"Передача данных с уведомлением о доставке" - Часть 2 (исправление 1)

Тема Т2-N7 - "Передача данных с уведомлением о доставке".

Выполнил: студент группы № 1110 Соколов Н.А.

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.

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

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

1.2.7. Проработка примера, иллюстрирующего процедуру адресной доставки информационного 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 пакета физического уровня.

В сценарии передачи информационного сообщения будут использоваться следующие служебные сообщения:

1. Широковещательные:

1.1. Сообщения запроса на передачу.

Они передаются по BCH (Beacon channel), по так называемому сигнальному каналу. Эти сообщения необходимы для того, чтобы сделать запрос на передачу и включают в себя следующие сведения:

1) адрес отправителя;

2) адрес получателя;

3) параметры, которые используются во временной диаграмме работы терминала (Рис.4). Они необходимы для организации приема-передачи между терминалами :

– размер окна конкурентного доступа (t1);

– время ожидания (размер окна) подтверждения запроса на передачу (t2);

– размер окна радиоизмерений (t3);

– длительность передачи (размер) информационного сообщения (t4).

1.2. Сообщения подтверждения запроса на передачу.

Они передаются по RBCH (Reverse BCH), по так называемому сигнальному каналу, только направление связи R – обратное. Эти сообщения необходимы для подтверждения получения запросов и включают в себя:

1) адрес отправителя;

2) адрес получателя;

– размер окна радиоизмерений (t3);

– длительность передачи (размер) информационного сообщения (t4).

Передача параметров, которые содержатся в пункте 1.2. подпункта 3, нужна для того, чтобы терминалы, не получившие передачу параметров из п.1.1. подпункта 3, получили информацию о том, как долго будет осуществляться передача.

2. Управления и трафика:

Они передаются по СTCH (Control Тraffic channel) каналу трафика и управления.

2.1. ТСН - сообщения трафика

Они передают информационное сообщение, которое включает в себя:

1) номер кадра;

2) адрес получателя;

3) информационное сообщение.

2.2.ССН - сообщения подтверждения (управления).

Оно необходимо для проведения ARQ-передачи и включает в себя:

1) номер кадра;

2) адрес получателя;

3) флаг наличия ошибок;

4) корректировка мощности сигнала.

Сообщение ССН также используется для управления мощностью после выигрыша в конкурентной борьбе.

Таким образом, я буду использовать следующие логические каналы:

1) Широковещательный (BCH, RBCH)

2) Управления и трафика (CCH и TCH)

Широковещательные параметры сети, указанные в пункте 1.1 подпункта 3 и пункте 1.2 подпункта 3 используются для того, чтобы терминалы получили информацию о том, как долго будет осуществляться передача.

Процедура контроля качества соединения (радиоизмерение) осуществляется с помощью специальной службы, расположенной на физическом уровне – службы радиоизмерений. Радиоизмерения осуществляются с помощью специальной последовательности, включенной с помощью специальной последовательности в сообщения физического уровня.

В качестве такой последовательности выберем 11-и позиционный код Баркера.

Последовательность Ба́ркера — это числовая последовательность $a_1 , a_2 , \ldots a_N$ , где каждый элемент равен +1 или -1.

Коды Баркера обладают наилучшими среди известных псевдослучайных последовательностей свойствами шумоподобности, что и обусловило их широкое применение.

Существуют различные по длительности коды Баркера: 3, 4, 5, 7, 11 и 13 чипов, которые отличаются друг от друга коэффициентом уширения спектра. Для 11-и позиционного кода Баркера коэффициент уширения спектра 10,41 дБ.

Последовательность Баркера с 11 членами используется в цифровых системах передачи данных.

Рис.5. Использование технологии уширения спектра позволяет предавать данные на уровне естественного шума.

Суть радиоизмерений будет состоять в измерении уровня центрального пика и боковых лепестков автокорреляционной функции.

Рассмотрим пример:

Осуществляется передача информационного сообщения, включающего специальную последовательность. На приемной стороне осуществляется контроль описанных ранее параметров (пик и боковые лепестки).

В том случае, 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.

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

Канальный уровень решает следующие задачи:

- адресная доставка сообщений;

- контроль за наличием ошибок (ARQ, CRC-16);

- доступ к физическим каналам (CSMA/CA);

- формирование/расформирование сообщений.

Для обеспечения адресной доставки вводим поля:

Add_tr - адрес отправителя;

Add_rec - адрес получателя.

Поскольку о количестве терминалов не сказано, то примем его равным 32.

Таким образом, размер этих полей будет равен 5 бит (Log2(32)=5).

Для обеспечения контроля за ошибками, согласно технического задания введено CRC-16 (Cyclic redundancy check).

CRC (циклический избыточный код) - алгоритм нахождения контрольной суммы, предназначенный для проверки целостности данных. CRC является практическим приложением помехоустойчивого кодирования, основанном на определенных математических свойствах циклического кода.

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 ARQ запрос на повторную передачу поврежденного кадра.

В моем задании размер поля CRC равен 16 битам.

Структура полей канального зависит от вида сообщения (см.п.1.2.4):

Рисунок 6. Структура сообщений канального уровня.

