循环冗余校验码(CRC)在MSTP上的应用

循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 在 在 MSTP 上的应用上的应用 尹尹 恒恒 武汉邮电科学研究院 武汉 430074 摘摘 要 要 本文介绍了循环冗余校验码 CRC 的原理 软硬件实现以及在 MSTP 中的应用 指出循环冗余校验码 CRC 是一中非常实用的检错码 关键词 关键词 循环冗余校验码 CRC MSTP PPP HDLC 协议 LAPS 协议 GFP 协议 Application of Cyclic Redundancy Check CRC in the MSTP YIN HENG Wuhan Research Institute Of Post and Communication Wuhan 430074 China Abstract This paper introduces the principle and Realization of Cyclic Redundancy Check CRC points out that Realization of Cyclic Redundancy Check CRC is very useful Key Word Realization of Cyclic Redundancy Check CRC MSTP PPP HDLC protocol LAPS protocol GFP protocol 1 1前言前言 根据经典的香农公式 理想信道的容量是无限的 然而在实际信道上传输数字信号时 由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响 所收到的数字信号不可避免的会发生错误 为了加强通信系统的可靠性 除了合理设计基带信号 选择调制 解调方式 采用频域均 衡 时域均衡 使误码率尽可能降低之外 还需要采用信道编码 即差错控制编码 使误 码率进一步降低以满足指标要求 随着差错控制编码理论的完善和数字电路的发展 信道 编码已经成功地应用各种通信系统中 差错控制编码的基本做法是 在发送端被传输的信息序列上附加一些监督码元 这些 多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联 约束 接收端按照既定的规则检 验信息码元与监督码元之间的关系 一旦传输过程中出现差错 则信息码元与监督码元之 间的关系将遭到破坏 从而可以发现错误 乃至纠正错误 其中 循环冗余校验码 CRC 凭借极强的检错性能 很小的开销 以及易于实现的 特点 成为目前通信系统中最常用的一种差错控制编码 2 2循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 原理 原理 1 2 1 循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 简介 简介 利用循环冗余校验码 CRC 进行检错的过程可简单描述为 在发送端根据要传送的 二进制码序列 以一定的规则产生一个校验用的监督码 附在原始信息之后 构成一个新 的二进制码序列 然后发送出去 在接收端根据信息码和监督码之间所遵循的规则进行检 验 一旦传输过程中发生差错 则信息码与监督码之间的关系遭到破坏 从而可以发现错误 2 2 循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 生成与校验过程 生成与校验过程 2 2 1 循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 的生成 的生成 循环冗余校验码 CRC 校验生成的循环码为系统码 采用循环码特有的多项式编码 方法 信息码多项式升 n k 次幂后除以生成多项式 然后将所得的余式加上升幂后的信 息码多项式 由此得到系统码多项式 在发送端 设有一组信息码多项式 最高次数为 k 1 共 k 位 以乘以P x xn k 构成一个 n 1 次 最高次 多项式 即 再除以生成多项式 以P x xn kP x g x 为模 则g x xn kP x g x q x r x g x 式中 为商 为余式 余式的系数即为生成的 CRC 监督码 将计算出的余 xq xr 式与 相加 可得到循环码多项式 即 xrxn kP x xC C x xn kP x r x 将发送到信道上传输 xC 2 2 22 2 2 循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 的校验 的校验 校验方法一 在接收端 对接收到的信息码多项式进行与发送端相同的运算 即P x xg xr xq xg xPx kn 通过计算 可得到新的余式 将与从接收的循环码多项式中提取的相 xr xr xr 比较 若 说明在传输的过程中未出现了误码 比较的过程即为校验的过程 xrxr 校验方法二 直接用接收到的序列除以生成多项式 即 xCg x xq xg xr xg xr xq xg xr xg xPx xg xrxPx xg xC knkn 通过计算 若余数为 0 则说明在传输的过程中未出现了误码 2 32 3 生成多项式生成多项式的国际标准的国际标准g x 1 4 4 xxxgCRC 1 12 231112 xxxxxxgCRC 1 16 21516 xxxxgCRC 1 51216 xxxxgCCITTCRC 1 32 245781011121622232632 xxxxxxxxxxxxxxxgCRC 2 4 循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 检错性能 检错性能 循环冗余校验码 CRC 的检错能力很强 既能检测随机差错 也能检测突发性差错 其检错性能包括以下 5 点 能检测出全部单个错误 能检测出全部随机的 2 位错误 能检测出全部奇数个错误 能检测出全部长度小于等于 k 的错误 能以 1 5 01 k 的概率检测出长度为 k 位的突发性错误 3循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 的实现 的实现 3 1 软件实现软件实现 软件实现的流程图如下所示 其中 GetCRC 子程序的作用是生成循环冗余校验码 CRC GetCRC 子程序源代码如下 int GetCRC int t 生成循环冗余校验码 int k int g 0 x13 这里生成多项式使是 4 次 10011 cin t 输入的信息码是 6 位 如果要更长 修改下 l 字 g g 5 for i 6 if t 6 t t 4 k t g g 3 int i 0 for i 4 if t 0 x80 表示首位为 0 所要继续移动 t t 4 k k t return k 实验截图如下 图 3 实验截图 3 2 硬件实现硬件实现 3 2 1 硬件原理框图硬件原理框图 图 4 硬件原理框图 3 2 2 CRC 校验生成模块校验生成模块 图 5 CRC 校验生成模块仿真 CRC 检测模块程序如下 3 2 3 CRC 校验检错模块校验检错模块 图 6 CRC 校验检错模块仿真 CRC 校验检错模块程序如下 4循环冗余校验码 循环冗余校验码 CRC 在 在 MSTP 上的应用上的应用 GFP 协议协议 2 2 4 1 MSTP 应用的主要技术应用的主要技术 MSTP 是一种城域传输网技术 它能将 SDH 以太网 ATM POS 等多种技术进行有 机融合 MSTP 以 SDH 技术为基础 将多种业务进行有效的汇聚并进行有效适配 实现多 业务的综合接入和传送 实现 SDH 从单纯传送网向传送网和业务网一体化的多业务数字平 台的转变 从网络现状来看 大部分的城域传输网仍以 SDH 设备为主 基于技术成熟性 可靠性和成本等方面综合考虑 以 SDH 为基础的 MSTP 技术在城域网应用领域扮演着十 分重要的角色 随着近年来数据 宽带等 IP 业务的迅猛增长 MSTP 技术的发展便主要体 现在对以太网的支持上 以太网新业务的要求推动着 MSTP 技术的发展 MSTP 的主要技术有封装技术 级联技术 映射技术 链路容量调整机制 LCAS 技 术 其中封装技术采用的协议有 PPP HDLC 协议 LAPS 协议 GFP 协议 本文将主要就 循环冗余校验码 CRC 在 GFP 封装中的应用进行讨论 4 2 GFP 封装的一般处理过程封装的一般处理过程 图 7 GFP 封装的一般处理过程 4 3 基于基于 PLI 和和 HEC 关系的关系的 GFP 定帧定帧 图 8 基于 PLI 和 HEC 关系的 GFP 定帧 4 4 GFP 的数据帧结构的数据帧结构 图 9 GFP 的数据帧结构 其中 核心头校验 cHEC 类型帧头差错校验 tHEC 扩展帧头差错校验 eHEC 应用到 CRC 16 校验 FCS 应用到 CRC 32 校验 4 5 信头差错校验 信头差错校验 HEC 核心头校验 cHEC 两个 8 位宽的核心差错控制域包含 CRC 16 序列 以保护核心帧头的完整 CRC 16 序 列由 PLI 计算得出 可以实现单比特纠错和多比特检错 类型帧头差错校验 tHEC 两个字节宽的帧头差错控制域包含一个 CRC 16 序列 以保护 TYPE 域的完整 扩展帧头差错校验 eHEC 两个字节宽的扩展帧头差错控制域包含一个 CRC 16 序列 以保护扩展帧头的完整 4 6 帧校验序列 帧校验序列 FCS 的产生 的产生 可选长度为 4Byte 的帧校验序列 为 CRC 32 检测序列 用来保护 GFP 净荷信息域的 完整性 ITU T CRC 32 生成多项式 1 32 245781011121622232632 xxxxxxxxxxxxxxxgCRC U x 1 x x2 x31 x32M x U x g x q x r x g x 的系数可以看成是一个 32 位的序列 xr 5总结展望总结展望 循环冗余校验码 CRC 凭借极强的检错性能 很小的开销 以及易于实现的特点 在数据通信 移动通信 PCM 2M 以及 SDH 中均得到广泛应用