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 - множественного  доступа   с разделением по времени. Каждому светильнику будет присвоен определенный период времени, в который ему будет доступен ЛКС и передача сообщений.

В данной системе для обеспечения надежной доставки сообщений, исходящих от ЦУ к светильникам, используется ARQ.  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. 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 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 ЦУ  отправляется запрос или команда всем Светильникам. Тогда ЦУ в ответ получит 60 пакетов, по одному от каждого Светильника. В случае получения пакета с ошибкой, передача повторяется. Примем, что максимальное число ошибочных пакетов – 30. Это 30*77=2310 бит (подробнее о количестве бит в пакете физического уровня п 1.7.1.). Тогда полное число пакетов будет 1+60+30=91 пакет по 77 бит. Итого 91*77=7,007 Кбит/с – необходимая скорость передачи.

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(63,36), с исправляющей способностью  5.

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:


Рисунок1.Пакет канального уровня

Поле ФЛ - флаг начала и окончания 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: 2+6+18+8+2=36 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 36 бит. После кодирования кодом БЧХ его длина увеличивается до 63 битов, пакет физического уровня будет иметь размер 1+8+5+63=77 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 рассчитана в 1.6.3.

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.

         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.

Для расчета потерь будем использовать модель ITU – R 1238.

Ltotal  =  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).

Ltotal  =  20 log10 439  +  22 log10 150 +0 –  28 = 72.723 дБ

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


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


По ТЗ необходима вероятность ошибки 106 для системы без кодирования, необходимо использовать 10.6 дБ. После использования помехоустойчивого кодирования БЧХ(63,36) отношение сигнал шум уменьшается и равно 3.8 дБ. Тогда выигрыш составляет 10.6-3.8=6.8 дБ.Для борьбы с пакетами ошибок в системе используется блочное перемежение.

1.7.7.Оценка уровня мощности излучения передающего устройства, сравнение с заданным значением Ризл АС. Расчет чувствительности приемников АС (БС).

Скорость передачи данных на выходе помехоустойчивого кодера, определяется как

 


1.7.8. Пояснение функциональной схемы физического уровня системы.

Сообщение канального уровня проходит процедуры помехоустойчивого  кодирования с использованием кода  BCH (63, 36), блочное перемежение (8х8) и  BPSK модуляция. Далее происходит формирование пакетов для передачи в канал связи.  Приемная часть выполняет обратные функции: демодуляция, деперемежение, декодирование.

                                    

                      а)Передающая часть.                                                                       б) Приемная часть.

Рисунок 4. Функциональная схема физического уровня.

1. Бакке А.В. "Лекции по курсу ССПО"

2.http://omoled.ru/publications/view/43  КП “Радиосистема управления освещением” Часть 1 Воронин А.Е.

3.http://omoled.ru/publications/editpost?postID=476   КП “Радиосистема управления освещением” Часть2.(Исправленная) Воронин А.Е

4.http://omoled.ru/publications/view/452  КП "Радиосистема управления освещением". Часть 3. Белова Т.

5.http://omoled.ru/publications/view/353 Тема 5. Радиосистема управления освещением.3 часть Баранов И.

6.http://omoled.ru/publications/view/345 КП “Радиосистема управления освещением” Часть 3 Лашко С.