Курсовая работа по дисциплине
«Системы и сети связи с подвижными объектами».
Тема: «Высокоскоростной радиомост»
Часть 2: Канальный уровень
Выполнила:
студентка группы 319
Блашкова М.А.
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 и синхронизации терминалов;
-режим ожидания;
-режим передачи данных;
Рисунок 1. Диаграмма состояний
терминала.
Пассивное
состояние 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.
Активное
состояние терминала:
Режим
передачи и приема данных – организуется в целях передачи информации и оказания услуги
пользователю.
Как было
сказано в 1 части КР , устройство работает от ПК через USB, вследствие чего нет необходимости в
организации энергосбережения.
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. Каждые 11 таймслотов 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. Тогда 22 таких таймслота объединяются
в подкадр.
64 подкадра являются кадром.
При поиске
сети оба терминала отправляют BCCH широковещательные сообщения один раз в мультикадр в
первом тайм слоте. 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 профиля передачи. Команда управления с L3 уровня о смене профиля передачи при изменении ОСШ в лучшую или худшую сторону. В случае ухудшения сигнала пользователю выводится сообщение о возможных проблемах при попытке оказания услуги. Канальный уровень участвует в этих операциях только как посредник при передаче сообщения о смене профиля с L3 уровня на L1.
1.5.5.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.
Рисунок 4 – Сценарий установления соединения.
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.
1.5.6. 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. В данном случае
канальный уровень отвечает за формирование пакетов сообщений и передачу их на
физический уровень, а во время приёма сообщений осуществляет разбиение пакета
на составные части после проверки CRC.
Для корректной работы сети терминалам необходимо знать, сообщение какого типа
было принято – служебное или информационное. Выделим поле в пакете, отвечающее
за принадлежность сообщения 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.
1.5.7. 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.
На
канальном уровне присутствуют следующие ЛКС:
-BCCH –канал, передающий
широковещательные сообщения BCCH;
-MCH-канал
трафика;
-TCH-канал
подтверждения приема сообщения и запросов на повторную передачу ;
Рассмотрим
структуры сообщений канального уровня:
Рисунок
5 – Структура сообщения BCCH.
Рисунок
6 – Структура сообщения MCH.
Рисунок
7 – Структура сообщения TCH.
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.
Рисунок 9 – Алгоритм приёма служебных сообщений.
При приёме служебных сообщений сначала проверяется поле CRC. При совпадении CRC определяется адресат (L2 или L3 уровень). Если конечным адресатом
является уровень L2,
то осуществляется считывание информации и последующая передача информации на L3 об успешном приеме; иначе пакет
служебного сообщения поступает на уровень L3. В случае не совпадения CRC на L3 уровень посылается сообщение о
неудачном приеме.
Рисунок 10-Алгоритм приема информационного сообщения.
При приёме информационного сообщения сначала проверяется
поле СRC и в
случае верного приёма определяется тип информационного сообщения. После этого из
пакета извлекается информация и отправляется на соответствующий сеанс . Далее формируется отчет об успешном
получении, который впоследствии отправляется на уровень L3. В случае несовпадения CRC информация о неудачном приеме
отправляется на L3.
1.5.8. 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. http://omoled.ru
3.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Канальный_уровень