Najlepsze pytania
Chronologia
Czat
Perspektywa
Consistent overhead byte stuffing
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Remove ads
Consistent overhead byte stuffing[a] (COBS) – algorytm kodowania ciągu liczb (zwykle bajtów) w postaci ciągu, w którym nie występuje jeden wyróżniony symbol (zwykle zero). Jego pomysłodawcą i autorem jest Stuart David Cheshire. Podstawową zaletą algorytmu jest znikomy narzut zwiększający rozmiar zakodowanych danych. Głównym zastosowaniem algorytmu jest wspomaganie pakietyzacji strumienia danych w transmisji szeregowej.
Remove ads
Historia
Prezentacja algorytmu miała miejsce na konferencji SIGCOMM poświęconej zagadnieniom komunikacyjnym[1] jak również został on zgłoszony jako propozycja do wykorzystania w protokole PPP[2]. Algorytm kodowania był tematem pracy doktorskiej, którą Stuart David Cheshire przedłożył na Uniwersytecie Stanforda w 1998[3]. Rok później artykuł z opisem algorytmu został opublikowany czasopiśmie organizacji IEEE[4]. W 2020 zaadaptowano wykorzystanie algorytmu dla półbajtów[5]. W 2022 roku zauważono, że w sprzyjających okolicznościach działanie algorytmu można przeprowadzić równolegle na fragmentach danych co znacznie skraca czas przetwarzania zwłaszcza w realizacji sprzętowej[6].
Motywacja
Podsumowanie
Perspektywa
W transmisji danych z wykorzystaniem łącza szeregowego w warstwie fizycznej warstwa łącza danych tworzy ramki, które kapsułkują dane z wyższej warstwy[7]. Każda ramka zawiera znaczniki, które jednoznacznie pozwalają określić jej początek i koniec[7][8]. W systemach opartych na transmisji danych w postaci ciągów tekstowych znacznik startu to jeden ze znaków, który nie jest używany w kodowaniu danych[b][9]. W przypadku, gdy łącze danych ma przesyłać dowolne dane binarne, może się zdarzyć, że wśród nich pojawią się takie, które będą przyjmowały wartości tożsame z używanymi do rozpoznawania początku i końca ramki. Aby uniknąć takich kolizji stosowane są metody pozwalające na ich eliminację ze strumienia danych. Za przykład można wskazać SLIP lub PPP[10]. Polegają one głównie na podmianie każdego bajtu mającego specjalne znaczenie przez odpowiednie zastąpienie sekwencją dwóch bajtów[11]. Jeśli nastąpi próba wysłania danych składających się z samych „zarezerwowanych” wartości, to w takim przypadku długość danych do przesłania w warstwie fizycznej ulegnie podwojeniu[12].
W proponowanym algorytmie narzut związany z eliminacją wartości zarezerwowanych nie przekracza 1 bajta na każde 254 bajty danych[13].
Opis
Podsumowanie
Perspektywa
W wersji podstawowej algorytm skupia się na sposobie zapisu ciągu liczb z pełnego zakresu liczb ośmiobitowych od 0 do 255 na odpowiadający mu ciąg liczb z zakresu od 1 do 255. Jeśli zachodzi konieczność eliminacji wartości innej niż zero, to można wszystkie bajty wyniku zamienić wykonując na nich funkcję XOR z wartością do usunięcia[14].
Kody
Do reprezentacji wartości oryginalnego ciągu COBS używa następujących kodów[14]:
W powyższym zestawieniu kodów nie istnieje wartość 00, która jest niedozwolona[14].
Kodowanie
Ciąg wejściowy o dowolnej długości dzielony jest na fragmenty nie dłuższe niż 254 bajty, w których bajt o wartości zero występuje dokładnie na końcu. Jest on zastępowany w ciągu wyjściowym odpowiadającym mu kodem z domyślnym zerem. Jeśli taki podciąg nie istnieje to w jego miejsce jest wstawiany wyjątek zaczynający się kodem 255, który pozwala na kodowanie długich bezzerowych ciągów danych[14]. Wyjątek stanowi również ostatni fragment nie dłuższy niż 253 bajty, który domyślnie zakłada istnienie wirtualnego zera tuż za ostatnim bajtem pakietu[14]. Po zakodowaniu w wyjściowym strumieniu danych nie ma wartości zero, które można jednoznacznie wykorzystać do wskazania granic między pakietami[14].
Przykłady
Pusta kratka na końcu to wirtualne zero. Pogrubiona czcionka oznacza pierwszy bajt kodu. Wielokropek to ciąg niezerowych wartości.
Remove ads
Własności
Obserwacje
- Strumień danych zakodowanych algorytmem COBS dzielony jest na pakiety w miejscu napotkania wartości specjalnej 0x00. Zachowanie na okoliczność występowania sekwencji zer w takim ciągu nie jest zdefiniowane. Jednym z rozwiązań jest przyjęcie, że oznacza ona brak pakietu[17].
- Ciąg zerowych bajtów może być więc wykorzystany jako wypełnienie jeżeli brakuje danych do transmisji[21].
- Protokół MS/TP, używany jako warstwa łącza danych w transmisji po RS-485 w protokole BACnet, stosuje algorytm COBS do eliminacji wartości specjalnej 0x55 z bloku danych i sumy kontrolnej. Sekwencja bajtów 0x55 0xFF oznacza w nim początek nowej ramki[22].
- Algorytm COBS może być dobrym wyborem w przypadku implementacji pakietyzacji przy połączeniach z wykorzystaniem protokołu TCP[23].
- Algorytm nie jest powszechnie stosowany w praktyce[19]. Jednym z powodów może być brak oficjalnego wsparcia w ramach standardu PPP[24].
- Algorytm operuje na buforach danych, wobec czego nie może być stosowany w przypadku gdy oczekiwane jest natychmiastowe generowanie danych wyjściowych w przetwarzaniu potokowym[25].
- W przypadku obsługi pakietów o niewielkich rozmiarach, stały jednobajtowy narzut może być odbierany jako znaczny[26]. Dla pakietów jednobajtowych narzut stanowi 100%, a dla czterobajtowych 25% oryginalnej wiadomości[27].
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
Linki zewnętrzne
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads