このところビット列、バイト列の生成、復元などを練習しており、前回は巡回冗長検査（CRC）でした。今回はHDLC(High-Level Data Link Control)などで使われるゼロビット・インサーションとリムーバルを練習してみたいと思います。「原理」実装は動いた、けれども分量が多いとダメだなこれは。どうする？
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※Windows11上で、Scilab6.1.1およびScilab上のツールボックス Scilab Communication Toolbox 0.3.1（以下comm_tbx)を使用させていただいとります。
ゼロビット挿入
０と１のビット列が長くなってくると、連続して１や０のシーケンスが出現する確率も当然上がってきます。通信の元祖か御本家か？HDLCでは、ヘッダ（１が７個連続したもの）とそうでないデータを識別するために、データ部分では１が５個連続したらば次に０を挿入して５個以上続かないようにする「仕組み」が求められています。当然「ゼロビット挿入」されたビット列から元のデータ列を復元する場合には、上の逆で１が５個連続した後の０は挿入された０なので取り除く操作が必要です。
ゼロビット挿入の自前Scilab関数
０と１のビット列（行ベクトル）のために作成した自前関数（効率悪いので「原理実装」じゃといいわけ）が以下に。第一引数に０１の行ベクトル、第２引数に検出する１の連続数を与えるもの（HDLCの場合は5を与える。）
// zero-bit insertion (by J.Halfmoon Nov. 30, 2023)
// blis: bit data list
// cone: number of consecutive 1s to detect
// b: bit data list(zero-bit inserted)
function b=zeroBitIns(blis, cone)
b = []
counter = 0
for bi = blis do
if bi == 0 then
counter = 0
b = [b 0]
else
counter = counter + 1
if counter == cone then
counter = 0
b = [b 1 0]
else
b = [b 1]
end
end
end
endfunction
ゼロビット削除の自前Scilab関数
上記で生成したゼロビット挿入されたビット列（行ベクトル）から挿入されたゼロビットを削除して元に戻す自前関数（これまた効率悪いので「原理実装」じゃといいわけ）が以下に。
// zero-bit Removal (by J.Halfmoon Nov. 30, 2023)
// blis: bit data list(zero-bit inserted)
// cone: number of consecutive 1s to detect
// b: bit data list(zero-bit removed)
// err: error flag
function [b, err]=zeroBitRem(blis, cone)
err = %f
b = []
counter = 0
for bi = blis do
if counter == cone then
if bi==1 then
err = %t
counter = 1
b = [b 1]
else
counter = 0
end
else
if bi == 0 then
b = [b 0]
counter = 0
else
b = [b 1]
counter = counter + 1
end
end
end
endfunction
動作検証と問題点
上記の挿入、削除関数と、過去回で作成したビット列の比較関数を使って短いパターンで動作検証してみるコードが以下に。
a = [1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0] b = zeroBitIns(a, 5) [c, err] = zeroBitRem(b, 5) [nerr, ber, flag] = calcBER(a, c)
上記を実際に実験したものが以下に。
ちゃんと０挿入され、そして元に戻っておるようです。
今度は少し長いランダムシーケンスに対して処理する場合。なお、ランダムビット列生成に使っているcomm_tbxのprbs()関数は列ベクトルを返すので「転置」してます。
d=prbs(1000); e=zeroBitIns(d', 5); length(e) [f, err] = zeroBitRem(e, 5); length(f) [nerr, ber, flag] = calcBER(d', f)
実行結果は以下に。
挿入して削除して元に戻ったようです。
１０００個くらいのビットであれば全然問題なく動いているように見える。けど調子に乗って１００万ビット食わせてみたら全然戻ってこないです。double型のデータ100万個、たかだか8Mバイトっす。でも「ズボラなリスト処理」をしているせいで、リストの挿入やら削除やらの手間がとっても大きいのだと思います。まあ、実際にHDLCするならScilabでやらんか。。。どうする？