通信系统综合实验内容及要求(2006).ppt

通信系统综合实验 教师 薛继红 目录 实验安排实验注意事项参考文献实验内容及要求 该实验为开放性实验 每人可根据自己的选课情况 时间自定 每次实验可容纳20人同时做实验 每人每周实验不少于一到两次 实验安排 打开计算机前 先断开蓝牙实验模块电源 确认蓝牙实验模块电源断开以后 再打开计算机电源 然后按照每个实验的操作步骤进行实验 若实验为蓝牙串口实验 先断开蓝牙实验模块电源 将蓝牙实验模块USB RS232开关置RS232后再接通蓝牙实验模块电源 实验注意事项 若实验为蓝牙USB口实验 先断开蓝牙实验模块电源 将蓝牙实验模块USB RS232开关置USB后 再接通蓝牙实验模块电源 若中途由串口实验换成USB口实验 不必关闭计算机 但要先断开蓝牙实验模块电源 再转换开关 实验注意事项 续1 做完实验以后要关闭计算机时 先断开蓝牙实验模块电源 再关闭计算机电源 实验中需要保存数据或波形 可在D盘按学号建立文件夹存放数据或波形 蓝牙实验模块每一块有一个地址对应一台计算机 实验中不要随意更换 实验注意事项 续2 AndrewS Tanenbaum 2001 计算机网络 第4版 北京 清华大学出版社沈连丰 梁大志 2000 Bluetooth系统及其发展 中兴新通信 2 2 谢希仁 1999 计算机网络 第2版 北京 电子工业出版社王新梅 肖国镇 1996 纠错码原理与方法 西安 西安电子科技大学出版社BluetoothSIG 2001 SpecificationoftheBluetoothSystemV1 1 Core http www Bluetooth orgBluetoothSIG 2001 SpecificationoftheBluetoothSystemV1 1 Profile http www Bluetooth org 参考文献 沈连丰 宋铁成等 2000 Bluetooth系统基带关键算法的研究及其仿真 电子学报 S1WilliamStallings 2001 密码编码学与网络安全原理与实践 第2版 北京 电子工业出版社李振玉 卢玉民 1996 现代通信中的编码技术 北京 中国铁道出版社欧文 1988 脉冲调制与数字传输系统 北京 电子工业出版社IEEE IEEEStd802 11a 1999 SupplementtoIEEEStd802 11 1999 http www ieee orgIEEE IEEEStd802 11a 1999 SupplementtoANSI IEEEStd802 11 1999Edition http www ieee org 参考文献 续 数字基带仿真实验通信传输的有效性和可靠性分析实验无线多点组网实验语音传输实验数据传输实验服务发现实验局域网接入实验电话网接入实验 实验内容 数字基带仿真实验软件主要对蓝牙 bluetooth 技术中基带信号处理方法作了仿真 包括差错控制方法 跳频扩频原理以及保密通信等 学生利用本软件可以对通信系统特别是无线通信系统的基带信号处理方法有较深入的认识和理解 知识点 差错控制编码 跳频扩频 常规密钥密码体制和公开密钥密码体制 数字基带仿真实验 实验设备与软件环境实验内容实验要求预习要求及思考题 数字基带仿真实验 本实验一人一组 其中硬件 PC机一台 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP基带仿真软件 VisualC 实验设备与软件环境 数字基带仿真实验 蓝牙基带包的差错控制技术包头检查 HEC 用于保证包的完整性 数据有效载荷信息的循环冗余校验 包的前向纠错 FEC 控制 蓝牙系统的跳频原理查询状态的跳频原理 查询扫描状态的跳频原理 连接状态的跳频原理 数据流的加密与解密蓝牙加密技术 常规密钥密码体制的加密与解密 RSA公开密钥密码体制的加密与解密过程 实验内容 数字基带仿真实验 编程实验 可选 参照图1所示原理 在VisualC 环境中 编写2 3FEC编 译码程序 