Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

передаче серий нулей «000…» синхронизация отсутствует. Сравнительно

прост в реализации. Для этого кода V1 ≤ V2; V1,max = V2.

Пример выполнения задания. Рассчитать время на передачу фиксированного объема информации в ТКС с применением различных самосинхронизирующих кодов, если известно:

Е = 4 Мбита – объем передаваемой информации (принимается одинаковым для всех ТКС). Сообщение состоит из чередующихся 2-х битовых серий одноименных битов (11001100...). Такая конкретизация необходима для оценки фактической пропускной способности линий связи с использованием различных СК;

V1 = 9600 бод – скорость изменения уровня сигналов в линии связи (принимается одинаковой для всех ТКС).

1. Сначала определим фактическую пропускную способность ТКС с применением различных СК.

Для ТКС с кодом NRZ: V21 = 1,5V1, (здесь коэффициент 1,5 учитывает заданное соотношение чередующихся битов и серий одноименных битов с длиной серии в два бита):

V21 = 1,5V1 = 1,5 × 9600 = 14400 бит/с.

Для ТКС с RZ-кодом:

V22 = 0,5V1 = 0,5 × 9600 = 4800 бит/с.

Для ТКС с манчестерским кодом:

V23 = 0,75V1 = 0,75 × 9600 = 7200 бит/с.

Для ТКС с биполярным кодом V24 = V1 (для определенности серии одноименных битов, состоящие из нулей, игнорируем):

V24 = 9600 бит/с.

2. Тогда время на передачу заданного объема информации в ТКС с указанными кодами будет:

T1 = E/V21 = 4000000/14400 = 277,8 с;

T2 = E/V22 = 4000000/4800 = 833,3 с;

T3 = E/V23 = 4000000/7200 = 555,6 с;

T4 = E/V24 = 4000000/9600 = 416,7 с.

Как видно, по этому показателю наиболее предпочтительным является NRZ-код, а наименее предпочтительным – RZ-код. Зато по качеству синхронизации, надежности распознавания и выделения принимаемых информационных битов оценка этих кодов будет противоположной.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по оценке времени на передачу фиксированного объема информации в ТКС с применением различных самосинхронизирующих кодов: NRZ-кода, RZ-кода, манчестерского кода, биполярного кода с поочередной инверсией уровня;

310

2)выбрать из таблицы 17.1 два числа (E и V1) по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

Таблица 17.1 – Варианты заданий

№	E – объѐм передаваемой	V1 – скорость изменения
задания	информации (Мбит)	уровня сигналов (бод)
1	3,4	9000
2	3,5	9100
3	3,6	9200
4	3,7	9300
5	3,8	9400
6	3,9	9500
7	4,0	9600
8	4,1	9700
9	4,2	9800
10	4,3	9900

3)определить V2 – фактическую пропускную способность ТКС с применением 4-ѐх различных СК в соответствии с методикой, изложенной

впримере и исходными данными, расположенными в таблице 17.1;

4)провести анализ полученных показателей V2 – фактической пропускной способности ТКС с применением 4-ѐх различных СК, сделать соответствующие выводы по эффективности каждого СК и определить оптимальный вариант;

5)определить T – время передачи заданного объема информации в ТКС с применением 4-ѐх различных СК в соответствии с методикой, изложенной

впримере и исходными данными, расположенными в таблице 7.1;

6)провести анализ полученных показателей T – времени передачи заданного объема информации в ТКС с применением 4-ѐх различных СК, сделать соответствующие выводы по эффективности каждого СК и определить оптимальный вариант;

7)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

8)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

311

Контрольные вопросы

1.Какова суть синхронизации связи в ТКС?

2.Как обеспечивается синхронная работа аппаратуры приемника и передатчика во времени?

3.Перечислите виды синхронизации в зависимости от способов решения этой проблемы.

4.Какая передача требует дополнительной линии связи для передачи синхронизирующих импульсов (СИ) стабильной частоты?

5.Что и как подстраивает каждый СИ в линии связи?

6.Какие передачи не требует дополнительной линии связи?

7.Как осуществляется передача данных в асинхронном режиме?

