«Высокоскоростной радиомост».

Часть №2.

Канальный уровень.

Для организации высокоскоростного радиомоста, опираясь на предложенную топологию, необходимо наличие двух синхронизированных терминалов.

Радиомост позволяет осуществить передачу разного вида сообщений – текстовые, видео, звонок, данные.

1.5.1. Режимы работы терминалов и диаграмма состояний сети.

Каждый терминал может работать в нескольких режимах:

-режим поиска сети;

-режим синхронизации терминалов;

-режим ожидания;

-режим сна;

-режим передачи данных;


Рисунок 1. Диаграмма состояний терминала.

Режим поиска и синхронизации – поиск второго терминала в зоне обслуживания сети и синхронизация в случае нахождения. Представляет собой настройку сети для готовности передавать данные.

Режим ожидания – возникает при условии, что терминалы нашли друг друга и синхронизировались, но передача не производится. В этом режиме сеть всегда готова к передаче данных. В целях энергосбережения предусмотрен переход в режим сна.

Режим сна – режим, в который переходит терминал при долгом нахождении в режиме ожидания. В этом режиме терминал не постоянно следит за состоянием сети, а лишь изредка её проверяет.

Режим передачи и приема данных – организуется в целях передачи информации и оказания услуги пользователю.

 

 

1.5.2. Обоснование назначения, способа реализации и основных параметров физических каналов связи. Аргументированный выбор способа организации доступа к физическим каналам, подробное пояснение алгоритма множественного доступа. Анализ возможных причин возникновения коллизий в радиосети и пояснение решения по их устранению.

Учитывая, что основная задача высокоскоростного радиомоста – это организация передачи данных разного вида между двумя терминалами, то проблемы коллизий и множественного доступа отпадают ( в сети всего два участника).  Доступ к физическому каналу осуществляется по требованию.

1.5.3. Пояснение способа двустороннего обмена сообщениями по  радиоинтерфейсу.

Для организации двустороннего обмена сообщениями используем временное разделение канала, при котором время доступа к ресурсу канала будет разделено на короткие промежутки времени – таймслоты. В каждый такой таймслот доступ к ресурсу канала и возможность передавать данные будет получать один из терминалов, в то время как другой всё это время будет работать в режиме приема. 2 таких слота объединяются в подкадр.
64 подкадра являются кадром.

При поиске сети оба терминала отправляют BCCH широковещательные сообщения один раз в мультикадр. В случае если один из них принял такое сообщение, то отправляет ответ, тем самым устанавливая соединение.

                                                    

Рисунок 2 - Организация доступа терминалов к каналу.

1.5.4. Обоснование необходимости и пояснение способа контроля качества радиоканала. Пояснение сценария контроля качества канала связи, реакция сценария на ключевые состояния качества радиоканала.

Контроль качества радиоканала осуществляется в терминалах на физическом уровне путем сравнения отношения сигнал шум с допустимыми нормами. Качество характеризуется элементами статистических данных, таких как : количество ошибок в режиме передачи данных и уровень сигнала. Эта информация поступает на уровень L3,в котором принимается решение на изменение сценария.  В случае ухудшения сигнала пользователю выводится сообщение о возможных проблемах при попытке оказания услуги.


1.3.5.Построение сценария установления соединения и доставки сообщений верхнего уровня. Пояснение графической диаграммы состояний сетевого узла, отражающей основные элементы разрабатываемого сценария.

За один мультикадр, до установления соединения, каждый из терминалов успевает один раз отправить BCCH сообщение и в остальные тайм-слоты слушать канал.

При приеме одним из терминалов BCCH сообщение, в следующем тайм-слоте он отправляет ответ, тем самым синхронизируя сеть.
Если сеть «оборвалась», то процесс начинается сначала.

При передаче данных терминал, который ее инициализирует, передает запрос и ждет подтверждения на передачу. При получении подтверждения терминал начинает передавать данные по фрагментам попутно принимая отчеты о хорошем или неудачном приеме.

Если на приемной стороне возникла ситуация, когда фрагмент был принят не верно, то отправляется отчет, ориентируясь на который осуществляется повторная отправка фрагмента сообщения.

1.3.6. Анализ задач, выполняемых на канальном уровне. Выделение типов логических каналов связи (ЛКС), которые будут использоваться на канальном уровне, и краткое пояснение назначения сообщений ЛКС. Способы обеспечения достоверности принимаемых сообщений в каждом ЛКС, анализ необходимости подтверждения доставки сообщений и механизма ARQ в процессе передачи.

