Компьютерный интерфейс передачи в системе персонального радиовызова общего пользования - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Государственный комитет РФ по связи и информатизации
Архангельский колледж телекоммуникаций
Санкт-Петербургского государственного университета
телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Допущен к защите
"_____"__________________1999г.
Зав. Отделением______________
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
НА ТЕМУ
"Компьютерный интерфейс передачи
системы ПРВ ОП"
Рецензент___________________________________ (____________________)
Консультант_________________________________________ ( Ганичев М. Я. )
Дипломант_____________________________________ ( Пономаренко Е. В. )
Архангельск
1999г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Обзор сетей ПРВ. 4
2 Стандарт ПРВ POCSAG.
10
3 Компьютерный интерфейс передачи.
1 Аппаратное обеспечение.
14
1 Программное обеспечение.
1 Формат сообщения.
19
1 Подготовка программы к работе с пейджером.
24
3.2.3 Программа расчёта контрольных бит.
4 Лабораторная работа: "Формат записи протокола POCSAG." 32
5 Лабораторная работа: "Организация локальной или
корпоративной сети ПРВ"
32
6 Охрана труда при работе системы.
39
Заключение.
Литература.
ВВЕДЕНИЕ.
В данной дипломной работе я отразил систему организации компьютерного
интерфейса сетей ПРВ ОП, о так же основные принципы построения сетей
персонального радиовызова. Тематика компьютерного интерфейса передачи
данных вызвала у меня интерес к написанию проекта в связи с
прогрессивностью и актуальностью темы.
Система персонального радиовызова (в данном случае по средствам
пейджера) является удобной технологической разработкой, для той части
нашего общества, которой необходимо по профессиональным или иным причинам
постоянно находиться в "поле зрения" организации или группы лиц. Система
персонального радиовызова, с момента разработки, сразу же нашла применение
среди спецслужб, врачей и т.д. Радиус действия обычно ограничивался по
площади объекта (больница, завод, охраняемая территория и т.п.)
Пользователями системы персонального радиовызова становилось всё большее
количество людей, увеличивалась и зона обслуживания. В наши дни СПРВ
используется в основном рядовыми гражданами. Такое расширение системы
привело к понятию СПРВ ОП, – что означает система персонального радиовызова
общего пользования.
Целью дипломного проекта является практическая реализация аппаратно-
программного интерфейса передачи данных в формате протокола POCSAG, а так
же наработка практических навыков и теоретических знаний по организации и
эксплуатации сети персонального радиовызова на базе персонального
компьютера, программного обеспечения, устройства сопряжения, возбудителя ВО-
71, умножителя частоты на 10 (совместно с антенной) и 2-х пейджеров NEC-
26B. Целью проекта, так же является разработка методических указаний по
выполнению лабораторных работ по темам: "Формат записи протокола POCSAG" и
"Организация локальной или корпоративной сети ПРВ".
1 ОБЗОР СЕТЕЙ ПРВ.
В зависимости от количества абонентов варианты построения СПРВ
подразделяются: на малые, средние и большие системы. Пример построения
малой системы приведен на рисунке 1.
[pic]
Рисунок 1. Малая система ПРВ.
Малая система рассчитана на обслуживание 150-250 абонентов. Она
состоит из автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, базовой
передающей станции и антенно-фидерного тракта. Функциональные возможности
(определяемые установленным программным обеспечением) АРМ следующие:
набор и отправка сообщений на текстовой и цифровой пейджер;
длинна сообщения до 400 символов (конкретная программа);
групповые сообщения;
подготовка сообщений с клавиатуры или из файла;
нумерация сообщений;
встроенный кодировщик POCSAG-сигнала;
операционная система - DOS/WINDOWS;
Пример построения большой системы показан на рисунке 2. Информация,
передаваемая на пейджер, поступает в пейджер-центр следующим образом:
с городского телефона;
с удаленных терминалов;
с городских справочных служб;
роуминг с другими пейджинг-центрами;
через электронную почту INTERNET-mail.
Сообщения через городскую АТС по многоканальной линии поступает на
офисную АТС операторского зала.
При передаче сообщения с помощью городского телефона пользователь
сообщает оператору номер пейджера, на который надо передать сообщение, и
непосредственно текст самого сообщения. Оператор вводит номер пейджера и
сообщение в компьютер. С компьютера информация через концентратор локальной
вычислительной сети и центральный диспетчерский пульт, поступает на
пейджинг-терминал, который кодирует сообщение, предназначенное для отправки
на пейджер, в формат протокола передачи данных (например, POCSAG) и
передает сформированные данные на передатчик, предназначенный для
преобразования кодированных сообщений в высокочастотный сигнал, его
усиления и передачи на АФУ для излучения в эфир на пейджеры и
ретрансляторы.
