实验3_通信传输的有效性和可靠性分析

专业：网络工程 年级：2011级

组长：吴春林106052011164

组员：谢秀玲106052011165 张丽霜106052011207

本文主笔：张丽霜

一、实验器材与软件环境

每两台PC机为一组，双方软、硬件配置相同

硬件：带串口及USB接口的蓝牙模块（SEMIT6603），USB电缆，串口连接电缆、电源

软件：Windows 2000 Professional操作系统（显示设置采用Windows标准字体，分辨率为1024×768），TTP通信传输的有效性和可靠性分析实验软件

实验环境：终端（PC）连接TTP6603

二、实验内容

1、数据速率

数据传输速率的分析（点对点通信）。

设置测试包长度，测试：

（1）两台主机各自用串口电缆连接蓝牙模块，建立连接后测得实际速率。

（2）两台主机各自用USB连接蓝牙模块，建立连接后测得实际速率。

2、文件传输

加上误码率，在CRC校验的信道编码的情况下权衡通信的可靠性（比较最终收到文件和发出文件所得出的误比特率）和所付出的代价（实际传输的字节数/所要传输文件的字节数，实际传完所消耗的时间）。

3、性能仿真

（1）点击主界面图上的“仿真2”查看连续ARQ和停止-等待协议的差错率和帧传送平均延 时的关系。

（2）点击界面图上的“仿真1”观察陆地和卫星通信信道环境中，各种参数下最佳帧长和信道利用率的关系。

（3）点击主界面图上的“仿真3”-“仿真7”观察共享信道技术、网络负载和吞吐量之间 的关系。

三、实验步骤

连接PC与SEMT TTP6603，然打开程序软件

1、数据速率

①设备连接电源，打开设备，在主界面选择“测试窗口”。

②在“链路管路”区中选择“与蓝牙模块相连”及使用的端口为“COM1”。

③初始化设备

④启动蓝牙设备，查询周围设备，选择物理地址为“00:06:6E：12：8D：7E”设备

并点击ACL按钮，建立物理链路ACL连接

⑤接下来进行速度测试，分别改变包的个数和帧长观察测试结果，并一一截图

2、文件传输

①、本设备先作为发送方。

② 发送方设置误码率、差错控制编码、数据帧长和最大重传次数。

②、发送方选择要传送的文件。

③、点击“开始传输”，并截图记录。

④、对方设备在作为发送方，发送同一文件，本设备接受文件

⑤、点击“文件比较”，选择发送和接收的文件。

⑥、点击“比较”得到结果，并截图记录。

⑦ 分别改变误码率、差错控制编码、数据帧长、查看结果并截图

3、性能仿真

①、点击软件主界面上的“仿真1”。

②、输入所需参数，后按点击“开始”，并截图记录。

③、改变参数，再截图记录

④、依次完成“仿真1”-“仿真7”。

四、实验结果与分析：

1、数据速率

（1）包个数相同情况下，改变帧长

分析： 数据帧，是数据链路层的协议数据单元 ，所谓帧长就是数据帧的长度。由图3-1、3-2结果比较得知，帧长越大，传输速率越大。

（2）数据帧长相同情况下，改变包的个数

图3-3

图3-4

分析:由图3-3、图3-4结果比较得知，改变包的个数对传输速率没有影响。另外改变两个模块之间的距离，增加金属模块，会对传输速率都会有影响。

2、文件传输

（1）不同误码率下的文件传输测试：

图3-5-1

图3-5-2

图3-6

（2）不同差错控制编码下的文件传输测试：

图3-7

图3-8

分析：由图可得最大重传次数仅对CRC编码有效；而误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%，在误码率大时，最大重传次数小时会导致文件无法进行。发送方程序会记录传输该文件锁消耗的时间和重传次数，显示在文件传输区下面的列表中。接收方程序会记录接受文件的错误比率。

3、性能仿真

仿真1：

图3-8

图3-9

图3-10

图3-11

图3-12

结果及分析: 图3-8跟图3-9是在其他参数而传播时延不同时结果的比较；图3-9跟3-10是在其他参数相同而误比特率不同时结果的比较；图3-10跟图3-11是在其他参数相同时而卫星链路延时不同时结果的比较；图3-11跟图3-12是在其他参数相同时而控制信息长度不同时结果的比较。而图中不管是什么情况下，信道的利用率也达不到100%

