Курсовой проект по дисциплине
«Системы и сети связи с подвижными объектами»
Радиосистема управления освещением
Часть 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.
В данной радиосистеме
на канальном уровне будут осуществляться сервисы такие, как:
-передача сообщения от ЦТ к Т и в обратном направлении.
-проверка достоверности принятого сообщения.
При передаче команды предназначенной
конкретному светильнику, поле «Тип адресации» содержит значение «А» -
адресное сообщение, а в поле «Адрес» будет содержаться ID этого терминала,
(наименования и размеры полей более подробно расписаны в п.1.6.2 КП). В случае, если команда предназначена группе
светильников, то поле «Тип адресации» будет содержать значение «G» - групповая
адресация, а в поле «Адрес» будет содержаться адрес всей группы. «B» - широковещательная
– в случае, если сообщение адресовано всем терминалам, то поле «Адрес» будет
отсутствовать, а в поле «Тип адресации» будет находиться значение «В». При
передаче сообщений/ответов от Т нет необходимости указывать адрес получателя –
это всегда ЦТ. Так же на канальном уровне в определенном поле указывается
необходимость передачи отчета о доставке сообщения. В случае ошибочного приема
Т отправляет сообщение
Проверка
достоверности передачи необходима в связи с возможностью приема сообщения с
ошибкой. Проверка осуществляется на основе вычисления контрольной суммы CRC. Сервис определяет, передано ли сообщение с ошибкой или
нет. В случае приема без ошибки, при условии что получено сообщение с указанием
на необходимость отправки отчета о доставке сообщения, отправляется сообщение-отчет
о безошибочной доставке, при получении сообщения с ошибкой отчет не
оправляется, если он необходим, и Т ожидает повторного приема сообщения от ЦТ.
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 данной системе нет
необходимости передачи данных больших объемов. Так же нет необходимости в очень
высоком быстродействии системы. По ТЗ
необходимо использовать минимально возможную полосу частот. Исходя из
вышесказанного, можно сделать вывод что нам необходим один ЛКС. В качестве метода множественного доступа к
физическому каналу связи используется
метода S-ALOHA ( подробнее в ч.2 КП)
Существует
необходимость введения метода защиты от ошибок ARQ.
При отправке сообщения от ЦТ к Т, ЦТ указывает необходимость доставки отчета об
исполнении и ждет отчет об исполнении команды. При отсутствии такого ЦТ
отправляет команду заново. В случае, когда Т отправляет данные на ЦТ, ситуация
аналогична – Т ждет отчета о доставке, если он не поступил, Т отправляет данные
снова.
Для оценки
достоверности принимаемых данных используется поле контрольной суммы.
Контрольная сумма вычисляется на передающей стороне, с математической точки
зрения, контрольная сумма – это хэш-функция, вычисленная по небольшому количеству
бит, внутри блока данных. Полученное значение помещается в конец пакета, в поле
контрольной суммы. На приемной стороне известен алгоритм вычисления контрольной
суммы. После приема пакета, по принятым битам вычисляется новая контрольная
сумма на приемной стороне, полученное значение сравнивается с принятым. Если
результаты совпали, то целостность пакета сохранена, в противном случае – пакет
поврежден.
1.6.3. Долевая оценка пропускной
способности ЛКС, оценка полного трафика системы. Составить сводную таблицу
ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.
Различные типы
сообщений передаются по единственному ЛКС. Они будут занимать 100 % пропускной
способности ЛКС.
Возможные варианты
сообщений:
- команда запроса от ЦТ к Т о готовности его принять
команду управления
- ответ Т о готовности принять команду управления
- команда изменения параметров освещения:
увеличение/уменьшение яркости
- передача данных телеметрии
- отчет Т о принятии/исполнении команды
Рассчитаем объем передаваемых
пакетов.
Имеется
100 светильников, максимальное время, через которое должен прийти ответ от
каждого из них на запрос – 1 сек. Максимальное число пакетов, возможное для
передачи будет в том случае, когда с ЦТ отправляется запрос или команда всем Т.
Тогда ЦТ в ответ получит 100 пакетов, по одному от каждого Т. В случае
получения пакета с ошибкой, передача повторяется. Примем, что максимальное
число ошибочных пакетов – 50. Это 50*165=8250 бит (подробнее о количестве бит в
пакете физического уровня п 1.7.1.). Тогда полное число пакетов будет
1+100+50=151 пакет по 165 бит. Итого 151*165=24,915 Кбит/с – необходимая
скорость передачи.
1.6.4. Анализ необходимости
наличия разных профилей настройки физ. уровня. Проработка иллюстрации способа
оперативного управления профилями физического уровня.
Данная система достаточно
проста, в ней нет подвижных объектов, из этого следует, что нет необходимости
вводить различные профили настроек физического уровня, ограничимся одним.
Использовать будем BPSK-модуляцию, блочное
кодирование БЧХ (127, 36), с исправляющей способностью 15.
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.
Типы передаваемых
пакетов Оценим размеры разных типов пакетов канального уровня.
В целом пакет
канального уровня будет иметь вид, изображенный на рис 1.
Рис. 1. Структура пакета канального уровня.
Поле «Type» - тип адресации передаваемого пакета(адресное сообщение,групповое
или широковещательное). Для этого поля отведено 2 бита.
