Kódolástechnika Előadó: Dr. Levendovszky János, egyetemi tanár (levendov@hit.bme.hu), IB 129-es szoba telefon: (463) 3547 Tantárgyi weboldal www.hit.bme.hu/~ceffer/kodtech

Kurzusinformáció Előadások: Kedd 12.15-14 QI Csüt (ptlan héten): 10.15- 12 QI

Követelmények Sikeres kurzus: aláírás 1 db Zh (PZh vagy PPZh) >=2 alapján és érdemjegy= 0.5*Zh+0.5*vizsga, ha a vizsga >=2 Pontozási rendszer

Ajánlott irodalom T.M. Cover, A.J. Thomas: Elements of Information Theory, John Wiley, 1991. (IT) S. Verdu, S. Mclaughlin: Information Theory: 50 years of discovery, IEEE, 1999 (IT) Győrfi, Győri, Vajda: Információ- és kódelmélet, Műegyetemi könyvkiadó, 1998 S. Golomb: Basic Concepts in Information Theory and Coding, Kluwer, 1994. (IT + CT) E. Berlekamp: Algebraic Coding Theory. McGraw Hill, 1968. (CT) R.E. Blahut: Theory and Practice of Error Correcting Codes. Addison Wesley, 1987. (CT) J.G. Proakis: Digital communications,McGraw Hill, 1996

ICT = business (driving the economy)

Kódolástechnika = e-világ (rendszerek és szolgáltatások) Google letöltések Integrált pénzügyi szolgáltatások, algo-trading Monitorozás, adatgyűjtés, katasztrófavédelem Testi szenzorok – orvosi alk. On-line közösségi alkalmazások Energiafogyasztás Autonóm járművek “Hálózat” és “adat” ! A kódolástechnika célja: a hálózati korlátok leküzdése (network) + az “érték” kitermelése az adatokból (data) (Cloud, IoT, WSN, Big Data)

ICT technológiák főbb komponensei Hálózati technológiák (IoT, WSN ..etc.) Tárolás: cloud computing Feldolgozás: Big Data Kódolástechnika: az ehhez szükséges adat továbbítási- és tömörítési algoritmusok

Kapcsolódási pontok a főbb technológiákhoz Kommunikációs technológiák és módszerek + algoritmikus háttér = kódolástechnika

ALGORITMUSOK – kommunikációs protokollok Alapkoncepció zaj torzítás lehallgatás Csatorna Véges erőforrások (adótelj., sávszél …etc.) Alapkérdés: hogyan lehet, egy megbízhatatlan csatornán megbízhatóan kommunikálni, min. erőforrásokkal ? KÓDOLÁSTECHNIKA Csatorna Kódolás Dekódolás ALGORITMUSOK – kommunikációs protokollok IoT, 5G, Cloud, WSN …etc.

A kurzus célja: algoritmikus tudás (kódolási eljárások ismerete) a kommunikációs hálózatok teljesítőképességének a növeléséhez ! 2018.06.04. 10

Miért van szükség teljesítőképesség növelésre ! Kényszerek: Limitált adóteljesítmény Limitált frekvenciasáv Interferenciák Limitált processzor telj. Elvárások: Magas adatátviteli seb. QoS kommunikáció (alacsony BER és késl.) Mobilitás ??? Erőforrások (sávszélesség, adóteljesítmény …etc.) nem állnak korlátlanul a rendelkezésre! Megoldás: intelligens kódolási algoritmusok kifejlesztése a kényszerek legyőzésére !!! 2018.06.04. 11

USA frekvenciakiosztás http://en.wikipedia.org/wiki/File:United_States_Frequency_Allocations_Chart_2003_-_The_Radio_Spectrum.jpg 2018.06.04. TÁMOP – 4.1.2-08/2/A/KMR-2009-0006 12 TÁMOP – 4.1.2-08/2/A/KMR-2009-0006 12

QoS = f (erőforrások) ??? Erőforrások: sávszélesség, adóteljesítmény A „kommunikációs mérnökség” alapvető kérdése ELŐÍRT MINŐSÉGŰ SZOLGÁLTATÁS (QoS): adott hibavalószínűség és adatátviteli sebesség

Pl. vezetéknélküli hálózati technológiák Hogyan lehet növelni a spektrális hatékonyságot ? SPEKTRÁLIS HATÉKONYSÁG [bit/sec/Hz]: 1Hz-es fajlagos spekrumon mekkora adatátviteli sebesség érhető el ? Jelenleg: 0.48 [bit/sec/Hz] Elméleti: 5.2 [bit/sec/Hz]

Gyakorlati módszerek: Alapséma QoS: BER, data rate Zajos és torz vétel + támadás Kérdések: Mi az információ legtömörebb reprezentációja (nagy adatátv. sebesség keskenysávú csatornán) ? Milyen sebességgel lehet megbízhatóan kommunikálni egy megbízhatatlan csatornán ? Milyen algoritmusokkal lehet ezeket a célokat elérni ? ?? Visszanyert info Alg. Primér info (hang, kép..etc.) Alg. Channel Adótelj., sávszélesség ERŐFORRÁSOK Gyakorlati módszerek: Kódolástechnika Információ elmélet Kódelmélet

bitek száma appr. negyedrésze Forráskódolás 0000 0001 0010 0011 0100 0101 1111 szimbólum kódszó a1 01 a2 10111 a3 111 a4 110 aN 01110 Optimális kódtábla ? 0000 0001 0010 0011 0100 0101 …………0000 0000 1 1 1 1 1 …………0 bitek száma appr. negyedrésze

Csatornakódolás Megbízhatatlan csatorna Megbízhatatlan csatorna 010010110 0110111010 Megbízhatatlan csatorna 00000 5x röző Majority detector 01010 Optimális kódolás minimális adatátviteli sebesség csökkenéssel előírt megbízhatóságot garantálva ?

Titkosítás Nyílt csatorna támadó kulcs kulcs üzenet Nyílt csatorna Fejtő üzenet Titkosító Hogyan lehet kis algoritmikus komplexitású titkosítót és fejtőt konstruálni, amelynek feltörése a támadónak nagy algoritmikus komplexitású feladat ? – előírt adatbiztonság biztosítása