8.Чем достигается синхронизация приемника в асинхронном режиме?

9.Чем достигается синхронизация приемника при передача с автоподстройкой?

10.В чѐм заключается кодирование передаваемых данных с помощью СК?

11.Что используется для подстройки приемника при передаче данных с помощью СК?

12.Перечислите наиболее распространенные СК.

13.Перечислите показатели, использующиеся для характеристики и сравнительной оценки СК.

14.Нарисуйте графики кодирования примерного сообщения с помощью СК.

15.Охарактеризуйте NRZ-код.

16.Охарактеризуйте RZ-код.

17.Охарактеризуйте манчестерский код.

18.Охарактеризуйте биполярный код с поочередной инверсией уровня.

19.В биполярном коде с поочередной инверсией уровня синхронизация отсутствует при передаче серий единиц «111…» или передаче серий нулей «000…»?

20.Какой СК лучше по времени передачи заданного объема информации?

21.Какой СК лучше по качеству синхронизации, надежности распознавания и выделения принимаемых информационных битов?

Лабораторная работа № 18. РАСЧЁТ ВРЕМЕНИ ПОЛНОГО ЦИКЛА ОПРОСА/ВЫБОРА В СПУТНИКОВОЙ СЕТИ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки оценки времени полного цикла опроса/выбора в спутниковой сети с основными способами управления передачей данных между спутником и наземными радиотелеметрическими станциями при различных исходных данных;

2) рассчитать для конкреиных условий время одного цикла и время полного цикла опроса/выбора в спутниковой сети с дисциплиной управления сетью типа «первичный/вторичный» и циклическим опросом, провести анализ полученных показателей;

Краткие теоретические сведения

Спутниковые сети связи. Для управления передачей данных между спутником и наземными радиотелеметрическими станциями (РТС) используются следующие способы.

1. Обычное мультиплексирование – с частотным и временным разделением. В первом случае весь частотный спектр радиоканала разделяется на подканалы, которые распределяются между пользователями для передачи трафика. Во втором случае весь временной спектр делится между пользователями, которые по своему усмотрению распоряжаются предоставленными временными квантами (слотами).

2. Обычная дисциплина «первичный/вторичный» с использованием методов и средств опроса/выбора. В качестве первичного органа, реализующего такую дисциплину управления спутниковой связью, чаще выступает одна из наземных РТС. Цикл опроса и выбора занимает значительное время, особенно при наличии в сети большого количества абонентских систем (АС).

3. Дисциплина управления типа «первичный/вторичный» без

опроса с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени. Здесь слоты назначаются первичной РТС, называемой эталонной. Принимая запросы от других РТС, эталонная станция в зависимости от характера трафика и занятости канала удовлетворяет эти запросы путем назначения станциям конкретных слотов для передачи кадров.

4. Равноранговые дисциплины управления. Для них характерным является то, что все пользователи имеют равное право доступа к каналу и между ними происходит соперничество за канал.

К основным преимуществам спутниковых сетей связи относятся:

большая пропускная способность в гигагерцовом диапазоне частот;

обеспечение связи между станциями на очень больших расстояниях;

независимость стоимости передачи информации от расстояния между абонентами;

313

возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств.

Недостатки спутниковых сетей связи:

необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных;

наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из -за больших расстояний между спутником и РТС;

возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;

подверженность сигналов влиянию различных атмосферных

явлений.

Пример выполнения задания. Определить время полного цикла опроса/выбора в спутниковой сети при следующих исходных данных:

1)реализуется дисциплина управления сетью типа «первичный/вторичный» с циклическим опросом;

2)управление сетью осуществляется спутниковой ЭВМ;

3)спутник удален от поверхности Земли на Нсп = 22300 миль (1 миля =

1,609 км);

4)сигналы на участках «спутник-Земля» и «Земля-спутник» распространяются со скоростью Vc = 186 000 миль/с;

5)количество опрашиваемых наземных станций Nнс = 100.

