1.7. Построение канального уровня системы
1.7.1. Определение способов адресной доставки сообщений канального уровня. Обоснование  способа назначения идентификаторов сетевым устройствам системы и определение их параметров.
Так как в данной системе используются простые топологии точка-точка и точка-многоточка, то сложные способы адресации не потребуются. Данные от терминала передаются только одной точке доступа и наоборот. Нет передачи через другие точки доступа или пересылка с использованием других терминалов. В пакеты терминал/точка доступа вставляет номер (ID) получателя и отправителя. Поэтому, для того, чтобы терминалы рассматривали предназначенные для них сообщения, необходимо, чтобы приёмная сторона, анализировала идентификационные номера получателя, сверяла их сID, находящимися в информационной системе. Каждый участник сети имеет свой личный идентификационный номер, который хранится в информационной системе терминала и точки доступа . Если ID, который находится в пакете, совпадает с идентификационным номером терминала, который его принял,
происходит дальнейший разбор пакета и формирование ответа на него. Если не совпадает, то разбор пакета не происходит.
Точка доступа также имеет свой идентификатор. Он входит в состав широковещательной рассылки, которую посылает точка доступа всем терминалам. В информационной системе терминалов хранится идентификатор точки доступа, к которой они относятся. Принимая пакет, терминал выделяетIDотправителя и сравнивает с тем, который хранится у неё. В случае совпадения продолжает обработка сообщение, иначе – сообщение игнорируется.  
При отправке пакета с данными на точку доступа терминал включает в него свой идентификатор.
1.7.2. Обоснование необходимости управление потоком сообщений. Оценка возможности примененияARQ(AutomaticRepeat-reQuests
). Разработка и пояснение способа адаптивного изменения  скорости передачи данных.

Для осуществления гарантированной передачи используем  метод ARQ с остановками (stop-and-wait ARQ) . Так как передаются данные, это упрощает определение ошибок и автоматический повтор передачи испорченных блоков данных. Идея этого метода заключается в том, что передатчик ожидает от приемника подтверждения успешного приема предыдущего блока данных, перед тем как начать передачу следующего. В случае, если блок данных был принят с ошибкой, приемник передает отрицательное подтверждение (negative acknowledgement, NAK), и передатчик повторяет передачу блока. Если передача прошла успешно, то передает сообщение о подтверждении (Acknowledge, ACK). При получении NAK 
передающая сторона делает вывод о необходимости повторной передачи пакета. При нескольких неудачных попытках передачи,  дальнейшие попытки повторной передачи должны быть прекращены и делается соответствующая запись в журнале.

Адаптивное изменение скорости передачи данных в данной системе будет отсутствовать. Так как канал будет использоваться полностью, и его незначительные изменения из-за воздействия каких-либо факторов, не станут помехой работоспособности системы.

1.7.3.Обеспечение (оценка) достоверности принимаемых сообщений.
Для оценки достоверности принимаемых сведений можно ввести поле контрольной суммы. Данный метод заключается в следующем. Контрольная сумма вычисляется на передающей стороне. С точки зрения математики контрольная сумма является хеш-функцией, используемой для вычисления контрольного кода. Значение контрольной суммы добавляется в конец блока данных непосредственно перед началом передачи. На приемной стороне будет производиться вычисление контрольной суммы по известному алгоритму, и сравнение полученного значения, с тем, которое находилось в пакете. Тем самым будут выявляться ошибочные пакеты.
1.7.4. Обоснование логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Пояснение основных видов сообщений, передаваемых по каждому ЛКС.  Расчет (оценка) пропускной способности ЛКС с учетом избыточности сообщений канального уровня. Расчет основного трафика системы. Составить сводную таблицу ЛКС, с указанием наименования, назначения и типа КС.
В данной системе используются следующие логические каналы связи, используемые на канальном уровне:
  • ·Широковещательный канал BCCH (Broadcast Control Channel) - предназначен для широковещательной передачи общей информации о сети. Также используется  для рассылки общей информации о сети, необходимой для вновь подключающихся терминалов . Пропускная способность данного канала должна быть 23 кбит/с.