并将自己执行结果与实验的结果相比较 看所得数据是否相符 图1产生 15 10 2 3FEC的LFSR示意图 实验内容 续 数字基带仿真实验 差错控制实验 记录包头校验 有效载荷校验 1 3FEC以及2 3FEC再有误码和无误码情况下的输入输出结果并加以分析 跳频实验 记录在查询状态 查询扫描状态以及连接状态下 不同查询设备时钟和接入码下产生的频点并加以分析 加密解密实验中 记录密钥参数 密码流参数 明文和秘文 编程实验结果比较分析 实验要求 数字基带仿真实验 预习了解汉明码 CRC码的基本原理 了解跳频扩频的基本原理 了解常规和公开密钥密码体制的工作原理 思考题接收端收到1 3FEC码后如何进行纠错 包头的两种差错控制1 3FEC和HEC 他们的先后顺序如何 为什么 在接收端如何对1 3FEC码进行译码 三种跳频序列分别有无规律可循 为什么 公开密钥密码体制的一个重要保证是什么 预习要求及思考题 数字基带仿真实验 本实验软件主要介绍点对点通信中速率测试的方法 流量控制方法 以及与速率相关的因素 并对多台主机共享信道时采取不同多点接入技术下的性能进行了仿真 学生利用本软件及蓝牙设备组建点对点式连接 可以观察不同连接方式下数据传输速率的变化 以及不同接入技术下性能的区别 知识点 流量控制 差错控制 信道共享技术 通信传输有效性和可靠性分析实验 实验设备与软件环境注意事项实验内容实验要求预习要求及思考题 通信传输有效性和可靠性分析实验 每两台PC机为一组 双方软 硬件配置相同 硬件 串口连接电缆 反绞 用于连接两台计算机的串口 带串口及USB接口的蓝牙模块 USB电缆 串口连接电缆 不反绞 电源 串口实验时用 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP通信传输的有效性和可靠性分析实验软件 实验设备与软件环境 通信传输有效性和可靠性分析实验 SEMIT6603 进入通信传输的有效性和可靠性分析实验实验前 先打开设备管理器 删除已安装的USB口驱动程序 检查 通信传输的有效性和可靠性分析实验实验完成后 打开设备管理器 删除已安装的USB口驱动程序 实验注意事项 通信传输有效性和可靠性分析实验 1 性能仿真1 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 点击主界面图上的 仿真2 2 陆地和卫星通信信道环境中 各种参数下最佳帧长与信道利用率的关系 点击主界面图上的 仿真1 3 共享信道技术 网络负载和吞吐量等参数之间的关系 点击主界面图上的 仿真3 仿真7 可选 实验内容 通信传输有效性和可靠性分析实验 数据速率数据传输速率的分析 点对点通信 通过无线信道速率测试程序 使学生体会 无线信道两端距离 信道上障碍物 帧长对无线传输速率的影响 设置数据包长度 测试 1 两台计算机直接用串口电缆连接 测得实际速率VRS232 2 两台计算机各自用串口连接蓝牙模块 建立连接后测得实际速率VRS232 BT 3 两台计算机都各自用USB连接蓝牙模块 建立连接后测得实际速率VUSB BT 实验内容 续1 通信传输有效性和可靠性分析实验 文件传输1 发送方选择传送的文件 数据帧长 对传输的数据帧进行检 纠错的信道编码方式及容许的最大重传次数和信道误码率 2 接收方对收到的包进行解码 如能纠错 即纠正错误 如能检出错误不能纠正 则要求重发 接收方如认为一帧传输无误 则提交给上层应用程序 3 统计通信性能参数 文件实际传输时间 文件实际传输的字节数和重传次数 文件传输后可以得到的结果有文件传输的误比特率 实际传输的时间 在信道上实际的流量和重传次数 改变两个蓝牙模块之间的距离 增加信道上的金属障碍物 改变帧长 观察对文件传输速率和误比特率的影响 实验内容 续2 通信传输有效性和可靠性分析实验 1 在速率测试中 设置包的个数为10 测试次数为10次 取不同的包长 记录通过串口连接蓝牙设备模块和通过USB口连接蓝牙模块的测试结果 包括包长 数据量 花费时间和平均速率 