Время полного цикла, в течение которого опрашиваются все наземные станции

Тпц = Тц × Nнс,

(18.1)

где Тц – время одного цикла, в течение которого опрашивается одна наземная станция; за это время сигнал опроса/выбора от спутника достигает станции и сигнал ответа на опрос от станции достигает спутника.

Следовательно,

Тц = 2 × Нсп /Vc;

Тц = 2 × 22300/186000 = 240 мс.

Используя формулу (18.1), окончательно получим:

Тпц = 240 × 100 = 24 с.

Как видно из расчѐтов время полного цикла опроса/выбора в спутниковой сети с дисциплиной управления сетью типа «первичный/вторичный» и циклическим опросом при заданных исходных данных составляет 24 секунды.

Выполнение лабораторной работы

Для получения зачѐта по лабораторной работе необходимо:

1)знать вышеизложенный теоретический материал по оценке времени полного цикла опроса/выбора в спутниковой сети с основными способами управления передачей данных между спутником и наземными радиотелеметрическими станциями при различных исходных данных;

314

2)выбрать из таблицы 18.1 три числа (Нсп, Vc и Nнс) по № задания, соответствующему № студента в журнале учебной группы (или другим способом по согласованию с преподавателем);

Таблица 18.1 – Варианты заданий

	№		Нсп – удаление спутника от		Vc – скорость		Nнс – количество
			поверхности Земли (км)		распространения		опрашиваемых
	задания
					сигнала (км/с)		наземных станций
1		35830		299792		50
2		35840		299792		60
3		35850		299792		70
4		35860		299792		80
5		35870		299792		90
	6		35880		299792		100
7		35890		299792		110
8		35900		299792		120
9		35910		299792		130
10		35920		299792		140
11		35930		299792		150

3)определить Тц – время одного цикла (опрашивается одна наземная станция) опроса/выбора в спутниковой сети с дисциплиной управления сетью типа «первичный/вторичный» в соответствии со своими исходными данными из таблицы 18.1 и методикой, изложенной в примере;

4)определить Тпц – время полного цикла (опрашиваются все наземные станции) опроса/выбора в спутниковой сети с дисциплиной управления сетью типа «первичный/вторичный» и циклическим опросом в соответствии со своими исходными данными из таблицы 18.1 и методикой, изложенной в примере;

5)провести анализ полученного показателя Тпц – времени полного цикла опроса/выбора в спутниковой сети с дисциплиной управления сетью типа «первичный/вторичный» и циклическим опросом;

6)материалы всей работы (отчѐт о работе) оформить в электронной среде MS Word, Paint, Visio или Рисование и сохранить на логическом диске D:/Студент/№ группы/ФИО студента/№ работы (а также создать копию отчѐта о работе на любом внешнем ЗУ) и представить преподавателю для защиты;

7)защитить результаты выполненной работы, ответить на контрольные вопросы.

Примечание. Только после представления отчѐта (результатов выполненной работы) в электронном виде преподавателю и еѐ защиты она считается выполненной.

315

Контрольные вопросы

1.Что собой представляют спутниковые сети связи?

2.Какие способы используются для управления передачей данных между спутником и наземными радиотелеметрическими станциями (РТС)?

3.Охарактеризуйте обычное мультиплексирование с частотным и временным разделением радиоканала.

4.Как организуется работа радиоканала с частотным разделением?

5.При каком разделении весь частотный спектр радиоканала разделяется на подканалы?

6.Между кем распределяются подканалы для передачи трафика?

7.Как организуется работа радиоканала с временным разделением?

8.Между кем распределяется весь временной спектр для передачи трафика?

9.Охарактеризуйте обычную дисциплину «первичный/вторичный» с использованием методов и средств опроса/выбора.

10.Что чаще всего выступает в качестве первичного органа, реализующего обычную дисциплину «первичный/вторичный» с использованием методов и средств опроса/выбора?

11.Какое время занимает цикл опроса и выбора при наличии в сети большого количества абонентских систем (АС)?

12.Охарактеризуйте дисциплину управления типа «первичный/вторичный» без опроса с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени.

13.Где назначаются слоты при реализации дисциплины управления типа «первичный/вторичный» без опроса с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени?