  • ·Канал случайного доступа (RACH, Random Access Channel).  По данному каналу терминал передает запрос на регистрацию в сети. А также делает запрос на выделение канала трафика для передачи сообщений абонента. Пропускная способность данного канала должна быть 2 кбит/с.
  • ·Канал трафика (TCH) - предназначен для передачи данных. Пропускная способность 15,8 Мбит/c.
  • ·Канал сигнализации (SCH,Signaling Channel) - предназначен для передачи пакетов правильного/неправильного приёма данных (ACK/NACK).  Пропускная способность 5 кбит/с.
Таблица1.Логические каналы связи
Если принять пропускную способность физического канала за 100%, то на канал передачи данных будет приходиться 90 %, остальная пропускная способность будет использоваться служебными каналами, которые обеспечивают функционирование сети.Поскольку TCH
имеет пропускную способность 8 Мбит/с, что составляет 90 % от всего физического канала, то без учета помехоустойчивого кодирования общая пропускная способность системы будет равна 8,(8) Мбит/с.
1
.7.5. Пояснение организации доступа к физическому каналу. Управление профилями физического уровня.
В данной системе каждому терминалу время для передачи (приема) данных.Основным принципом доступа к каналу является то, что ни один терминал не может осуществлять передачу, пока не разрешит точка доступа. То есть пока не отведёт для терминала временной интервал для передачи. Терминалы будут получать по широковещательному каналу от подвижной станции сигнал опроса. Данный сигнал доступен всем. Терминалы вступают в конкурентную борьбу за канал. Выигравший терминал начинает передачу, а остальные ожидают интервал времени, после чего вновь пытаются отправить данные. После окончания передачи подвижная станция будет передавать сигнал подтверждения. Оставшиеся терминалы будут знать, что передача завершена и вновь вступят в конкурентную борьбу за канал.
1.7.6. Пояснение структуры сообщения (пакета) канального уровня: описание предполагаемых видов пакетов и необходимых полей.
Все пакеты состоят из заголовка, поля данных (различается для конкретного вида пакета), поля контрольной суммы.
1) Заголовок содержит:флаг( 3 бита);ID отправителя (6 бит), ID получателя (6 бит),   индекс ключа шифрования ( 3 бита),   
номер потока данных ( 10 бит).
2) Поле данных содержит либо непосредственно данные, либо сервисное сообщение.
3) Поле контрольной суммы пакета (CRC 8 бит)
Рассмотрим структуры пакетов канального уровня.
Пакет данных содержит данные, которые непосредственно передаются.
Представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 Пакет данных
Структура пакета подтверждения приема данных содержит в себе поля правильного/неправильного приёма (ACK/NACK) .Представлен на рисунке 2
 
Рисунок 2 Пакет подтверждения приема
Пакет регистрации содержитIDтерминала и индивидуальный ключ идентификации в поле ключ доступа к сети, на основании которых точка доступа принимает решение о подлинности абонента и регистрации в сети. Представлен на рисунке 3
 
Рисунок 3 Пакет запроса на регистрацию
Пакет ответа на запрос регистрации. В поле ответ на регистрацию содержится информация об успешном (или неуспешном) прохождении процедуры регистрации.
Структура пакета представлена на рисунке 4
Рисунок 4 Пакет ответа на запрос регистрации
1.7.7. Описание типовых схем обмена сообщениями между объектами канального уровня.
Рисунок 5 Схема обмена сообщениями между объектами канального уровня
Точка доступа рассылает широковещательный пакет всем терминалам. Терминал извлекает из него информацию и отправляет запрос на регистрацию. Точка доступа принимает запрос и в ответ отсылает терминалу либо подтверждение на регистрацию, либо отказ.
Последующий широковещательный пакет несет информацию о занятости канала (свободен или занят канал для передачи), о получателе информации, о длительности передачи.
Если терминал выиграл конкурентную борьбу, он начинает передачу. После чего ожидает подтверждения о приеме данных.
1.8. Разработка физического уровня системы.
1.8.1. Расчет полной пропускной способности физического канала связи соединения «терминал – БС».
Зададимся пропускной способностью физического канала - 18 Мбит/с.
