Dr inż - cygnus

SYNCHRONIZACJA W SYSTEMACH CYFROWYCH
Instrukcja
Część 1 - Synchronizacja w systemie PCM-30
Opis programu symulacyjnego
Program symulacyjny jest uruchamiany przez wybranie "LabSynchro.jar". Program powinien
być na dysku C:. W razie potrzeby proszę go skopiować z dysku sieciowego.
Dane wejściowe programu symulacyjnego:
• Liczba testowanych ramek (każda ramka zawiera 256 bitów)
• Liczna stanów przedalarmowych (domyślnie 2)
• Liczna stanów potwierdzenia (domyślnie 2)
• Możliwość zasymulowania wzoru synchronizacji (7-bitowy wzór pojawia się w każdej
ramce na nieprawidłowej pozycji)
• Prawdopodobieństwo przekłamania pojedynczego bitu Pe (BER).
Po wprowadzeniu danych wejściowych na ekranie pojawia się graf układu synchronizacji.
Zawiera on następujące węzły: A - stan synchronizacji (kolor żółty), B (c.ziel.) i B' (j.ziel) - stany
przedalarmowe, C - stan poszukiwania synchronizacji (nieb.), D - stany testowania znalezionej
pozycji synchronizacyjnej (szary).
Symulację można rozpocząć i węzła A lub C. Rozpoczęcie i węzła A gwarantuje start z
prawidłową pozycją synchronizacyjną (jest to wygodne przy badaniu zjawiska fałszywego
alarmu). Rozpoczęcie z węzła C nie daje takiej gwarancji (może zostać zidentyfikowana
nieprawidłowa pozycja synchronizacyjna). W trakcie symulacji wyświetlana jest w każdym
węźle informacja, przez ile ramek algorytm synchronizacji znajdował się w danym stanie.
Po zakończeniu symulacji wyprowadzane są następujące wyniki:
• tw - czas poszukiwania synchronizacji (liczony w ramkach od wejścia do węzła C do
wejścia do węzła A z prawidłową pozycją synchronizacyjną),
• tsf- czas utrzymywania synchronizacji (od wejścia do A do wejścia do C z prawidłową
pozycją synchronizacyjną),
• tsp- czas wykrywania braku synchronizacji (od wejścia do A do wejścia do C z
nieprawidłową pozycją synchronizacyjną),
• twy- czas utraty synchronizacji (od wejścia do A z nieprawidłową pozycją
synchronizacyjną do powrotu do A z prawidłową pozycją synchronizacyjną.
Wymienione czasy mierzone są tylko wtedy, gdy wystąpią odpowiednie zdarzenia, np. gdy
algorytm szukania synchronizacji nigdy nie zidentyfikował błędnej pozycji, tsp i twy nie mogą
być określone. Program dodatkowo wyprowadza informację, ile razy wystąpiła prawidłowa
pozycja synchronizacyjna, a ile razy nieprawidłowa.
Zadania do wykonania
1.
Przeprowadź badania układu synchronizacji ramki PCM-30 dla 2 węzłów
przedalarmowych i potwierdzenia, bez symulacji wzoru synchronizacji. Pe zmieniaj
od 0.01 do 0.2 (np. 0.01. 0.02, 0.05, 0.1, 0.2); pamiętaj, że mniejsze Pe wymaga
dłuższych symulacji z uwzględnieniem większej liczby ramek. (Symulacje można
wydatnie przyspieszyć rezygnując z oglądania grafu!) Wyjaśnij, dlaczego
algorytm znajduje się w stanach B1 i B2 częściej niż w B1' i B2' Zanotuj czasy tw,
tsf, tsp, twy. Skomentuj wyniki.
2.
Podstawiając Pe=0.1 powtórz symulacje dla 4 węzłów przedalarmowych i 2
potwierdzenia, a następnie dla 2 węzłów przedalarmowych i 4 potwierdzenia.
Porównaj z wynikami z p.1 i skomentuj wyniki.
3.
Badanie (Pe=0.05, 2 węzły przedalarmowe i 2 potwierdzenia) powtórz w sytuacji,
gdy w ciągu danych każdej ramki pojawia się zasymulowany wzór synchronizacji.
