Курсовая работа на тему:

"Радиосеть передачи данных"

Часть 2 (канальный уровень)

Выполнил: студент гр. 319

Мелешков Илья 

1.5. Канальный уровень: разработка подсистемы управления доступом к среде, проработка процедур гарантированной/негарантированной доставки служебных и информационных сообщений.

 

1.5.1. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы терминала разрабатываемой радиосети (на основании п.1.1-1.4). Выделение активного и пассивного состояний терминала, характеристика задач, выполняемых терминалом в этих состояниях. Анализ возможных решений по обеспечению энергосбережения.

 

Опираясь на п.1.1-1.4 и на то что проектируемая сеть децентрализована можно обозначить следующие состояния терминала:

 

1)   Сон (режим ожидания широковещательного сообщения);

2)   Синхронизация (происходит по временным меткам, передаваемым в широковещательном сообщении);

3) Построение маршрута соединения (аутентификация или идентификация терминала, добавление идентификатора текущего терминала, передача сообщения на следующий терминал)

 

Чтобы система передачи работала в соответствии с характеристиками и функциями, заложенными в ней, терминала должен работать в трех режимах: спящий режим, режим ретранслятора, режим источника. Первый из них (спящий) относится к пассивному состоянию терминалу, то есть потребляемая энергия минимальна. Остальные режимы являются активными, энергии затрачивается больше. Самым затратным будет режим источника, так как при этом к работе основных систем терминала подключаются периферийные устройства.

 

Рис.1 Основные состояния терминала

 

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.

 

Так как разрабатываемая сеть работает в определённой полосе частот, то доступ к радиоканалу будет осуществляться методом множественного доступа с разделение по времени (TDMA). При таком способе коллизии могут возникнуть при рассогласовании временной шкалы терминалов, чтобы предотвратить это вводится большой интервал прослушивания радиоканала для повторной синхронизации.

В составе мультикадра должен присутствовать кадр BCCH, для передачи регистрационных заявок от терминалов. С целью синхронизации терминала по времени с соседними, перед началом работы сети он прослушивает радио канал. Если при прослушивании сети терминал не получил сообщение от других устройств, он принимает решение об отсутствии соседних с ним терминалов и занимает канальный интервал, выделенный соответствующем терминалу в  BCCH. Если в зоне радиопокрытия терминала появляется работающее устройство, то происходит синхронизация по времени и передача информации о себе и занятых (зарезервированных) канальных интервалах . Обнаружение терминала происходит на основании прослушивания канала и приёма широковещательного сообщения от этого устройства.

Под передачу запроса на трансляцию мультимедийных данных отводит кадр SACCH, он стоит после BCCH. Ретрансляция сообщения по каналу SACCH будет продолжаться до тех, пока оно не дойдет по маршруту до нужного оконечного терминала. После участвующие терминалы применяют данные для работы в режиме передачи трафика, а оконечный терминал на маршруте начинает передачу непосредственно трафика. Для этого в составе мультикадра присутствует кадр TCH.

Рис.2 Структура мультикадра сети

 

1.5.3. Пояснение способа двустороннего обмена сообщениями по радиоинтерфейсу.

 Рис.3 Взаимодействие терминалов в составе сети.

Принцип работы сети можно рассмотреть на примере трех терминалов, например 1, 2 и 10. Они сообщают о своём присутствии в предыдущем кадре широковещательного канала. Теперь каждый терминал знает о наличии других терминалов в зоне его радиопокрытия. Но, не смотря на это, процедура перерегистрации необходима для периодического обновления маршрутной информации терминалами, при быстрой смене географического положения. Далее происходит отправка данных канала SACCH. Терминал №2 отправляет на терминал №10 через терминал №1 запрос трафика. Десятый терминал проверяет наличие искомого устройства в его зоне радиопокрытия. Если в зоне работы терминала №2 нет десятого терминала, то послений отправляет запрос далее. Пока искомый терминал не найдётся. 

Если при работе сети количество терминалов, которые производят ретрансляцию, становится больше 4, тогда последний принявший сообщение перед началом мультикадра, хранит его в буфере, до начала передачи по каналу TCH. По окончании, он передаёт его в первом канальном интервале.

 

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

 

Для нормальной работы всей системы, в ней необходимо проводить контроль качества. В проектируемой сети он будет заключаться в проверке уровня принимаемого сигнала при передаче широковещательного сообщения. Система управления указывает требуемы уровень мощности. Параметры рассылаются в составе BCCH и применяются при повторной регистрации терминалов в сети.

