HØGSKOLEN I OSLO Avdeling for ingeniørutdanning Knut H. Nygård Oppgave 1. EKSAMEN 10.12.96 TELEMATIKK LØSNINGSFORSLAG a) Idet bitraten er 960 kbit/s, er maks. bitrate følgelig: IN1&2: 960/4 = 240 kbit/s; IN3: 960/8 = 120 kbit/s; IN4: 960/16 = 60 kbit/s; IN5&6: 960/32 = 30 kbit/s Siden bitraten er 960 kbit/s, er oktett-raten 120 kbyte/s. Følgelig gjentas synkordet hvert 8/120k sekund = 66,67 µs, svarende til en frekvens på 15 khz. Hvert rammenr. gjentas hvert 266,67 µs, svarende til en frekvens på 3,75 khz. b) Siden en oktett består av 8 bit, er samplingsfrekvensen lik 1/8 av bitraten. Maksimal båndbredde B før sampling er halvparten av samplingsfrekvensen f S. Dette gir: IN1&2: f S = 30 khz, B = 15 khz; IN3: f S = 15 khz, B = 7,5 khz; IN4: f S = 7,5 khz, B = 3,75 khz; IN5&6: f S = 3,75 khz, B = 1,875 khz c) Fordeler ved Bifase-koden: Tilstandsskift forekommer svært ofte, noe som gjør kodene selvsynkroniserende. Videre har koden ingen DC-komponent uansett fordeling mellom 0-ere og 1-ere. Koden har en effektivitet på 50%, d.v.s. redundans, og gir således muligheter for feildeteksjon. Ulemper ved Bifase-koden: Koden er ikke polaritetsuavhengig. I forhold til det unipolare inngangssignalet (NRZ-kodet) krever koden i tillegg omtrent dobbel så stor båndbredde. Koding av synk-ord:
2 d) Flagg1 Flagg 1 kan brukes til å angi start (eget synk-ord). Adresse Adresse kan brukes til å angi hva slags data som. Kontroll kommer i Data-feltet mens Kontroll kan brukes til å. Data angi antall Data-oktetter. Flagg2 kan da brukes til sjekksum (f.eks. CRC) eller som et stopp-flagg. Ramme n Ramme n+1 (maks 16 oktetter) Flagg2 Siden data-raten pr. oktett er 120 kbit/s og maks. 16 av 20 oktetter kan benyttes til data, er maks. datarate for video lik 16/20 av 120 kbit/s, dvs. 96 kbit/s. Dette forutsetter at kun video overføres. e) Innholdet i oktettene 2-7 er forskjellig fra ramme til ramme. Ved samme synk-ord i oktett nr. 0 for alle rammer, vil en ikke kunne skille innholdet i de nevnte oktetter fra hverandre. En enkel modifikasjon består i å bruke forskjellig synk-ord for hver av de 4 rammene i det opprinnelige rammeformatet. Dette har den fordelen at innholdet i Oktett nr. 1 kan leve sitt eget liv. Oppgave 2. a) Etter Bifase-dekoderen sendes data og klokke til en synkroniseringsenhet. Foruten å sørge for synkronisme med senderen, har denne til oppgave å generere oktett-takt og en 'enable'-puls når data fra hvert måleinstrument foreligger. I skissen på neste figur er det antatt at det er en D/A-omformer for hvert instrument. Hver D/A-omformer aktiviseres dermed av Enable-pulsen under en oktett for dette instrumentet. Den videre behandling avhenger av D/A-omformerens oppbygning. Hvis en forutsetter en D/A-omformer som aksepterer et 8 bits ord på parallellform, kan ikke systemet ovenfor brukes direkte.
