Тема 5. Радиосеть управления подвижными объектами

Выполнили ст.гр.1110: Шатилов Е.В.

План:

Часть 2

1.2.4 Анализ и пояснение видов служебных сообщений, передаваемых в составе сценария соединения. Обоснование широковещательных параметров сети.

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

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

1.2.7 Проработка примера,иллюстрирующего процедуру адресной  доставки информациионного сообщения узлам сети

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 физического уровня.


1.2.4 Анализ и пояснение видов служебных сообщений, передаваемых в составе сценария соединения. Обоснование широковещательных параметров сети.

 

Служебные сообщения могут поступать как от терминала,так и от точки доступа.Передаются эти сообщений по соответствующим КС.Рассмотрим виды сообщений, источники их возникновения и назначение в каждой из категорий:

1.Служебные сообщения, исходящие от терминала:

Данные сообщения формируются исходя из функционального состояния объекта.     Например уровень заряда аккумулятора,скорость вращения винтов, информация с гироскопов,определяющих положение БПЛА в воздухе и тд. Данную информацию собирают датчики,которые закреплены за каждым из узлов.Они с помощью своего внутреннего ПО обрабатывают информацию и адресуют на терминал. Этот процесс периодичен,то есть датчик повторяет операцию сбора информации через определенные промежутки времени. Эти промежутки достаточно малы,чтобы достигнуть максимальную достоверность  тех данных,которые получает оператор. Существуют категории сообщений,получаемых с датчика:

А) Обычная телеметрия   -  потоки информации в КС идут периодически и практически не требуют внимания оператора, то есть данные, приходящие на ПК, от объекта находятся в пределах нормы.

Б) Аварийная телеметрия – датчик, начинает передавать данные,отклоняющиеся от нормы. Например один из винтов начал развивать меньшую скороть,чем остальные 3.При этом датчик от гироскопа начнет фиксировать крен БПЛА в одну из сторон. В этот момент данные полученные от этих датчиков поступают на терминал,который “помечает ” их статус “авария” и отправляет на точку доступа,которая ретранслирует на ПК оператора. На дисплее подсвечиваются эти данные,возможно наличие сигнализации или голосового опевещения оператора. Такие данные передаются в первую очередь, остальная информация передается после передачи аварийных данных.

 

Это разделение необходимо для оперативного реагирования на изменяющиеся условия управления БПЛА.

 

2.Служебные сообщения исходящие от АР:   

Так как в данной работе частотное разделение каналов между терминалами,то точка доступа должна сформировать служебные сообщения для синхронизации терминалов по частоте .Так же точка доступа формирует сообщения типа увеличить или уменьшить мощность излучения передатчика терминала в том случае, если он находится слишком близко/далеко от точки достпа. Данные сообщения АР отправляет либо адресно(каждому терминалу), либо всем терминалам одновременно, используя широковещательный канла(ВССН).Таким образом,мы подошли к понятию широковещательный канал и его параметрах.

 

Широковещательный канал(ВССН) – канал предназначенный для передачи сообщений всем терминалам одновременно или каждому терминалу в отдельности рис .5.

 

 

 

Рис.5 Принцип работы широковещательного канала

Он характеризуется большим частотным диапазоном, чтобы покрывать полосы передачи терминалов. Канала может быть использован для синхронизации терминалов – это основная задача к BCCH

 

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

 

У точки доступа имеется подсистема,которая занимается мониторингом качества соединения.Ее основная задача – поддержка заданного качества соединения, то есть обеспчение заданной вероятности битовой ошибки при любых условиях. Рассмотрим принцип работы этой системы:

Как известно,точка доступа ретранслирует сообщения,поступающие как от терминала,так и от оператора. Во время приема этих собщений,а если быть более точным ,сигналов,несущих информацию в одном из своих параметров, точка доступа измеряет их уровень. Этот уровень сравнивается с уровнем, который является оптимальным (эти значения записаны в БД точки доступа), и если он сильно отклоняется от заданных  исходных значений.Система принимает решение о дальнейших действиях

 

Пример работы системы в случае удаления объекта к краю зоны радиопокрытия рис.6.

 

 

Рис.6 Диаграмма положения терминала относительно АР

Пусть в зоне I сигнал, принимаемый точкой доступа от терминала, имеет уровень от 10 до 5 мкВ;в зоне II уровень от 5 до 1 мкВ. Терминал оказался в зоне II. Уровень сигнала, который зафиксировала АР от терминала Т1 равен 2 мкВ.Точка доступа начинается процесс сравнения текущего уровня с эталонными значениями и выясняет, что уровень должен быть не 2мкВ а 4мкВ. Система решает, отправить терминалу сообщение типа «увеличить мощность в 2 раза».АР формирует сообщение и отправляет терминалу. Последний принимает его и выполняет команду.