При наличии телефона с DTMF прием цифровых сообщений может быть
автоматическим. При таком способе приема сообщений пользователь после
набора номера пейджер-центра подключается к оператору-автомату DTMF. При
наборе пользователем номера пейджера и сообщения с помощью кнопок телефона
оператор-автомат DTMF автоматически фиксирует сообщение и передает на
концентратор ЛВС для последующей передачи на пейджер.
Сообщения, пришедшие с удаленных терминалов, других пейджер-центров
или из электронной почты INTERNET коммутируются на соответствующие серверы,
а с них на концентратор ЛВС. Все это происходит автоматически.
Для предоставления абонентам справочной информации в пейджер-центрах
существует справочная служба, которая позволяет реализовать получение
абонентами пейджеров справочной информации по следующим разделам:
авиа и ж/д справки;
справки о телефонах и адресах;
данные о цене купли-прадаже наличной валюты в банках города;
сведения о рецептуре культурных и зрелищных учреждений;
справка - как проехать по городу.
Справочная информация в пейджинг-центр поступает из городских
справочных служб к оператору справочной службы, который формирует и
отправляет справочную информацию на пейджеры абонентов.
Сравнительная характеристика стандартов СПРВ
Сегодня для систем персонального радиовызова в России, как и во всём
мире, используется несколько стандартов, сравнительные характеристики
которых приведены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительная характеристика стандартов СПРВ
|Характеристики: |POCSAG |ERMES |FLEX |
|Скорость данных, бит/с |512,1200,2400 |6250 |1600,3200,6400 |
|Максимальное число |82000 при |104000 |167000 при |
|10-разряд-ных цифровых |скорости 2400 | |скорости6400 |
|сообщений в час |бит/с | |бит/с |
|Максимально допустимое время |1,95; 0.83; |2,8 |10 при любой |
|прерывания сообщения, мс |0.42 | |скорости |
|Срок службы батарей, мес. |1 |5 |5 |
|Роуминг |Нет |Да |Да |
|Оптимизация загрузки системы |Нет |Да |Да |
|Нумерация сообщений |Нет |Да |Да |
|Передача времени и даты |Нет |Да |Да |
|Динамический групповой вызов |Нет |Да |Да |
|Индикатор длинны сообщения |Нет |Нет |Да |
|Контрольные суммы |Нет |Нет |Да |
Наиболее перспективным является стандарт FLEX. Он имеет ряд
существенных преимуществ, таких как: высокую емкость и устойчивость к
помехам, наличие синхронного режима работы, совместимость с существующими
протоколами, возможность поддержки усовершенствованных услуг в будущем.
FLEX представляет собой семейство протоколов беспроводной передачи
данных, применение которого позволяет значительно увеличить эффективность
использования частотного канала, снизить стоимость пейджинговой системы,
предложить дополнительные услуги по беспроводной передаче данных. Кроме
того, FLEX - расширяемый протокол, и в будущем он станет базовой
платформой.
2 СТАНДАРТ СИСТЕМЫ ПРВ POСSAG.
Во второй половине 70-х годов по инициативе British telecom с целью
объединения производителей пейджингового оборудования для создания
стандарта, соответствующего требованиям рынка, была образована специальная
группа - Post Office Code Standartisation Advisory Group. Ее аббревиатура
POCSAG и дала название новому протоколу, спецификации которого были
опубликованы в 1978 г. Первоначально код предназначался для передачи
тональных сообщений со скоростью 512 бит/с. Но уже годом позже, в 1979 г.,
он был адаптирован для передачи цифровых и буквенно-цифровых сообщений.
Разработка не была запатентована и стала использоваться в ряде стран в
качестве стандарта.
В 1982 г. этот стандарт был утвержден Международным консультативным
комитетом по радиосвязи Международного союза электросвязи, как
международный стандарт, получил наименование Radio Paging Code N1 или
сокращенно RPCN1. Однако это название протокола встречается, в основном, в
сугубо официальных документах и вряд ли известно широкому кругу. Но сам
факт признания POCSAG на таком уровне объясняет то, что этот протокол
сегодня используется в подавляющем большинстве пейджинговых систем, оставив
позади собственные разработки протоколов фирм Motorola и NEC. Основными
преимуществами этого формата по сравнению с другими форматами того времени
были скорость, эффективный алгоритм исправления ошибок и большее число
производителей оборудования. Впоследствии с целью увеличения количества
передаваемых сообщений протокол был адаптирован для передачи со скоростью
1200 бит/с, а затем, в начале 90-х годов, со скоростью 2400 бит/с. В
качестве модуляции используется частотная манипуляция.
