Πρωτόκολλο Επικοινωνίας

Transcript

1 NMEA National Maritime Electronics Association Προδιαγραφές για την επικοινωνία μεταξύ ηλεκτρονικών συσκευών (σόναρ, ανεμόμετρα, γυροσκόπια, GPS) Πρότυπο 0183 και 2000

2

3 Πρωτόκολλο Επικοινωνίας Χρησιμοποιεί σειριακό πρωτόκολλο για την μετάδοση δεδομένων από έναν ομιλητή σε πολλούς παραλήπτες. Αποστολή δεδομένων 1 bit κάθε φορά Δομή Μηνύματος Η έναρξη κάθε μηνύματος σηματοδοτείται με το $ Οι επόμενοι 5 χαρακτήρες δείχνουν τον αποστολέα (2) και τον παραλήπτη (3) Τα πεδία δεδομένων χωρίζονται με κόμμα Εάν περιλαμβάνεται checksum τότε το μήνυμα ολοκληρώνεται με αστερίσκο και την τιμή του ελέγχου ακεραιότητας

4 Παράδειγμα Μηνύματος $GPAAM,A, 0.10,N,WPTNME*32 GP Talker ID (GP - GPS unit) AAM Arrival alarm A Arrival circle entered 0.10 Circle radius N Nautical miles WPTNME Waypoint name *32 Checksum data

5 Έλεγχος Ακεραιότητας - Checksum Έλεγχος ακεραιότητας Από μια ομάδα δεδομένων προκύπτει μικρότερο τμήμα δεδομένων με πρόθεση την ανίχνευση σφαλμάτων τα οποία μπορεί να εισήχθησαν κατά την αποστολή ή την αποθήκευση Δεν εξασφαλίζει αυθεντικότητα Σε περίπτωση έστω και μικρής αλλαγής των δεδομένων διαφοροποιείται σημαντικά η σύνοψη

6

7 Υποσυστήματα Κόμβου CPU Μικροεπεξεργαστής Αντιλαμβάνεται τα μηνύματα που εισέρχονται και αποφασίζει ποια μηνύματα θα αποσταλούν Συνδέει αισθητήρες και ενεργοποιητές (actuators) CAN controller (συχνά ανήκει στον μικροεπεξεργαστή) Αποθηκεύει την εισερχόμενη πληροφορία μέχρι να λάβει το σύνολο του μηνύματος το οποίο και μεταφέρει στον μικροεπεξεργαστή (με χρήση interrupt). Μεταδίδει τα προς αποστολή bits σειριακά στο δίαυλο όταν αυτός είναι ελεύθερος Πομποδέκτης - Transceiver Δημιουργεί / μετατρέπει τα ηλεκτρικά σήματα ανάλογα με την ροή δεδομένων

8 Πρόσβαση στο Μέσο Η πρόσβαση στο μέσο γίνεται με τρόπο δανεισμένο από τον τρόπο που χρησιμοποιείται από το CAN bus Controller Area Network (CAN), το οποίο χρησιμοποιείται σε πλήθος εφαρμογών με αισθητήρες (π.χ. στα αυτοκίνητα)

9 CAN Bus Επικοινωνία «ένας προς πολλούς» χωρίς την απαίτηση για κεντρικό υπολογιστή

10

11 Πρωτόκολλο Πρόσβασης στο Δίαυλο Πώς θα μπορεί να μιλήσει οποιαδήποτε από τις διασυνδεδεμένες συσκευές χωρίς να αλληλοακυρώνει το ένα μήνυμα το άλλο; Πώς θα υπάρξει κάποια προτεραιότητα στη μετάδοση δεδομένων με βάση τον αποστολέα χωρίς απώλεια χρόνου; Εάν η προτεραιότητα με βάση τις συσκευές είναι η αποτελεσματική;