1.8.2. Анализ и обоснованный выбор мер по защите физического уровня от многолучевости.
Для борьбы с многолучевостью в данной системе будет использоваться эквалайзер. Эквалайзерустройство , позволяющее выравнивать амплитудно-частотную характеристику  сигнала, то есть корректировать его амплитуду избирательно, в зависимости от частоты.
 То есть эквалайзер будет представлять собой адаптивный фильтр.
1.8.3.Энергетический расчет системы: обоснованный выбор частотного диапазона (на основе документов ГКРЧ);  оценка уровня потерь при распространении радиоволн выбранного диапазона; обоснование выбора метода модуляции; расчет отношения сигнал/шум, требуемого для обеспечения заданной вероятности битовой ошибки для выбранного и типа модуляции/демодуляции.
Задание включает в себя следующие требования:
·Радиус зоны обслуживания: 80 м
·Гарантированная скорость передачи в обоих направлениях: 8 Мбит/с
·Тип местности: здание
·Вероятность ошибки на бит Рb: 10-6
·Мощность излучения подвижной станции Ризл ас : < 0,3 Вт
·Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.
В России использование частот регламентируется
"Положением о порядке использования на территории Российской Федерации внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400-2483,5 МГц":
"Стандартом IEEE 802.11b и IEEE 802.11g предусмотрено использование частотного диапазона от 2,4 до 2,4835 ГГц, который предназначен для безлицензионного использования в промышленности, науке и медицине (Industry, Science and Medicine - ISM). Поэтому для получения разрешения на этой частотной полосы применяется упрощенный порядок.  Однако на частотах 2,4 ГГц могут возникать проблемы из-за помех, создаваемых другими бытовыми беспроводными устройствами, например микроволновыми печами или радиотелефонами. Чтобы получить разрешение на использование радиочастот в других диапазонах, в т. ч. в диапазоне 5 ГГц (стандарт 802.11a), необходимо предварительно получить частное решение ГКРЧ (Государственная Комиссия по радиочастотам)."
Выберем диапазон частот 2,4 ГГц.
Для учёта потерь при распространении в здании воспользуемся моделью, которая определяет потери при наличии БС и АС внутри здания (ITU-R 1238)(параметры модели отображены в таблице 2). Согласно этой модели затухание рассчитывается по следующей формуле: 
Таблица 2. Параметры модели
f0
=2400 ГГц – частота несущего колебания
n
=2.8 для офиса в заданном диапазоне,
R
= 80 м – дальность связи
Примем, что сеть располагается в пределах трех этажей, поэтому
Lэт(nэт
)=27дБ,
тогда:
Выберем модуляцию 8-PSK. Так как данный вид модуляцииобеспечивает достаточно высокую скорость передачи данных и в тоже время относительно помехоустойчивый. Требует меньшего ОСШ, по сравнению с другими видами модуляции, при тойже скорости передачи.
Для модуляции 8-PSK
вероятность ошибки от отношения сигнал/шум определяется по следующей формуле:
.
Подставим и получим
Δf=R/log2 (8)=5700000 Гц- минимальная полоса пропускания;
Пш=Δf*1.1= 6270000 Гц – шумовая полоса приёмника;
Nk=10 дБ –коэффициент шума каскадов приемника;
T= 296 К –шумовая температура;
Pш=k*T*Пш=1.38*10-23*296*6270000 =2.561*10-14= -145.9 дБ – мощность шума
Построим график зависимости вероятности символьной ошибки от Eb/N0 для 8-PSK
.
 
Рисунок 6. Зависимости вероятности битовой ошибки от Eb/N0 для 8-PSK.
Как видно из данного графика, для обеспечения необходимой ошибки ОСШ на входе приемника  должно быть не менее Eb/N0=11 дБ.
1.8.4. Обоснованный выбор метода помехоустойчивого кодирования, перемежения, деперемежения, оценка эффективности кодирования. Коррекция данных расчета п.1.8.3 и проверка на обеспечение исходных данных. Анализ необходимости наличия разных профилей настройки физического уровня.
В системе будет использоваться свёрточный код со скоростью кодирования ½ он даёт выигрыш в ОСШ, при этом на каждый информационный бит добавляется один избыточный.
