Доставка сообщений в структурированной радиосети

Выполнил: ст.гр.1110 Субботин И.В.

1.2.4. Анализ и пояснение видов служебных сообщений, передаваемых в составе сценария соединения: на основании каких событий формируются служебные сообщения, конечное назначение сообщений. Обоснование широковещательных параметров сети.

Служебные сообщения связаны с необходимостью организации сети и с реализацией сценариев взаимодействия сети, таким образом служебные сообщения отличаются своими функциональными назначениями. Для отражения этого факта, в системах связи вводятся формальные критерия разделения  каналов по функциональному назначению: формируются логические каналы связи.

В состав логических каналов такого типа входят общем случае:

 1)FCCH ( frequency correction channel- канал F подстройки частоты), обеспечивающий подстройку частоты несущей в терминала Т. 

2)SCH (synchronization channel- канал S синхронизации), предназначенный для цикловой синхронизации терминал Т в процедуре доступа и для передачи идентификатора ТД, обслуживающей данную зону.

3)BCCH (Broadcast Control Chanel)- широковещательный контрольный канал .

 Перечень информации, передаваемой по BCCH,в рамках данной задачи может выглядеть следующим образом:  

 - Информация о состоянии сети (F1).

- Идентификатор зоны местоположения LAI(location area identity)(F2).     

- Перечень частот, которые используются в текущей соте(F3).            

- Идентификатор соты (Cell Identify). Этот идентификатор необходим для процедуры определения местоположения терминала T(F4).                                                 

- Информация, необходимая для контроля мощности передачи(F5).


Рис.2.6. Структура сообщения BCCH.


RACH (Random Access Channel)-канал случайного доступа, предназначен для отправки запроса на получение канала для передачи данных.

AGCH (Access Channel)-канал разрешенного доступа, предназначен для отправки сигнала оповещения.

TCH-канал трафика, предназначен для передачи данных.


 Рис.2.7. Доступ к физическому каналу с описанием служебных сообщений.


 Перечень информации, передаваемой по RACH,в рамках данной задачи может выглядеть следующим образом:

-ADD1-содержит адрес терминала, который отправляет заявку на предоставление канала.

-DATA-содержит информацию, в которой говорится о том, сколько будет передавать информация.

-ADD2-содержит адрес терминала, которому будут переданы данные.

-Поле, в которой указывается тип модуляции.

-Контроль мощности-поле предназначенное для передачи измеренной мощности терминала на ТД, для того чтобы оценит качество обслуживания.

Перечень информации, передаваемой по AGCH,в рамках данной задачи может выглядеть следующим образом:

-ADD1-содержит адрес терминала, которому предоставляется канала. Предназначена для оповещения остальных терминалов о том, кто победил в конкурентной борьбе.

-DATA-содержит информацию, в которой говорится о том, сколько будет передаваться информация. Предназначена для оповещения остальных терминалов, на какое время они могут перейти в режим сна. 

-Результат измерения-поле предназначенное для передачи терминалу результат радиоизмерений, в котором указывается необходимость повышения мощности или оставлять её такой какая она есть.


 1.2.5. Обоснование способа контроля качества соединения (организация радиоизмерений) в рамках разрабатываемого сценария. Пояснение способа контроля качества соединения на произвольном примере.


В рамках разрабатываемого сценария предусмотрено 2 способа контроля качества соединения: периодический и по требованию.

Периодический проводится в начале каждого соединения. В составе канала широковещательного контроля BCCH предусмотрено поле F5,которая содержит информацию, необходимую для контроля мощности передачи. Данная информация передаётся терминалам, в свою очередь терминалы в составе канала случайного доступа RACH в поле контроль мощности передают измеренную мощность на ТД. Точка доступа проводит радиоизмерение и по каналу разрешенного доступа  AGCH в поле результат измерения передаёт терминалу информацию о результате радиоизмерения и необходимые изменения в мощности. 

Уровни L1 и L2 выполняют транспортные функции: физический уровень L1 отвечает за формирование и достоверный прием потока битов, фрагментацию этого потока и доставку блоков битов на канальный уровень. На канальном уровне L2 реализуется проверка достоверности принятого сообщения, выполняются функции внутрисетевой адресации и при необходимости формируются различные логические каналы.

