Тема 3. Обнаружение и идентификация радиосети. Часть 2.
Выполнил: студент группы 1110 Большов Д.С.

Объем работы:
1.2.4. Анализ и пояснение видов служебных сообщений, передаваемых в составе сценария соединения: на 
основании каких событий формируются служебные сообщения, конечное назначение сообщений. Обос
нование широковещательных параметров сети. Разработка алгоритма изменения размера зоны обслужи
вания точки доступа.
1.2.5. Обоснование способа контроля качества соединения (организация радиоизмерений) в рамках разраба
тываемого сценария. Пояснение способа контроля качества соединения на произвольном примере.
1.2.6. Анализ задач, выполняемых на канальном уровне. Проработка структуры полей сообщений канально
го уровня.
1.2.7. Проработка примера, иллюстрирующего процедуру доступа.
1.3. Обоснование и подробное описание задач, выполняемых на физическом уровне. Проработка вопросов, 
связанных с обеспечением синхронизации сетевых устройств на физическом уровне. Обоснование струк
туры полей пакета физического уровня.

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. Разработка алгоритма изменения размера зоны обслуживания точки доступа.

Исходя из п.1.2.3 предыдущего сообщения, в сценарии соединения принимают участие следующие виды служебных сообщений:

1)Сообщение содержащее информацию о сети.
Основное назначение сообщения,это передача сведений о точке доступа всем терминалам, как идентификатор точки доступа. Терминал принимает эту информацию, определяет что находится в зоне обслуживания точки доступа, где имеет право передавать сообщения.
В данное сообщение будет входит следующая информация:
а)Уникальный идентификатор ТД.
Уникальный идентификатор сети необходим для единственного, однозначного определения ТД, как сетевого элемента. Под идентификатором скрывается набор двоичных символов отождествляющий данную точку доступа в IEEE, а также информацию о номере интерфейса. 
б)Наименование сети.
Информация о наименование сети представленное в виде букв.
в)Запрос на проведение Радиоизмерений.
В данной сети проводятся радиоизмерения с целью контроля качества передачи, данный запрос необходим.
2)Сообщение о заявке на регистрацию.
Сообщение формируемое Т для регистрации в обслуживании ТД. Т отправляет его для участия в конкурентной борьбе за ФК, тем самым заявляет о себе.
В данное сообщение будет входит следующая информация:
а)Адрес терминала отправителя .
б)Информация о том, что Т хочет зарегистрироваться в сети.
в)Данные о времени использования ФК(рассчитываются Т исходя из размера данных для передачи). 
г)Данные радиоизмерений.
3)Сигнал оповещения(управления).
Предназначен для передачи команд управления и оповещения с ТД на Т. Сообщения в котором говорится какой Т победил в конкурентной борьбе и насколько будет занят ФК. Также в этом сообщении может передаваться ,что ТД будет вести передачу Т.
В данное сообщение будет входит следующая информация:
а)Информация о том, кто победил в конкурентной борьбе.
б)Время использования ФК (остальные терминалы на это время перейдут в режим энергосбережения).
в)Команда управления мощностью Т.
г)Адрес терминала получателя (в случае когда ТД передают информацию).
4)Сообщения трафика.
Они передают информационное сообщение от Т на ТД и в обратном направлении а, также по нему ТД передает запрос на повторную отправку, которое включает в себя:
а)Информационную часть ( в случае ,когда ТД будет необходим повтор сообщения здесь будет формироваться сообщение ARQ).
в)Номер кадра(необходим в случае фрагментации данных).

Разработка алгоритма изменения размера зоны обслуживания точки доступа.
Изменяя мощность передатчика ТД автоматически управляет размером зоны обслуживания и при необходимости увеличивает ее, чтобы она частично пересекалась с ТД этой же сети (если будет такая опция, то данная функция необходима) также,увеличение зоны необходима для работы с Т ,которые находятся на краю зоны обслуживания (то есть мощности Т недостаточно для соблюдения заданого качества передачи),или наоборот сужать зону обслуживания, когда Т находится слишком близко к ТД и уменьшение его мощности уже невозможно,то ТД уменьшая свою мощность. Бывает, что время от времени, может измениться первоначальное размещение оборудования, что приводит к образованию брешей в зоне охвата. Соответствующее расширение или сжатие размеров зоны обслуживания позволяет исправить ситуацию. Адекватная реакция ТД на изменения окружающей среды обеспечивает непрерывность зоны покрытия.
Алгоритм изменения размера зоны обслуживания ТД, будет следующим:
1)Терминал обнаруживают широковещательное сообщение ТД, извлекает в нем информацию на проведение радиоизмерений.
2)В ответном сообщении Т отправляет заявку на регистрацию, в котором содержится информация радиоизмерений.
3)ТД приняв это сообщение принимает решение о увеличение(уменьшении) мощности Т.
4)Если это невозможно, то ТД увеличивает(уменьшает) свою мощность для обслуживания победившего в конкурентной борьбе Т.
5)После сеанса передачи ТД возвращает свою мощность передатчика на прежнюю(стандартную).
  
