard IS3309, edition 19. Accordingly, a data transmission block is divided into different areas, which e.g. block delimitation or addressing.
  • the user of the HDLC protocol has a data field in which user data or additional information can be accommodated.
  • bit stuffing represents a grave source of error in the case of certain bit errors, which can lead to falsification of information.
  • the object of the invention is to improve the error detection in the case of bit errors in the block check string which can result in flag generation.
  • the problem is solved with a method according to claim 1.
  • Block length field is decisive for the total Hamming distance.
  • the improvement in data transmission is usually associated with an increase in the number of data bits (improvement through redundancy).
  • the inventors took a completely different approach in the present case. They found that with a significant reduction in the byte length of the block length field, an increase in the Hamming distance is possible.
  • 3 shows a table for the Hamming distance.
  • the present method for bit-oriented data transmission is based on the standardized HDLC protocol.
  • an HDLC controller which operates according to the method is arranged in each case and carries out the processing of the data to be transmitted in the prescribed protocol form.
  • the structure of the HDLC protocol shown in FIG. 1 provides further information.
  • Flags FLA, FLE are arranged at the two ends of the HDLC protocol and serve as block delimiters. An address field AF and then a control field CF follow the flag FLA at the beginning. The end-side flag FLE is preceded by a block checking sequence (FCS). A data field IF is arranged between the control field CF and the block test string FCS. The data field IF represents the part of the HDLC protocol that can be changed by the user. All other fields of the HDLC protocol are defined. The bit details for the individual fields of the HDLC protocol are noted in detail in FIG.
  • the data field IF is divided into a synchronization sequence SYS, a block length field BL and a user data field SC-T.
  • the order of the fields in the data field IF can be freely selected.
  • the illustration shown represents a preferred one
  • the block length field BL contains the block length information for the data field IF only twice (compared to the previously known triple arrangement).
  • bistuffing The fields between the flags FLA, FLE are treated according to the so-called bistuffing method.
  • bistuffing also affect the data field IF.
  • tuple coding (preferably quadruple coding) has already been proposed.
  • the second column shows a table with a tuple coding of the block length.
  • the first column contains, for example, a number of block lengths 1 to 11.
  • the second column has the corresponding triple-coded block length information.
  • the tuples are therefore three bits long.
  • Each triple has a maximum of 1 bit with the value 1.
  • the third column contains the second block length information, which is increased or decreased by at least the value 1 compared to the first block length information.
  • the second block length information is increased. If, for example, the block length 2 is considered, the first block length information contains the value 2 and the second block length information contains the value 3.
  • the two block length information are coded differently in such a way that when the block length changes by a value 1 in a predefinable one Set of tuples (preferably the last two tuples) of the block length information are changed together at least three bits.
  • one block length information is transmitted completely and for the other block length specification to transmit only the least significant tuple.
  • block length 4 it can be seen that when a bit is changed in complete block length information, a double error must always take place in the last triple of a second block length specification, so that such an error accumulation is not recognized. That means that it is completely sufficient in one block length to only carry the least significant tuple for the respective block length value, since no change takes place in the other tuples (given the limited possibilities of error here). In this way, the block length field can be reduced to 15 bits.
  • the key scheme for the block length information shown here applies only as an example. Of course, any other schemes can be used that meet the features listed.
  • the method can also be used with other tuple sizes.
  • the preferred tuple sizes are triples.
  • the tuples should have a maximum of 1 bit with the value 1.
  • the table in FIG. 3 contains a comparison of the haming distances of individual error types between the known method and the one proposed here. Triple coding is required.
  • the number of bits required for the block length field is reduced from 36 to 24 and in the preferred embodiment even to 15 bits.

Abstract

Um bei einer bitorientierten Datenübertragung nach dem HDLC-Protokoll eine erhöhte Fehlererkennung zu erzielen, wird vorgeschlagen, eine in einem tupelcodierten Datenfeld (IF) geführte Blocklängenangabe (BL) zweifach zu führen, die derart unterschiedlich verschlüsselt werden, daß bei einer Änderung der Blocklänge um den Wert 1 in einer vorgegebenen Menge von Tupeln zusammen mindestens drei Bit geändert werden. In einer bevorzugten Ausführung wird von der einen Blocklängeninformation nur das niederwertigste Tupel übertragen.

Description

Verfahren zur B1tor1ent1erten Datenübertragung nach dem HDLC-Protokoll mit erhöhte Fehlererkennuπg.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bitorieπtierteπ Datenübertragung nach dem HDLC-Protokoll mit an beiden Enden einer Übertragungsstrecke angeordneten HDLC-Con- trollern.