14.Кто назначает станциям конкретные слоты для передачи кадров при реализации дисциплины управления типа «первичный/вторичный» без опроса с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени?

15.Разъясните существо равноранговой дисциплины управления в спутниковой сети связи.

16.Перечислите основные преимущества спутниковых сетей связи.

17.Перечислите основные недостатки спутниковых сетей связи.

Лабораторная работа № 19. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ

Цель:

1) закрепить теоретические знания и получить практические навыки помехоустойчивого (избыточного) кодирования с использованием корректирующих (помехоустойчивых) кодов, которые применяется в вычислительных системах, сетях и телекоммуникациях для защиты от ошибок при передаче информации между устройствами;

2) научиться определять в заданном коде контрольные символы для обнаружения и исправления однократной ошибки и продемонстрировать обнаруживающую и корректирующую способность однократной ошибки кода Хэмминга в ошибочном (запрещѐнном) коде.

Краткие теоретические сведения

Среди многочисленных методов защиты от ошибок выделяются три вида методов:

1)групповые методы (мажоритарный метод и метод передачи информационными блоками с количественной характеристикой блока);

2)помехоустойчивое кодирование;

3)методы защиты от ошибок в системах передачи с обратной связью (с

решающей обратной связью и с информационной обратной связью).

Помехоустойчивое (избыточное) кодирование предполагает использование корректирующих (помехоустойчивых) кодов, которые применяется в вычислительных системах, сетях и телекоммуникациях для защиты от ошибок при передаче информации между устройствами.

Существует большое количество помехоустойчивых кодов, отличающихся по своим корректирующим возможностям.

Наиболее важные показатели корректирующих кодов:

значность кода (m – длина кодовой комбинации) включает информационные символы п и проверочные (контрольные) символы К. Обычно значность кода т есть сумма: т = К+ п;

избыточность кода Кизб, выражаемая отношением числа контрольных символов в кодовой комбинации к значности кода: Кизб = К / т = К /(К+ п), из этого следует: Кизб < 1 (относительная величина);

корректирующая способность кода Ккс, представляющая собой отношение числа кодовых комбинаций L, в которых ошибки были обнаружены и исправлены, к общему числу переданных кодовых

комбинаций М в фиксированном объеме информации: Ккс = L / М.

Выбор корректирующего кода для его использования в данной ТКС зависит от требований по достоверности передачи информации. Для правильного выбора кода необходимы статистические данные о закономерностях появления ошибок, их характере, численности и распределении во времени.

317

Используем понятие кодового расстояния между кодовыми словами. Кодовое расстояние d между двумя словами равно числу разрядов, в которых рассматриваемые слова различаются между собой. Из статистики следует, что наиболее эффективны для информационных систем коды, обнаруживающие и исправляющие однократные ошибки.

Для обнаружения однократной ошибки (в одном информационном разряде) достаточно выбрать разрешенное и запрещѐнное слова, которые отличаются друг от друга в двух разрядах (1-ом информационном и 1-ом контрольном), т.е. кодовое расстояние между этими кодовыми словами должно быть d = 2.

Для исправления однократной ошибки достаточно выбрать разрешенное и запрещѐнное кодовые слова так, чтобы они находились друг от друга на кодовом расстоянии d ≥ 3 (1 информационный и ≥ 2-ух контрольных), а разрешенным кодовым словам поставить в соответствие все запрещенные слова, находящиеся от них в информационной части на кодовом расстоянии d = 1 (ошибки в одном информационном разряде).

Пример выполнения задания. В качестве примера рассмотрим метод кодирования и декодирования информации для обнаружения одиночной ошибки и метод кодирования и декодирования информации для обнаружения и исправления одиночной ошибки с помощью двоичного кода Хэмминга.

Для обнаружения одиночной ошибки достаточно ввести в исходный код, например 10111101, один контрольный разряд K1 с весом 20=1, который

займѐт позицию (разряд) № 1, сдвинув весь исходный код ni, i 1,8 (1 байт)

на один разряд вправо, тогда i 2,9 (нумерация позиций кодовой комбинации – слева направо). Контрольный разряд K1 должен удовлетворять условию (K1+∑ni)mod2=0, i 2,9 . Для нашего примера в избыточном разрешѐнном коде К1=0. Эти преобразования показаны в таблице 19.1.