12 Πρόσβαση στο Δίαυλο (1/2) Χρησιμοποιείται μη απωλεστική διαιτησία σε επίπεδο bit (lossless bitwise arbitration contention resolution) Όλοι οι κόμβοι μπορούν να μεταδώσουν και αντιλαμβάνονται τα bits που αποστέλλονται από άλλους στο δίαυλο Η τιμή ενός bit χαρακτηρίζεται ως κυρίαρχη (dominant) ή υποχωρητική (recessive) Το λογικό 0 είναι κυρίαρχο σε σχέση με το λογικό 1 το οποίο είναι υποχωρητικό (π.χ. όταν πολλαπλασιαστούν δύο τιμές μεταξύ τους)

13 Πρόσβαση στο Δίαυλο (2/2) Εάν αποσταλούν ταυτόχρονα 0 από έναν κόμβο και 1 από κάποιον άλλον κόμβο θα επικρατήσει και θα μεταδοθεί το 0 Επειδή όλοι κόμβοι ακούνε τα δεδομένα που μεταδίδονται στο δίαυλο Ο κόμβος που αποστέλλει το μήνυμα με την μεγαλύτερη προτεραιότητα (λογικό 0 στο bit που προέκυψε διαφοροποίηση) συνεχίζει να αποστέλλει το μήνυμα του κανονικά Ο κόμβος που αποστέλλει το μήνυμα με την μικρότερη προτεραιότητα (λογικό 1 στη θέση bit που προέκυψε διαφοροποίηση) σε περίπτωση ταυτόχρονης μετάδοσης με μήνυμα υψηλότερης προτεραιότητας παύει να μεταδίδει (αφού αντιλαμβάνεται ότι αλλοιώθηκε το μήνυμα του) και θα ξαναπροσπαθήσει μετά από χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί σε 6 bits από το πέρας του μηνύματος Ο κόμβος ο οποίος αποστέλλει το πρώτο 1 χάνει στη διεκδίκηση της πρόσβασης στο δίαυλο

14 Δομή Μηνύματος CAN Πεδίο διαιτησίας Πεδίο ελέγχου (μήκος δεδομένων) Δεδομένα CRC Ένδειξη τέλους πλαισίου

15 Παράδειγμα Θεωρούμε ένα δίκτυο όπου οι συσκευές λαμβάνουν αναγνωριστικά των 11 bits (στο CAN 2.0 τα αναγνωριστικά περιέχουν 29 bits) Όσο μικρότερο είναι το ID τόσο μεγαλύτερη προτεραιότητα έχει ο κόμβος Έστω ότι επιθυμούν να αποστείλουν δεδομένα οι συσκευές 15 και 16

16 Επιβεβαίωση λήψης μηνύματος Ack Η επιβεβαίωση αφορά την ορθή λήψη ενός πλήρους πλαισίου έστω από έναν δέκτη Κάθε κόμβος με την ορθή λήψη του μηνύματος αποστέλλει 0 (dominant) κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου bit (ack bit), μετά τον έλεγχο CRC του μηνύματος Αλλιώς στέλνει 1 (recessive) Αρχικά στη θέση αυτή ο πομπός εισάγει 1 (recessive) Με αυτόν τον τρόπο ο πομπός είτε αντιλαμβάνεται ότι ούτε ένας δέκτης δεν έχει λάβει σωστά το μήνυμα Έστω ένας δέκτης έχει λάβει σωστά το μήνυμα

17 Παράδειγμα Εάν σε ένα δίαυλο έχουμε ταχύτητα 20Kbps, σε πόσο χρόνο θα έχει ολοκληρώσει την αποστολή μηνύματος ο κόμβος 13, εάν επιθυμούν να αποστείλουν ταυτόχρονα και οι κόμβοι 5, 9, 11 και 17. Έστω ότι το συνολικό μήκος των πακέτων είναι 16 Bytes.