Das HDLC (High Level Data Link Control )-Protokoll ist in der DIN 66221, Teil 1, vom April 1980 bzw. in der ISO- Norm IS3309, Ausgabe 19 festgelegt. Demnach wird ein Daten¬ übertragungsblock in unterschiedliche Bereiche unterteilt, die z.B. der Blockbegrenzung oder zur Adressierung dienen. Dem Anwender des HDLC-Protokolls steht dabei ein Datenfeld zur Verfügung, in dem Nutzdaten oder zusätzliche Informa- tionen untergebracht werden können. Zur Vermeidung von
Übertragungsfehlem wird von dem sogenannten "Bitstuffing" gebrauch gemacht. Das Bitstuffing stellt jedoch eine gra¬ vierende Fehlerquelle bei bestimmten Bit-Fehlern dar, was zur Verfälschung von Informationen führen kann.
In der PCT EP 90/01986 wurde dazu bereits ein Verfahren be¬ schrieben, das das Bitstuffing unterbindet. Dies wird im we¬ sentlichen dadurch erzielt, daß jeweils zwei aufeinanderfol¬ gende Bits in ein mehr als zwei Bits umfassendes, in einem Tupel angeordneten Codewort umgewandelt werden (Tupelcodie- rung). Das Nutzdatenfeld ist dabei in eine Sychronisiersequenz , eine Blocklängenangabe und in ein Nutzdatenfeld unterteilt. Das Blocklängenfeld umfaßt 36 Bits, wobei die Information über die Blocklängenangabe dreifach tripelcodiert enthalten sein kann. Findet bei diesem Verfahren in der Blockprüfzeichenfolge (Frame Checking Sequence) des HDLC-Protokolls eine Flagerzeugung durch einen 1-Bit Fehler statt, die eine Datenfeldverkürzung um maximal 2 Byte im HDLC-Protokoll zur Folge hat, so sind bereits 2 zusätzliche Fehler in der Blocklängenangabe aus- reichend, damit dieser Fehler nicht mehr erkannt wird. Bei einer Tripelcodierung ergibt sich dabei also eine Hamming- Distanz zum Flag von d=3.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fehlererkennung bei Bit-Fehlern in der Blockprüfzeichenfolge, welche eine Flagerzeugung zur Folge haben können zu verbessern. Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die Erfinder haben erkannt, daß die Hamming-Distanz des
Blocklängenfeldes maßgeblich für die Gesamt-Hamming-Distanz ist. Üblicherweise ist die Verbesserung einer Datenübertragung mit einer Erhöhung der Anzahl der Datenbits verbunden (Ver¬ besserung durch Redundanz). Die Erfinder gingen im vorliegenden Fall jedoch einen völlig anderen Weg. Sie stellten nämlich fest, daß bei einer wesentlichen Verringerung der Byte-Länge des Blocklängenfeldes eine Erhöhung der Hamming-Distanz möglich ist. Mit dem vorliegenden Verfahren kann nunmehr mit einem Drittel weniger der vormals benötigten Datenbits in der Block- langenangabe eine Hamming-Distanz von d=4 erreicht werden. Dies bedeutet, daß bei einer gleichbleibenden Fehlererkennbarkeit bei der Datenübertragung noch mehr Informationen übertragen werden können. Die Effizienz der Datenübertragung steigt.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Eine günstige Verfahrensweise ist nach den Ansprüchen 1 und 2 gegeben, wobei die Verschlüsselung besonders einfach gestaltet ist.
Eine bevorzugte Ausführung ist in der Kombination der An¬ sprüche 2 bis 6 gegeben. Auf diese Weise ist mit einer mini¬ malen Tupelgröße ein Maximum an Datenübertragungssicherheit gegeben. Die Erfindung und weitere Vorteile sind nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 den Aufbau eines Datenübertragungsblocks nach dem HDLC- Protokoll ,
FIG 2 eine Tabelle zur Blocklängenangabe, und
FIG 3 eine Tabelle zur Hamming-Distanz.
Das vorliegende Verfahren zur bitorientierten Datenübertragung basiert auf dem genormten HDLC-Protokoll. Dabei ist an den beiden Enden einer Datenübertragungsstrecke jeweils ein nach dem Verfahren arbeitender HDLC-Controller angeordnet, der die Aufbereitung der zu übertragenden Daten in der vorgegebenen Protokollform durchführt. Der in FIG 1 gezeigte Aufbau des HDLC-Protokolls gibt dazu nähere Auskunft.