Поле «Report» - в этом поле указывается необходимость отправки отчета о
доставке сообщения. При установке в нем 1, отчет необходим.
Поле «CRC» - поле, в котором находится контрольная сумма. По этому полю
проверяется правильность принятого сообщения. Размер 8 бит.
Поле «Адрес» - поле, в котором содержится
идентификатор Т в случае, если:
- отправитель
сообщения ЦТ - идентификатор того Т, кому предназначается сообщение
- получатель
сообщения ЦТ - идентификатор того Т, от кого отправлено сообщение.
Размер поля «Адрес» -
7 бит, т.к. в системе используется 100 светильников (2^7 = 128 )
Если сообщение
широковещательного характера, то поле «Адрес» отсутствует.
Поле «DATA» - поле, в котором
содержатся данные, необходимые для передачи получателю. Это может быть:
- команды управления
- отчеты о успешном
принятии пакета, выполнении команды.
- пакет телеметрии
В пакетах будут содержаться только номера команд, которые необходимо выполнить получателю. Соответствие номеров и команд прописано в информационной подсистеме каждого устройства. Поэтому на это поле выделим 18 бит.Соответственно весь пакет канального уровня будет состоять из 2+1+8+7+18=36 бит. Процедура обмена сообщениями между терминалами и точкой доступа во всех режимах работы соответствует сценарию взаимодействия ЦТ и Т (ч.2 КП).
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.
Доступ к физическому каналу
подробно расписан в ч. 2 КП.
На физическом уровне должна
быть обеспечена задача надежной передачи потока битов, поступающего с
канального уровня. Любые технические решения, направленные на повышение
достоверности приема битов, могут быть реализованы на физическом уровне.
Выполняются следующие функции:
- синхронизация
- модуляция
- помехоустойчивое
кодирование.
Сообщение, поступившее с канального уровня, уже не рассматривается как набор полей, а представляет собой одно поле, содержащее некоторые биты информации, к которым добавляются поля физического уровня. Процесс добавления полей физического уровня к сообщению канального уровня называется инкапсуляция. Структура пакета физического уровня изображена на рис. 2.
Рис. 2. Структура пакета физического уровня.
Для корректировки рабочей частоты
используется поле подстройки частоты. Данному полю отводится 19 бит. Поле
синхронизации содержит синхропоследовательность длиной 19 бит, после
обнаружения которой, приемник готов к приему данных. Поле канального уровня
содержит - закодированные БЧХ кодом
данные, которые приходят с канального уровня, и биты расширяющей
последовательности.
1.7.2. Анализ и обоснованный
выбор мер по защите физического уровня от многолучевости.
В данной системе нет подвижных объектов, пути
распространения сигнала практически не изменяются. Помехоустойчивое кодирование
используется с целью возможности исправления ошибок на приемной стороне.
1.7.3. 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.
По решению ГКРЧ от 26 сентября 2005 г. N 05-08-04-001 мы можем использовать полосу частот в диапазоне 438-440 МГц с мощностью до 100 мВт. Это внутриофисные локальные радиосети. Разрешается использование только в пределах зданий, сооружений, закрытых промышленных и складских площадках. По заданию необходимо выбрать модель предсказания потерь. Международным союзом телекоммуникаций была предложена модель предсказания потерь ITU – R P.1238-7.
N- дистанционный коэффициент
потерь мощности;
f - несущая 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). Тогда
1.7.5. Энергетический расчет системы:
выбор
частотного диапазона; 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.
Минимальная
полоса пропускания:
Шумовая полоса
приемника:
Мощность шума:
где k=1.38E-23 – постоянная Больцмана,
То=290 К
– шумовая
температура, Пш - шумовая полоса приемника
Значение мощности теплового шума:
1.7.6. Обоснованный выбор метода помехоустойчивого кодирования, перемежения, деперемежения, оценка эффективности кодирования.
Графики
вероятности символьной ошибки для BPSK:
Рис. 3. График вероятности ошибки для системы без кодирования и с кодированием.
Для обеспечения
необходимой по ТЗ вероятности ошибки 
для системы без кодирования (синий график) необходимо использовать 8,37
дБ. При введении в систему блочного помехоустойчивого кодирования БЧХ (127,36)
необходимое отношение сигнал/шум уменьшается до 4 дБ. Соответственно, имеем
выигрыш в ОСШ 8,37-4=4,37 дБ.
1.7.8. Пояснение функциональной схемы физического уровня системы.
Пакет
канального уровня кодируется помехоустойчивым кодером и передается на
физический уровень. На этом уровне происходит сборка пакетов для передачи их в
канал связи. Перед передачей в канал пакеты модулируются и затем передаются в
канал.(Рис. 4).
Рис. 4. Функциональная схема физического уровня.
- http://omoled.ru/publications/view/353 Тема 5. Радиосистема управления освещением.3 часть
- http://omoled.ru/publications/view/352 Радиосистема управления освещением. Часть_3.
- http://omoled.ru/publications/view/345 КП “Радиосистема управления освещением” Часть 3
- Бакке А.В. "Лекции по курсу ССПО".
- http://omoled.ru/publications/view/461 КП "Радиосистема управления освещением". Часть 1 (Доработанная). Белова Т.
- http://omoled.ru/publications/view/468 КП "Радиосистема управления освещением". Часть 2 (Доработанная). Белова Т.