Luận văn ứng dụng công nghệ mã hoá phát hiện và sửa lõi đường truyền trong nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển áp suất

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.84 MB, 92 trang )

Bộ giáo dục và đào tạo

TRƯờNG ĐạI HọC NÔNG NGHIệP Hµ NéI
----- -----

NGUY N VĂN GIANG

NG D NG CƠNG NGH MÃ HÓA PHÁT HI N VÀ S A
L I ðƯ NG TRUY N TRONG NÂNG CAO CHÂT
LƯ NG H TH NG ðI U KHI N ÁP SU T

LU N VĂN TH C SĨ K THU T

Chuyên ngành: ði n khí hố s n xu t nơng nghi p và nơng thơn
Mã s

: 60 52 54

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TSKH. TR N HOÀI LINH

HÀ N I - 2011

L I CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan r ng:
S li u và k t qu nghiên c u trong lu n văn này là trung th c và chưa
t ng ñư c s d ng và công b trong b t kỳ cơng trình nghiên c u nào khác.
M i s giúp ñ cho vi c th c hi n lu n văn này ñã ñư c c m ơn và các
thơng tin trích d n trong lu n văn ñ u ñư c ch rõ ngu n g c.
Tác gi lu n văn

Nguy n Văn Giang

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... i

L I C M ƠN
Trong th i gian nghiên c u hồn thành lu n văn này tơi đã nh n đư c s
giúp đ nhi t tình c a t p th các th y giáo, cô giáo trư ng ð i h c Nông nghi p
Hà N i, Trư ng ð i h c Bách Khoa Hà N i, các đ ng nghi p t i nơi tơi công tác
cùng các b n h c viên l p cao h c ñi n K17 trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà
N i, đ c bi t là s giúp ñ c a Th y hư ng d n.
Tôi xin trân tr ng c m ơn PGS. TSKH Tr n Hồi Linh đã t n tình
hư ng d n tơi th c hi n đ tài. Tôi xin trân tr ng c m ơn các th y cơ giáo trong
khoa Cơ đi n trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i đã nhi t tình giúp đ và cho
nh ng ý ki n q báu giúp tơi trong q trình th c hi n đ tài. Tơi xin trân tr ng
c m ơn Ban lãnh ñ o Khoa ði n và các ñ ng nghi p trong Công ty TNHH 1TV
Nh a Bình Minh Mi n B c, đã t o m i ñi u ki n thu n l i ñ tơi th c hi n đ
tài.
Trong q trình th c hi n lu n văn, m c dù đã có nhi u c g ng, xong do
th i gian có h n nên khó tránh kh i nh ng thi u sót, h n ch . Tơi r t mong nh n
đư c s góp ý ki n chân thành c a các Th y cô và b n bè, ñ ng nghi p.
Tác gi lu n văn

Nguy n Văn Giang

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... ii

M CL C
CHƯƠNG I: M ð U..........................................................................................1

1.1. M ñ u ............................................................................................................1
1.2. M c đích – u c u .........................................................................................2
1.2.1. M c đích.......................................................................................................2
1.2.2. u c u.........................................................................................................2
1.3. Ý nghĩa khoa h c và ý nghĩa th c ti n............................................................2
1.3.1. Ý nghĩa khoa h c .........................................................................................2
1.3.2. Ý nghĩa th c ti n ..........................................................................................2
1.4. Ch c năng c a h th ng ñi u khi n áp su t....................................................2
CHƯƠNG II. M T S

V N ð

V

MÃ HÓA H

TR

PHÁT HI N VÀ

S A L I ðƯ NG TRUY N ...............................................................................4
2.1. Nh ng khái ni m cơ b n .................................................................................4
2.1.1. Thơng tin ......................................................................................................4
2.1.2. Mơ hình c a quá trình truy n tin..................................................................5
2.1.3. Nh ng ch tiêu ch t lư ng cơ b n c a m t h truy n tin.............................7
2.2. Cơ s lý thuy t mã hố....................................................................................8
2.2.1. Mã hóa..........................................................................................................8
2.2.2. Mã hi u và các thơng s cơ b n c a mã hi u...............................................9
2.2.3. Cơ s toán h c c a mã ...............................................................................11
2.3. Mã phát hi n l i ............................................................................................17

2.3.1. Ki m tra ch n l dị ra m t bít sai: .............................................................17
2.3.2. Ki m tra ch n l đ dị sai hai bit sai: ........................................................17
2.3.3. Ki m tra ch n l đ dị ra m t chu i bít sai: ..............................................18
2.3.4. Ki m tra kh i..............................................................................................19
2.3.5. Ki m tra dư th a theo chu kỳ.....................................................................20
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... iii

2.4. Các mã t s a l i...........................................................................................28
2.4.1. Mã kh i tuy n tính .....................................................................................29
2.4.2. Mã Hamming .............................................................................................48
CHƯƠNG III: THI T K XÂY D NG M CH................................................53
3.1. Sơ ñ kh i và thi t b ph n c ng. .................................................................53
3.1.1. Kh i n áp:.................................................................................................58
3.1.2. Kh i ñi u khi n và x lý tín hi u:..............................................................59
3.1.3. Kh i hi n th :..............................................................................................62
3.1.4. Kh i giao ti p:............................................................................................62
CHƯƠNG IV: XÂY D NG M CH, TH NGHI M VÀ ðÁNH GIÁ K T QU .64
4.1. Xây d ng m ch .............................................................................................64
4.2. L p trình ........................................................................................................67
4.3.Th nghi m ....................................................................................................72
4.4. ðánh giá k t qu thi t k ...............................................................................72
K T LU N ..........................................................................................................73
TÀI LI U THAM KH O....................................................................................74