An den beiden Enden des HDLC-Protokolls sind Flags FLA, FLE angeordnet, die als Blockbegrenzung dienen. An das anfangs- seitige Flag FLA schließt sich ein Adreßfeld AF und darauf¬ folgend ein Steuerfeld CF an. Dem endseitigen Flag FLE steht eine Blockprüfzeichenfolge (Frame checking sequense) FCS voran. Zwischen dem Steuerfeld CF und der Bockprüfzeichenfolge FCS ist ein Datenfeld IF angeordnet. Das Datenfeld IF stellt den Teil des HDLC-Protokolls dar, der vom Anwender verändert werden kann. Alle anderen Felder des HDLC-Protokolls sind festge¬ legt. Die Bitangaben zu den einzelnen Feldern des HDLC-Pro¬ tokolls sind in der FIG 2 detailliert vermerkt.
Das Datenfeld IF ist in eine Synchronisiersequenz SYS, eine Blocklängenfeld BL und in ein Nutzdatenfeld SC-T unterteilt.
Die Reihenfolge der Felder im Datenfeld IF ist prinzipiell frei wählbar. Die gezeigte Darstellung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar. Das Blocklängenfeld BL enthält die Blocklängeninformation für das Datenfeld IF nur zweifach (gegenüber der bisher bekannten dreifachen Anordnung).
Die Felder zwischen den Flags FLA, FLE werden nach dem sogenan¬ nten Bistuffingverfahren behandelt. Die bekannten Nachteile des Bistuffings betreffen also auch das Datenfeld IF. Zur Verbes¬ serung wurde bereits früher die Tupelcodierung (bevorzugt die Quadrupelcodierung ) vorgeschlagen.
FIG 2 zeigt eine Tabelle mit einer Tupelcodierung der Block¬ länge. Die erste Spalte enthält beispielhaft eine Anzahl von Blocklängen 1 bis 11. Die zweite Spalte weist dazu jeweils die entsprechende tripelcodierte Blocklängeninformation. Die Tupel sind also jeweils drei Bit lang. Jedes Tripel weist dabei maximal 1 Bit mit dem Wert 1 auf. Die dritte Spalte enthält die zweite Blocklängeninformation, wobei diese gegenüber der ersten Blocklängeninformation um zumindest den Wert 1 erhöht oder er¬ niedrigt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Blocklängeninformation erhöht. Betrachtet man beispiels¬ weise die Blocklänge 2, so enthält die erste Blocklängeninfor¬ mation den Wert 2 und die zweite Blocklängeninformation den Wert 3. Die zwei Blockl ngeninformationen sind dabei derart unterschiedlich verschlüsselt, daß bei einer Änderung der Blocklänge um den Wert 1 in einer vorgebbaren Menge von Tupeln (bevorzugt die letzten zwei Tupel) der Blocklängeninformation zusammen mindestens drei Bit geändert werden.
Um eine gewünschte Hamming-Distanz von d=4 zu erzielen, üs- sen drei Fehler erkannt werden. Für die vorliegende Betrach¬ tung ist insbesondere der Fall kritisch, bei dem durch das Bitstuffing die Blockprüfzeichenfolge FCS verändert wird.
Die Hamming-Distanz der Blockprüfzeichenfolge FCS zum Flag beträgt d=l. Es wäre also durch einen 1-Bit-Fehler in der Blocklängenfolge FCS eine Verkürzung des HDLC-Blocks um maximal 2 Byte möglich. Für eine Gesamt-Hamming-Distanz von d=4 muß somit die Blocklängenangabe mit d=3 gesichert sein. Durch die in der Blockprüfzeichenfolge FCS auftretende Feh- lerart brauchen bei der Betrachtung der Fehlermöglichkeiteπ innerhalb des Blocklängenfeldes nur maximal zwei Bitfehler innerhalb von 24 bzw. 15 Bit betrachtet zu werden.
Tritt nun bei der ersten Blocklängeninformation, beispiels- weise für die Blocklänge 4, ein Bitfehler im letzten Tripel auf, so daß die erste Blocklängeninformation den Wert drei repräsentiert, so müßten im letzten Tripel der zweiten Block¬ längeninformation zusätzlich zwei Bitfehler, nämlich auf den beiden letzten Stellen des letzten Trippeis, stattfinden, um den gleichen Wert wie die erste Blocklängeninformation dar¬ stellen.