1.2.5. Обоснование способа контроля качества соединения (организация радиоизмерений) в рамках разраба
тываемого сценария. Пояснение способа контроля качества соединения на произвольном примере.
 В данной сети радиоизмерения будут производиться следующим образом:
После приема от ТД широковещательного сообщения Т формирует ответное сообщение на доступ к ФК, и в его составе передает пилот сигнал, ТД оценивает мощность данного сигнала и уровень боковых лепестков, и принимает решение о увеличении(уменьшение) мощности Т или о увеличении(уменьшение) мощности передатчика ТД.
Пилот-сигнал - сигнал с априорно известными на приёмной стороне параметрами (например, определённой мощности,УБЛ). Пилот-сигналы используются для синхронизации, оценки параметров канала распространения, адаптации параметров приёма, обработки сигналов телекоммуникационной системой. 
Измерения проводятся с целью улучшения качества передачи данных, тем самым ТД может принять решение о увеличение мощности передачи с целью обеспечения требуемого качества обслуживания.
Сценарий контроля качества соединения представлен ниже на (рис.5):


Рисунок 5. Контроль качества соединения.
Пример:
1)ТД передает широковещательное сообщение, в котором находится информация отраженная в п.1.2.4.
2)Т проводит радиоизмерения этого сообщения, то есть оценивает уровень мощности,и уровень боковых лепестков.
3)Т передает заявку на регистрацию, в которой содержится данные радиоизмерений.
4)ТД приняв заявку, анализирует данные и формирует команду управления мощностью Т(если это не возможно, то формируется команда изменения мощности передатчика ТД).
5)Происходит отправка данной команды и Т(ТД) изменяет свою мощность.
6)Т передает данные на ТД.
7)После окончания передачи данных, ТД записывает данные в буфер и изменяет свою мощность(если она изменялась) до стандартного состояния.
 

1.2.6. Анализ задач, выполняемых на канальном уровне. Проработка структуры полей сообщений канально
го уровня.
Канальный уровень отвечает за организацию канала передачи данных, он «упаковывает» данные, полученные с физического уровня в пакеты. Протоколы канального уровня обеспечивают доставку сообщений только между узлами одной локальной сети.
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. Данная система радиосети использует метод CSMA(п. 1.2.2).
Рассмотрим широковещательное сообщение канального уровня (Рис. 6):

Рисунок 6. Структура широковещательного сообщения канального уровня.
Поле «ID Сети» – Уникальный идентификатор сети состоящий из 6 пар 16ричных символов.
Поле «Наименование сети» - в данном поле указывается наименование сети в буквенном формате, оно ограниченно 14 символами, где каждый символ закодирован в соответствии с таблицей ASCII.
Поле «Проведение радиоизмерений» – содержит код команды на проведение радиоизмерений.
Поле CRC – контроль целостности пакета.
Далее рассмотрим сообщение заявка на регистрацию (рис.7):

Рисунок 7. Структура  сообщения заявки на регистрацию канального уровня.
Поле «ADDR_TR» - Адрес терминала передающего заявку на регистрацию.
Поле «Время использования ФК» - время использования Т ФК. Рассчитывается Т исходя из его потребностей.
Поле «Результат радиоизмерений» - Передаются результаты радиоизмерений.14 бит приходится на мощность сигнала (выраженную в мВт).
Поле CRC - контроль целостности пакета.
Далее рассмотрим сообщение сигнала оповещения (рис.8):