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... iv

DANH M C CÁC HÌNH
Hình 1.1: Mơ hình h th ng đi u khi n áp su t.....................................................2

Hình 2.1: Mơ hình hình truy n tin đơn gi n ..........................................................6
Hình 2.2: Mơ hình ki m tra kh i..........................................................................19
Hình 2.3: M ch t o mã CRC................................................................................27
Hình 2.4: Sơ đ kh i mã hóa kh i mã tuy n tính ................................................44
Hình 2.5: Sơ đ kh i mã hóa tuy n tính C(7,4)...................................................45
Hình 2.6: Sơ đ m ch tính syndrome c a mac kh i tuy n tính...........................46
Hình 2.7: M ch tính syndrome c a mã h th ng tuy n tínhC(7,4) .....................47
Hình 2.8: B gi i mã t ng quát cho mã kh i tuy n tính ......................................48
Hình 2.9: Sơ đ t o mã Hamming (7,4)...............................................................51
Hình 2.10: Sơ đ gi i mã Hamming (7,4)............................................................52
Hình 2.11: M ch đ o bít dùng c ng XOR ...........................................................52
Hình 3.1: Sơ đ kh i m ch mã hóa và gi i mã s d ng mã Hamming nh m phát
hi n và s a l i ñư ng truy n................................................................................53
Hình 3.2: H th ng th áp su t c a h th ng ñi u khi n áp su t.........................54
Hình 3.3: Giao di n ph n m m đi u khi n áp su t ..............................................55
Hình 3.4: Giao di n c a ph n m m ñi u khi n áp su t cho t ng b ñi u khi n .56
Hình 3.5: Sơ ñ nguyên lý m ch mã hóa và gi i mã s d ng mã Hamming nh m
phát hi n và s a l i đư ng truy n........................................................................58
Hình 3.6: Sơ đ ngun lý m ch kh i n áp........................................................59
Hình 3.7: Sơ đ nguyên lý c a kh i ñi u khi n và x lý tín hi u .......................59
Hình 3.8: Sơ đ nguyên lý m ch c a kh i hi n th ..............................................62
Hình 3.9: Sơ đ ngun lý m ch c a kh i giao ti p ............................................63
Hình 4.1: Sơ đ b trí linh ki n c a m ch phát hi n và s a l i ñư ng truy n dùng
mã Hamming ........................................................................................................65
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... v

Hình 4.2: Hình nh m ch in m ch phát hi n và s a l i ñư ng truy n dùng mã
Hamming..............................................................................................................66
Hình 4.3: nh m ch phát hi n và s l i ñư ng truy n s d ng mã Hamming ...67

Hình 4.4: sơ đ thu n tốn kh i x lý chính........................................................68
Hình 4.5: Lưu đ thu t tốn nh n tín hi u đư c mã hóa .....................................69
Hình 4.6: Lưu đ chương trình mã hóa................................................................70
Hình 4.7: Lưu đ thu t tốn nh n tín hi u đư c mã hóa .....................................71

Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... vi

CHƯƠNG I: M

ð U

1.1. M ñ u
Trong nh ng năm g n đây, khoa h c cơng ngh khơng ng ng phát tri n và
ngày càng ñư c ng d ng r ng rãi trong m i lĩnh v c c a cu c s ng. Và ñ c bi t
trong lĩnh v c cơng nghi p, thì s ti n b c a khoa h c cơng ngh đóng vai trò
then ch t trong vi c t o ra các dây truy n t ñ ng hi n ñ i nh m gi m s c lao
ñ ng c a con ngư i, nâng cao năng su t lao ñ ng cũng như trong vi c nâng cao
ch t lư ng s n ph m, h giá thành s n ph m.
M t trong nh ng ng d ng quan tr ng c a khoa h c công ngh trong công
nghi p là truy n thông trong công nghi p. Truy n thơng trong cơng nghi p có
th coi như h th ng th n kinh c a các dây truy n s n xu t cũng như c a tồn
nhà máy. T m t máy móc nh l ñ n m t dây truy n s n xu t hi n đ i đ u
khơng th thi u ñư c ñư ng truy n thông này. Vi c thu th p d li u t các c m
bi n và truy n d li u đó t các c m bi n trên t i b ñi u khi n, t i trung tâm
ñi u khi n và gi a các b ñi u khi n, gi a các trung tâm đi u khi n đó v i nhau
và ngư c l i ngày càng địi h i nâng cao đ chính xác c a d li u. Trong q
trình truy n d li u khơng tránh kh i tác ñ ng c a nhi u t bên ngồi gây ra sai
l ch k t qu đo cũng như d li u truy n trên các ñư ng truy n thông. ð nâng
cao ch t lư ng c a thơng tin, đ m b o đ chính xác c a d li u có nhi u gi i

pháp trong đó gi i pháp s d ng cơng ngh mã hố thơng tin đ phát hi n và s a
l i ñư ng truy n là m t trong nh ng gi i pháp gi i quy t ñư c v n đ đó.
Chính vì v y, dư i s hư ng d n c a PGS, TSKH Tr n Hồi Linh, tơi th c
hi n nghiên c u đ tài: “ ng d ng cơng ngh mã hố phát hi n và s a l i
ñư ng truy n trong nâng cao ch t lư ng h th ng ñi u khi n áp su t”