Как и любой метод однонаправленной передачи информации, POCSAG
использует метод прямого исправления ошибок. Как известно, цифровые данные
обычно собираются в слова, которые, в свою очередь, группируются в блоки.
Одним из самых простых методов обнаружения/исправления ошибок является
добавление избыточных битов. Например, цифровое слово из восьми бит может
содержать один избыточный. Этот бит вставляется для определения, четное или
нечетное число “единиц” в слове с целью выявления возможной ошибки. Для
более наглядной иллюстрации представим, что передается семизначное слово
“1100011”. Общее число “единиц” в нем равно четырем. Тогда для проверки на
четность избыточный бит должен быть равен “0”, так что слово будет иметь
вид “11000110”. И, наоборот, для проверки на нечетность этот бит, равен “1”
и общее слово соответственно выглядит как “11000111”. Приемники пейджеров
обычно работают в условиях большого уровня помехи и число ошибок довольно
высоко (примерно одна ошибка на 15-18 передаваемых битов). Для борьбы с
этим должны применятся более эффективные способы. В протоколе POCSAG в 32-
битных кодовых словах используется циклический линейный код БСН 32,21
(получивший название по имени создателя Боуз-Чхоудхури-Хоквингем или просто
БЧХ), где 32 - общая длина слова, из них: 21 - число информационных бит в
слове, а 11 - избыточные биты.
Структура протокола POCSAG показана на рисунке 4.
В начале каждой передачи стоит преамбула длинной не менее 576 бит,
представляющая собой последовательность 10101010... Во время ее передачи
пейджер переводится в режим “Прием сообщения”, причем в интервале приема
преамбулы осуществляется тактовая синхронизация. После этого следует
передача “пачек” (batch), число которых произвольно.
Каждая “пачка” состоит из слова синхронизации в ее начале и восьми
кадров (фреймов). Так как слово синхронизации по длине равно одному 32-
битному слову, то “пачка” состоит из 17 слов. Структура кадра такова, что
каждому из них (пронумерованному 0-7) соответствует группа пейджеров. Это
означает, что каждый индивидуальный пейджер оказывается постоянно
закрепленным за конкретным кадром и будет “слушать” адресную информацию
только в своем собственном кадре. Кадр состоит из двух кодовых слов: адреса
пейджера и сообщения плюс избыточные биты. Когда в кадре отсутствует
сообщение, вместо адреса передается незанятое кодовое слово, имеющее
определенный протоколом формат.
Длина адресной части равна 18 бит, но действительный адрес пейджера
равен 21 биту. Обычно эти три избыточных бита служат для определения номера
фрейма, содержащего адрес пейджера. Например: три разряда в двоичном
исчислении “000” обозначает первый фрейм, “001”-второй и т.д. “111”
обозначает восьмой фрейм.
Функциональные биты обычно используются для того, чтобы разрешить
передачу многократных сообщений на один пейджер, таких как разные коды
тональных посылок (“бипов”). Длина информационного поля в слове равна 20
бит, однако это не ограничивает размер сообщения, и в случае необходимости
может быть передано дополнительное кодовое слово. Если нет, то сообщение
заканчивается передачей в кадре следующей “пачки”.
Структура кодовых слов приведена на рисунке 5.
В настоящее время протокол POCSAG применяется почти во всех странах,
где используются системы персонального радиовызова. По разным оценкам,
пейджинговым сетям на основе этого протокола принадлежит 70-80% рынка. И
поскольку популярность этого вида связи растет (к концу столетия
прогнозируется удвоение числа пользователей, и оно достигнет 200 млн.),
появляются новые требования, например, передача файлов больших объемов. Все
это приводит к значительному увеличению нагрузки системы, и POCSAG
перестает соответствовать реалиям нынешнего времени. Так, при трафике
средней плотности, на одном радиоканале, использующем максимальную для
протокола скорость 2400 бит/с, без потери качества обслуживания можно
разместить примерно 20-25 тыс. пользователей. Поэтому надо ожидать, что
следующий этап развития систем персонального радиовызова принадлежит
высокоскоростным протоколам FLEX и ERMES.