На физическом уровне помехоустойчивое кодирование в виде блокового кода, обнаруживает и устраняет ошибки на физическом уровне, путём добавления избыточных битов. На канальном уровне за  контроль правильно принятых битов выполняет инструмент CRC(cyclical redundancy check – контрольная сумма на основе избыточного циклического кода)

Например: Терминал Т1, находясь в активном режиме, передаёт  ТД очередной пакет данных, в свою очередь точка доступа принимает и передаёт заявку о проверки качества обслуживания терминалу Т1, после положительного ответа от терминала, происходят радиоизмерения.Суть радиоизмерений будет состоять в измерении уровня центрального пика и боковых лепестков автокорреляционной функции. Осуществляется передача информационного сообщения, включающего специальную последовательность. На приёмной стороне осуществляется контроль передаваемой последовательности по центральному пику и боковым лепесткам. Если измеренные параметры не обеспечивают необходимое качество, то это приводит к наличию ошибок в информационном сообщении. Тогда происходит формирование повторного запроса на передачу, включающего сообщение об увеличении мощности. 


Рис.2.8. Диаграмма состояния при проведения качества обслуживания.

1.2.6. Анализ задач, выполняемых на канальном уровне. Проработка структуры полей сообщений канального уровня.

Основными задачами канального уровня являются задачи организации доступа к физическому каналу связи и надежная доставка информационных сообщений заданному адресату. Поэтому достаточно часто на канальном уровне используются методы помехоустойчивого кодирования, позволяющие не только обнаруживать неисправленные на физическом уровне ошибки, но и исправлять их. В любом случае, на канальном уровне должна существовать служба, осуществляющая проверку достоверности принятого сообщения. С этой целью в телекоммуникационных системах используется инcтрумент CRC (cyclical redundancy check – контрольная сумма на основе избыточного циклического кода)

Канальный уровень подразделяется на 2 подуровня:

1.     подуровень адресации и формирования всех видов сообщений (MAC)

2.     подуровень управления доступом к физическому каналу связи (CAC)


MAC подуровень использует информацию о всех идентификаторах (таблицу маршрутизации) устройств, зарегистрированных в сети, за хранение которой отвечает информационная система. Это позволяет реализовать возможность службы адресации для передачи сообщений канальным уровнем. Также на МАС подуровне происходит формирование нескольких типов пакетов:

- пакет запроса или пакет широковещательной информации;

- пакет данных и пакет подтверждения правильного приема сообщения.

Также на канальном уровне необходимо учесть возможность  обнаружения и коррекции ошибок. Надежность передачи обеспечивается в нашем случае путем фиксирования границ кадра, помещая специальную последовательность битов в его начало и конец, а затем добавляя к кадру контрольную сумму (CRC). Контрольная сумма вычисляется по некоторому алгоритму. На стороне получателя канальный уровень группирует биты, которые поступают  с физического уровня, в кадры, затем снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой, переданной в кадре. Если значения совпадают, кадр считается правильным. Если значения контрольных сумм не совпадают, фиксируется ошибка, и формируется запрос на повторную передачу поврежденного кадра Эта процедура, также как и служба адресации реализовывается на MAC подуровне.

САС подуровень реализует алгоритм доступа к каналу связи. 

 Необходимо выбрать какой-либо блоковый код, который сможет исправлять не менее трёх ошибок. Выберем код БЧХ. Для того чтобы оценить его способность исправления ошибок, воспользуемся функцией программы MATLAB bchnumerr(n), где n определяет длину кодового слова. Длину кодового слова n выберем равной 255 бит, тогда видно, что нашим требованиям удовлетворяет код БЧХ(255,231), n=255, k=231. Число k – это размер не кодированного сообщения в битах.

Следовательно, длина сообщения канального уровня (уровень L-2) будет равна 231 бита.

Длина сообщения физического уровня составит 255 бит, что кратно 3, следовательно, сообщение после кодирования можно сразу отправлять в модулятор без какой либо доработки