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 1

1.2. M c đích – u c u
1.2.1. M c ñích
- Xây d ng ñư c m ch phát hi n và s a l i ñư ng truy n nh m nâng cao
ch t lư ng truy n d li u qua đó nâng cao ch t lư ng c a h th ng h th ng ñi u
khi n áp su t.
1.2.2. Yêu c u
- N m ñư c cơng ngh mã hố,
- Hi u đư c cách th c phát hi n l i và s a l i trong mã hố đư ng truy n.
1.3. Ý nghĩa khoa h c và ý nghĩa th c ti n
1.3.1. Ý nghĩa khoa h c
K t qu nghiên c u c a ñ tài nh m tăng ch t lư ng c a vi c truy n d
li u trong h th ng ñi u khi n áp su t t i Cơng ty TNHH 1TV Nh a Bình Minh
Mi n B c.
1.3.2. Ý nghĩa th c ti n
K t qu nghiên c u c a ñ tài làm ti n ñ và thúc ñ y vi c ng d ng cơng
ngh mã hố đ nâng cao ch t lư ng đư ng truy n thơng trong cơng nghi p.
1.4. Ch c năng c a h th ng ñi u khi n áp su t
Bình t ng
C ng 1
Máy tính

Vi x lý
C ng 2
C ng …
C ng 12

Ghi chú: → là đư ng truy n
Hình 1.1: Mơ hình h th ng ñi u khi n áp su t

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 2

H th ng ñi u khi n áp su t bao g m có m t máy tính đi u khi n, ñi u khi n
12 c ng ño áp su t ñ c l p nhau và m t bình áp su t t ng. Áp su t đư c nén vào
bình t ng và t đây áp su t đư c nén vào 12 bình nh tương đương 12 c ng ño
áp su t. Áp su t ñư c ño b ng các c m bi n áp su t và đi u ch nh b ng cách
đóng m các van t . T i m i c ng đo áp su t có tác d ng đo giá tr c a áp su t,
hi n th giá tr ño và truy n k t qu ño v máy tính. Giá tr áp su t đ t và th i
gian ño ñư c cài ñ t trên máy tính hay cài đ t trên các c ng đo.
ð u tiên, áp su t ñư c t o và nén trong m t bình t ng. Khi c ng nào c n ho t
đ ng thì ta đ t các giá tr áp su t ñ t và th i gian ñ t trên ph n m m c a máy
tính. Áp su t s đư c chuy n sang c ng đó thơng qua h th ng van t đóng m
đư ng ng d n áp su t. Áp su t s ñư c gi b ng áp su t ñ t trong kho ng th i
gian ñ t. Khi h t th i gian ñ t s có chng báo và áp su t s t đ ng ñư c gi m
v áp su t c a môi trư ng.
Yêu c u c a h th ng truy n tin là truy n thông tin t ngu n đ n đích mà
khơng có l i. ð i v i h th ng ñi u khi n áp su t cũng v y, c n ñ m b o truy n
tín hi u t máy tính đ n b ñi u khi n áp su t và chi u ngư c l i khơng có l i.
Có nhi u phương pháp ñ nâng cao ch t lư ng c a h th ng truy n tin như mã
hoá ngu n, mã hoá kênh truy n. Gi i pháp nâng cao ch t lư ng thông qua các
thu t tốn mã hố s a l i đư ng truy n có nhi u mã như mã kh i tuy n tính, mã

Hamming, mã vịng…Nhưng mã Hamming có ưu đi m hơn c , trong chương II
s trình bày c th v n ñ này.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 3

CHƯƠNG II. M T S

V N ð V MÃ HÓA H

TR

PHÁT HI N VÀ

S A L I ðƯ NG TRUY N
ð i tư ng c a mã hóa là thơng tin, vì v y trong ph n này s nghiên c u v
nh ng khái ni m cơ b n c a thông tin, cơ s lý thuy t v mã hóa cũng như tìm
hi u cơ s tốn h c c a mã hóa. Nghiên c u v nh ng mã hi n l i và nh ng mã
s a l i, t đó l a ch n mã phù h p ñ th c hi n ñ tài.
2.1. Nh ng khái ni m cơ b n
2.1.1. Thông tin
Khái ni m thông tin hay tin t c là m t khái ni m tr u tư ng, phi v t ch t và
r t khó đư c đ nh nghĩa m t cách chính xác. Theo [1] có hai đ nh nghĩa khơng
chính th c v thơng tin.
(1) Thơng tin là s c m hi u c a con ngư i v th gi i xung quanh (thông
qua ti p xúc v i nó). Như v y thơng tin là hi u bi t c a con ngư i và
càng ti p xúc v i môi trư ng xung quanh con ngư i càng hi u bi t và
làm tăng lư ng thơng tin thu nh n đư c.
(2) Thông tin là m t h th ng nh ng tin báo và m nh l nh giúp lo i tr s
không ch c ch n trong tr ng thái c a nơi nh n tin.

