Übung zu
Drahtlose Kommunikation
12. Übung
28.01.2013
Aufgabe 1
a) Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Wahl einer bestimmten Zellgröße im Bezug auf:
• die Anzahl der verfügbaren Kanäle pro Funkzelle?
• die Anzahl der verfügbaren Kanäle auf die gesamte Fläche?
• die benötigte Sendeleistung und die Interferenzzone?
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 2
Aufgabe 1
a) Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Wahl einer bestimmten Zellgröße im Bezug auf:
• die Anzahl der verfügbaren Kanäle pro Funkzelle?
Für eine bestimmte Technologie ist die Anzahl der verfügbaren Kanäle pro Funkzelle begrenzt.
(In GSM z.B. 8 Kanäle pro Funkzelle (FDM und TDM))
Aufgabe 1
a) Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Wahl einer bestimmten Zellgröße im Bezug auf:
• die Anzahl der verfügbaren Kanäle auf die gesamte Fläche?
Je größer die Zelle, desto weniger Kanäle pro Fläche sind verfügbar -> in Ballungsräumen daher nur kleine Zellen
-> in ländlichen Gebieten größere Zellen
4 12. Übung – Drahtlose Kommunikation
Aufgabe 1
a) Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Wahl einer bestimmten Zellgröße im Bezug auf:
• die benötigte Sendeleistung und die Interferenzzone?
Je Größer die Zelle, desto Größer ist die benötigte Sendeleistung und die Interferenzzone. Damit wird auch ein größeres Cluster mit höherer Anzahl Unterfrequenzen benötigt damit sinkt Bandbreite pro Zelle
Aufgabe 1
b) Wie sieht ein Cluster aus, der für Zellen gleicher Frequenzen einen Abstand D = 6 · R ermöglicht? (siehe S.3 – 05_Zellulare_Netze.pdf)
Für 𝐷 = 6 × 𝑅 und 𝐷 = 𝑅 × 3𝑛 gilt 3𝑛 = 6
3 × 𝑛 = 36 n = 12
12 = 𝑖2 + 𝑖2 + 𝑖 ∗ 𝑗 i=2, j=2
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 6
Aufgabe 1
Für 𝐷 = 6 × 𝑅 und 𝐷 = 𝑅 × 3𝑛
gilt n = 12 = 𝑖2 + 𝑖2 + 𝑖 ∗ 𝑗 i=2, j=2
Aufgabe 2
Erlang (Einheit):
• Erlang ist das Maß für die Verkehrsintensität auf verbindungsorientierten Datenübertragungsleitungen oder Funkstrecken
• benannt nach dem dänischen Mathematiker Agner Krarup Erlang.
• Das Erlang (Traffic Unit (TU) und Verkehrseinheit) repräsentiert die
durchschnittliche Anforderung einer geschalteten Verbindung auf einer bestimmten Strecke während einer bestimmten Tageszeit (Busy Hour)
• vergleichbar mit der Hauptverkehrszeit im Straßenverkehr (Rush Hour)
• Ein Erlang entspricht dabei der dauerhaften vollen Auslastung eines Nachrichtenkanals (einer Ressource).
• Sind bei einem ISDN-Anschluss dauerhaft beide B-Kanäle belegt, so entspricht dies 2 Erl. Ist ein Kanal nur 8 Stunden am Tag belegt, so entspricht dies 1/3 Erl
• Kommunikationsverkehrsmessungen und ihre Quantifizierung in Erlang dienen der Kapazitätsplanung von Datennetzen.
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 8
Aufgabe 2
Die Erlang-Verteilung ist stetige Wahrscheinlichkeitsverteilung.
• Wird in der Warteschlangentheorie verwendet, um die Verteilung der Zeitspanne zwischen Ereignissen eines Poisson-Prozesses, beispielsweise der Ankunft von Kunden, zu erfassen, sowie in der Qualitätssicherung zur Beschreibung
von Lebensdauern.
• In Callcentern wird diese Verteilung für die Personaleinsatzplanung genutzt, um die Anzahl der benötigten Agents auf Grund des erwarteten Anrufvolumens im Zeitintervall zu bestimmen.
• Die Erlang-Verteilungsdichte liefert die Wahrscheinlichkeit dafür, dass nach Verstreichen des Orts- oder Zeitabstands x das n-te Ereignis eintrit.
• Sie beschreibt die Verkettung von Ereignissen, wobei der Abstand zwischen den Ereignissen einer Exponential-Verteilung folgt
Aufgabe 2
Erlang B ist eine Formel, die sich von der Erlang-Verteilung herleitet.
Mit ihrer Hilfe können die Kapazitäten einer Telefonleitung ermittelt werden, die
durchschnittlich für eine angenommene Anzahl an Gesprächen bei einer festgelegten Verlustwahrscheinlichkeit benötigt wird.
Die mathematische Formel wurde von Agner Krarup Erlang entwickelt. Sie bestimmt die Leitungskapazitäten innerhalb eines bestimmten Zeitraums auf der Basis eines bekannten Anrufaufkommens. Die Erlang-B-Formel setzt jedoch voraus, dass Anrufer, die auf einen Besetztton stoßen, nicht erneut anrufen und tendiert somit dazu, den tatsächlichen Bedarf an Telefonleitungen zu unterschätzen.
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 10
Aufgabe 2
Berechne Sie die Last des folgenden Systems in Erlang:
a) Ein durchschnittlicher Anruf dauert 200 Sekunden; Es gibt 100 Anrufversuche in der Minute. Berechnen Sie die Last in Erlang!
