通信系统综合实验内容及要求(2006)

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1、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

2、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）,Andrew S.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，

3、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 Bluetooth SIG2001Specification of the Bluetooth System V11_Core http:/wwwBluetoothorg Bluetooth SIG2001Specification of the Bluetooth System V11_Profile http:/wwwBluetoothorg,参考文献,沈连丰，宋铁成等2000Bluetooth系统基带关键算法的研究及其仿真电子学报，S1 William Stallings2001密码编码学与网络安全原理与实践（第2版）北京：电

4、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 IEEEIEEE Std 80211a_1999(Supplement to IEEE Std 80211_1999)http:/wwwieeeorg IEEEIEEE Std 80211a_1999(Supplement to ANSI/IEEE Std 80211_1999 Edition) http:/wwwieeeorg,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

5、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：Windows 2000或 Windows 操作系统， TTP基带仿真软件； Visual C+。,实验设备与软件环境,数字基带仿真

6、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Visual C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

7、验,差错控制实验：记录包头校验、有效载荷校验、1/3 FEC以及2/3 FEC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1/3 FEC码后如何进行纠错？ 包头的两种差错控制1/3 FEC和HEC，他们的先后顺序如何？为什么？ 在接收端如何对1/3 FEC码

8、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

9、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：Windows 2000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,(SEMIT 6603),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)

10、 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

11、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

12、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U

13、SB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

14、理及相关概念，理解点对多点的网络、Ad hoc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； Ad hoc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：Windows 2000或 Windows 操作系统， TTP无线组网实验软件。,无线多点组网实验,(SEMIT 6603),进入无线多点组网实验前，先打开设备管理器，删除已安装

15、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Ad hoc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

16、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？,