18 Αποστέλλουν οι κόμβοι 5, 9, 11 και 13 Μεσολαβούν παύσεις των 6 bits Συνολικά 4*16*8+3*6 50Kbps

19 Ρυθμός Μετάδοσης Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται ρυθμός μέχρι και 1Mbps σε απόσταση 40μ Με αύξηση της απόστασης ο ρυθμός υποβιβάζεται π.χ. στα 125Kbps για τα 500μ Ένας εναλλακτικός τρόπος απόδοσης προτεραιότητας είναι με την προθεσμία υλοποίησης του μηνύματος

20 Ναυτιλιακά Δορυφορικά Συστήματα Επικοινωνιών INMARSAT

21 Inmarsat INMARSAT PLC διεθνής εταιρεία παροχής τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών Παρέχει υπηρεσίες τηλεφωνίας δεδομένων GMDSS Γιατί χρησιμοποιείται Κορεσμός στα MF/HF Ευρύτερη γεωγραφική κάλυψη Αξιοπιστία Διασφάλιση απορρήτου επικοινωνιών Δυνατότητα διασύνδεσης με τα ενσύρματα επίγεια δίκτυα

22 Υπηρεσίες Φωνή και Fax Πρόσβαση στο Internet, , FTP Παρακολούθηση θέσης και κατάστασης (tracking) Σύστημα Επίβλεψης Σκαφών (Vessel Monitoring System) Σύστημα Αναγνώρισης και Εντοπισμού Μακράς Απόστασης (Long Range Identification and Tracking) Ασφάλειας

23 Παρεχόμενες Λειτουργίες ανά Υπηρεσία

24 Υποσυστήματα Διαστημικό δίκτυο δορυφόρων γεωσύγχρονης τροχιάς (κάλυψη μέχρι και 85 ο Βόρεια και Νότια) Επίγειοι σταθμοί ξηράς και Παράκτιοι σταθμοί (σε πάνω από 29 χώρες) LES / CES Land Earth Station / Coast Earth Station Κέντρο Διαχείρισης Δικτύου (Λονδίνο) Network Operation Center Τερματικά κινητοί σταθμοί Mobile Earth Stations

25

26

27

28 Υποσύστημα Διαχείρισης Σύνδεσης Βελτιστοποίηση χρήσης σύνδεσης Συμπίεση σε πραγματικό χρόνο Χρήση caching Ασφάλεια Firewall Έλεγχος υπηρεσιών και ιστοτόπων Λειτουργία πύλης (gateway) Έλεγχος πρόσβασης με ογκοχρέωση / χρονοχρέωση Προπληρωμένες υπηρεσίες ritime_gsm_solutions.pdf

29

30 Ψηφιακή Διαμόρφωση Σε κάθε σύστημα ψηφιακής μετάδοσης μια από τις πιο βασικές λειτουργίες είναι η διαμόρφωση του φέροντος Ανάλογα με το χαρακτηριστικό του φέροντος που διαφοροποιείται έχουμε τα ακόλουθα είδη διαμόρφωσης: Κατά πλάτος (Amplitude Shift Keying) Κατά συχνότητα (Frequency Shift Keying) Κατά φάση (Phase Shift Keying)

31 Είδη Διαμόρφωσης

32 Πόσα bits μπορεί να αντιστοιχούν σε μία εναλλαγή του φέροντος (FSK);

33 Πόσα bits μπορεί να αντιστοιχούν σε μία εναλλαγή του φέροντος (PSK);

34 QAM: Συνδυασμός ASK & PSK Quadrature Amplitude Modulation Διαφοροποίηση πλάτους και φάσης Διάγραμμα αστερισμού (constellation diagram)

35 Ερώτηση Ποια είναι τα πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα χρήσης 64QAM σε σχέση με την 16QAM; Ως προς την ταχύτητα μετάδοσης (σύμβολα / Hertz) Ως προς την δυνατότητα κατανόησης του εκπεμπόμενου συμβόλου και την αντιμετώπιση του θορύβου από το δέκτη