Указания к отчету

Отчет должен содержать:

1. Ф.И.О. студента, номер группы, дату выполнения работы.

2. Название и цель работы.

3. Название основных элементов сети IEEE 802.15.1 (Bluetooth).

4. В чем заключается концепция «пикосети».

5. Скорость передачи данных в сети IEEE 802.15.1 (Bluetooth) при соединении компьютера и телефона.

6. График зависимости скорости передачи в сети IEEE 802.15.1 (Bluetooth) от расстояния между абонентами (не менее 3 точек).

7. Скорость передачи данных в сети IEEE 802.15.1 (Bluetooth) при соединении двух компьютеров.

8. График зависимости скорости передачи в сети IEEE 802.15.1 (Bluetooth) от расстояния между абонентами (не менее 3 точек).

9. Выводы по работе

Контрольные вопросы

2. Назовите основное назначение Bluetooth?

3. Какая информацию может передаваться по сети Bluetooth?

4. Поясните концепцию пикосети используемого в сети Bluetooth?

5. Сколько устройств может одновременно работать в одной сети Bluetooth?

6. Максимальное расстояние между устройствами сети Bluetooth?

7. Основные функции главного устройства в пикосети Bluetooth?

8. На каком диапазоне частот работает сеть Bluetooth?

9. Назовите основные технологии физического уровня применяемые в сети Bluetooth?

10. Какая технология расширения спектра используется в сети Bluetooth, поясните принцип работы?

11. Назовите основные поля кадра данных Bluetooth?

Список литературы

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник для вузов. 3-е изд.- СПб.: Питер, 2008. – 958 с.

2. Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - М.: Финансы и статистика, 2008. – 560 с.

Лабораторная работа №6

«Моделирование функций физического уровня локальной сети стандарта IEEE 802.3 (10Base-T; 10Base2)»

Цель работы – анализ функций физического уровня локальных сетей ЭВС на основе стандарта IEEE 802.3 (10Base-T, 10Base2) путем имитационного моделирования.

Оборудование и программы

Оборудование: персональный компьютер типа IBM PC/AT на основе центрального процессора Intel Pentium (AMD). ОЗУ не менее 128 Мбт. HDD объемом не менее 1 Гбт, CD-ROM, FDD, клавиатура, манипулятор мышь.

Программы: операционная система Windows 98/XP, текстовой редактор Microsoft Word, программа схемотехнического моделирования ПА-9.

Описание работы

Физический уровень локальной сети включает в себя среды передачи, функциональные электронные средства преобразования цифровых данных в электрический сигнал (передатчик и приемник реализованные в сетевой карте), разъемы, условия согласования и заземления и т.п. В сети стандарта IEEE 802.3 в качестве среды передачи используются кабели типа «витая пара» (10Base-T, не менее 3 категории с полосой пропускание 16 МГц) или коаксиальный кабель (10Base2).

Кабели на основе витых пар (UTP, STP) с медными проводниками, применяемые в структурированных кабельных сетях, предназначены для передачи электрических сигналов. Кабель содержит несколько скрученных с различными шагами витых пар проводов и может иметь несколько дополнительных защитных, экранирующих и технологических элементов, которые образуют сердечник. Каждый провод снабжается изоляцией из сплошного или вспененного диэлектрика. Использование последнего несколько снижает удельную массу кабеля и значительно улучшает его частотные свойства, однако приводит к удорожанию готового изделия.

В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных витых пар и/или сердечника в целом горизонтальные кабели из витых пар подразделяются на неэкранированные и экранированные. В свою очередь, среди экранированных конструкций различают кабели с общим внешним экраном, с экранами для каждой пары и с одновременным экранированием отдельных пар и сердечника в целом. Экранирование применяют для повышения переходного затухания (NEXT), снижения уровня ЭМИ и для повышения помехозащищенности (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Условное обозначение	Экран	Цель экранирования
UTP	Отсутствует	-
STP	Экранирование каждой пары	- Снижение уровня ЭМИ  - Повышение защищенности от внешних помех  - Повышение переходного затухания
S/UTP (FTP)	Общий экран для всех пар	- Снижение уровня ЭМИ  - Повышение защищенности от внешних помех
S/STP (S-STP)	Экранирование каждой пары плюс общий экран вокруг всех пар	- Снижение уровня ЭМИ  - Повышение защищенности от внешних помех  - Повышение переходного затухания  - Увеличение механической прочности

Основными электрическими параметрами кабеля, представляющими практический интерес и нормируемыми действующими редакциями стандартов, являются: затухание (24 дБ на 100 м для кабеля 5 категории); переходное затухание или NEXT (перекрестная помеха на ближнем конце не более 27,1 дБ для кабеля 5 категории); волновое сопротивление (100 Ом для UTP; 150 Ом для STP); сопротивление постоянному току (19,2 Ом на 100 м) и др.

Тонкий коаксиальный кабель используется в сети 10Base2. Первичные и вторичные параметры коаксиального кабеля представлены в табл. 7.2,7.3.