Рисунок 7. Зависимости вероятности битовой ошибки от Eb/N0 для 8-PSK
.
При использовании сверточного кодирования имеем выигрыш 1.5 дБ.
С учетом кодирования со скоростью 1/2 скорость битового потока станет 17,6 Мбит/с.
Также в системе для борьбы с пачечными ошибками будет использоваться перемежитель. Суть перемежения заключается в том, что перед передачей в эфир биты переставляются местами. Благодаря этому на входе декодера ошибки равномерно распределяться во времени и образуют поток независимых ошибок.В системах для перемежения можно установить значение интервала перемежения равным нулю (выключено, не производится), одной, двум, четырем, восьми либо шестнадцати миллисекундам. Чем больше временной просвет между перемежениями, тем огромные блоки данных будут перемежаться. Но повышение интервала перемежения приводит к запаздыванию по времени, за которое данные передаются, и по времени, за которое они станут доступны для получателя.
1.8.5. Оценка уровня мощности излучения передающего устройства, сравнение с заданным значениеP
излАС; сделать выводы, при необходимости вернуться к п.1.8.3, 1.8.4. Расчет чувствительности приемников АС(БС).
Чувствительность приемника рассчитывается по формуле:
Pпм дБ = Pш дБ + Nk + C/NC/N = Eb/N0+10*log(R /Пш) = 9, 9 + 4,332= 14,232дБ
Pпм дБ = -145,9+10+14,232= -121,668 дБ
Полученное значение в Вт:Pпм = 10-12,1668=6,8108*10-13Вт
Мощность передатчика рассчитывается по формуле:
Pпд дБ = Pпм+L-GT-GR
GT= 2 дБ-коэффициент усиления передающей антенны,
GR= 1 дБ-коэффициент усиления приемной антенны,
L=119 дБ-затухание в радиоканале
Pпд дБ = -121,668 +119-1-2= -5,568 дБ
Полученное значение в Вт:  Pпд =10-0,5568=0,2775 Вт 
1.8.6. Пояснение структурной схемы физического уровня системы.
Рисунок 8 Структурная схема физического уровня
Входные данные поступают на сверточный кодер, где они кодируются. Далее поступают на перемежитель, который  перемешивание переставляет местами биты  по заданному алгоритму. После перемежения полученная последовательность поступает на формирователь пакетов, где будет собираться сам передаваемый пакет. Затем данные модулируются, и поступают на радиомодуль. Радиомодуль передает данные в канал. На приемной стороне осуществляются обратные операции. А также на приемной стороне имеется эквалайзер, для устранения интерференции, и петля фазовой автоподстройки частоты, для организации битовой синхронизации.
1.8.7. Обоснование видов и назначения логических каналов связи, используемых на физическом уровне.
  • ·Канал подстройки частоты (FCCH).  Необходим для синхронизации несущей в терминале
  • Канал синхронизации (SCH). Необходим для установления и поддержания кадровой и временной синхронизации.
  • ·Канал для передачи подстроечной последовательности. Для выравнивания характеристик эквалайзеру нужна подстроечная последовательность.
1.8.8. Определение типов пакетов физического уровня, обоснование структуры полей пакетов каждого типа, оценка размеров полей, длительность пакета.
Рисунок 9. Пакет физического уровня
Пакет физического уровня состоит из следующих полей: поле  FCCH (7 бит), необходимо для синхронизации несущей в терминале; поле SCH (7 бит), необходимо для установления и поддержания кадровой и временной синхронизации; подстроечная последовательность (8 бит), для работы эквалайзера; защитный интервал (3 бита);избыточные данные, на один информационный бит приходится  1 избыточный бит.
Список литературы:
  1. 1.http://ru.wikipedia.org/wiki/ Контрольная_сумма
  2. 2.http://www.catr.cn/radar/itur/201007/P020100714449860038990.pdf
  3. 3.Лекции по курсу ОТССПО
  4. 4.Курсовая работа по курсу ОТССПО
  5. 5.Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2003.-1104с.: Парал. Тит. Англ.
  6. 6.http://omoled.ru/post/232