Рисунок 8. Структура  сообщения сигнала оповещения канального уровня.
Поле «WIN_T» - Адрес терминала победившего в конкурентной борьбе или нулевой адрес, адрес ТД.
Поле «Время использования ФК» - время использования Т ФК. Остальные Т переходят на это время в режим энергосбережения.
Поле «Управление мощностью» - поле содержащее информацию об изменении мощности.
Поле «ADDR_PR» - Адрес терминала кому будет ТД передавать данные, в случае когда ТД принимает данные данное поле забивается нулями.
Поле CRC - контроль целостности пакета.
Далее рассмотрим сообщение трафика (рис.9):

Рисунок 9. Структура  сообщения трафика канального уровня.
Поле «Информационная часть» - в данном поле содержится передаваемое сообщение, если его размер больше размера поля, то его Т разделяет на фрагменты.
Поле «Номер кадра» - поле необходимо при фрагментации данных информационной части.
Поле CRC - контроль целостности пакета.

1.2.7. Проработка примера, иллюстрирующего процедуру доступа.
Пример иллюстрирующий процедуру адресной доставки сообщения изображен ниже на (рис.10):

Рисунок 10.Адресная доставка сообщения.

Главной в данной радиосети является ТД. Она передает широковещательное сообщение BCCH в состав которого входят данные о ТД, а также синхронизация по частоте и времени, тем самым все устройства будут работать в единой шкале времени. Т1,Т2 приняв сообщение BCCH пытаются заявить о себе, они формируют и отправляют сообщение заявку на регистрацию. ТД исходя из конкурентной борьбы обьявляет в сообщение AGCH, что победил в конкурентной борьбе Т1, и на сколько остальным терминалам перейти в режим энергосбережения. Далее победивший Т1 начинает отправку сообщений трафика, ТД принимает их и записывает в буфер,если же возникают ошибки ТД формирует запрос на повтор.Если все принято правильно Т1 отключается. ТД снова вещает сообщение BCCH для синхронизации. Далее после конкурентной борьбы ТД объявляет, что ТД будет вести передачу ,всем терминалам, кроме Т2 перейти в режим энергосбережения, Т2 приготовится принимать данные. Далее ТД отправляет данные из буфера на Т2, а тот принимает сообщения,после окончания приема Т2 сообщает ТД, что все принято успешно. 

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.
L1 – физический, нижний уровень модели, необходимый непосредственно для передачи потока данных. Этот уровень реализует физическое соединение двух сетевых устройств по соединению точка- точка. В данной системе физический уровень предназначен для передачи потока данных от терминала к точке доступа и наоборот.

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.
  • 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.
Физический уровень формирует поток битов, представляющих собой кодовую комбинацию, состоящую из передаваемого Data_L2 сообщения и избыточных битов. По заданию  вид модуляции: QPSK, это означает, что пакет физического уровня должен состоять из битов, кратных 3. Исходя из задания 
тип помехоустойчивого кодирования произвольный блоковый код, исправляющий не менее 5 ошибок. Был выбран код БЧХ (255,215).Исходя из этого поле FEC физического уровня равно как FEC=255-215=40.Также необходимо предосмотреть поле Null, оно необходимо для формирования сообщения кратного 3 (исходя из вида модуляции), оно забивается нулями, или может отсутствовать.
Структура пакета физического уровня будет выглядеть следующим образом:

.Рисунок 11.Структура пакета физического уровня.

Также стоит отметить что на физическом уровне к сообщению BCCH добавятся следующие поля:
1)F_SYNC - синхронизация по частоте.
2)T_SYNC - синхронизация по времени.
Тем самым широковещательное сообщение будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 12. Структура широковещательного сообщения на физическом уровне.
Тем самым синхронизация будет происходить при обнаружении Т несущей BCCH и с того же моменты все устройства будут работать в единой шкале времени. Также для обеспечения синхронизации в сообщение сигнала оповещения на физическом уровне будут добавляться поля F_SYNC ,T_SYNC. Также в сообщение от Т стоит добавить поле FL (8бит) сигнализирующее о начале передачи сообщения.

Рисунок 13. Структура сообщения сигнала оповещения на физическом уровне.

Рисунок 14.Структура сообщения трафика на физическом уровне.

Таким образом проблема синхронизации будет решена.
Используемая литература:
1.Системы мобильной связи : Учебное пособие для вузов/ В.П.Ипатов, В.К.Орлов.Горячая линия-Телеком, 2003г.