В сообщении (1) происходит формирование запроса и формирование подтверждения запроса, где L3 – сообщение верхнего(физического) уровня. L3 мы определим после того, как определим размер сообщения физического уровня. Выбор размера Add_tr, Add_rec я описал выше, а CRC-16 у меня есть в техническом задании.

В сообщении (2) происходит передача информационного сообщения, где Nкадров – количество кадров. Я выбрал его длину 4 бит, т.к. для передачи музыкального фрагмента, этого значения должно хватить.

В сообщении (3) происходит запрос на повторную передачу и сообщения корректировки сигналов, где ARQ – сообщения об ошибке. «1»-есть ошибка, «0» - нет ошибки.

1.2.7. Проработка примера, иллюстрирующего процедуру адресной доставки информационного сообщения узлам сети.

В данной радиосети Т1 и Т2 «общаются» между собой без точки доступа, поэтому для адресной доставки сообщений терминалы должны знать адреса друг друга.

Для обеспечения адресной доставки нужно ввести поля:

Например,

Add_tr - адрес отправителя;

Add_rec – адрес получателя.

Поскольку о количестве терминалов не сказано, то примем его равным 32.

Таким образом, размер этих полей будет равен 5 бит (Log2(32)=5).

В каждом сообщении канального уровня должен присутствовать адрес приемника или адрес отправителя.

Физический уровень решает следующие задачи:

- организация физических каналов связи;

- безошибочная передача/прием;

- выполнение радиоизмерений;

- обеспечение синхронизации между терминалами.

Для решения задачи безошибочного приема/передачи сообщений вводим помехоустойчивое кодирование FEC (Forward Error Correction ). FEC- это прямая коррекция ошибок, техника кодирования/декодирования, позволяющая исправлять ошибки методом упреждения. Применяется для исправления сбоев и ошибок при передаче данных, путём передачи избыточной служебной информации, на основе которой может быть восстановлена первоначальное содержание посылки.

В качестве кода кодирования выбираем код БЧХ. Коды Боуза—Чоудхури—Хоквингема (БЧХ-коды) — в теории кодирования это широкий класс циклических кодов, применяемых для защиты информации от ошибок.

По техническому заданию необходимо, чтобы код исправлял не менее 5 ошибок.

Для достижения большей пропускной способности вводим два вида кода:

1) для каналов TCH – код (1023,973);

2) для остальных каналов – код (127,92).

Для решения задачи синхронизации на ФУ (частотной и временной) вводим соответствующие поля:

1) IQ_symbol_FCCH – поле частотной синхронизации, состоящее из 20 нулей. Оно должно быть кратно 4-ем, так как по техническому заданию вид модуляции 16-QAM. И этого должно хватить для проведения частотной синхронизации.

2) IQ_symbol_TCCH – поле тактовой синхронизации, состоящее из 11-позиционного кода Баркера, который также служит для решения задачи радиоизмерений (см. п.1.2.5).

Таким образом сообщения канального и физического уровня выглядят следующим образом.

а) BCH

Рис.7.1. Структура сообщения физического и канального уровня для BCH.

Поле NULL необходимо для того, чтобы размер сообщения был кратен позиционной модуляции (в нашем случае QAM-16), т.е. кратен 4-ем.

Здесь используем код БЧХ (127,92), значит FEC2=127-92=35 бит

IQ_symbol_L1, т.к. у нас модуляция QAM-16, будет равен 128/4=32 (IQ-символов)

б) RBCH

Рис.7.2. Структура сообщения физического и канального уровня для RBCH.

На физическом уровне нет частотной синхронизации IQ_symbol_FCCH , т.к. синхронизация осуществляется по Master.

Используем код БЧХ (127,92), значит FEC2=127-92=35 бит

IQ_symbol_L1, т.к. у нас модуляция QAM-16, будет равен 128/4=32 (IQ-символов)

в) TCH

Рис.7.3. Структура сообщения физического и канального уровня для TCH.

На уровне управления вводим поле для управления мощностью Cont_Pow длиной 16 бит.

Здесь используем код БЧХ (1023,973), значит FEC1=1023-973=50 бит

IQ_symbol_L1, т.к. у нас модуляция QAM-16, будет равен 1024/4=256 (IQ-символов)

г) CCH

Рис.7.4. Структура сообщения физического и канального уровня для СCH.

Здесь используем код БЧХ (127,92), значит FEC2=127-92=35 бит

На уровне управления вводим поле для управления мощностью Cont_Pow длиной 16 бит.

Поле L3_0 на уровне управления заполняется нулями для проверки работы ARQ.

IQ_symbol_L1, т.к. у нас модуляция QAM-16, будет равен 128/4=32 (IQ-символов)

Используемая литература:

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

2. Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»

3. Основы построения беспроводных сетей стандарта 802.11: методические указания к лабораторной работе / Рязан. гос. радиотехн. ун-т; сост.: А.В. Бакке. -Рязань, 2008. -52 с.

4. http://omoled.ru/publications/view/379

5.http://omoled.ru/publications/view/404

6. http://omoled.ru/publications/view/565

7. http://omoled.ru/publications/view/557