 

Рис.4 Процедура проведения радиоизмерений

 

Процедура проведения радиоизмерений рассматривается на примере работы одного терминала. Все измерения проводятся на физическом уровне. Все полученные параметры и данные радиоизмерений передаются на уровень управления. Дальше происходит сравнение полученных значим с пороговыми. В обратном направлении пересылается требуемый уровень сигнала, для корректной работы сети. В терминала сообщение L3 уровня распаковывается, и определяется необходимый уровень мощности для терминала.

 

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

Рис.5 Сценарий получения маршрутной информации.

 

Исходя из принципов работы сети, после процедуры регистрации терминалов в сети, они получают информации от соседних с ними терминалах. Далее на терминал приходит информация о доступных терминалах в зоне радиопокрытия других участников сети.

Рис.6 Диаграмма состояний сетевого узла.

 

Включившись, терминала начинает прослушивать радиоканал, чтобы обнаружить сообщение BCCH, приняв его происходит синхронизация терминалов и переход в состояние ожидание запроса на ретрансляцию. Если он его не обнаружил,  то терминала начинает рассылку широковещательного сообщения самостоятельно и ждёт ответа от других участников сети. После того как терминал дождался ответа, устройства синхронизируются и ждут запрос. Далее, при отсутствии запроса на трафик,  терминалы переходят в режим экономии энергии при работе по каналу TCH. После происходит повторная широковещательная рассылка о себе и других доступных терминалах. Если был получен запрос на передачу или ретрансляцию трафика, применяются настройки передачи. Терминал начинает передавать информацию со своих периферийных устройств или ретранслировать данных с других терминалов, исходя из информации в сообщении управления.

 

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.

 

В данной сети используются три вида сообщений: широковещательные сообщения, сообщения трафика и сообщения управления. Для обеспечения их доставки имеются три вида логических каналов: BCCH (передача широковещательных сообщений), SACCH (передача сообщений управления), TCH (передача сообщений трафика).

Для сообщений управления и широковещательных сообщений требуется оценка их целостности при приеме. Для этого в сети будет использовать помехоустойчивое кодирование, а именно циклический избыточный код CRC-32.

 

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.

 

Для наилучшего рассмотрения процесса обработки сообщений канального уровня, рассмотрим приём служебных сообщений, так как при этом используются все функции канального уровня. Служебные сообщения делятся на адресные, которые передаются по каналу SACCH, и широковещательные – передаются по каналу BCCH.

 

При декодирование адресного сообщения происходи следующее:

 

1) выделение адресной части сообщения и определение его типа (адресное или широковещательное);

2) определение типа сообщения и канала (канал трафика или служебный канал);

3) проверка целостности информации по контрольной сумме;

4) извлечение информации.

Рис.7 Структура сообщения канала трафика .

 

Поля ADDR1, ADDR2  и ADDR3 включают в себя адреса терминала-источника трафика, адрес терминала-ретранслятора и адрес терминала в командном узле соответственно. Поле END определяет конец поля данных DATA.

Поле TYPE несет в себе информацию о типе передаваемого сообщения, значение его длины исходит из того, что в данной сети передаются только три типа сообщения, то есть достаточно двух бит для их обозначения (01,10,11).

Рис.8 Структура сообщения широковещательного канала.

 

В состав широковещательного сообщения входят поля ADDR1 и TYPE, которые выполнят те же функции, что и в сообщении трафика. Поле DATA изначально пустое (заполнено нулями), но после его ретрансляции через терминалы оно заполняется идентификаторами терминалов, которые используют канальный ресурс. CRC включает в себя результат расчета контрольной суммы.

Рис.9 Структура сообщения канала управления.

 

Поле LENGTH определяет длину поля DATA, которое содержит код команды для исполнения. В конце сообщение дополняется до длины сообщения BCCH полем ADD.

Блок-схема алгоритма приема сообщения представлена на рисунке 10.

Рис.10 Блок-схема алгоритма приема сообщения

Блок-схема алгоритма передачи сообщения представлена на рисунке 11.

Рис.11 Блок-схема алгоритма передачи сообщения.

 

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

 

По техническому заданию, скорость передачи трафика должна быть не менее 0,3 Мбит/с. На обслуживание каналов BCCH и SACCH требуется:

(460*70*2)+29=64429 бит, где

460 бит - длина сообщения BCCH и SACCH;

70 - число канальных интервалов;

29 бит - суммарная длина служебных полей сообщения TCH.

 

Терминал передает в одном из четырех интервалов мультикадра трафика, значит трафик в одном канальном промежутке должен передаваться со скоростью 0,12 Мбит/с. На один мультикадр в 1 секунду приходится 102400/(409600+64429)=21% переданного трафика, при этом длина всего мультикадра 409600+64429=474029 бит.

 

Пропускная способность физического канала должна составлять не менее 1,4 Мбит/с,  с учетом кодирования со скоростью ½ и 10% на защитные интервалы и преамбулу.