Таблица 7.2

Первичные параметры коаксиального кабеля (10 Base2)

Параметр	Значение
Внешний радиус тонкого коаксиального кабеля, мм	2,475
Радиус внутреннего проводника (а), мм	0,5
Радиус внутренней стороны внешнего проводника (b), мм	1,45
Проводимость внутреннего проводника (медь) (), S/м	5,8*107
Диэлектрическая проводимость материала изоляции (er)	1,6

Таблица 7.3

Вторичные параметры коаксиального кабеля

Параметры	Значение
Активное сопротивление, Ом/м	~0
Индуктивность L, мкГн/м	0,213
Емкость C, пФ/м	83,6
Волновое сопротивление, Ом	50
Задержка сигнала, нс	4,2

Информационные системы локальных сетей иногда сравнивают с транспортной инфраструктурой. Кабели - это магистрали, разъемы - стыки дорог, сетевые карты и устройства - терминалы. Сетевые протоколы вызывают ассоциацию с правилами движения, которые к тому же определяют тип, конструкцию и характеристики транспортных средств. Стандарты определяют частотный и динамический диапазоны элементов - кабелей, разъемов, линий и каналов. Другая группа стандартов, разрабатываемая организациями стандартизации, в частности, Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) определяют параметры физического уровня сетевых протоколов. К ним относятся тактовая частота, метод кодирования, схема передачи и спектр сигнала [1,2].

Код Манчестер-II получил наибольшее распространение в локальных сетях (10Base-T, 10Base2). Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, имеет только два уровня, что обеспечивает лучшую помехозащищенность. Логическому нулю соответствует переход на верхний уровень в центре битового интервала, логической единице - переход на нижний уровень. Логика кодирования хорошо видна при передачи последовательности единиц или нулей. При передаче чередующихся битов частота следования импульсов уменьшается в два раза. Информационные переходы в средине бита остаются, а граничные (на границе битовых интервалов) - при чередовании единиц и нулей отсутствуют. Это выполняется с помощью последовательности запрещающих импульсов. Эти импульсы синхронизируются с информационными и обеспечивают запрет нежелательных граничных переходов. Изменение сигнала в центре каждого бита позволяет легко выделить синхросигнал. Самосинхронизация дает возможность передачи больших пакетов информацию без потерь из-за различий тактовой частоты передатчика и приемника. Большое достоинство манчестерского кода - отсутствие постоянной составляющей при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Благодаря этому гальваническая развязка сигналов выполняется простейшими способами, например, с помощью импульсных трансформаторов.

Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает только две несущие частоты. Для десятимегабитного протокола (10Base-T) - это 10 МГц при передаче сигнала, состоящего из одних нулей или одних единиц, и 5 МГц - для сигнала с чередованием нулей и единиц. Поэтому с помощью полосовых фильтров можно легко отфильтровать все другие частоты.

При передачи информационных сигналов по витой паре используется, так называемое балансное включение (дифференциальная передача сигналов). В том случае передача идет по двум проводам, оба они являются сигнальными. Передатчик формирует противофазные сигналы, а приемник реагирует на разность сигналов на обоих проводах. Условием согласования является равенство сопротивлений согласующих резисторов половине волнового сопротивления кабеля.

Разработка моделей и имитационное моделирование проводится в программном комплексе схемотехнического моделирования ПА9 (МГТУ им. Н.Э. Баумана). Запуск ПА9 осуществляется стартовым файлом PA9.bat. В этом же файле находятся и параметры конфигурации ПА9. Все приведенные в нем значения параметров конфигурации являются их значениями по умолчанию для ОС Windows. Программный комплекс ПА9 предназначен для моделирования динамики технических систем различной физической природы на макроуровне. ПА9 может функционировать на любой платформе, для которой имеется среда Java (JDK или JRE версии 1.1 или более поздней). Система ПА9 всегда работает в многооконной и многозадачной ОС.

ПА9 имеет встроенный схемный графический редактор, где моделируемый объект задается графическим изображением эквивалентной схемы, которая представляет собой совокупность связанных между собой по определенным правилам элементов, являющихся математическими моделями компонентов анализируемой технической системы. По графическому изображению эквивалентной схемы ПА9 автоматически формирует математическую модель в виде системы ДАУ, описывающей динамические процессы в исходной технической системе. Для интегрирования системы ДАУ в ПА9 применяются неявные А-устойчивые методы интегрирования: метод Эйлера (1-го порядка точности) и метод трапеций (2-го порядка точности). Графический редактор обеспечивает весь необходимый набор функций для формирования эквивалентной схемы моделируемого технического объекта и обладает интуитивно понятным интерфейсом на русском языке. Результаты моделирования отображаются в виде графиков зависимостей фазовых переменных моделируемого объекта от времени.

Наиболее значимые составные части схемы - элементы моделируемого технического объекта. Внешние выводы элементов всегда располагаются по периметру этой области и обязательно по середине стороны квадрата ячейки. Каждому элементу, включенному в библиотеку ПА9 соответствует математическая модель (или несколько моделей), для которой необходимо задать определенный набор параметров. Для моделирования не важно, в каком месте поля схемы расположен элемент; важна лишь взаимосвязь элементов между собой, а также численные значения их параметров. Для задания внешних входных воздействий на моделируемый объект используются источники сигналов (напряжение, ток). Для указания того, как элементы технического объекта связаны между собой используются связи. Конфигурация связи не оказывает влияния на моделирование схемы. Для указания того, что элемент соединен с системой отсчета (шина «земля» в электронике) используются базовые узлы. Для идентификации каждого элемента в схеме используются метки. Для моделирования не имеет значения ни местоположение метки, ни ее текст. Для задания расчетных переменных, которые следует выводить на графики в процессе моделирования, используются индикаторы. Индикаторы потенциала и интеграла потенциала подключаются своим внешним выводом к той точке схемы, потенциал или интеграл потенциала которой предполагается выводить на график. Индикатор потока включается в разрыв связи. Для задания последовательности действий по моделированию схемы используются операторы.

Последовательность операций формирования схемы: 1) Выбрать и установить в схему элементы; 2) Соединить элементы связями; 3) Задать атрибуты (параметры) элементов; 4) Сформировать и выполнить задание на расчет (операторы).