分析各次测试结果 从中可以得出什么结论 2 在文件传输测试中 传输一个大小为100kb的文件 误码率分别设为0 001 0 01和0 05 帧长设为300字节 最大传输次数为50 分别采用CRC与线性纠错编码方式纠错 记录通过串口连接蓝牙设备模块和通过USB口连接蓝牙模块的测试结果 包括误码率 传输字节 花费时间 重传次数和不同比特数 分析各次测试结果 从中可以得出什么结论 实验要求 通信传输有效性和可靠性分析实验 预习了解停止 等待协议 连续ARQ协议知识 了解信道利用率和最佳帧长的概念 了解间错重发ARQ 前向纠错FEC等误码和差错控制原理 思考题推导 32 24 线性分组码的监督位生成式 纠错方法 文件传输中的最佳帧长结果与仿真1中结果有什么差异 你如何解释 预习要求及思考题 通信传输有效性和可靠性分析实验 无线多点组网实验 本实验着重讨论无线网络的组网过程 网络的路由技术以及广播 组播的过程及实现 学习无线组网的基本原理及相关概念 理解点对多点的网络 Adhoc网络多跳转接的拓扑结构 组网过程 简单的路由协议以及广播 组播的相关知识 知识点 通信网络拓扑结构 路由技术 广播和组播 Adhoc网络 无线多点组网实验 实验设备与软件环境实验注意事项实验内容知识点实验要求预习要求及思考题 实验设备与软件环境 本实验每5台PC机为一组 每台软 硬件配置相同 硬件 PC机 带USB接口的蓝牙模块 USB连接线 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP无线组网实验软件 无线多点组网实验 SEMIT6603 进入无线多点组网实验前 先打开设备管理器 删除已安装的USB口驱动程序 检查 无线多点组网实验完成后 打开设备管理器 删除已安装的USB口驱动程序 实验注意事项 无线多点组网实验 实验内容 组网过程五人一组 相互配合 共同组成一个无线网络 从实验中体会微微网 分布式网络的概念和构造 并且掌握如何构造一个基于分布式网络的无中心 自组织的Adhoc网络 单跳与多跳转接通过单跳或多跳实现网络中任意两个节点间的通信 请查看发送成功的单播数据的路由信息或接收到单播数据的路由信息 路由协议观察各个节点之间地址及数据信息的交换过程 理解简单的路由协议的实现过程 请查看发送成功的单播数据的路由信息或接收到单播数据的路由信息 无线多点组网实验 实验内容 续 广播由任何一个节点设备向网络内所有其他节点发送同一消息 观察其发送的目的地址以及数据交换过程 在这种情况下的路由过程与两个节点间数据单播的过程有何不同 组播网络中设置两个多播组 网络中任何一个节点都可以申请加入一个或多个多播组 而后网络中的任何一个节点设备向某组发送组播信息 观察数据包的发送过程 可以更改节点加入多播组 观察结果 无线多点组网实验 实验要求 组网步骤完成后 记录本组五个网络节点组成的自组织网络的结构 绘出拓扑图并标明每个节点的角色 M S 与本组其他四个节点通信 观察并纪录到每个节点的路由选择 加入组播组 与同组其他节点通信 观察并纪录到每个节点的路由选择 对其他节点进行广播 观察并纪录到每个节点的路由选择 无线多点组网实验 预习要求及思考题 预习了解计算机通信网的基本组成 了解无线网络的网络结构 思考题组播具体如何实现 路由器如何知道相应的组播目的节点在哪一方向 如何减小无用组播数据的传播以及形成环路的情况 本实验的组网方式有什么不足 你能提出更好的组网方式吗 尝试组建各种拓扑结构的网络 无线网络环境非常复杂 链路经常会在某一方或双方可能都不知道的情况下因不可靠而断开 如何保证网络的自检查和恢复 对网络负载将会有何影响 无线多点组网实验 语音传输实验 本实验软件主要对蓝牙语音编码技术和通信网络中的语音传输过程进行了介绍 学生利用本软件及蓝牙设备组建点对点式无线连接 可以观察理解三种编码方式及原理 ACL和SCO链路的建立 ACL和SCO数据包传输的区别 知识点 脉冲编码调制 线性 非线性 CVSD可变斜率增量调制 突发错误和随机错误 