Vorgehensweise zur Datensicherung und Fehlerkontrolle

Die Informationstechnik, Automationstechnik und der Bereich der Industriellen Kommunikation haben es sich zur Aufgabe gemacht, Technologien und Standards sowie Normen zu entwickeln und festzulegen, die dem Verbraucher einen hohen Nutzen bringen. So finden sich Bussysteme, die in der Regel bei der Datenübertragung eingesetzt werden, in den unterschiedlichsten Wirtschaftsbranchen, die sich nicht mehr nur auf Computerbereiche stützen, sondern längst den Automobilmarkt erobert haben. Denn auch an dieser Stelle wird intelligente Technik erwartet, die ein hohes Maß an Funktionalität und Komfort mit sich bringt. Allerdings birgt der Einsatz von komplexen Technologien auch diverse Gefahren, die im Speziellen in der Zuverlässigkeit und Richtigkeit der Kommunikation an sich liegen. Doch trotz dessen, dass bei der Übertragung von digitalen Signalen bereits Schutzmaßnahmen auf elektrischer Ebene verwendet werden, bedarf es zusätzlicher Mechanismen. Denn unter Verwendung gängiger Methoden der Schirmung und Verdrillung von Leitungen kann es dennoch dazu kommen, dass Störungen während einer Datenübertragung auftreten, sodass die versendeten Nachrichten fehlerhaft übertragen werden oder ihren Empfänger erst gar nicht erreichen.

Grundlagen zur Datensicherung und Fehlerkontrolle

Gerade in hochkomplexen Systemen und bei Übertragungen mit einem hohen Datenvolumen besteht das Risiko, dass sich Fehler einschleichen, die zu Zeitverzögerungen, Störungen und steigenden Kosten durch einen höheren Aufwand führen können. Dagegen gibt es jedoch zahlreiche Mechanismen, die einen Bezug zu den Botschaftsinhalten und dem eigentlichen Ablauf einer Fehlererkennung sowie Fehlerbehandlung schaffen können. Darüber hinaus kann eine Sicherung von Daten durch die zusätzliche Prüfinformation geschehen. So haben alle Verfahren, die für den Schutz von Daten eingesetzt werden können, die zusätzliche Prüfinformation als Basis, da hierbei die eigentlichen Informationen über den Nutzwert angereichert werden können.

Die Codierung – ein wesentlicher Faktor bei der Fehlervermeidung

Die Anreicherung der Nutzwerte findet während der Verschlüsselung der Botschaft statt, wobei in diesem Falle der Begriff der Codierung als die eindeutige Zuordnungsschrift angesehen werden muss, die zwischen zwei Zeichenvorräten vorliegt. Die Funktionen, die ein solcher Code letztlich einnimmt, reichen über verschiedenste Einflussbereiche hinaus, da beispielsweise nicht nur eine sichere Datenübertragung gewährleistet werden kann, sondern die Übertragung auch auf einem effizienten Level gehalten wird. Damit eine Vorschrift zur Codierung einer Botschaft auch umgesetzt werden kann, gibt es den Codierer, der sich in den sendenden Einheiten innerhalb des Bussystems befindet. Durch diese wichtige Komponente wird die zu übermittelnde Botschaft mit der Prüfinformation ergänzt. Ist die Übertragung korrekt abgelaufen, so kommt der im Empfänger befindlicher Decodierer zum Einsatz, welcher die Verschlüsselung wieder extrahiert. Die Gesamtheit der gesendeten und empfangenen Informationen wird dann als Codewort bezeichnet. 

Verfahrensmöglichkeiten der Datensicherung

Da die Art eines Fehlers und seine möglichen Auswirkungen unterschiedlich intensiv ausfallen können, gibt es dementsprechend auch verschiedene Herangehensweisen, um mit einer auftretenden Störung umzugehen. Damit Daten nicht verloren gehen, wenn eine Fehlfunktion auftritt, müssen die zu übertragenden Informationen stets gesichert werden, wobei es wiederum unterschiedliche Methoden gibt

  • Parity Check
    dies ist ein Beispiel für eine einfache Datensicherung, bei welcher ein Parity Bit hinzugefügt wird, sodass die Anzahl der Einsen, welche gleichbedeutend zum Gewicht des Codeworts steht, auf eine gerade oder ungerade Ziffer gebracht wird
  • CRC – der „Cyclic Redundancy Check“ 
    gehört zu den aufwändigeren Verfahren, die gemeinhin auch als zyklische Blocksicherungsverfahren bekannt sind. Als Grundprinzip wird hierbei der Anteil den es zu definieren und sichern gilt, als ein Polynom anzusehen, sodass dieses durch ein festgelegtes Generatorpolynom geteilt werden kann. Der daraus entstehende Divisionsrest stellt dann die zu übertragende Prüfsequenz. Da der Empfänger ebenfalls diese Form der Rechnung durchführt, werden hier die Ergebnisse der beteiligten Komponenten miteinander verglichen, sodass erkannt werden kann, ob ein Fehler vorliegt oder nicht.
  • Hamming-Distanz 
    Dieser Abstand bezieht sich auf zwei unterschiedliche Codewörter, die jedoch jeweils für sich alleine Gültigkeit haben, sodass man beide gleichermaßen unter der Anzahl der verschiedenen Bits verstehen kann.

Die zwei Prinzipien bei der Fehlerkontrolle

Neben der Bildung einer Prüfinformation lassen sich bei der Fehlerkontrolle noch weitere zwei Prinzipien finden, die Methoden für einen Ablauf einer solchen Überprüfung liefern.

  • Prinzip der passiven Fehlerkontrolle
  • Prinzip der aktiven Fehlersignalisierung

Bei einer Fehlerkontrolle, die passiv ablaufen soll, muss der Empfänger nach Erhalt der Botschaft eine Quittung darüber ausstellen, dass er die Nachricht fehlerfrei erhalten hat. Erfolgt dies nicht innerhalb einer vorab festgelegten Zeitspanne, so wird die Übertragung als nicht korrekt durchgeführt angesehen und der Sender sieht sich dazu veranlasst, den Vorgang zu wiederholen. Diese passive Fehlerkontrolle findet sich vorwiegend bei Protokollen, welche sich an den Teilnehmern der Kommunikation orientiert. Hinzu kommt die Möglichkeit der aktiven Fehlersignalisierung. Bei diesem Prinzip wird nach Feststellung einer fehlerhaften Übertragung durch den Empfänger an alle Komponenten innerhalb der Topologie die Botschaft gesendet, dass die übermittelten Daten nicht verwendet werden können.