Würde in der zweiten Blocklängeninformation nur ein 1-Bit- fehler auftreten, so könnte dies stets erkannt werden, da aufgrund des Wertversatzes zwischen den beiden Blocklängen¬ informationen zwei unterschiedliche Werte dargestellt wer¬ den würden. Auf diese Weise kann mit nur zwei Blocklängen¬ informationen eine Hamming-Distanz von d=3 innerhalb des Blocklängenfeldes erzielt werden kann.
Vorzugsweise ist es auch möglich, daß die eine Blocklängen¬ information vollständig übertragen wird und von der anderen Blocklängenangabe nur das niederwertigste Tupel übertragen wird. Aus dem oben angeführten Beispiel mit der Blocklänge 4 ist ersichtlich, daß bei Veränderung eines Bits in einer voll¬ ständigen Blocklängeninformation immer ein Doppelfehler im letzten Tripel einer zweiten Blocklängenangabe stattfinden muß, damit eine solche Fehleranhäufung nicht erkannt wird. Das heißt, daß es völlig ausreichend ist, in einer Blocklänge nur das niederwertigste Tupel für den jeweiligen Blocklängen¬ wert zu führen, da in den übrigen Tupeln (bei den hier vor¬ liegenden eingeschränkten Fehlermöglichkeiten) keine Verän¬ derung stattfindet. Auf diese Weise kann das Blocklängenfeld auf 15 Bit reduziert werden. Das hier aufgezeigte Schlüssel¬ schema für die Blocklängeninformation gilt nur beispielhaft. Selbstverständlich können auch beliebige andere Schemata verwendet werden, die den angeführten Merkmalen genügen.
Das Verfahren kann auch mit anderen Tupelgroßen angewendet werden. Die bevorzugte Tupelgroßen sind Tripel. Dabei sollten die Tupel maximal ein Bit mit den Wert 1 aufweisen. Ferner sollte die Synchronisiersequenz SYS eine Hamming-Distanz von d=4 zu einem Flag FLA, FLE aufweisen.
Die Tabelle in FIG 3 enthält eine Gegenüberstellung der Ham- ing-Distanzen einzelner Fehlertypen zwischen dem bekannten Verfahren und dem hier vorgeschlagenen. Es ist dabei eine Tripelcodierung vorausgesetzt.
Dabei ist zu erkennen, daß sich die Hamming-Distanz d=4 beim bekannten Verfahren aus d=3 innerhalb des Blocklängenfeldes und d=l (FCS-FLE/FLA) zusammensetzt. Im neuen Verfahren wird die Hamming-Distanz von d=4 gleicher maßen erzielt. Die dafür er- forderliche Bitanzahl für das Blocklängenfeld wird von vormals 36 auf 24 und in der bevorzugten Ausführung sogar auf 15 Bit verringert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur bitorientierten Datenübertragung nach dem HDLC-Protokoll auf einer Übertragungsstrecke zwischen zwei HDLC-Controllern, wobei in einem Datenfeld des HDLC-Proto¬ kolls zu übertragende Daten tupelcodiert sind, und im Daten¬ feld eine dessen Block-Länge zugeordnete Blocklängeninforma¬ tion ( BL) doppelt geführt ist, die derart unterschiedlich verschlüsselt werden, daß bei einer Änderung der Blocklänge um den Wert 1 in einer vorgebbaren Menge von Tupeln der beiden Blocklängeninformationen (BL) zusammen mindestens drei Bit geändert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die beiden Blocklängen- Informationen (BL) nach gleichartigen Schlüsselschemata ver¬ schlüsselt werden, wobei ihre jeweiligen Werte mindestens um den Wert 1 zueinander versetzt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die beiden Blocklängeninformationen (BL) tupelcodiert sind, wobei die eine Blocklängeninformation (BL) die vollständige Blocklänge und die andere Blocklängeninformation (BL) nur das niederwertigste Tupel der verschlüsselten Blocklänge enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Tupel 3 Bit lang sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Tupel jeweils maximal 1 Bit mit dem Wert 1 aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Datenfeld (IF) eine Synchronisiersequenz (SYS) geführt ist, die eine Hamming-Distanz von d=4 zu einem Flag (FLA,FLE) des HDLC-Protokolls aufweist.
PCT/DE1991/000453 1991-05-27 1991-05-27 Verfahren zur bitorientierten datenübertragung nach dem hdlc-protokoll mit erhöhter fehlererkennung WO1992022158A1 (de)

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