Trong hai ñ nh nghĩa trên thì đ nh nghĩa đ u ch cho chúng ta hi u thơng tin là
cái gì ch chưa nói lên b n ch t c a thơng tin, cịn ñ nh nghĩa th hai cho chúng
ta hi u rõ hơn v b n ch t c a thông tin và ñây cũng là ñ nh nghĩa ñư c d a vào
đ đ nh lư ng thơng tin trong k thu t.
Thông tin là m t hi n tư ng v t lý, nó thư ng t n t i và ñư c truy n ñi dư i
m t d ng v t ch t nào đó. Ch ng h n như âm thanh, dịng đi n, sóng đi n t ,
sóng ánh sáng…Nh ng d ng v t ch t hay nh ng ñ i lư ng v t lý dùng đ mang
thơng tin đư c g i là tín hi u. Vì v y có th nói ngư c l i tín hi u là s bi u hi n
(hay là d ng) v t lý c a tin t c mà nó mang t nơi này đ n nơi khác hay c th
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 4

hơn tín hi u chính là v t mang thơng tin. Và song song v i vi c nghiên c u
thông tin, vi c nghiên c u các d ng tín hi u mang tin cũng đư c th c hi n nh m
b o đ m truy n thơng tin ñi ñư c xa nh t v i chi phí th p nh t.
Thơng tin là m t q trình ng u nhiên. V b n ch t, thơng tin có tính ng u
nhiên có nghĩa là khơng bi t trư c. Th t v y, tin t c đư c thơng báo ch có ý
nghĩa khi ngư i nh n chưa bi t trư c, còn n u ngư i nh n đã bi t trư c thì tin
t c khơng cịn ý nghĩa n a. Vì v y tín hi u mang tin t c cũng là tín hi u ng u
nhiên và mơ hình tốn h c c a nó là các q trình ng u nhiên th c hay ph c. Và
lý thuy t thông tin là lý thuy t ng u nhiên c a tin t c, có nghĩa là nó xét đ n tính
b t ng c a tin t c đ i v i nơi nh n tin.
Tin: là d ng v t ch t c th ñ bi u di n ho c th hi n thơng tin. Có hai d ng:
tin r i r c và tin liên t c.
Tín hi u: là các ñ i lư ng v t lý bi n thiên, ph n ánh tin c n truy n.
Chú ý: Không ph i b n thân quá trình v t lý là tín hi u, mà s bi n ñ i các
tham s riêng c a quá trình v t lý m i là tín hi u.
Các đ c trưng v t lý có th là dịng ñi n, ñi n áp, ánh sáng, âm thanh, trư ng
đi n t .
2.1.2. Mơ hình c a q trình truy n tin

Khái ni m thơng tin thư ng đi kèm v i khái ni m truy n thông tin. Vì v y
chúng ta thư ng kh o sát thơng tin trong m t h th ng truy n tin hơn là trong
các trư ng h p khác. Trong m t h th ng truy n tin, mơ hình t ng quát nh t bao
g m ba thành ph n sau: nơi phát hay còn g i là ngu n phát hay ngu n tin
(source of information, information source); môi trư ng truy n hay lưu tr cịn
đư c g i là kênh tin (transmission media, storage media, channel); và nơi nh n
tin hay cịn đư c g i là ngu n nh n hay ngu n thu (destination, sink). Tuy nhiên,
như sau này chúng ta s th y, khi mà chúng ta nghiên c u ñ n các quá trình mã

Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 5

hoá và gi i mã

bên phát và bên nh n thì mơ hình truy n tin s tr nên ph c t p

hơn.
Ngu n
phát

Kênh
truy n

Ngu n
nh n

Nhi u
Hình 2.1: Mơ hình hình truy n tin đơn gi n

S truy n tin (Transmission): Là s d ch chuy n thông tin t ñi m này ñ n

ñi m khác trong m t mơi trư ng xác đ nh.
Ngu n tin: là nơi sinh ra tin:
- N u t p tin là h u h n thì ngu n sinh ra nó ñư c g i là ngu n r i r c.
- N u t p tin là vô h n thì ngu n sinh ra nó đư c g i là ngu n liên t c.
Ngu n phát (máy phát): Là thi t b bi n ñ i t p tin thành t p tín hi u tương
ng. Phép bi n ñ i này ph i là ñơn tr hai chi u (thì bên thu m i có th “sao l i”
ñư c ñúng tin g i ñi). Trong trư ng h p t ng quát, máy phát g m hai kh i
chính.
- Thi t b mã hố: Làm ng m i tin v i m t t h p các ký hi u ñã ch n
nh m tăng m t ñ , tăng kh năng ch ng nhi u, tăng t c ñ truy n tin.
- Kh i ñi u ch : Là thi t b bi n t p tin (đã ho c khơng mã hố) thành các
tín hi u đ b c x vào khơng gian dư i d ng sóng đi n t cao t n. V
nguyên t c, b t kỳ m t máy phát nào cũng có kh i này.
ðư ng truy n tin: Là nơi hình thành và truy n (ho c lưu tr ) tín hi u mang
tin đ ng th i

đó x y ra các t p nhi u (noise) phá h y tin t c. Trong lý thuy t

thông tin kênh là m t khái ni m tr u tư ng ñ i bi u cho h n h p tín hi u và t p
nhi u.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 6

ðư ng truy n tin là môi trư ng truy n tin t nơi phát ñ n nơi nh n. Mơi
trư ng truy n tin này r t đa d ng có th đó là mơi trư ng khơng khí trong đó
thư ng x y ra s truy n tin dư i d ng âm thanh và ti ng nói; mơi trư ng truy n
tin cũng có th là các t ng đi n ly trong khí quy n nơi mà thư ng xuyên x y ra
s truy n tin gi a các v tinh nhân t o v i các tr m rada

dư i m t đ t; nó cũng

có th là các đư ng truy n khác như ñư ng truy n ñi n tho i nơi x y ra s
truy n tín hi u mang tin là dịng đi n hay đư ng truy n cáp quang qua bi n trong
đó tín hi u mang tin là sóng ánh sáng v.v…
Nhi u: Là m i y u t ng u nhiên có nh hư ng x u ñ n vi c thu tin. Nh ng
y u t này tác ñ ng x u ñ n tin truy n ñi t bên phát ñ n bên thu.
Ngu n thu (máy thu): Là thi t b l p l i (sao l i) thơng tin t tín hi u nh n
ñư c. Máy thu th c hi n phép bi n ñ i ngư c l i v i phép bi n đ i

máy phát:

Bi n t p tín hi u thu ñư c thành t p tin tương ng.
Máy thu g m hai kh i:
- Gi i ñi u ch : Bi n đ i tín hi u nh n đư c thành tin đã mã hố.
- Gi i mã: Bi n ñ i các tin ñã mã hố thành các tin tương ng ban đ u (các
tin c a ngu n g i đi).
Ngu n thu có ba ch c năng:
- Ghi gi tin (ví d b nh c a máy tính, băng ghi âm, ghi hình,…)
- Bi u th tin: Làm cho các giác quan c a con ngư i ho c các b c m bi n
c a máy th c m ñư c ñ x lý tin (ví d băng âm thanh, ch s , hình nh,…)
b ng con ngư i ho c b ng máy.
2.1.3. Nh ng ch tiêu ch t lư ng cơ b n c a m t h truy n tin
- Tính h u hi u: th hi n trên các m t sau:
+ T c ñ truy n tin cao.
+ Truy n ñư c ñ ng th i nhi u tin khác nhau.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 7

+ Chi phí cho m t bit thơng tin th p.
- ð tin c y: ñ m b o ñ chính xác c a vi c thu nh n tin cao, xác su t thu sai
th p.
Hai ch tiêu trên mâu thu n nhau. Gi i quy t mâu thu n trên là nhi m v c a
lý thuy t thơng tin.
- An tồn:
+ Bí m t: Nh m đ m b o không th khai thác thông tin trái phép, ch có
ngư i nh n h p l m i hi u đư c thơng tin.
+ Xác th c: G n trách nhi m c a bên g i – bên nh n v i b n tin (ch ký
s ).
+ Tồn v n: Thơng tin khơng b bóp méo (c t xén, xuyên t c, s a ñ i) và
thơng tin đư c nh n ph i ngun v n c v n i dung và hình th c.
+ Kh d ng: M i tài nguyên và d ch v c a h th ng ph i ñư c cung c p
ñ y ñ cho ngư i dùng h p pháp.
- ð m b o ch t lư ng d ch v : ñây là m t ch tiêu r t quan tr ng ñ c bi t là
ñ i v i các d ch v th i gian th c, nh y c m v i ñ tr (truy n ti ng nói, hình
nh, …).
2.2. Cơ s lý thuy t mã hố
2.2.1. Mã hóa
Trong các h th ng truy n tin, bên nh n thư ng ph i bi t t p h p các tin mà
bên phát dùng ñ l p nên các b n tin. Và vì v y khi phát đi m t b n tin thay vì
phát đi chính b n thân b n tin đó chúng ta có th chuy n b n tin đó, thơng qua
m t phép song ánh, thành m t d ng khác tương ñương, d ng mà có th cho phép
chúng ta đáp ng đư c các yêu c u khác nhau c a m t h th ng truy n tin. Và
bên nh n khi nh n ñư c d ng bi u di n c a b n tin, d a vào ánh x ngư c l i có
th xác đ nh đư c b n tin mà bên phát mu n phát.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 8

Ví d 2.2.1: Xét m t ngu n tin A = {a, b, c, d}. Chúng ta có th thi t l p m t
song ánh như sau t A vào t p các chu i trên b ng ch cái {0, 1}
a → 00

c → 10

b → 01

d → 11

V y n u chúng ta mu n phát ñi b n tin “baba” thì chúng ta có th phát ñi cái
mà bi u di n cho nó ñó là chu i “01000100”. Và khi bên nh n nh n đư c chu i
này hồn tồn có th xác đ nh ñư c b n tin bên phát ñã phát đó là “baba”.
Trong ví d 2.2.1 minh ho cho m t khái ni m r t cơ b n đó chính là s mã
hố. S mã hố cho phép chúng ta bi u di n thông tin dư i nh ng d ng mà có
th đáp ng đư c các yêu c u c a m t h th ng truy n tin như s t i ưu v kích
thư c d li u truy n, ch ng nhi u, b o m t ...
2.2.2. Mã hi u và các thông s cơ b n c a mã hi u
Mã hi u (Code), cơ s mã:
Theo ví d 2.2.1 ta có th đ nh nghĩa khái ni m mã hi u như sau:
Mã hi u là m t t p h u h n các kí hi u đư c dùng ñ bi u di n cho các tin
hay b n tin c a m t ngu n tin. Các kí hi u này có m t s phân b xác su t th a
mãn m t s yêu c u mà h th ng truy n tin ñ t ra.
Vì v y cũng có th phát bi u r ng, mã hi u là m t ngu n tin có m t sơ đ
th ng kê đư c xây d ng nh m th a mãn m t s yêu c u do h th ng truy n tin
ñ t ra. T p các kí hi u mã dùng ñ bi u di n ñư c g i là b ng ký hi u mã (hay
d u mã), còn s các kí hi u thì đư c g i là cơ s mã, và thư ng kí hi u là m. N u
mã có cơ s hai thì g i là mã nh phân, cịn n u mã có cơ s ba thì g i là mã tam
phân...
T mã α7i trong b mã đ u nh phân có đ dài 7 có th mơ t như sau:

α7i = 0 1 1 0 1 0 1

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 9

M i m t ký hi u mã trong t mã này ch có th nh n m t trong hai giá tr
{0,1}, m i ký hi u mã là m t ph n t c a trư ng nh phân GF(2).
Mã hoá (Encoding), gi i mã (decoding):
Mã hoá là q trình dùng các kí hi u mã đ bi u di n các tin c a ngu n.
Ta cũng có th nói mã hố là m t phép bi n ñ i t ngu n tin thành mã hi u,
hay mã hố là phép bi n đ i t m t t p tin này thành m t t p tin khác có đ c tính
th ng kê u c u.
Quá trình ngư c l i c a quá trình mã hố đư c g i là gi i mã.
T mã (Code word), b mã:
T mã là chu i kí hi u mã bi u di n cho tin c a ngu n. T p t t c các t mã
tương ng v i các tin c a ngu n đư c g i là b mã.
Vì v y có th nói mã hố là m t phép bi n ñ i m t – m t gi a m t tin c a
ngu n và m t t mã c a b mã. Trong m t s trư ng h p ngư i ta khơng mã hố
m i tin c a ngu n mà mã hoá m t b n tin hay kh i tin. Lúc này chúng ta có khái
ni m mã kh i.
Chi u dài t mã, chi u dài trung bình
Chi u dài t mã là s kí hi u có trong t mã thư ng đư c kí hi u là l. Chi u
dài trung bình c a b mã thư ng đư c kí hi u là ltb đư c cho b ng công th c:
n

ltb = ∑ p ( xi )li

(2.1)

i =1

trong ñó: p(xi) – xác su t xu t hi n tin xi c a ngu n X ñư c mã hóa
n – s tin c a ngu n
li – chi u dài t mã tương ng v i tin xi c a ngu n.

Phân lo i mã: mã ñ u, mã ñ y, mã vơi:
M t b mã ñư c g i là mã ñ u n u các t mã c a b mã có chi u dài b ng
nhau. M t b mã đ u có cơ s mã là m, chi u dài t mã là l và s lư ng t mã n
b ng v i ml thì đư c g i là mã đ y ñ , ngư c l i thì ñư c g i là mã khơng đ y đ .
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 10

Ngồi ra khái ni m mã đ y cịn đư c dùng theo nghĩa r ng hơn như sau: m t
b mã ñư c g i là ñ y theo m t tính ch t nào đó (ch ng h n tính đ u hay tính
prefix) n u khơng th thêm m t t mã nào vào mà v n gi đư c tính ch t đó.
Ví d 2.2.2: Cho b ng kí hi u mã A = {0, 1}. Thì b mã X1 = {0, 10, 11} là mã
khơng ñ u, b mã X2 = {00, 10, 11} là mã đ u nhưng vơi cịn b mã X3 = {00,
01, 10, 11} là mã ñ u và ñ y.
2.2.3. Cơ s toán h c c a mã
trong ph n này, s trình bày các cơ s tốn h c c a mã kh i tuy n tính.
Các ki n th c toán h c trong ph n này là r t quan tr ng là cơ s toán h c ñư c
s d ng trong lý thuy t mã hóa. Trong các trư ng Galois thì trư ng GF(2) là
trư ng có nhi u ng d ng đ c bi t trong lý thuy t mã, nên s trình bày trư ng
này và ng d ng trong vi c xây d ng các mã kh i tuy n tính ch ng nhi u.
Nhưng trư c khi tìm hi u v trư ng này thì ta s tìm hi u m t s khái ni m cơ
b n:

- Phép toán ñóng: Cho G là m t t p h p, m t phép tốn hai ngơi f du c g i là
đóng trên G n u f có d ng:
f:G×G→G

T c là n u a, b ∈ G thì f (a, b) ∈ G .
Chú ý f(a, b) có m t cách vi t tương ñương là a f b và ngư c l i f(b, a) cịn đư c

vi t là b f a. Ch ng h n n u f là phép c ng thì thay vì vi t +(a, b) chúng ta vi t là
a + b. K t đây tr v sau khi nói đ n m t phép tốn n u chúng ta khơng nói gì
thêm thì có nghĩa là phép tốn này có tính đóng.

- Tính k t h p: M t phép tốn hai ngôi f trên G du c g i là có tính k t h p n u
∀a, b, c ∈ G thì:
(a f b) f c = a f (b f c)

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 11

- Tính giao hốn: M t phép tốn hai ngơi f trên G đu c g i là có tính giao hốn
n u ∀a, b, c ∈ G thì a f b = b f a

- Tính phân ph i: Phép tốn f1 đư c g i là có tính phân ph i đ i v i phép tốn
f2 n u ∀a, b, c ∈ G thì
a f1 (b f2 c) = (a f1 b) f2 (a f1 c)
Ch ng h n trên trư ng s th c, phép nhân có tính phân ph i đ i v i phép c ng vì
∀a, b, c ∈ R ta có:
a × (b + c) = (a × b) + (a × c)

Nhóm
M t t p G ≠ ∅, v i m t phép tốn hai ngơi f đư c g i là m t nhóm n u th a
mãn ba đi u ki n sau:
1. f có tính k t h p,
2. G ch a ph n t e, sao cho ∀a ∈ G thì a f e = e f a = a. e ñư c g i là g i
là ph n t trung hồ (đ i v i m t s phép tốn e cịn đư c g i là ph n t ñơn v ).