ACL链路 SCO链路的建立 语音传输实验 实验设备与软件环境实验内容实验要求预习要求及思考题 实验设备与软件环境 本实验每两人为一组 每台软 硬件配置相同 硬件 PC机一台 带语音功能的蓝牙模块 串口电缆 耳机话筒 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP局域网语音传输实验软件 语音传输实验 SEMIT6603 实验内容 脉冲编码调制 线性 A律PCM 连续可变斜律增量 CVSD 调制原理 随机错误和突发错误的观察分析 蓝牙设备的ACL链路和SCO链路分析 蓝牙设备的身份切换 蓝牙设备的内部通话与数据传输的工作过程 根据A律PCM和CVSD的编码原理进行自己编程 语音传输实验 实验要求 记录线性PCM A律PCM和CVSD在相同参数下的量化编码 画出线性PCM A律PCM和CVSD在相同随机错误与突发错误参数下得译码后波形并加以比较 分别画出同一种语音编码方式在不同采样频率和相同随机错误与突发错误参数下的译码后波形 并加以比较 记录蓝牙建立和断开语音链路的过程 写出自己进行A律PCM和CVSD的编程程序 语音传输实验 预习要求及思考题 预习了解线性PCM编码 A律PCM编码和CVSD编码的基本原理 了解语音编码质量的一般要求 思考题实际应用中通常采用非均匀量化 而不是均匀量化 为什么 思考解码后的波形失真程度与哪些因素有关 蓝牙系统如何分配ACL链路与SCO链路所占用的时隙 随机错误和突发错误的异同是什么 怎样将突发错误转换成随机错误 试定性地比较PCM和CVSD的性能 语音传输实验 本实验从阐述原理的角度出发 结合OSI与TCP IP的原理体系结构 对数据传输的过程进行了介绍 本实验设计的简单协议栈具有典型性和普遍意义 可以给学生一个网络模型上的直观概念 知识点 OSI与TCP IP模型的层次结构 物理链路和逻辑链路 面向连接的服务与面向无连接的服务 自环与广播 组播 协议实现的多样性和互操作性 数据传输实验 实验设备与软件环境实验内容实验要求预习要求及思考题 数据传输实验 实验设备与软件环境 本实验每两人为一组 每台PC机软 硬件配置相同 硬件 PC机一台 带串口的蓝牙模块 串口电缆 电源 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP数据传输实验软件 数据传输实验 SEMIT6603 实验内容 协议体系结构表示会话层数据链路层面向连接与面向无连接的服务自环与广播 数据传输实验 协议体系结构 为了突出协议的上 下层次 数据传输实验设计了两个协议层 其中数据链路层分为逻辑链路层控制LLC子层和媒体访问控制MAC子层 通过数据传输实验 学生可以观察表示会话层 数据链路层的帧格式 分析数据传输的建链 鉴权 数据传输 断链的整个流程 为了能更好地体现物理信道和逻辑信道的概念 实验设计了两类简单的应用 即聊天和文件传输 先建物理链路ACL 然后可以启动应用 两种应用总共可以启动四个 也就是四个逻辑信道复用一条物理信道 两类应用能够通过同一条物理链路互不干扰地同时进行数据传输 数据传输实验 表示会话层 会话协议规定了设备间的数据传输过程 OBEX使用基于二进制包结构的客户机 服务器模式作为该过程的模型 数据传输实验的表示会话层可以说是一个简单的OBEX协议 学生可以在实验软件上观察到每一步上层应用程序的操作所引发的OBEX状态的变化 收发的PDU结构 信息头的分析和OBEX层的流程 学生还可以通过改变会话层的MRU Max Received Unit 来观察会话层状态机的运行变化以及对下层的影响 数据传输实验 数据链路层 数据传输实验的数据链路层参考了高级链路控制规程HDLC和以太网IEEE802 3的协议 在进行上层数据传输的时候 面向连接的OBEX和面向无连接的组播 广播 可以看到LLC子层和MAC子层的通信流程和帧格式 同时 各层的流量统计都显示在实验软件的主界面上 在自环方式下 可以看到MAC层的帧 但不会有MAC层的流量统计 