Обоснование необходимости управления потоком сообщений. Оценка возможности применения ARQ (Automatic Repeat-reQuest).

Очевидно, что для передачи потокового трафика как речь (видео) нет возможности использовать процедуру повторной передачи, т.к. неизбежно будут возникать задержки и рывки речи (видео), поэтому здесь используются синхронные каналы с закреплением слотов за определенными абонентами.

Для передачи данных мобильными модемами такая возможность есть и она вполне уместна ввиду того, что такой трафик носит пульсирующий характер и не столь требователен к задержкам. На основе поля данных пакета канального уровня вычисляется контрольная сумма и передается в составе пакета. После приема этого пакета на противоположной стороне также вычисляется контрольная сумма от поля данных и сравнивается с той, что была принята. Если суммы совпадают, то в ответ передается пакет подтверждения правильного приема, в противном случае – пакет уведомления об ошибке и необходимости повторной передачи.

Разрабатываемая система должна обладать гибкостью в плане обеспечения различных скоростей передачи. Скорость передачи данных модемами, к примеру, носит динамический характер, из-за того, что одному терминалу могут выделяться несколько каналов трафика. В связи с этим появляется задача управления выделением канального ресурса, возлагаемая на КУ.

 

1.7.3. Обеспечение (оценка) достоверности принимаемых сообщений на канальном уровне.

Сообщения на канальном уровне имеют большую важность, т.к. с их помощью осуществляется не только передача данных, но и управление с сигнализацией в системе, поэтому требуется их безошибочная передача. Достоверность принимаемых сообщений на КУ будет также обеспечиваться за счет добавления избыточности. Пример формирования сообщений на КУ приведен на рис. 22.

Рисунок 22. Формирование пакета КУ для передачи речи.

Следует отметить, что с помощью подобных пакетов организуются все логические каналы управления (RACH, ACH, PCH, PRACH, PACH, PPCH, DCCH, PACCH), а также канал передачи речевого трафика. Различаться эти пакеты будут лишь длиной поля Data в пакете PHY.

Пакет передачи данных на канальном уровне выглядит следующим образом (рис. 23).

Рисунок 23. Формирование пакета КУ для передачи данных.

Стоить сказать, что поле Data пакета L2 помимо данных содержит также адресную информацию. Подробнее это будет отражено в пункте 1.7.6

 

1.7.4. Обоснование логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Пояснение основных видов сообщений, передаваемых по каждому ЛКС. Расчет (оценка) пропускной способности ЛКС с учетом избыточности сообщений канального уровня. Расчет основного трафика системы. Составить сводную таблицу ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.

 

Попробуем выяснить минимальный набор логических каналов, которые должны присутствовать в системе для обеспечения ее работоспособности. Будем руководствоваться тем, что в системе присутствуют два типа терминалов, которые создают потоковый и пульсирующий трафик.

BCCH – широковещательный канал управления, по которому передаются SSID, BSID, информация о соседних базовых станциях, а также параметры расположения каналов управления (о которых мы поговорим чуть ниже). Следует также отметить, что на PHY канал BCCH представлен пакетами как на рис. 22, которые содержат поле SCH. Данное поле несет в себе информацию о номере кадра в составе мультикадра, а также номере слота в составе кадра, и служит для временной синхронизации. Т. е. декодируя поле SCH терминал «понимает» в каком месте циклограммы он находится, и что данный пакет является пакетом канала BCCH (своего рода отправной точкой).

SCH – канал временной синхронизации.

FCCH – канал подстройки частоты. Представлен отдельным полем в пакете физического уровня (рис. 22).

RACH – канал случайного доступа, по которому терминал передачи речи (модем видеокамеры) отправляет сигнал вызова (заявку на выделение канального ресурса) или регистрацию в сети.

ACH – канал разрешенного доступа, по которому БС сообщает МС параметры выделяемого под сеанс связи канального ресурса.

PCH – канал вызова. По нему БС вызывает терминал передачи речи, если с ним хочет связаться другой терминал.

DCCH – выделенный канал управления. Здесь передается вся информация, необходимая для контроля ведения связи (измерение мощности, перевыбор базовой станции).

TCH – канал трафика используется для передачи речи, видео и данных. На PHY представляет собой один временной слот и один код по смене частот.