Рис.2.9. Структура пакета канального уровня.
L2 – канальный уровень. Основная транспортная единица радиосети. Содержит следующие поля: ADD – адрес получателя сообщения (7 бит), Data_L3 сообщение (212 бит) и CRC - контрольная сумма (12 бит).
L3 – уровень управления сценариями/радиоресурсами. На этом уровне закладывается функциональное принятия решений.  Так как в составе Data_L3-сообщения могут передаваться как пользовательские сообщения, так и служебные, то информация о типе передаваемого пакета(3 бита) должна быть указана в соответствующем поле. 
Поле Length(7 бит) определяет длину передаваемого сообщения. Необходимо для восстановления сообщения на приемной стороне (размер данного поля выбран, чтобы размер пакета удовлетворял требованиям).
Номер пакета(6 бит) необходим для того, чтобы вследствие получения ошибочных данных, терминал мог указать точке доступа, что повторную передачу данных нужно осуществлять с пакета под определенным номером. 
Поле данных(196 бит) содержит непосредственно передаваемые данные.
1.2.7. Проработка примера, иллюстрирующего процедуру адресной доставки информационного сообщения узлам сети.
Для организации передачи данных в радиосети в модели имеется уровень управления сценариями/радиоресурсами L3. На этом уровне реализуются разнообразные правила взаимодействия ведущего и ведомых терминалов: осуществляется исполнение команд,поступающих от ведущего терминала, формируются запросы от ведомых терминалов,выясняется назначение полученных служебных сообщений и принимаются решения относительно их исполнения. Таким образом, на уровне L3 разработчиком радиосети закладываются всевозможные сценарии взаимодействия терминалов (Т) с главным узлом сети (ТД). 
В данной курсовой работе организованна сеть между двумя терминалами Т1 и Т2 через точку доступа (AP- Access Point), после регистрации терминалов ТД предоставляет им собственные идентификаторы в этой сети. Исходя из этого можно проработать два сценария адресной доставки информационного сообщения. Первый способ состоит в том, что ТД, приняв от терминала Т1 пакеты данных, отправит их другому терминалу Т2, поскольку больше нет зарегистрированных на ТД терминалов. Второй способ состоит в том, что терминал Т1 в своём сообщении будет передавать адресную часть, в которой содержится адрес получателя сообщения, ТД уведомляет терминал Т2 о том, чтобы он готовился принимать данные. 


Рис.2.10.Иллюстрации работы физического уровня .

1.3. Обоснование и подробное описание задач, выполняемых на физическом уровне. Проработка вопросов, связанных с обеспечением синхронизации сетевых устройств на физическом уровне. Обоснование структуры полей пакета физического уровня.

На физическом уровне выделяются частотные диапазоны,  используемые для организации доставки потоков битов. Если в системах радиосвязи обслуживается большое количество абонентов, то на физическом уровне необходимо предусмотреть возможность деления выделенного частотного ресурса на каналы связи с требуемой пропускной способностью. Для этого используют метод многостанционного доступа, который отражает способ формирования физических каналов на физическом уровне.

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.
Задачи, выполняемые на физическом уровне:
  •  Модуляция/демодуляция. Предназначена для переноса сигнала на заведомо известную несущую частоту и для дальнейшей передачи его по радиоканалу
  • Кодирование / декодирование. Требуется для обнаружения и исправления ошибок, возникающих при передаче, путем добавления избыточности в информационную последовательность.
  • Перемежение / деперемежение. Применяется для борьбы с замираниями и возникновением связанных с ними пакетов ошибок. Суть перемежения в том, что происходит перестановка символов кодированной последовательности до ее модуляции и восстановлении исходной последовательности после демодуляции.
  • Синхронизация, необходима для того, чтобы передающий узел данных мог передать какой-то сигнал принимающему узлу, а принимающий узел знал, когда начать прием поступающих данных. Наиболее важным типом синхронизации для сети является частотная синхронизация. Она означает, что все генераторы сети работают с одинаковой частотой, скорость передачи цифровой информации равна скорости приема, в результате в системе связи нет потерь информации. Временная синхронизация или синхронизация по времени предусматривает, что все устройства в сети имеют единое время. Следует отметить, что  временная синхронизация  представляет собой совершенно независимую от частотной синхронизации задачу.
  • Сборка/разборка пакетов.  Этот блок осуществляет формирование пакетов канального уровня, а также выделение полей принятого сообщения.
  • Проведение измерений уровня сигнала в сети. Проведение измерений играет ключевую роль в функционировании разрабатываемой сети. На основании данных измерений модуль управления принимает решение о выборе того или иного профиля работы системы.


Рис.3.1. Структура пакета физического уровня.

L1 – физический уровень. Формирует поток битов, представляющих собой кодовую комбинацию, состоящую из передаваемого Data_L2 сообщения длиной 231 битов, избыточных 24 битов,  без дополнительный нулевых битов, так как по заданию вид модуляции: 8-PSK,это означает, что пакет физического уровня должен состоять из битов кратных 3. [1].

Используемая литература:

1.Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: Вильямс, 2003г.

2. http://omoled.ru/publications/view/386

3. http://profbeckman.narod.ru/InformLekc.files/Inf07.pdf

4. Бакке А.В. "Лекции по курсу ССПО"