这是因为数据没有真正发送到物理信道上 文件传输中如果文件比较大 将可以看出数据链路层连续ARQ和停止 等待帧发送顺序上的差异 而在数据量小的聊天应用 这两种流控机制是体现不出来的 数据传输实验 面向连接与面向无连接的服务 面向连接的服务是在数据交换之前 必须先建立连接 当数据交换结束后 则应终止这个连接 面向连接的服务具有建立连接 数据传输和释放连接三个阶段 在传送数据时是按序传送的 面向连接的服务适合于在一定期间内要向同一目的地发送大量报文的情况 数据传输实验 面向连接与面向无连接的服务 续 面向无连接的服务是 两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接 因此其下层的有关资源不需要实现预定保留 这些资源可以在数据传输时动态地分配 无连接服务不要求通信的两个实体同时处于激活状态 它的优点是灵活方便和比较迅速 但是面向无连接服务不能防止报文的丢失 重复或失序 面向无连接服务是用于传送少量的报文时的情况 数据传输实验 自环与广播 会话协议规定了设备间的数据传输过程 OBEX使用基于二进制包结构的客户机 服务器模式作为该过程的模型 数据传输实验的表示会话层可以说是一个简单的OBEX协议 学生可以在实验软件上观察到每一步上层应用程序的操作所引发的OBEX状态的变化 收发的PDU结构 信息头的分析和OBEX层的流程 学生还可以通过改变会话层的MRU Max Received Unit 来观察会话层状态机的运行变化以及对下层的影响 数据传输实验 实验要求 在会话层连续发送大量数据和少量数据的时候 分别观察数据链路层LLC子层的连续ARQ协议在发送流程上的区别 考虑增多滑动窗的窗口数或减少滑动窗的窗口数对系统性能的影响 考虑增多或减少窗口的意义及其应用场合 本实验数据链路层帧的编号为0 7 八个一组编号 发送和接收窗口大小可以定为1 7 在自环和非自环时间里LLC链路发送少量数据 在主界面上计算MAC层和LLC层的数据载荷并记录 比较自环和非自环时各子层的数据量的差别 根据对话层状态图的观察 完成状态转移表 数据传输实验 预习要求及思考题 预习了解网络协议分层的基本概念 了解OSI模型和TCP IP模型的基本结构和各自的优缺点 思考题有连接的数据包和无连接的数据包的区别 在同一条物理链路上如何区分不同的逻辑信道 设计协议时需要考虑哪些因素 会话层与数据链路层之间数据交互需注意的问题 两层之间的包交换是否需要插入适配层 数据传输实验 预习要求及思考题 续 数据链路层滑动窗窗口的作用 以及窗口大小对数据传输的影响 观察会话层的数据包与数据链路层传送的帧之间的联系 考虑会话层MRU对数据传输的影响 思考MRU在实际应用中适应当设置较大值还是较小值 以及其合适的取值 并说明理由 数据传输实验 服务发现实验 服务发现实验软件通过具体的蓝牙服务发现协议了解网络的服务发现方式 数据的表示方式和服务发现的工作流程 理解典型的客户 服务器工作模式 理解查询服务与协调应用的概念 知识点 服务发现协议 数据元编码 PDU交互流程 服务发现实验 实验设备与软件环境实验内容实验要求预习要求及思考题 实验设备与软件环境 本实验两人为一组 每台PC机软 硬件配置相同 一端作为服务注册端 一端作为客户发现端 硬件 PC机两台 带串口的蓝牙模块 串口电缆两根 电源 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP服务发现实验软件 服务发现实验 SEMIT6603 实验内容 服务发现的工作模式为了使实验简捷 我们采用两台PC机完成服务发现 组成客户机 服务器的模型 实际情况下可以有多个客户端 服务器端可以完成有多个客户同时提出的请求 注册本机的服务记录 查询服务器已注册的服务记录 查询同组设备 建立物理链路的链接 断开物理链路 服务发现实验 实验内容 续 数据元的编解码了解数据的表示方法 对服务器端注册的服务记录表示成数据元的格式 对查询结果的数据元的形式改称服务记录的方式 