КП “Радиосистема управления освещением” Часть 3 Воронин А.Е.

КП “Радиосистема управления освещением”

(Воронин А.Е. гр. 9110)

Статья 3

1.6. Построение канального уровня системы.

1.6.1. Описание назначения сервисов канального уровня исходя из контекста решаемых задач. Определение способов адресной и широковещательной доставки сообщений канального уровня.

На канальном уровне выполняются две главные задачи, такие как :

1) Доставка сообщений от ЦУ к светильнику и в обратном направлении.

2) Проверка целостности принятого сообщения.

У каждого светильника есть свой идентификатор –уникальный номер. При передачи сообщения от ЦУ к светильнику в пакет данных добавляется поле с адресом светильника т.е УН того светильника которому передается команда. При передачи сообщения в обратном направлении от светильника к ЦУ также указывается УН светильника чтобы ЦУ мог распознать с какого светильника пришла данная информация. Уникальные номера каждого светильника сохранены на ПК центра управления. Возможен вариант передачи команд всем светильникам тогда в поле адреса будет содержать указатель и передачи команд одной из группы светильников в количестве 12 штук.

В процессе передачи сообщения по каналу связи есть возможности что оно будет искажено , из этого следует что необходима проверка целостности принятого сообщения .Эта проверка осуществляется с помощью сервиса CRC(данный сервис определяет сообщение передано с ошибкой или без ошибки).

1.6.2. Выделение типов логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Пояснение назначения сообщений, передаваемых по каждому ЛКС. Оценка возможности применения ARQ (Automatic Repeat-reQuest) в ЛКС. Способы обеспечения достоверности принимаемых сообщений в каждом ЛКС

В нашей системе будет задействован один ЛКС-множественный доступ с разделением по времени. Каждому светильнику будет присвоен определенный период времени , в который ему будет доступен ЛКС и передача сообщений.

В данной системе применение ARQ очень приоритетный вариант. При передачи команды от ЦУ к светильнику , ЦУ будет ждать ответ об исполненной светильником команды. Если ответ не поступает на ЦУ , то ЦУ повторно отправляет данную команду. Аналогично выглядит ситуация в отправки сообщения от светильника к ЦУ. Целостность сообщения ,как было сказано чуть выше , проверяется по полю контрольной суммы СRC.Каждой принимаемой сообщение стороне известен алгоритм расчета контрольной суммы. Рассчитанная контрольная сумма сравнивается с той что находится в поле СRC, если совпало то сообщение принято верно и отправляется ответ на передающую сторону что сообщение принято , если не совпало то ответ не передается и тогда передающая сторона передает команду заново.

1.6.3. Долевая оценка пропускной способности ЛКС, оценка полного трафика системы .Составить сводную таблицу ЛКС с указанием наименования , назначения и типа КС.

Канал, по которому передается весь объем информации будет занимать 100% пропускной способности системы.

По каналу будут передаваться команды: команда запрос от ЦУ к светильнику о его готовности к работе, Ответ светильника о его готовности, команда управления параметрами светильника, передача пакета телеметрии, отчет светильника о принятой команде и ее исполнении.

В наличии 60 светильников. Максимальное число пакетов рано 60 это будет наблюдаться в случае когда ЦУ пошлет запрос всем светильникам о их готовности к работе. Если пакет принят с ошибкой1 то передача повторяется , максимальное количество ошибочных пакетов равно 30 . Т.е полное чило пакетов 1+60+30=91 (по 165 бит).

Получим необходимую скорость передачи:

91*165=15.015 Кбит/c

1.6.4. Анализ необходимости наличия разных профилей настройки физ. уровня. Проработка иллюстрации способа оперативного управления профилями физического уровня.

Система управления освещения является не сложной системой , в ней отсутствуют подвижные элементы , значит нет необходимости вводить различные профили настроек физического уровня . Будем использовать BPSK-модуляцию , блочное кодирование БЧХ(127,43), с исправляющей способностью 14.

1.6.5. Пояснение структуры сообщения (пакета) канального уровня: описание предполагаемых видов пакетов и необходимых полей. Описание процедуры типового обмена сообщениями между объектами канального уровня.

Пакет канального уровня будет выглядеть следующим образом:

Рис.1.Пакет канального уровня

Поле ФН - флаг начала пакета.

Поле СRC- поле по которому проверяется целостность принятого сообщения.

