大项目

检查时间

将于在检查08:00-12:00, 24 July 2024 学院4号楼301

检查完毕归还Pluto设备

简介

到目前为止，我们主要在学习物理层，已经设计了帧同步算法和离线OFDM接收机的信号处理模块。在本次实验中，我们将

开始学习链路层，特别是在物理层不可避免出现错误情况下，在链路层实现可靠传输。具体来说，我们将设计两个“收发

机”，其中收发机既有发送模块也有接收模块，并构建两个双向通信的节点。

在实验1与实验2中，同学们已经开发了物理层信号处理的模块，包括发送机与接收机的信号处理。本次大项目就是将前述

实验的开发成果进行集成，完成物理层、链路层、应用层的开发，并实现一个完整的实时无线通信系统，支持图片的可靠传

输。

为了降低难度，大项目有两种提交方式：a) 物理层采用Pluto SDR硬件；b) 物理层依然采用Socket PHY，不过Socket传输

的是基带信号。前者能拿到大项目全部的分数，后者只能拿到大项目全部分数的85%。对于这两种方式，项目都会提供一个

框架代码，同学们只需要在框架代码中实现相应函数即可。对于后者，本实验只是用Socket在本地用来模拟两个收发机的

通信链路，同学们只需要简单的把它抽象成不可靠的通信链路即可。

这两种方式都需要进行基带信号处理，区别就在于修改的Socket PHY会直接传输一个信号块，包括一个帧的全部基带信号

与帧前面有随机添加的噪声。对于Pluto PHY，每次获取的一个信号块不一定保证包括一个完整的数据帧。此外，对于前

者，在Pluto SDR实现实时系统有很多挑战，需要注意优化代码的性能，使得接收模块的处理足够快，否则会发生丢包。

我们将提供了一个基于多线程架构的参考实现，即代码分为链路层（即LLC）和物理层（即PHY），中间使用队列进行交

互。在发送方向上，链路层负责根据协议状态生成帧，然后放入队列，物理层负责发送；在接收方向上，物理层负责接收，

然后放入队列，链路层提取帧更新协议状态。同学们只需要在这个框架内完成一些函数实现，就能完成本次实验。这里线

是并发编程中的一个基本概念，是一种可以充分利用多核CPU进行处理的方法。程

选项1：基于Pluto SDR实现实时双向通信系统（100%）

第一部分：完成单向 OFDM 发送机（15%）

设置和要求

调制LLC层的数据包，并将基带信号放入，然后完成OfdmTx类的和。提交你实现的程 tx_queue put() process()

序。(5%)

添加线程以从中获取样本，并使用PlutoSDR进行传输。提交你实 tx_sample_queue_watcher_thread tx_queue

现的程序。(5%)

问题：描述单向OFDM发送机的过程。解释控制台输出，并描述它们的作用。发送机和发送机之间的 socket pluto

区别是什么？(5%)

提示

你可以使用Lab2中发送机的源代码来开发OfdmTx类中的函数 process()

的设计类似于 tx_sample_queue_watcher_thread tx_packet_queue_watcher_thread

要使用pluto传输baseband samples，可以调用 sdr_tx.tx(samples)

第二部分：完成单向 OFDM 接收机（25%）

设置和要求

添加线程以从pluto获取缓冲区并将其放入中。提交你设计 rx_sample_queue_watcher_thread rx_sample_queue

的程序。(5%)

从获取缓冲区。检测缓冲区中的前导码并解调接收的样本。将解调的数据包放入 rx_sample_queue

，然后完成OfdmRx类的。提交你设计的程序。(5%)rx_packet_queue process()

问题1：描述单向OFDM接收机的过程。解释控制台输出，并描述它们的作用。接收机和接收机之间 socket pluto

的区别是什么？(5%)

问题2：解释接收机中和的作用？(5%) rx_sample_queue rx_packet_queue

问题3：如果或没有及时处理，会发生什么？(5%) rx_sample_queue rx_packet_queue

提示

要使用pluto接收baseband samples，可以调用。 samples=sdr_tx.rx()