3. M i ph n t đ u có ph n t đ i x ng, t c là ∀a ∈ G , t n t i ph n t

∀b ∈ G sao cho: afb = bfa = e
Nhóm có các tính ch t sau:
- Nhóm giao hốn: M t nhóm mà phép tốn f có tính giao hốn thì đư c
g i là nhóm giao hốn.
- Nhóm h u h n, nhóm vơ h n: M t nhóm có s ph n t h u h n đư c g i
là nhóm h u h n, m t nhóm có s ph n t vơ h n đư c g i là nhóm vơ h n.
- Nhóm con: Cho G là m t nhóm. M t t p H con c a G đư c g i là m t
nhóm con n u H đóng. V i phép tốn hai ngơi c a G và th a mãn ñi u ki n c a
m t nhóm.

Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 12

Phép c ng modulo và phép nhân modulo:
Cho m t s nguyên dương m xác ñ nh. Xây d ng m t t p s nguyên sau G =
{0, 1, …, m –1}. V i + là phép c ng thơng thư ng. Ð nh nghĩa phép tốn m i

⊕ như sau và g i là phép c ng modulo:
∀a, b ∈ G thì a ⊕ b = (a + b) mod m
Tương t v i × là phép nhân thơng thư ng. Ð nh nghĩa phép tốn m i ⊗ như
sau và g i là phép nhân modulo:

∀a, b ∈ G thì a ⊗ b = (a × b) mod m
Trư ng:
M t t p G v i hai phép tốn dóng hai ngơi b t kỳ, ch ng h n kí hi u là + và *,
đư c g i là m t trư ng n u th a mãn 3 ñi u ki n sau:
1. G là nhóm giao hốn đ i v i phép +. Ph n t trung hồ trong phép +
thư ng đư c kí hi u là 0.

2. T p các ph n t khác 0 là m t nhóm đ i v i phép *. Ph n t trung hoà
trong phép * thư ng ñư c g i là ph n t ñơn v và kí hi u là 1.
3. Phép * có tính phân ph i đ i v i phép +.
M t s khái ni m liên quan t i Trư ng:
1. Trư ng giao hoán: M t trư ng mà phép * có tính giao hốn thì đư c g i
là trư ng giao hoán.
2. B c c a m t trư ng, trư ng h u h n, trư ng vô h n: S ph n t c a m t
trư ng ñư c g i là b c c a m t trư ng. M t trư ng có s ph n t h u h n
đư c g i là trư ng h u h n, m t trư ng có s ph n t vơ h n đư c g i là
trư ng vơ h n.

Trư ng GF(q):
M t trư ng có s ph n t h u h n ñư c g i là trư ng Galois. N u b c c a
trư ng Galois là q thì trư ng đư c kí hi u là GF(q).

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 13

Trong khn kh c a đ tài này, tơi ch nghiên c u trư ng GF(2), vì trư ng
này có ng d ng trong vi c xây d ng các mã kh i tuy n tính ch ng nhi u c a
trong thuy t mã hóa.

Trư ng GF(2)
Trư ng GF(2) bao g m hai ph n t {0, 1} v i hai phép c ng (+) và nhân (*)
như sau:

+

0

1

*

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

Ph n t ñ i x ng c a 0 và 1 qua phép c ng cũng chính là 0 và 1. Ph n t ñ i
x ng c a 1 qua phép nhân cũng chính là 1. Và vì v y trong trư ng GF(2) thì
phép tr gi ng v i phép c ng và phép c ng khơng có nh . Phép chia cho m t s
khác 0 cũng gi ng v i phép nhân.
Ta s xem xét m t ñ i tư ng quan tr ng trong quá trình xây d ng mã ch ng
nhi u đó là các ña th c trên trư ng GF(2).

ða th c trên trư ng GF(2)
M t ña th c trên trư ng GF(2), kí hi u là f(x), là đa th c có d ng :
f(x) = a0 + a1x + a2x2 + … + anxn
trong đó các h s ai ∈ GF (2) .
B c c a ña th c là b c l n nh t c a ña th c. Ví d như đa th c f(x) = 1 + x +
x3 có b c 3, đa th c g(x) = x + x2 + x5 có b c 5.

Phép c ng ña th c và nhân ña th c
V i f(x) = a0 + a1x + a2x2 + … + anxn, g(x) = b0 + b1x + b2x2 + … + bnxn v i
các h s ai và bj thu c trư ng GF(2) ñ nh nghĩa các phép c ng ña th c và nhân
ña th c như sau:

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 14

n

f ( x) + g ( x) = ∑ (ai + bi ) xi
i =0

f ( x ) * g ( x) =

n

∑ (ai * b j ) xi+ j

i , j =0

trong đó ai + bi và ai * bj ñư c th c hi n trên trư ng GF(2).
Ví d 2.2.3: Cho f(x) = 1 + x + x3, g(x) = x + x2 thì
f(x) + g(x) = (1 + x + x3) + (x + x2) = 1 + x2 + x3
f(x)*g(x) = (1 + x + x3)*(x + x2) = x + x3 + x4 + x5
N u g(x) có b c khác 0 thì chúng ta có th chia f(x) cho g(x) và có th vi t
như sau:
f(x) = q(x) * g(x) + r(x)
trong đó q(x) là đa th c thương cịn r(x) là đa th c dư có b c nh hơn đa th c
chia g(x).
Ta l y f(x) = 1 + x + x4 + x5 + x6 chia cho g(x) = 1 + x + x3 ñư c k t qu sau:
1 + x + x4 + x5 + x6 = (x2 + x3) * (1 + x + x3) + (1 + x + x2)
ð phân tích m t đa th c ra thành các th a s trong ñ i s Euclid chúng ta ñã
bi t n u f(a) = 0 thì f(x) chia h t cho (x - a). ði u này cũng ñúng trên trư ng
GF(2). Ch ng h n, f(x) = 1 + x + x3 + x5 có f(1) = 0, nên f(x) chia h t cho (x - 1)
mà trong trư ng GF(2), phép tr cũng chính là phép c ng t c là f(x) chia h t cho
(x + 1). Th c v y, chúng ta có: 1 + x + x3 + x5 = (1 + x)(1 + x3 + x4)