从中了解对多种类型且可变长的数据的一种简捷的表示方法 PDU的数据分析通过观察同层协议之间真正传递的PDU 让学生了解不同的服务查询的方式 以及各种查询方式的优劣 根据自己填写的服务记录属性值 写出数据元的二进制码 和实验程序给出的是否相同 根据不同的服务查询方式 判断给出的PDU是否正确 是否符合理解 服务发现实验 实验要求 完成几次查询 记录所有的PDU流程 分析各部分参数 并根据返回的响应PDU来分析结果 根据自己填写的服务记录属性值 写出数据元的二进制码 和实验程序给出的是否相同 根据不同的服务查询方式 判断给出的PDU是否正确 是否符合理解 服务发现实验 预习要求及思考题 预习了解客户机 服务器模型的基本概念 了解数据元的表示方法 了解服务发现的工作流程 思考题网络通信中为什么需要服务发现的协议部分 蓝牙的服务发现协议规定的数据元格式有什么优劣之处 为什么要有不同的服务查询模式 这样对提高服务发现的效率有什么好处 服务发现实验 局域网接入实验 局域网接入实验软件主要对局域网接入的实现原理和基本步骤行了介绍 学生利用本软件及串口通讯线 蓝牙设备可以分别进行有线接入和无线接入的实验 可将不同的接入方式进行对比操作 知识点 无线局域网技术 串口通信与PPP协议 网际协议 IP 与网络互连 局域网接入实验 实验设备与软件环境注意事项实验内容实验要求预习要求及思考题 实验设备与软件环境 串口电缆一根 反绞 服务器端 AP 硬件 PC机一台 带USB口的蓝牙模块 USB电缆一根 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP局域网接入实验服务器版软件 客户端 DT 硬件 PC机一台 带USB口的蓝牙模块 USB电缆一根 软件 Windows2000或Windows操作系统 TTP局域网接入实验客户版软件 局域网接入实验 SEMIT6603 SEMIT6603 进入局域网有线接入实验前 先打开设备管理器 删除 调制解调器 打开网络连接删除 传入的连接 或 直接连接 检查 局域网有线接入实验完成后 打开设备管理器 删除 调制解调器 打开网络连接删除 传入的连接 或 直接连接 实验注意事项 局域网接入实验 进入局域网无线接入实验前 连接好蓝牙实验模块USB口与计算机的连接 先打开设备管理器 删除虚拟的串口和已安装的USB口驱动程序 局域网无线接入实验完成后 打开设备管理器 删除虚拟的串口和已安装的USB口驱动程序 然后蓝牙实验模块USB口与计算机的连接 实验注意事项 续 局域网接入实验 实验内容 利用串口电缆进行有线接入两台PC机一组 一台作为服务器 一台作为客户端 通过直接电缆连接 在Windows2000环境下 进行局域网接入实验 用串口电缆连接两台计算机 服务器端和客户端分别配置 传入的连接 和 直接连接 配置串口参数 如波特率 流控参数等 理解串口参数设置对串口通信的影响 在所连接的串口上配置虚拟调制解调器 局域网接入实验 实验内容 续1 配置网络参数 如PPP鉴权 TCP IP设置等 通过Windows直接电缆连接 进行各种网络应用 观察并分析有线终端设备接入Internet的过程中通信协议的主要工作流程 利用操作系统提供的命令验证地址解析协议ARP和路由选择的工作过程 理解终端接入局域网时网络层路由的作用 用蓝牙无线平台实现无线接入以蓝牙为无线平台 在Windows2000环境下 进行局域网无线接入实验 连接蓝牙硬件 安装相应驱动程序 理解相关驱动程序在接入实验中的主要作用 局域网接入实验 实验内容 续2 配置虚拟调制解调器 PPP网络配置等相关参数 通过辅助程序 配置蓝牙连接 进行各种网络应用 观察并分析无线终端设备接入Internet的过程中通信协议的主要工作流程 利用操作系统提供的命令验证地址解析协议ARP和路由选择的工作过程 理解终端接入局域网时网络层路由的作用 局域网接入实验 实验要求 在AP上运行ipconfig all 记录以太网接口和PPP接口的物理地址 在局域