Traffic load = (100 / 60 ) x 200 = 333 Erlangs
Aufgabe 2
b) In einer bestimmten Zelle gibt es nun 400 Mobile Benutzer. Jeder Benutzer versucht durchschnittlich alle 15 Minuten einen Anruf zu
tätigen. Jeder Anruf dauert durchschnittlich 3 Minuten. Berechnen Sie die Last in Erlang!
Traffic load = 400 x (1/ 15)x3 = 80 Erlangs
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 12
Aufgabe 2
c) Die Anzahl der Mobilen Benutzer in b) ist nun auf 500 gestiegen.
Jeder Benutzer macht durchschnittlich alle 20 Minuten einen Anruf (von durchschnittlich 3 Minuten Dauer).
1 / µ = 3 Minuten
Traffic load = 500 x (1/20) x 3 = 75 Erlangs
Aufgabe 3
a) Erläutern Sie wie Nachrichten empfangen und auf der Konsole angezeigt werden.
Erläutern Sie dafür die Funktion des Tasks „task void uartSendTask()“
und des Handlers „event message_t *RadioReceive.receive[...](...)“ in Radio2SerialC.nc.
Welche Aufgabe besitzen diese und warum werden Sie
unterschiedlich, als Task und als Event-Handler, implementiert?
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 14
Aufgabe 3
• Das Programm verwendet die Komponente „RadioReceive“ und
daher muss es das Event „message_t *RadioReceive.receive[...](...)“
implementieren.
• Jedes Mal wenn die Hardware eine Nachricht erkannt und empfangen hat, wird dieses Event aufgerufen.
• Für die empfangenen Nachrichten existiert eine Warteschlange zur Weiterverarbeitung.
• Die Aufgabe des Events ist es, die empfangen Nachrichten in die Warteschlange einzusortieren und den Task „uartSendTask()“
aufzurufen.
• Ist die Warteschlange voll und eine neue Funk-Nachricht wird empfangen, blinkt die Led.
Aufgabe 3
Nachrichten-Empfang:
Der Receive-Handler verwaltet einen Ring-Puffer, in welchem ankommende Daten zwischengespeichert werden. Dieser besitzt zwei Indizes, einen für die Position des als nächstes anzukommende Datums (input), einen anderen für das als nächstes zu versendende Datum (output).
Es wird zunächst überprüft, ob der Puffer voll ist, dies ist der Fall, wenn die beiden Indizes
übereinstimmen, also nichts mehr gespeichert werden kann ohne unversendete Daten zu überschreiben.
Ist noch Platz im Puffer, wird jede ankommende Nachricht in den Puffer geschrieben und der Input-Index erhöht. Wenn die Uart in der Folge nicht beschäftigt ist, dann wird der Sende-Task aufgerufen. Dadurch ändert die Uart ihren Zustand in beschäftigt.
Nachrichten-Versendung:
Der Sende-Task bearbeitet die Aufgabe, Daten aus dem Zwischen-Puffer auszulesen und über die Uart zu versenden. Dabei wird der Output-Index genutzt, um das nächste zu versendende Datum zu bestimmen.
Der Puffer enthält die gesamte über das Radio empfangene Nachricht, welche unter anderem die Sende- Adresse enthält. Schlägt das Versenden (UartSend.send) fehl, so wird der Vorgang wiederholt. Wichtig ist danach das event „Uart- Send.sendDone“. War das Versenden erfolgreich, so wird der Output-Index auf das nächste zu versendende Datum gesetzt und der Puffer ist wieder bereit, Daten aufzunehmen. Der Task läuft so lange, wie Daten im Puffer vorhanden sind. Es werden so lange Daten versendet, bis der Puffer leer ist, das heißt die beiden Indizes stimmen überein und der Puffer ist nicht voll.
Das Versenden über die Uart wird über einen Task ausgeführt, weil es eine dauerhafte Aufgabe ist, die potentiell ewig andauern kann, solange Daten vorhanden sind. Diese Daten werden über das Radio empfangen, ein event, welches einen Aufruf des Handlers zur Folge hat. Hier werden Nachrichten nur in den Puffer eingereiht und nichts anderes. Der Handler ruft zudem den Task nur dann auf, wenn er nicht schon läuft.
12. Übung – Drahtlose Kommunikation Gruppe EdsgarDijkstra 16
Aufgabe 3
Schreiben Sie ein einfaches Programm für den zweiten TmoteSky Knoten, in Anlehnung an BlinkToRadio aus der vorherigen Übung,
welches Nachrichten an den ersten Knoten sendet und von diesem auf der Konsole über USB anzeigen lässt. Die versendeten Nachrichten
sollen die ID des Sendeknotens sowie eine Counter-Variable
enthalten, welche hochgezählt wird. Geben Sie die Ausgabe des
Radio2Serial-Programms auf der Konsole hier an und Ihre Programme funktionsfähig ab.
Aufgabe 3
serial@/dev/ttyUSB1:115200: resynchronising 00 FF FF FF 00 04 3F 06 00 00 00 01
00 FF FF FF 00 04 3F 06 00 00 00 02 00 FF FF FF 00 04 3F 06 00 00 00 03 00 FF FF FF 00 04 3F 06 00 00 00 04 00 FF FF FF 00 04 3F 06 00 00 00 05 00 FF FF FF 00 04 3F 06 00 00 00 06
Das vorletzte Byte einer jeden Nachricht (hier Zeile) beschreibt die ID des Sendeknotens an und das letzte die Counter-Variable.
12. Übung – Drahtlose Kommunikation 18