的设计类似于。 rx_sample_queue_watcher_thread rx_packet_queue_watcher_thread

你可以更改在test_nodeB.py 中的值，以帮助调试。 rx_buffer_size process()

你可以使用库来测量中每个部分的时间消耗，并优化较慢的部分以提高处理速度。 time process()

如果处理速度赶不上传输速度，请放慢传输速度。(可以通过更多时间来控制传输速率)sleep

ofdm_tx.py 和 ofdm_rx.py 可以从你完成的实验3中拷贝过来。

test_nodeA.py中的选项可以相应修改。 -t

第三部分：完成双向 OFDM 收发机 (20%)

设置和要求

参照前向链路实现（用于发送DATA），实现反向链路（用于发送ACK）。提交你设计的程序。运行下面的代码，并记

录控制台输出。(15%)

python test_nodeB.py pluto double (py37)$ -p -l

# run first

python test_nodeA.py pluto double(py37)$ -p -l

问题：结合控制台输出结果描述双向通信的过程。(5%)

提示

注意，我们在以下两个flow应该使用不同频率：flow: A –> B和flow: B –> A，以避免流间干扰。在我们提供的代码

中，频率设置为不同的值。你应该根据你的组号改变频率。

如果你的电脑无法同时带动两台设备，请尝试在不同的电脑上运行节点A和节点B。

第四部分：可靠图像传输 (40%)

步骤和要求

开发ARQ协议，实现可靠图像传输

简述设计思路，解释协议交互流程。 (10%)

设计数据帧和ACK帧结构，并描述帧结构各个字段的作用。 (5%)

现有框架代码存在延时与丢包（数据帧和ACK都有可能丢失），实现的函数是。此外还存在 simu_pkt_loss_delay()

比特错误的可能性。请找出模拟比特错误的代码位置，我们的系统是否要处理这种错误，该如何处理？（5%）

在节点A的llc_nodeA.py与节点B的llc_nodeB.py中开发停止等待ARQ协议。运行上述代码，记录控制台输出。提交你

开发的程序。(15%)

调整丢包概率p=0.5，记录控制台输出。在llc_utils.py中调整丢包概率，具体更改函数中的 simu_pkt_loss_delay()

参数的值。(5%)pkt_loss_rate

提示

test_read_save_img.py中提供了读取和保存图片的APIs。图像的基本信息通常包括宽度、高度和灰度。节点A可以将

这些信息与第一个数据包一起发送给节点B，然后节点B可以准确地恢复整个图像。

可以使用 llc_utils.py 中的和实现十进制数与二进制数之间的转换 dec2bin bin2dec

可以自己选择更小的图片来测试你的程序。

选项2：基于修改的Socket PHY实现实时双向通信系统（85%）

上述Pluto PHY需要和Pluto硬件交互，存在一定的难度。另一个选项是通过修改的Socket PHY进行交互。Project使用的

Socket PHY传递的是baseband samples。你需要从baseband samples中解码出frame，然后才能进行packet-level的处

理。此外，为了能够集成帧同步的功能，我们的框架代码会在baseband samples前增加一段随机长度的噪声，但是可以保

证每次接收到的信号包括一个完整的frame。存在随机长度的噪声，意味着需要实现帧同步，找到帧开始位置。

第一部分：完成单向 OFDM 发送机（10%）

要求同上

第二部分：完成单向 OFDM 接收机（20%）

要求同上

第三部分：完成双向 OFDM 收发机 (15%)

要求同上

第四部分：可靠图像传输 (40%)

要求同上

加分题 (+10%)

加分1：用GUI Demo实现循环图像传输与显示 (+5%)

步骤和要求

支持文件夹内多个图像的传输，用 GUI Demo 显示图像。我们会提供GUI Demo显示程序，你需要写一些接口代码。

加分2：滑动窗口 ARQ (+5%)

步骤和要求

使用滑动窗口ARQ提高传输速度。