計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中CRC算法的應(yīng)用研究

吳冬梅 永城職業(yè)學(xué)院

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中CRC算法的應(yīng)用研究

吳冬梅 永城職業(yè)學(xué)院

目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)大部分采用差錯(cuò)檢測控制方法，檢測通信線路傳輸信息并進(jìn)行糾正，提高通信線路傳輸質(zhì)量。CRC（Cyclic Redundancy Check）算法就是一種差錯(cuò)檢驗(yàn)控制方法，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中，選擇合適的CRC，冗余位少、漏檢率低、傳輸效率高，能夠比較準(zhǔn)確的校驗(yàn)數(shù)據(jù)通信線路傳輸?shù)男畔ⅰ１疚慕榻B了CRC算法的原理、分析、設(shè)計(jì)等，探討了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中CRC算法的應(yīng)用研究。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) CRC算法 通信 差錯(cuò)檢驗(yàn)控制

1 CRC算法簡介

CRC校驗(yàn)是一種在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中廣泛應(yīng)用的錯(cuò)誤檢驗(yàn)編碼方式。其可靠性高、冗余位少、檢漏率低，可以有效地提高數(shù)字通信傳輸速率，廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)中。發(fā)送端計(jì)算機(jī)運(yùn)用CRC算法計(jì)算出待發(fā)送數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)碼，通過附加在待發(fā)送數(shù)據(jù)尾端，發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)編碼過程。接收端計(jì)算機(jī)檢測發(fā)送后數(shù)據(jù)和CRC碼之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，檢測是否正確，實(shí)現(xiàn)譯碼過程。數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中有誤碼時(shí)，校驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，通過發(fā)送端重傳校正錯(cuò)誤，直至傳送正確為止。

數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)體間交換時(shí)，首先將較長的信息保溫分割成較小的、等長的數(shù)據(jù)段，然后每個(gè)數(shù)據(jù)段前面加上頭部，末尾加上校驗(yàn)碼，構(gòu)成數(shù)據(jù)包。發(fā)送端將數(shù)據(jù)包通過通信線路傳輸至接收端，計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)包中獲得所需控制信息和傳輸信息，從而實(shí)現(xiàn)傳輸中的差錯(cuò)檢測控制，使其成為一項(xiàng)可管理的工作。接收端可以通過數(shù)據(jù)包提取有用信息，進(jìn)行差錯(cuò)分析。因此，數(shù)據(jù)信息的差錯(cuò)分析，通過人為控制，可以實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)管理控制。

2 CRC算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用

2.1 在局域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)新的CRC算法

該CRC算法采用軟件校驗(yàn)的方法，不需要設(shè)計(jì)另外的硬件電路，校驗(yàn)速度非常快，提高了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的速度和報(bào)文傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。其設(shè)計(jì)是針對目前很多無人值守站缺乏完整的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，存在諸多問題。為此，他們設(shè)計(jì)了包括中心處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊通道和小站環(huán)境監(jiān)測前置端機(jī)三部分的光傳輸無人值守站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)通訊通道通過通訊網(wǎng)絡(luò)鏈接，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)與無人值守站前置端機(jī)的通訊與控制。中心處理系統(tǒng)通過指令控制前置端機(jī)，監(jiān)控、采集、處理、分析基站的環(huán)境信息，通過警告、報(bào)警等聲音提示，并建立可供用戶查看的警告數(shù)據(jù)庫。通過前置端機(jī)的看門狗電路收集數(shù)據(jù)，由微控制器傳輸至終端顯示系統(tǒng)，進(jìn)而完成信息的采集與上傳。此外，為增強(qiáng)控制系統(tǒng)抗電磁干擾能力，增強(qiáng)其對環(huán)境的適應(yīng)性，保證通訊安全，使用CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)法增強(qiáng)以太網(wǎng)幀的穩(wěn)定性。使用VC++6.0編寫相應(yīng)的軟件，以CRC-CCITT編碼，保證控件性能穩(wěn)定、傳輸高效安全。該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用CRC差錯(cuò)校驗(yàn)技術(shù)，抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸安全穩(wěn)定，并且測試應(yīng)用效果良好。石全峰等人將電路結(jié)構(gòu)結(jié)合串行CRC，提出一種硬件電路的實(shí)現(xiàn)方法，給出了一種基于VerilogHDL的CRC8校驗(yàn)方法。串行算法在編碼前初始化寄存器，輸入信息序列后，在寄存器中得到CRC校驗(yàn)碼。CRC初始化后，通過以太網(wǎng)幀計(jì)算FCS，先傳輸?shù)捅忍氐模M(jìn)行倒序輸入，再進(jìn)行CRC計(jì)算。