Porównaj z wynikami z p.1 i skomentuj wyniki. Wyjaśnij, jaka jest rola węzła D0.
Część 2 - Synchronizacja w systemie SDH
Opis programu symulacyjnego
Jak wyżej, z tym, że program symulacyjny umożliwia zmianę liczby bajtów tworzących wzór
synchronizacyjny.
Zadania do wykonania
Przeprowadź badania układu synchronizacji SDH przy Pe=0.01. Zbadaj wpływ liczby bajtów
synchronizacyjnych (ustawiaj wartości od 1 do 6) na tsf i tw. Zaproponuj kompromisową
liczbę bajtów synchronizacji.
Część 3 - Synchronizacja ramki - wzór rozproszony
Opis programów obliczeniowych i symulacyjnych
Algorytm poszukiwania synchronizacji
Dane wejściowe programu:
• Prawdopodobieństwo przekłamania 1 bitu Pe
• Długość ramki N
• Wielkość bufora n (liczba sumowanych wartości XOR wyliczonych dla par ramek)
• Możliwość wypełnienia pozycji danych ciągiem losowym zero-jedynkowym lub samymi
jedynkami
Dane wyjściowe:
• Pzp: prawdopodobieństwo znalezienia prawidłowej pozycji synchronizacyjnej w 1 cyklu
pracy (w czasie trwania 2 n ramek)
• Pzf: prawdopodobieństwo znalezienia błędnej pozycji synchronizacyjnej
• Pnz: prawdopodobieństwo nieznalezienia żadnej pozycji synchronizacyjnej w 1 cyklu pracy
(w czasie trwania 2n ramek). Oznacza to wystąpienie maksymalnej wartości g na kilku
pozycjach
Algorytm potwierdzania synchronizacji i alarmowania
Dane wejściowe programu:
• Prawdopodobieństwo przekłamania 1 bitu Pe
• Wielkość bufora n'
• Próg I'dla wartości g w buforze (wynik testu jest pozytywny gdy g ≥ I')
• Możliwość wypełnienia pozycji danych ciągiem losowym zero-jedynkowym lub samymi
jedynkami
Dane wyjściowe:
• Paf: prawdopodobieństwo wystąpienia fałszywego alarmu w 1 cyklu pracy (w czasie
trwania 2n' ramek). Fałszywy alarm oznacza wykrycie braku synchronizacji w warunkach
testowania prawidłowej pozycji synchronizacyjnej.
• Pap: prawdopodobieństwo wystąpienia prawidłowego alarmu w. 1 cyklu pracy (w czasie
trwania 2n' ramek). Prawidłowy alarm oznacza wykrycie braku synchronizacji w
warunkach testowania nieprawidłowej pozycji synchronizacyjnej.
Program symulacyjny
Po wprowadzeniu danych wejściowych na ekranie pojawia się graf układu synchronizacji.
Zawiera on następujące węzły: A. - stan synchronizacji (kolor żółty) C - stan poszukiwania
synchronizacji (kolor niebieski).
Symulację można rozpocząć z węzła A lub C. Rozpoczęcie z węzła A gwarantuje start z
prawidłową pozycją synchronizacyjną (jest to wygodne przy badaniu zjawiska fałszywego
alarmu). Rozpoczęcie z węzła C nie daje takiej gwarancji (może zostać zidentyfikowana
nieprawidłowa pozycja synchronizacyjna). W trakcie symulacji wyświetlana jest w każdym
węźle informacja, przez ile ramek algorytm synchronizacji znajdował się w danym stanie.
Po zakończeniu symulacji wyprowadzane są następujące wyniki:

tw - czas poszukiwania synchronizacji (liczony w ramkach od wejścia do węzła C do
wejścia do węzła A z prawidłową pozycją synchronizacyjną),
 tsf- czas utrzymywania synchronizacji (od wejścia do A do wejścia do C z prawidłową
pozycją synchronizacyjną),
 tsp- czas wykrywania braku synchronizacji (od wejścia do A do wejścia do C z
nieprawidłową pozycją synchronizacyjną),
 twy- czas utraty synchronizacji (od wejścia do A z nieprawidłową pozycją
synchronizacyjną do powrotu do A z prawidłową pozycją synchronizacyjną).