Канальный уровень выполняет задачи по организации доступа к физическому каналу, организации логических каналов, обеспечение передачи сообщения.
Для корректной работы сети терминалом необходимо знать сообщение какого типа было принято – служебное или информационное. Выделим поле в пакете, отвечающее за принадлежность сообщение к определенному типу. Например, если сообщение служебное, то поле заполняется нулями, если информационное, то заполнение зависит от вида информационного сообщения – 001тектовое, 010 – данные,100 – голос, 101 – видеопоток.

Используемые логические каналы в сети:

-BCCH – широковещательный канал, несущий всю информацию о сети;

-TCH – канал для передачи пакетов подтверждений передачи и приема.

MCH – канал для передачи пакетов трафика.

Достоверность сообщений будет проверяться при помощи избыточного кода CRC-16. Суть метода заключается в том, что контрольная сумма принятого пакета сравнивается с контрольной суммой в составе принятого в составе пакета. На основе этого делается вывод о правильности принятого пакета.

Для всех типов передаваемых сообщений, кроме видеопотока и голоса, необходима гарантированная точная доставка. Для этого будет использоваться механизм ARQ. Т.е. если во время приема были обнаружены ошибки, то формируется пакет с номерами неудачно принятых пакетов, вследствие чего организуется последующая повторная передача. Правильность выполнения на передающей стороне контролируется отчетами с приемной стороны.

  1.3.7. Проработка протокола передачи данных канального уровня: пояснение правила передачи сообщений различных ЛКС, обоснование структуры полей сообщений канального уровня, построение блок-схем алгоритмов приема/передачи сообщений.

Рассмотрим структуры сообщений канального уровня:

Здесь FL  - идентификатор начала сообщения – 5 бит,TYPE – в нем указывается тип сообщения – 3 бита, № - номер пакета сообщения – 6 бит, DATA  - передаваемые данные – 56 бит для BCCH и 226 бит для MCH,DATA-ERR – данные об ошибках – 101 бит. CRC – для определения достоверности сообщения – 16 бит.

В итоге получается, что объем BCCH 80 бит, объем MCH 256 бит, а объем TCH 125 бит.

Рассмотрим правила передачи и приема сообщений:

1. Определение типа сообщения – поле TYPE.

2. Проверка правильности сообщения – поле CRC.

3. Выделение информационной части.

4. Отправка отчета для не служебных сообщений.

Блок-схемы алгоритмов приема и передачи сообщений:

В алгоритме передачи перед тем, как начать сборку сообщения необходимо проверить условие повторной передачи. Если передача запрашивалась повторно, то пакет с необходимым номером загружается из буфера. В буфере хранятся все отправленные пакеты.

Если же отправка не является повторной, то добавляется поле с номером пакета и сохраняется в буфер, параллельно передаваясь на L1.

Весь процесс происходит циклично до завершения передачи.

 

Рисунок 8 – Алгоритм отправки сообщений.

При приёме сообщений сначала проверяется его принадлежность к типу сообщений. Если сообщение служебное, то определяется какому уровню оно адресовано. Если сообщение информационное, то проводится оценка соответствия CRC части. При совпадении CRC из пакета извлекается информация и формируется отчет об успешном получении, который впоследствии отправляется на уровень L1. В случае несовпадения CRC записывается № пакета и информация о неудачном приеме отправляется на L3.

По окончанию подкадра, при присутствии ошибок в принятых пакетах, формируется сообщение, которое содержит номера всех неудачно принятых пакетов и отправляется на уровень L1.


Рисунок 9 – Алгоритм приёма сообщений.

1.3.8. Расчет пропускной способности канала трафика, вспомогательных каналов. Оценка требуемой пропускной способности физического канала.

Учтем, что на трафик приходится 95% пропускной способности канала, на сообщения BCCH 1%, а на сообщения TCH 4%.

Оценим пропускную способность по передаче видео, т.к. оно загружает канал больше всего. Для этого воспользуемся программой с сайта компании Axis Communications и установим следующие настройки: 24 кадра в секунду, разрешение 720р, сжатие при помощи Н.264 со степенью 10 и постоянной звуковой дорожкой. В итоге получаем скорость 3.05 Мбит\с.

Значит, пропускная способность канала MCH должна быть минимум 3.05 Мбит/с. Соответственно пропускная способность BCCH 0.0305 Мбит/с и TCH 0.122 Мбит/с.

Получаем, что пропускная способность вписывается в рамки ТЗ.



Используемая литература:

  1. Бакке А. В. "Лекции по курсу: Системы и сети связи с подвижными объектами".
  2. Статьи с сайта Omoled.ru прошлых лет.
  3. Программа с сайта компании Axis Communications.