Таблица 19.1 – Преобразования кода для обнаружения одиночной ошибки

				Формирование кодов
№№ разрядов	1			2	3	4	5	6	7			8	9	Кодирование
Исходный код	1			0	1	1	1	1	0			1	Не	и
													занят	декодирование
														( ∑n)mod2=?
К1 и ni		К1		n2	n3	n4	n5	n6		n7		n8	n9
Разрешѐнный														Кодирование
	0			1	0	1	1	1	1			0	1
код К1=0														( ∑n)mod2=0
Запрещѐнный														Декодирование
	1			1	0	1	1	1	0			0	1
код К1=1														( ∑n)mod2=1

Введѐм в информационной части кода одиночную ошибку, например в 7-ом разряде n7 (заменим 1 на 0). Получим запрещѐнный код, в котором контрольный разряд изменится на К1=1. Это свидетельствует об обнаружении одиночной ошибки при передаче разрешѐнного кода.

318

Такой метод кроме одиночной ошибки позволяет обнаружить число ошибок кратное 3, т.е. 3, 6, 9 и т.д.

Далее рассмотрим порядок кодирования и декодирования информации при использовании двоичного кода Хэмминга, обнаруживающего и исправляющего одиночные ошибки (см. таблицу 19.2).

При этом количество контрольных символов в кодовой комбинации должно быть таким, чтобы в процессе декодирования сформированное корректирующее число (в 2-ой системе счисления) могло указать позицию кодовой комбинации с максимальным номером. Например, для 8-ми информационных разрядов потребуется 4-е контрольных. Таким образом, в кодовой комбинации позиция с наибольшим номером будет 8+4=12=1100(2).

Для обнаружения и исправления одиночной ошибки необходимо ввести в исходный код, например 10111101, четыре контрольных разряда K1, K2, K4, K8, соответственно с весами 20=1, 21=2, 22=4, 23=8. Они займут

позиции (разряды) с №№ 1, 2, 4, 8, сдвинув разряды исходного кода ni, i 1,8 (1 байт) вправо в свободные позиции 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, не занятые контрольными разрядами (нумерация позиций кодовой комбинации – слева направо). Эти преобразования показаны в таблице 19.2.

Значения контрольных символов при кодировании определяются путем контроля на четность количества единиц в информационных разрядах кодовой комбинации. Значение контрольного символа Ki =0, если количество единиц будет четным ( ∑ ni)mod2=0, и Ki =1 при нечетном количестве единиц в соответствии с формулой ( ∑ ni)mod2=1, отдельно для каждого i = 1, 2, 4, 8, где ni – значения информационных разрядов i = 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12.

При определении значения 1-го контрольного символа К1, размещаемого на 1-й позиции кодовой комбинации, проверяются на четность информационные позиции с нечетными номерами 3, 5, 7, 9, 11, двоичные изображения номеров которых содержат единицу в младшем разряде (0011, 0101, 0111, 1001, 1011). При определении значения 2-го контрольного символа К2, размещаемого на 2-й позиции кодовой комбинации, проверяются на четность информационные позиции 3, 6, 7, 10, 11, двоичные изображения номеров которых содержат единицу во 2-м разряде (0011, 0110, 0111, 1010, 1011). Значение 3-го контрольного символа, размещаемого на 4-й позиции кодовой комбинации К4, определяется путем контроля на четность информационных позиций 5, 6, 7, 12, двоичные изображения номеров которых содержат единицу в 3-м разряде (0101, 0110, 0111, 1100). Аналогично устанавливается значение 4-го контрольного символа К8 (см. таблицу 19.2).

Введѐм ошибку в 10-ом информационном разряде n10 разрешѐнного кода (заменим 1 на 0), получим запрещѐнный код. Его необходимо декодировать на приѐмном устройстве.

В процессе декодирования формируется корректирующее число (КЧ), разрядность двоичного изображения которого устанавливается по указанному выше правилу (в нашем примере 12(10)=1100(2)). Значения

319