3 КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНТЕРФЕЙС ПЕРЕДАЧИ
3.1 АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Цифровой характер передаваемой информации позволяет в качестве
интерфейса создания сообщения использовать персональные компьютеры.
Существует множество программных продуктов данной тематики. Для учебно-
демонстрационных целей, на мой взгляд, наиболее приемлемой оказалась
программа РЕ. Программа PE предназначена для создания пейджинговых
сообщений в формате протокола POGSAC, а совместно с модулем сопряжения и
аппаратурой организации радиоканала существует возможность трансляции
информации по стандартному телеграфному каналу к базовой радиопередающей
станции. Программа представляет собой удобный интерфейс передачи данных и
может использоваться не только в учебных целях. Непосредственно сама
программа формирует на выходе последовательного порта компьютера (разъём RS-
232) последовательность посылок напряжения в формате протокола POCSAG, т.е.
создаёт полноценные пачки сообщения по всем стандартам данного протокола.
С последовательного порта снимаются двуполярные импульсы с
напряжением ±12 вольт. Для создания стандартного телеграфного канала
используется устройство сопряжения (ключ), которое совместно с аппаратурой
организацией радиоканала преобразует импульсы с последовательного порта в
формат ±60 вольт. Сигналы с устройства сопряжения (УС) подаются на базовую
передающую радиостанцию (смотри рисунок 6), далее по антенно-волноводному
тракту (АВТ) на антенну и в эфир.
[pic]
Рисунок 6. Схема подключения устройств.
Аппаратное обеспечение применимое для передачи сообщения это
последовательный порт компьютера и устройство сопряжения. Понятие –
последовательный порт – означает, что информация передаваемая в порт в
двоичном виде записывается последовательно, т.е. двоичное слово выводится
побайтно, начиная с младших разрядов к старшим разрядам. Для разделения
слов используются старт-стоповые биты. Возможна проверка на чётность
(структура передаваемых слов с последовательного порта предоставлена на
рисунке 8).
Рисунок 7. Внешний вид последовательного порта СОМ-1
Формат протокола POCSAG имеет свой формат организации данных в
двоичной форме, нежели стандартные возможности последовательного порта,
поэтому запись информации в порт происходит не на информационный вывод, а
на вывод управления передатчиком. Вызвано это тем, что на информационном
выводе последовательного порта возможна организация передачи данных только
в соответствии с форматом представленном на рисунке 8. Вывод управления
передатчиком позволяет побитно записывать данные в последовательный порт и
в ‘ручную’ создавать форматы сообщения. Структура последовательного порта
такова, что информация, выводимая с компьютера, выглядит как двуполярные
импульсы напряжения с размахом ±12 вольт.
|Стартовый|5-8 битовое слово данных |Бит |Стоповый |
|бит - 0 | |чётности |бит: 1, 1.5|
| | | |или 2 |
Рисунок 8. формат данных последовательного порта.
Внешний вид последовательного порта СОМ-1 с обозначением выводов
показан на рисунке 7, а назначение выводов в таблице 2. Для создания
стандартного телеграфного канала используется модуль сопряжения (ключ),
который управляет схемой тонального усилителя выпрямителя в аппаратуре
организации радиоканала.
Устройство сопряжения представляет собой электронный ключ и усилитель
выпрямитель аппаратуры организации радиоканала. В целях безопасности и
предотвращения протекания больших токов в порт, ключ выполнен с применением
оптопары.
Принципиальная схема устройства сопряжения предоставлена в рисунке 9.
Таблица 2. Обозначения выводов портов СОМ на 9 и 25 выводов.
|Номер |Названи|Назначение вывода. |Входной|
|вывода. |е. | |или |
| | | |выходно|
| | | |й. |
|9 |25 | | | |
|выво|выво| | | |
|дов |дов | | | |
|1 |8 |DCD |Входной канал. Обнаружение несущей данных |Вход. |
| | | |(детектирование принимаемого сигнала). | |
|2 |3 |RxD |Данные, принимаемые компьютером в |Вход. |
| | | |последовательном коде (логика | |
| | | |отрицательная). | |
|3 |2 |TxD |Данные, передаваемые в последовательном |Выход. |
| | | |коде (логика отрицательная.) | |
|4 |20 |DTR |Готовность выходных данных. |Выход. |
|5 |7 |SG |Сигнальное заземление, нулевой провод. |( |
|6 |1 |DSR |Готовность данных. Используется для задания|( |
| | | |режима
|