2.2 無線收發(fā)器的CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K

無線收發(fā)器采用C8051F330單片機(jī)通過SPI接口控制CYRF6936的工作模式。本無線收發(fā)器應(yīng)用于門禁系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)接收端和多個(gè)發(fā)送端的通信。CYRF6936是一種第二代無線通信芯片，基于WirelessUSB，采用直接序列擴(kuò)展技術(shù)。無線發(fā)射器通過C8051F330單片機(jī)控制，采用CRC算法校驗(yàn)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)可應(yīng)用與智能建筑安防報(bào)警系統(tǒng)，通過監(jiān)控，防止設(shè)備丟失。硬件系統(tǒng)通過串行外設(shè)接口訪問串行總線，通過SCK、NSS、MISO、MOSI四個(gè)端口與CYRF6936進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。軟件部分是通過SPI控制CYRF6936，采用CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，生成多項(xiàng)式，簡化調(diào)試過程。CRC校驗(yàn)?zāi)K能夠校驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，無線接收器接收端接收的數(shù)據(jù)經(jīng)CRC校驗(yàn)后，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，該無線接收器能夠和多個(gè)發(fā)送端相連，同一PN碼才能進(jìn)行通信。

2.3 在ZSP400的軟件仿真環(huán)境中運(yùn)行，從時(shí)鐘周期數(shù)和執(zhí)行指令數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

運(yùn)行效率可以通過準(zhǔn)余式表或反射余式表反映出CRC方法的效率。余式的產(chǎn)生實(shí)際就是對0到255計(jì)算CRC，通過左移、異或等操作，生成32位的多項(xiàng)式。運(yùn)用反射余表法先將多項(xiàng)式反射，再求余式，經(jīng)過左移或右移將高比特變?yōu)榈捅忍亍Ｓ乙魄蠓瓷溆嗍缴倭藘纱畏瓷洳僮鳎确瓷淝蠓瓷溆嗍娇炝?0倍。因而，優(yōu)化程序代碼和程序結(jié)構(gòu)可以提高運(yùn)行速度。在時(shí)鐘周期數(shù)與執(zhí)行指令數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，通過余式比較CRC的效率。反射法在計(jì)算時(shí)使用發(fā)射生成多項(xiàng)式，應(yīng)用時(shí)將余式表放入程序，執(zhí)行指令。在ZP400運(yùn)行CMC32時(shí)，采用不同算法得到的結(jié)果相同，反射法、標(biāo)準(zhǔn)法、查表法效果基本相同。但在運(yùn)行速度上稍有差別，查表法最快，不需要反射時(shí)，反射法最慢。

綜上所述，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中，選擇合適的CRC，冗余位少、漏檢率低、傳輸效率高、編碼簡單，易于在檢測電路上實(shí)現(xiàn)。CRC算法實(shí)現(xiàn)簡單，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，性價(jià)比高，比奇偶校驗(yàn)和算術(shù)校驗(yàn)效果好的多。CRC算法采用軟件校驗(yàn)的方法，極大地提高了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。

[1]王倩麗.基于CYRF6936的無線收發(fā)器CRC算法實(shí)現(xiàn)[J].微處理機(jī)，2010

[2]陶傳會(huì).淺議CRC算法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中應(yīng)用[J].信息與電腦，2011