Поле УН - в нем содержится идентификатор светильника который является:

- получатель сообщения от ЦУ.

- отправитель сообщения к ЦУ.

Размер поля УН равен 6 битам так как в системе используется 60 светильников (64=2⁶).

Поле данные –поле в котором может находится следующая информация:

- пакет телеметрии.

- ответ о том что команда принята, выполнена.

- команда управления.

Весь пакет канального уровня будет состоять из: 4+6+21+8+4=43 бита.

1.7. Построение физического уровня системы.

1.7.1. Назначение физического уровня, пояснение способа организации физических каналов и вида доступа к ним. Пояснение инкапсуляции сообщений ЛКС канального уровня на физические каналы.

Физический уровень нужен для непосредственной передачи данных, поступающих из канального уровня , по физической среде. На физическом уровне выполняются: синхронизация, модуляция, помехоустойчивое кодирование.

Рис.2. Структура пакета физического уровня.

Сообщение, поступившее с канального уровня на физический, уже не рассматривается как набор полей. Оно представляет собой одно поле, содержащее некоторое количество битов какой-либо информации, к которому добавляются другие поля физического уровня.

Размер сообщения на канальном уровне составляет 43 бита. После кодирования кодом БЧХ его длина увеличивается до 127 битов, пакет физического уровня будет иметь размер 19+19+127=165 бит.

1.7.3. Анализ и обоснованный выбор мер по защите физического уровня от многолучевости.

Система освещения находится в помещение , в ней отсутствуют подвижные объекты. С целью исправить ошибки принятого сообщения на приемной стороне, используем помехоустойчивое кодирование.

1.7.4. Оценка полной пропускной способности физического КС соединения терминал-БС.

Пропускная способность канала связи должна составлять 15.015 кбит/c.

1.7.5. Энергетический расчет системы: обоснованный выбор частотного диапазона(на основании документов ГКРЧ); оценка уровня потерь при распространении радиоволн выбранного диапазона; обоснование выбора вида модуляции; расчет отношения сигнал/шум,требуемого для обеспечения заданной вероятности битовой ошибки для выбранного вида и типа модуляции/демодуляции.

На основании решения ГКРЧ № 04-03-04-003 от от 06 декабря 2004 года мы можем использовать для нашей системы полосу радиочастот 2400-2483,5 Мгц. В их число входят сети передачи данных, сети беспроводного абонентского радиодоступа, а также внутриофисные системы передачи данных. Выберем диапазон частот 2400-2410 МГц.

Для расчета потерь будем использовать модель ITU – R 1238.

L_total = 20 log₁₀ f + N log₁₀ d +_Lf (n) – 28 дБ,

где:

N- дистанционный коэффициент потерь мощности;

f - частота (МГц);

d - расстояние разнесения (м) между базовой станцией и переносным терминалом (где d > 1 м);

Lf - коэффициент потерь за счет прохождения сигнала через пол (дБ);

n - количество этажей между базовой станцией и переносным терминалом (n > =1).

L_total = 20 log₁₀ 2405 + 22 log₁₀ 150 +0 – 28 = 87.496 дБ

Минимальная полоса пропускания

Δf = R/ log2 (4)=15015 /2=7507,5 Гц;

Шумовая полоса приемника

Пш = Δf*1.1= 7507,5*1.1=8258,25 Гц;

Мощность шума

Pш = k*T*Пш = 1.38 * 10^-23* 288 * 8258,25 = 3,28 * 10^-17= -164.841дБ;

1.7.6.Обоснованный выбор метода помехоустойчивого кодирования, перемежения, деперемежения, оценка эффективности кодирования.

Рис.3.Графики вероятности символьной ошибки для BPSK с кодированием и без кодирования.

По ТЗ необходима вероятность ошибки 10⁶для системы без кодирования , необходимо использовать 10.6 дБ. После использования помехоустойчивого кодирования БЧХ(127,43) отношение сигнал шум уменьшается и равно 4.8 дБ. Тогда выигрыш составляет 10.6-4.8=5.8 дБ.

1.7.8. Пояснение функциональной схемы физического уровня системы.

Пакет канального уровня кодируется помехоустойчивым кодером далее он передается на физический уровень, где происходит сборка пакетов для передачи их в канал связи. Перед тем как быть переданными в канал пакеты модулируются BPSK кодером и затем передаются в канал.