3 b) Data i form av en oktett klokkes inn i et skiftregister når instrumentets data er gyldig, styrt av instrumentets 'Enable'-puls. Data på parallellform lastes deretter inn i D/A-omformeren. Dette må gjøres på ett eller annet tidspunkt før data på nytt klokkes inn i skiftregisteret. På figuren nedenfor er dette realisert ved å bruke oktetttakten og den inverterte Enable-pulsen for å sikre at skrivingen er avsluttet før ny innskifting av data. Det må være en slik krets for hvert instruments D/Aomformer. c) Når datasignalet fra hvert instrument ønskes transmittert videre vha. en standard 1.ordens PCM multiplekser, må det bl.a. tas hensyn til at datahastigheten for en tidsluke er 64 kbit/s. Skal overføringen foregå i sann tid, må en ikke risikere at data fra de enkelte instrumenter hoper seg opp. Dersom en skal unngå buffer på inngangen av multiplekseren, må det følgelig pr. ramme brukes følgende antall tidsluker (TL) pr. instrument: IN1&2: 240 kbit/64 kbit = 3,75 TL; IN3: 120/64 = 1,875 TL; IN4: 60/64 = 0,9375 TL; IN5&6: 30/64 kbit = 0,46875 TL; tilsammen ca. 11,3 TL. Nedenfor er vist forslag til plassering av data i multiplekserens rammeformat når det for hver ramme tenkes avsatt andre tidsluker (inkludert Tl0 og TL16) til normal trafikk. Data er lagt suksessivt inn i de første tidslukene som er antatt ledige. Det er tatt hensyn til instrumentenes forskjellige bitrater. Det er tatt med to etterfølgende rammer av like og odde nummer.
4 d) En vesentlig ulempe med metoden vist ovenfor er at data fra Instrument nr. 5 og 6 vil dele samme tidsluke. I praksis vil det være vanskelig å vite hva slags instrumentdata som finnes i denne tidsluken til enhver tid. Et alternativ ville være å la data fra disse instrumentene beslaglegge hver sin tidsluke. Problemet da vil være at noe mindre enn annenhver tidsluke vil inneholde data. Ved begge disse metodene må mottakeren få en eller annen informasjon om rammetakten fra demultiplekseren (dersom denne er tilgjengelig). En annen mulighet kan være å sende et startflagg i hver tidsluke før selve dataoverføringen. Da må mottakeren selv holde rede på rammetakten. Løsningene blir i alle fall avhengig av konstruksjonen på mottakeren. Dette gjelder også om en velger å pakkeformattere data før sending. En annen ulempe er at enkelte tidsluker etter en viss tid ikke vil inneholde data siden hastigheten på data nominelt er noe mindre enn hastigheten til den enkelte tidsluke (64 kbit/s). I tillegg er det normalt ingen garanti for at tidslukerekkefølgen ikke blir byttet om ved eventuell svitsjing, dette gjelder i særdeleshet innenfor samme ramme. Data fra instrument 1 og 2 spesielt er dermed ikke sikret å komme frem i samme rekkefølge som de ble sendt. e) Forslaget om å benytte modem med en maks. hastighet på ca. 34kbit/s for overføring av data fra et instrument av gangen fra basestasjonen til brukere har noe for seg for instrumentene 5 og 6, som har en hastighet på 30 kbit/s. Data fra disse kan da studeres i sann tid. Data fra de andre instrumentene kan ikke studeres i sann tid, men det kan benyttes vanlig filoverføring hvis data er blitt lagret. Oppgave 3. a) Når både NT og terminalene TE-A og TE-B er passive, går det ikke signaler på S-bussen. I denne passive (deaktiverte) tilstanden trekker disse minimalt med strøm fra bussen. Dette (ikke-)signalet kalles INFO 0. Når sentralen skal initiere en samtale, må denne sende en INFO 2-melding for at terminalene skal aktiveres. Dette er S-buss rammer med bitene B, D, E og A satt til 0, referer til figuren nedenfor. Terminalen vil så sende en INFO 3-melding når den er kommet i synkronisme. Dette er vanlige S-buss-rammer for TE-NT. NT vil kvittere med å sende INFO 4, som følger rammeformatet vist ovenfor, men med aktiveringsbitet A = 1.