Wymienione czasy mierzone są tylko wtedy, gdy wystąpią odpowiednie zdarzenia, np. gdy
algorytm szukania synchronizacji nigdy nie zidentyfikował błędnej pozycji, tsp i twy nie mogą
być określone. Program dodatkowo wyprowadza informację, ile razy wystąpiła prawidłowa
pozycja synchronizacyjna, a ile razy nieprawidłowa.
Zadania do wykonania
1. W algorytmie poszukiwania synchronizacji przyjmij długość ramki N=60 bitów, wielkość
bufora (liczba sumowanych wartości XOR wyliczonych dla par ramek) n = 20.
Obserwuj rozkłady prawdopodobieństwa P(g = j), j = 0,1,..., n dla sekwencji
synchronizacyjnej i dla sekwencji danych (dane o charakterze losowym i nielosowym,
tzn. wszystkie bity informacyjne =1). Pe zmieniaj od 0.001 do 0.5. Jakie wartości g są
najbardziej prawdopodobne?
2. W algorytmie poszukiwania synchronizacji, opartym na maksymalizacji wartości g,
podstaw N = 60, Pe=0.05, dane o charakterze losowym. Jak zmieniają się
prawdopodobieństwa Pzp, Pzf i Pnz w funkcji wielkości bufora n?
3. W algorytmie wykrywania braku synchronizacji podstaw n' = 20, dane o charakterze
losowym. Dla Pe=0.01 i Pe=0.1 wyznacz w funkcji progu I ' prawdopodobieństwo
wykrycia braku synchronizacji Pap i prawdopodobieństwo fałszywego alarmu Paf. Czy
można mówić o optymalnym progu I '?
4.
W układzie synchronizacji przyjęto N = 60, Pe=0.01, dane o charakterze losowym.
Wyznacz parametry n', I ' tak, aby średni czas utrzymywania synchronizacji tsf był jak
największy, a średni czas wykrywania braku synchronizacji tsp nie przekraczał czasu
trwania 20 ramek. Jeżeli za jednostkę czasu przyjmiemy czas trwania 1 ramki, wówczas
tsf 
2n '
Paf
tsp 
2n '
Pap
5.
W układzie synchronizacji przyjęto N = 60, Pe=0.1, dane o charakterze losowym,
szybkość transmisji 4800bit/s. Wyznacz parametry n', I' tak, aby średni czas
utrzymywania synchronizacji tsf był nie krótszy od 1 godziny, a średni czas wykrywania
braku synchronizacji tsp był jak najkrótszy. Podpowiedź: n'>20.
6.
Dla układu wykrywania braku synchronizacji zaprojektowanego w poprzednim punkcie,
oraz dla układu poszukiwania synchronizacji, opartego na maksymalizacji wartości w
buforze, wyznacz wielkość bufora n, minimalizującą średni czas poszukiwania
synchronizacji tw. Jeżeli za jednostkę czasu przyjmiemy czas trwania 1 ramki, wówczas
tw określa następujący wzór:
tw  2n 
Pnz
Pzf 
2n ' 
2n 
 2n 

Pzp
Pzp 
Pap 
Zauważ, że we wzorze występuje czas wykrywania braku synchronizacji tsp (podstaw
wartość wyznaczoną w poprzednim punkcie). Gdy odnaleziona zostanie fałszywa pozycja
synchronizacyjna, wówczas należy to wykryć (w średnim czasie tsp) i wrócić do węzła C –
stąd zależność tw od tsp. . Pozostałe parametry (N = 60, Pe=0.1) podstaw jak w poprzednim
punkcie. Podpowiedź: n>20.
7.
Dla układu synchronizacji ramki zaprojektowanego w dwóch poprzednich punktach
oblicz tsf, tsp i tw dla danych o charakterze nielosowym.
8.
Przeprowadź test układu synchronizacji metodą symulacyjną w celu weryfikacji
wartości tsf, tsp i tw otrzymanych w poprzednich punktach metodą analityczną.
Wykonaj 2 testy: dla danych losowych i nielosowych. Weź do testu co najmniej
1000000 ramek, jeśli dysponujesz odpowiednio szybkim komputerem.