 

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

В составе канального уровня находятся службы адресации сообщений, проверки целостности сообщений и службы формирования сообщений различных логических каналов. Именно на канальном уровне происходит деление сообщений на служебные и широковещательные. Основное назначение канального уровня – реализация канала передачи данных , по которому может осуществляться передача адресных и широковещательных сообщений. Службы канального уровня могут обеспечивать обнаружение и исправление ошибок. В любом случае на канальном уровне должен функционировать контроль целостности сообщений (СRC – контрольная сумма на основе избыточного циклического кода).В нашем случае это CRC-12. Как уже было сказано, основная задача канального уровня это организация канала передачи. Для этого необходимо выделить ФК. Мы используем метод  FAMA с FDMA, основанный на постоянном закреплением терминалов за определенным физическим каналом (за определенной полосой частот). В этом случае ТД разбивает канальный ресурс на полосы частот, каждая из которых «отдается» терминалу.

 

На канальном уровне могут формироваться следующие виды сообщений:

1.     ВССН (Broadcast Control Channel) - передача широковещательной информации о сети, то есть уведомление абонентов сети об изменении параметров сети

2.     ССH (Control channel) канал управления(канал передачи команд сигнализации)

3.     DTCH (Dedicated Traffic Channel) - Передача информационных сообщений, передача сообщений подтверждения о доставке ССН

Для канала управления необходима гарантированная доставка. Для этого в системе следует предусмотреть автоматический запрос повторной передачи (англ. Architectural Research Quarterly – ARQ). В проектируемой системе будет использоваться так называемая ARQ с остановками. ТД перед началом очередной передачи ожидает подтверждения об успешном приеме предыдущей. Если передаваемое сообщение принято с ошибкой, то Т передает отрицательное подтверждение приема (NAK); ТД повторяет передачу ошибочно принятого сообщения и только после этого передает следующий по очередности сообщение.

 

Таким образом, определим структуру сообщения канального уровня:

1.     Адрес источника сообщения и получателя. Без этого поля, в принципе смысл построения радиосети отсутствует.  Обычно он составляет 7 битов.

2.     Информационная часть  - основная часть сообщения,несущая информацию.Размер этого поля зависит от того, какой помехоустойчивый код был выбран. Возьмем помехоустойчивый код Хемминга (255,247).

3.     Служба проверки достоверности принятого сообщения(СRC). Согласно заданию, у нас СRC-12.

 

Таким образом,структура сообщения канального уровня может иметь следующий вид рис.7. 

 

Рис.7 Структура сообщения канального уровня

 

1.2.7 Проработка примера,иллюстрирующего процедуру адресной  доставки информациионного сообщения узлам сети


Рис.8 Адресная доставка сообщений узлам сети

На рис.8 представлена процедура отправки адресного сообщения терминалу Т1. Команда содержит инструкцию по включению винтов БПЛА. Точка доступа ретранслирует команду полученную от оператора по каналу ССН терминалу. Терминал каналу DTCH отправляет флаг NAK,что означает, что он не смог принять сообщение без ошибок. Точка доступа повторяет команду, на этот раз успешно: терминал принимает ее и начинает процесс выполнения, при этом периодически отправляя отчет о статусе выполнения. Стоит отметить, что большая часть диапазона частот канала DTCH  в основном используется для передачи видеосигнала, который поступает с камеры, находящейся на БПЛА. Но тем не менее коллизий не возникает, так как видеосигнал и информационный сигнал разнесены по частотам в пределах одного ФК.

 

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 физического уровня.

Физический уровень предназначен для решения трех задач: это организация физических каналов связи (ФКС), безошибочная передача/приём потока битов и выполнение радиоизмерений. 

В качестве метода доступа к среде будет использован FDMA. В качестве метода множественного доступа к ФКС будет использоваться множественный доступ с фиксированным распределением – FAMA (Fixed Assigned Multiple Access).

На физическом уровне присутствует специальная служба, которая оценивает качество физического канала связи – это подсистема радиоизмерений. Данная подсистема входит только в состав ТД. Анализ качества производится на основе сообщений физического уровня, содержащих сообщения канала DTCH.

 

Наиболее важным вопросом, является вопрос синхронизации. В данной работе это синхронизация по частоте, которая означает согласованность генераторов различных цифровых устройств в сети по частоте. В этом случае в идеале все генераторы сети работают с одинаковой частотой, скорость передачи цифровой информации с высокой степенью точности равна скорости приема, в результа­те в системе связи нет потерь информации вследствие «проскальзываний» т.е. нет оши­бок, связанных с нарушениями синхронизации. Существенно, что это и является основной целью эксплуатации - добиваться возможно меньшего уровня ошибок в сети.

            Для сигнхронизации будем использовать FCCH.FCCH (Frequency Correction Channel) - канал подстройки частоты, который используется для синхронизации несущей в подвижной станции. По этому каналу передается немодулированная несущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи;

Таким образом, физический уровень  состоит из :

1.     Сообщение канального уровня описанное выше

2.     Параметра помехоустойчивого кодирования

3.     Нулевые биты , необходимые для приведения размера пакета к числу, кратному логарифму по основанию 2 от позиционности используемой модуляции : для BPSK позиционность M=2^k, где k = 1 – количество битов в BPSK – символе.

  

Рис.9 Структура сообщения на физическом уровне

 

 

Список литературы:

1.     http://omoled.ru/publications/view/447

2.     http://gsm.vtc.ru/gsm/2.html

3.     Бакке А.В.   «Лекции по курсу ССПО»

4.     Бакке А.В.   «Лекции по курсу СТССПО».

5.     Лабораторная работа “Исследование принципов организации канала передачи”