Тема Т2-N6 - "Передача данных с уведомлением о доставке".

 

Выполнил: студент группы № 1110 Мелехин С.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.

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

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).                

- Идентификатор соты (Cell Identify). Этот идентификатор необходим для процедуры определения местоположения терминала T(F3).                                                 

- Информация, необходимая для контроля мощности передачи(F4).


Рис.2.1. 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.2.2. Доступ к физическому каналу с описанием служебных сообщений.

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

-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.

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

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 2.3. 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 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. 

В общем случае структура пакетов канального уровня будет иметь следующий вид:



Рисунок 2.4. Пакет канального уровня


Поле адреса содержит адрес или идентификатор сетевого устройства, к которому осуществляется доступ.  Так как в составе Data_L3-сообщения могут передаваться как пользовательские сообщения, так и служебные, то информация о типе передаваемого пакета должна быть указана в соответствующем поле. Номер пакета 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 содержит непосредственно передаваемые данные. Поле CRC служит для определения целостности пакета.

В рамках задания структура пакетов канального уровня будет выглядеть следующим образом :


                                                 Рис.2.5. Структура пакета физического уровня.
L2 – канальный уровень. Основная транспортная единица радиосети. Содержит следующие поля: ADD – адрес получателя сообщения (7 бит), Data_L3 сообщение (255 бит) и CRC - контрольная сумма (8 бит).
L3 – уровень управления сценариями/радиоресурсами. На этом уровне закладывается функциональное принятия решений. Сообщения этого уровня могут быть либо служебные, либо информационные. Если размер сообщения больше, чем полеData_LL3 уровня, то сообщение разбивается на пакеты необходимого размера.
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)
В данной курсовой работе организованна сеть между двумя терминалами Т1 и Т2  . Исходя из этого можно проработать  сценарий адресной доставки информационного сообщения. Способ состоит в том, что  терминал Т1 отправит пакеты данных терминалу Т2, поскольку больше нет зарегистрированных в сети терминалов .  
 
                                Рисунок 2.6. Иллюстрация 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.

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.
  • 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.
Физический уровень формирует поток битов, представляющих собой кодовую комбинацию, состоящую из передаваемого Data_L2 сообщения и избыточных битов. По заданию  вид модуляции: BPSK, это означает, что пакет физического уровня должен состоять из битов, кратных 1.  Допускается использование произвольного блокового кода, на основании этого был выбран код Хэмминга, так как его просто реализовать, а так же помимо обнаружения ошибки этот код позволяет исправлять её. Параметр кода Хэмминга m был выбран равным 8. Исходя из этого:
Длина кодового слова будет равняться:
n = 2^m - 1 = 256-1=255
Информационная часть сообщения:
K=n-m=255-8=247
Помехоустойчивое кодирование:
FEC=m=8
На основании этих несложных расчетов структура пакета физического уровня будет выглядеть следующим образом:


Рисунок 2.7. Структура пакета физического уровня

    Следует учесть, что согласно заданию требуется реализовать организацию физических каналов с помощью DSSS( direct-sequence spread spectrum). Это говорит о том, что сигнал x(t) моделируется путём перемножения на расширяющий кодовый сигнал g(t), см Рисунок 2.8. . Это позволит улучшить отношение сигнал/шум (ОСШ) в кратное количество раз, равное длине расширяющего кода. В составе демодулятора на приёмной стороне присутствует согласованный фильтр(СФ), который по АКФ легко определит 0 или 1 передается.
              
Рисунок 2.8. Принцип расширения спектра
В данной системе длинна расширяющего кода будет равна 15, а это значит, что ОСШ увеличится в 15 раз. Длина сообщения физического уровня будет равна:
 L1*N, где N - длина расширяющего кода
Стоить отметить, что не все биты будут умножаться на один и тот же расширяющий код. Зададимся тем , что исходный расширяющий код будет означать 0, тогда 1 будет представлять инверсный, то есть обратный исходному код. Пример представлен на Рисунке 2.9 

Рисунок 2.9. DSSS расширение спектра
Список используемой литературы:

1. Бакке А.В.   «Лекции по курсу ССПО»;

2. Бакке А.В.   «Лекции по курсу ОТССПО»;

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

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

5.Педжман Рошан, Джонатан Лиэри.  Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11