5 b) I figuren under er vist det generelle LAPD-rammeformatet. Informasjonsfeltet vil være tomt både for meldingen fra terminalen til sentralen og for meldingen i motsatt retning. Melding fra TE-B til NT/ET: Adressefeltets første oktett vil først bestå av et SAPI-felt på 6 bit (Dette er lik 0 for linjesvitsjet forbindelse), deretter et C/R (Command/Response)-bit lik 0 og et EA (Adress field Extension)-bit lik 0. Adressefeltets andre oktett vil bestå av et TEI-felt på 7 bit og EA-bitet satt lik 1. TEI-verdien vil være en verdi mellom 64 og 126 som terminalen tidligere har fått tildelt av sentralen. Kontrollfeltet på en oktett vil være oppkoplingsønsket SABME. Til venstre er vist eksempel på utfylling av oktettene. Det er antatt TEI = 64 og SAPI = 0. Melding fra NT/ET til TE-B: Adressefeltets to oktetter vil være som beskrevet ovenfor. Kontrollfeltet på en oktett vil nå være bekreftelse på ønsket om oppkopling ved meldingen UA. Til venstre er vist eksempel på utfylling av oktettene, der det ses at kontrollfeltet er forskjellig. Det er igjen antatt TEI = 64 og SAPI = 0. c) Meldingene er vist nedenfor. Det er benyttet SAPI-verdi lik 0 og TEI-verdi lik 64. Terminalen sender en Setup-melding med protokolldiskriminator lik 8 og en tilfeldig valgt samtalereferanseverdi lik 1. Sentralen svarer med en Setup acknowledge-melding. Samtalereferanseverdien er også her lik 1, men retningsbitet er satt, noe som gir verdien 129 (81 hex ). For å gi sentralen ytterligere informasjon sendes to Informasjonsmeldinger fra terminalen. Sentralen svarer med å sende en Call proceeding-melding. Deretter sender sentralen en Alert-melding for å gi beskjed om at det ringer hos hos abonnenten i den andre
6 enden. Når mottakeren har løftet av røret, sender sentralen en Connect-melding. d) Formatet for oppsettingsmeldingene i signaleringssystem nr. 7 er vist nedenfor. Rutingfeltet består av Originating Point Code (OPC), Destination Point Code (DPC) og Signalling Link Selection (SLS). Siden anropende abonnent er tilknyttet Sentral A mens anropte abonnent er tilknyttet Sentral B og sentralene har direkte forbindelse, vil et naturlig valg for innholdet i Routing Label være OPC lik A, DPC lik B og SLS lik XXX0 (X er vilkårlig). Oppgave 4. a) Den tidslukedelte synkrone tidssvitsjen skal svitsje 4 tidsluker på inngangen til 4 vilkårlige tidsluker på utgangen, der alle tidslukene har samme bitrate. Med 4 tidsluker er adressen på 2 bit. Samplene (på figuren nedenfor er disse antatt å ha 8 bit ordlengde) skrives inn i talelageret styrt av tidsluketelleren og leses ut fra dette lageret styrt av innholdet i styrelageret. Figuren viser simpleks svitsjing med lesestyring.
7 b) Sampel Talelager Sampel skrevet inn 0 1 2 3 lest ut *00 *00 0 0 0 0 *01 *00 *01 0 0 0 *02 *00 *01 *02 0 *00 *03 *00 *01 *02 *03 *02 *10 *10 *01 *02 *03 *01 *11 *10 *11 *02 *03 *03 *12 *10 *11 *12 *03 *10 *13 *10 *11 *12 *13 *12 *20 *20 *11 *12 *13 *11 *21 *20 *21 *12 *13 *13 *22 *20 *21 *22 *13 *20 *23 *20 *21 *22 *23 *22 Rekkefølgen inn på svitsjen er RT = 00, 01, 02, 03, 10, 11 etc., når T og R benevner hhv. tidsluke og ramme. Innholdet i hver tidsluke (samplingsverdien) er benevnt *RT. Antas tidslukedelt svitsjing og at ankommende tidsluke 0 skal svitsjes til tidsluke 2, tidsluke 1 til 0, tidsluke 2 til 3 og tidsluke 3 til 1, fås tabellen vist til venstre. c) I figuren er vist et Benes-nettverk i form av en tretrinns 4x4 svitsj oppbygd ved hjelp av binærmatriser. En matrise er sløyfet i figuren. Dette nettverket er ikke absolutt sperrfritt. Betingelsen for dette er at antall midtmatriser er 2n-1 =3. I figuren er vist et tilfelle der det er satt opp forbindelsene 0 1 og 3 3. Dette vil sperre for oppsetting av forbindelsen 1 2 og 2 0 hvis nettverket ikke rearrangeres. Skal nettverket være absolutt sperrfritt, kan det f.eks. innføres en midtmatrise som vist i figuren nedenfor.
8 Istedenfor å lage 2x3-matriser ved hjelp av bare binærmatriser, er et alternativ å doble antall utganger istedet (som for en absolutt sperrfri TST-svitsj). Dette alternativet er vist nedenfor. Matrisen på utgangen (3x2 matrisen) vil være speilvendt. d) Siden det ikke er krav om at svitsjen skal være absolutt sperrfri, kan det benyttes Benesnettverket vist nedenfor. e) Siden romsvitsjen er 8x8 og tidssvitsjen er på 4 tidsluker, vil det mao. være 8 systemer à 4 tidsluker.
I figuren er vist forbindelsen mellom tidsluke 3 i system nr. 0 og samme tidslukenummer i system nr. 7. 9