ða th c t i gi n
M t ña th c trên trư ng GF(2) ñư c g i là t i gi n n u nó khơng phân tích
đư c thành tích c a hai đa th c có b c nh hơn.

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 15

B ng sau ñây li t kê các ña th c t i gi n t b c 1 ñ n b c 6:
1
x
1+x

2
1+x+x2

3
1+x+x3
1+x2+x3

4
1+x+x4
1+x3+x4
1+x+x2+x3+x4

5
1+x2+x5
1+x3+x5
1+x+x2+x3+x5
1+x+x2+x4+x5
1+x+x3+x4+x5
1+x2+x3+x4+x5

6
1+x+x6
1 +x3+x6
1+x+x2+x4+x6

1+x+x3+x4+x6
1+x5+x6
1+x+x2+x5+x6
1+x2+x3+x5+x6
1+x+x4 x5+x6
1+x2+x4+x5+x6

B ng 2.1: Nh ng ña th c t i gi n t b c 1 ñ n b c 6

ð i v i các ña th c trên trư ng GF(2) chúng ta có b ñ sau: Cho f(x) là m t
ña th c trên trư ng GF(2), thì
n

n

f 2 ( x) = f ( x 2 )
Ch ng minh:
ð t f(x) = a0 + a1x + … + anxn. Khi đó:
[f(x)]2 = (a0 + a1x + … + anxn)2
= a02 + a0*(a1x + … + anxn) + a0*(a1x + … + anxn) + (a1x + … + anxn)2
= a02 + (a1x + … + anxn)2
Ti p t c theo cách này ta có:
[f(x)]2 = a02 + (a1x)2 + … + (anxn)2
Mà trong trư ng GF(2) ta có: ai2 = ai. T đây suy ra:
[f(x)]2 = f(x2).
ði u này cũng giúp chúng ta suy ra ñi u ph i ch ng minh là:
n

( )

f 2 ( x) = f x2

n

Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 16

2.3. Mã phát hi n l i
ð phát hi n l i, ngư i ta thêm vào dòng d li u các bít ki m tra. Phương
pháp này g i chung là ki m tra ñ dư th a (Redundance Error Check method),
t dư th a đư c dùng vì các bít thêm vào khơng ph i là ph n thơng tin c n g i
đi. Dư i đây là m t s mã phát hi n l i.
2.3.1. Ki m tra ch n l dị ra m t bít sai:
ðây là phương pháp ki m tra ñơn gi n nh t, b ng cách thêm vào sau chu i d
li u (thư ng là m t ký t ) m t bit sao cho t ng s bit 1 k c bit thêm vào là s
ch n (ho c l ),

máy thu ki m tra l i t ng s này đ bi t có l i hay khơng.

Phương pháp đơn gi n nên ch t lư ng khơng cao, n u s l i là ch n thì máy thu
không nh n ra.
2.3.2. Ki m tra ch n l đ dị sai hai bit sai:
Vì m i l n th c hi n ki m tra ch n l cho phép dò ra m t bit l i nên ta có th
nghĩ r ng n u th c hi n nhi u phép ki m tra ñ ng th i cho phép dị đư c nhi u
l i.
ð dò ra 2 l i c a m t chu i d li u có th th c hi n hai phép ki m tra, m t
v i các bit ch n và m t v i các bit l .
Cho chu i d li u: 01101000
L n lư t th c hi n ki m tra ch n v i các bit

v trí 1, 3, 5, 7 và các bit

v trí

2, 4, 6, 8. G i P1 và P2 là các bit ki m tra:
P1 = 0 + 1 + 1 + 0 = 0
và P2 = 1 + 0 + 0 + 0 = 1.
Chu i d li u phát: 01101000 01.
Máy thu dò ra l i khi 2 bit liên ti p b sai. Tuy nhiên, n u hai bit sai ñ u là 2
bit ch n (ho c 2 bit l ) thì máy thu cũng khơng dị ra.

Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t............ ....... 17

2.3.3. Ki m tra ch n l đ dị ra m t chu i bít sai:
ðơi khi nhi u làm sai c m t chu i d li u (ta g i là burst errors), đ dị ra
đư c chu i bit sai này, ngư i ta b t chư c cách lưu và truy n d li u c a máy
tính (lưu t ng bit c a m t byte trong các chip riêng ñ truy n trên các ñư ng
khác nhau và nơi nh n s tái h p) ñ th c hi n vi c ki m tra. Chu i d li u s
ñư c chia ra thành các khung (frames), th c hi n ki m tra cho t ng khung, thay
vì phát m i l n m t khung, ngư i ta phát các t h p bit cùng v trí c a các
khung, nhi u có th làm h ng m t trong các t h p này và chu i bit sai này có
th đư c nh n ra

máy thu.

Ví d 2.3.1 dư i ñây minh h a cho vi c ki m tra phát hi n chu i d li u sai:

G i