由于每个数据都必须包括一个控制信息，所以信道的利用率是不可能达到100%的。当出现差错时（误比特率来表明出现的差错有多少比率），数据帧的会不断的重传将使信道利用率进一步降低。很明显信道利用率与帧长的关系如下：如图3-9、3-10得当数据帧长取的短时，控制信息占的比率就增大，导致信道利用率下降。如果帧取的太长，数据帧在传输过程中出错的概率就增大，于是重传的次数增大，这也会使得信用率下降。所以应该存在一个最佳帧长，在此帧长下信道利用率最高。

仿真2：

图3-13

图3-14

分析：在实验中假设的是出错概率很小，线路传输速率的大小跟数据帧的长度都影响着数据帧的发送时间。很明显在图3-13中设置的传播时延很小，而它的数据帧发送时间比传播时延大的多，此时可以看出连续ARQ与停止等待没多大区别。而在图3-14中传播时延变大时，此时可以看出连续ARQ与停止等待差别比较大。由此可以得出当传播延时，重发时间，处理时间都远小于一个数据帧的发送时间时，采用连续ARQ与停止等待没多大区别。当传播延时很大时，停止等待协议就很不适用，这时最好采用连续ARQ协议。

仿真3

图3-15

分析：对于非坚持CSMA，该方式中当用户无信息包要发，便不检测信道，当用户有信息要发送就要检测信道，若空则发送；若忙则停止检测。

由图3-15时如果延时等于0，那么同一时刻发生两个以上包的概率为0，发出的信息必然是成功的，且每个忙期只有一个信息包，而当传输延时大便会使性能劣化。所以该方式适合传输延时比较小的公用信道。

仿真4

图3-16

分析：坚持ALOHA是说监听到信道忙时，扔监听下去，一直坚持到信道空闲为止。由图3-16可得会有信息包的碰撞，考虑了信息包碰撞和传播延时后，会影响通过量。

仿真5

图3-17

分析：CSMA/CD多了一个功能，就是边发边监听。只要监听到发生了冲突，则冲突双方就必须停止发送。

仿真6

图3-18

分析：当延时相同时，时隙ALHA的吞吐量最大，大概是纯ALHA的两倍，而CDMA/CD吞吐量相对较弱。

仿真7

图3-19

图3-20

图3-21

分析：当发送帧的概率比较小时实际的吞吐量基本能达到最大的吞吐量，而且站的数目对吞吐量的最大值会有影响，对实际的吞吐量影响不大。当发送帧的概率达到最大值0.5时，对吞吐量的最大值影响比较大。

五、思考题

1．推导汉明码（32.24）的监督位生成式和纠错方法。

答：码长 n=2^m-1,信息位数k=2^m-m-1，监督码位r=n-k-1，这里m为>=2的正整数，给定m后，即可构造出具体的(n,k)汉明码。这可以从建立一致校验矩阵着手。我们已经知道，H矩阵的列数就是码长n，行数等于m。对于纠正1位差错来说，其伴随式的值就等于对应的H的列矢量，即错误位置。所以这种形式的H矩阵构成的码很便于纠错，但这是非系统的，可调整各列次序来实现 H0=[QI3],有了H0 ，就可得到系统码的生成矩

阵为：G0=[T4*Q(转置)]，也可得到系统码的校验位。汉明码的译码方法，可以采用计算伴随式，然后确定错误图样并加以纠正的方法。

2． 文件传输中最佳的帧长结果与8.4.1节性能仿真中的结果又什么差异，如何

解释这种差异？

答：实际传输中存在误差、干扰，仿真结果是理想情况。实际传输必然会存在失真的问题。

实际中通信系统需要一定手段来保证传输可靠性，这往往需要牺牲传输速度，在可靠性与有效性之间寻求平衡。数字通信可靠性因素就主要地、本质地说，主要还是信噪比问题，另一因素是设计的信号本身抗扰能力。但数字信号传输最终反映在判决输出的码元符号是否正确，因此其可靠性指标均为码元或码字的差错概率，即一定时间内的平均差错率。一般通信系统，差错率主要决定于信噪比输出大小。