Для организации передачи данных должны использоваться отдельные каналы доступа к ресурсам сети, а также отдельные каналы подтверждения правильности переданных сообщений. Это связано с тем, что передача данных носит пульсирующий характер, и на каждый переданный пакет IP МС должна получить подтверждение правильности приема, либо отправить пакет заново, если тот был передан неудачно. Т. е. ситуаций запрос – ответ здесь будет гораздо больше, чем в RACH/ACH.

PRACH – пакетный канал доступа. Служит для запроса на выделение TCH.

PACH – пакетный канал канал, по которому БС сообщает о выделенных TCH.

PPCH – пакетный канал вызова. Используется в том случае если БС необходимо передать MS пакет от другого терминала.

PACCH – пакетный ассоциированный канал управления. Служит для оповещения о правильности приема (пакеты ACK/NAK), выделяется в соответствии с одним или несколькими TCH.

Теперь попытаемся определить способ размещения данных логических каналов в радиоинтерфейсе. На мой взгляд, целесообразно выделить под каналы трафика 20 частотно-временных кодов, а один код отдать под все остальные ЛК управления. Таким образом, разделены между собой все ЛК будут по времени. Для более наглядного представления распределения ЛК управления приведем рис. 23.

Рисунок 24 Размещение логических каналов управления в радиоинтерфейсе.

 

Рассчитаем пропускную способность ЛКС с учетом избыточности сообщений КУ.

Определим, какая скорость обеспечивается на КУ при использовании одного слота и одного частотно-временного кода. Как видно на рис. 22 поле Data на PHY состоит из 300 бит, которые декодируются сверточным декодером и преобразуются в пакет КУ размером 150 бит. В свою очередь на поле Data на КУ в пакете отводится 120 бит. Таким образом, получаем, что пропускная способность одного слота на КУ R = 120*100 = 12 кбит/с. С такой скоростью передаются данные по каналам BCCH, RACH, ACH, PCH, а также речь по каналам TCH. Для выделенных каналов управления (DCCH) пропускная способность может быть меньше. Пусть каждому сеансу телефонной связи выделяется один слот DCCH в составе мультикадра. Предположим, что мультикадр состоит из пяти кадров длительностью 10мс, тогда пропускная способность такого канала будет равна R = 12/5=2.4кбит/с. Для наиболее наглядного представления организации каналов DCCH приведем рис. 24.

Рисунок 25 Организация каналов DCCH

Учитывая то, что система должна обеспечивать связью небольшое число абонентов, будем считать, что число одновременных телефонных соединений не превышает десяти.

Каналы PRACH, PACH и PPCH представлены девятью слотами, по три слота каждый. Таким образом, пропускная способность каждого канала R = 12*3 = 36 кбит/с.

Судя по всему, скорость пакетных каналов управления и оповещения PACCH будет динамически изменяться в зависимости от того сколько TCH выделяется одному абоненту. Скажем лишь, что максимальная пропускная способность данного канала R = 5*12 = 60 кбит/с.

Итак, мы подошли к самому интересному – расчету основного трафика системы. Пусть к БС подключен всего один терминал передачи данных, тогда после запроса канального ресурса ему могут быть предоставлены все 20 слотов и 20 свободных кодов по смене частоты. Напомним, что поле Data пакета передачи данных на КУ составляет 250 бит. Тогда пропускная способность на канальном уровне в рамках одного слота равна R = 250*100 = 25кбит/с. Максимальная скорость же при использовании 20 слотов и 20 свободных частотно-временных кодов составляет R = 25*20*20 = 10 Мбит/с.

Представим все описанные выше ЛКС в виде таблицы.

Таблица 1. Логические каналы связи.

Категория КС	Канал связи
обозначение	тип	Наименование	обозначение	тип
BCCH	Широковещательный	Канал общей информации Канал подстройки частоты Канал временной синхронизации	BCCH FCCH SCH	вниз
CCCH	общий	Случайного доступа Вызова Разрешенного доступа	RACH/PRACH PCH/PPCH ACH/PACH	вверх вниз вниз
DCCH	выделенный	Выделенный КУ Пакетный ассоциированный КУ	DCCH PACCH	вверх/вниз
TCH	трафика	канал трафика	TCH	вверх/вниз