МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Сети и системы связи с подвижными объектами»

«Высокоскоростной радиомост»

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент гр. 4110

Елецкий В.Н.

Проверил:

Бакке А.В.

 

                                                   Рязань 2017

Исходные данные к проекту:

1)Радиус зоны  радиопокрытия: 800м (PR=87% покрытие на границе обслуживания)

2)Максимальная скорость передачи данных в обоих направлениях: 16Мбит/с

3)Тип местности: городская застройка

4)Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 10-7

5)Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,5 Вт

6)Рекомендуемая технология передачи: OFDM

7)Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

Кратное описание курсовой работы:

-создание системы  для организации высокоскоростной передачи данных между двумя сетевыми узлами по типу «точка-точка». Инициатором сеанса связи может быть любой узел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Постановка задачи и формулирование технических условий функционирования сети.

1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в   контексте          заданной темы. Пояснение предоставляемых сетью услуг пользователю; характеристика  управляемых объектов.

 

Тематика данной курсовой работы подразумевает создание радиосети, предназначенной для  высокоскоростного обмена информацией между двумя пользователями с использованием топологии сети *точка-точка*. Таким образом, пользователям сети будет предоставлена возможность производить обмен информации представленной в виде:

аудио, видеозвонков, фото и многое другое, в режиме реального времени.

Максимальная скорость передачи в двух направлениях 16Мбит/с.

С точки зрения работы моей системы связи достаточно организовать всего один аудиоканал, т.к. подразумевается обмен между двумя пользователями.

Т.к.  при передачи речи достаточно будет использовать скорость передачи 64Кбит/с, а, с учетом того, что речь можно сжать без особого ухудшения качества, как минимум в 4 раза, будем использовать  скорость передачи 16 Кбит/с..

При предоставлении услуг видеопередачи, также будет использоваться один канал связи. Проведем расчет, направленный на поиск необходимой пропускной способности канала при передаче видео с различным разрешением и кодеком:

Рисунок 1. Анализ влияния разрешения  на требуемую пропускную способность.

Т.о. отведем на передачу видеопотока канал связи с полосой пропускания

≈ 3Мбит/с. (MPEG 4 с разрешением 640х480).

При передаче текстовых файлов будем использовать канал связи с полосой пропускания ( 0………16Мбит/с), т.е. если два вышеописанных канала связи используются, то  под эту услугу  выделяется оставшаяся часть пропускной способности, а если два этих канала не используются, то под данную услугу выделяется вся пропускная способность.

Для разных протоколов передачи данных, т.е. для передачи протоколов передачи данных будут требоваться свои каналы передачи данных на втором уровне с очень высоким качеством защиты, для аудиоканала или видеоканала такой защищенности не потребуется.

Потому что если возникает ошибка, то мы все равно можем передать этот пакет, пусть отображаться он будет с артефактами, смысл передаваемой информации не изменится.

Но если возникла ошибка при передаче данных, то потеря одного бита чревата потерей всего, например если в процессе  передачи архива rar или  zip произошла потеря, то они могут быть уже не читаемы.

Для аудио можно пренебречь частью ошибками, т.к.,например, будет прием в шумах, но смысл передаваемой информации  от этого не потеряется.

По линии передачи данных возможно применение АRQ (т.е. автоматический повтор ранее переданного сообщения), а для линий аудио и видео передачи применение  АRQ неуместно.

Иными словами, по всем этим каналам  будет применена разная стратегия защиты передаваемой информации.

Стоит отметить, что пользователи обладают  мобильностью, т.е.  возможно их перемещение.

 

1.2. Обоснование предполагаемой архитектуры сети в виде пояснения схемы взаимодействия "пользователь - радиосеть – другой пользователь", выделение ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение характера двунаправленного информационного потока сообщений пользователя. Формулирование цели и задач расчета.

Рассмотрим подробно мою систему, в виде нескольких уровней детализации. Моя система радиомост, следовательно, радиомост это взаимодействие двух пользователей. Т.е у нас есть взаимодействие одного пользователя с другим пользователем. Рассмотрим это взаимодействие на уровне абстрактных предположений. Между ними происходит информационный обмен, например, аудио форматами, видео форматами, текстовыми данными (рис 2).

Рисунок 2. Первый уровень детализации

 

Перейдем ко второму уровню детализации.

Т.к. у самого пользователя нет средств для передачи информации, поэтому пользователь взаимодействует с программой, т.е с некоторым приложением. Соответсвенно между пользователями есть информационная связь, а между приложениями устанавливается протокол обмена программных объектов. Данное приложение, в соответсвии с моей курсовой работой, должно уметь передавать видеотрафик, аудиотрафик, текстовые файлы(рис 3).

Рисунок 3. Второй уровень детализации

Переходим к третьему уровню детализации.

Приложение включает в себя службы, которые обеспечивают доставку нужного трафика, т.е. службы доставки сообщений.

Т.о. приложение это программа, которая умеет организовывать аудиоканал,видеоканал, канал для передачи текста. Важное условие, приложение должно иметь дружелюбный интерфейс. Как было сказано ранее, для аудиосоединения будет планироваться пропускная способность 16Кбит/с, для видеосединения 3 Мбит/с (MPEG 4 с разрешением 640х480), а для передачи текста будем использовать 0….16 Мбит/с.(рис 4).

 

Рисунок 4. Третий уровень детализации

 

Переходим к четвертому уровню детализации.

Приложение само по себе не может существовать, т.е.  оно не может быть подключено к терминалу. И таким образом мы приходим к завершающей стадии иерархической структуры, в нашем случае это многозвеневая структура (рис 5).

Рисунок 5. Четвертый уровень детализации

 

Обобщенная многозвеньевая структура будет выглядеть следующим образом (рис  6):

 

 

Рисунок 6. Обобщенная многозвеньевая структура

Таким образом мы имеем:

1)Протокол на самом верхнем уровне это протокол межличностных взаимоотношений пользователь-пользователь.

2)Протокол передачи данных, который организуется на уровне приложения  это протокол передачи полезного трафика (видео, текста, аудио)

3)Радиопротокол, который реализуется по радиоканалу.

Через радиоинтерфейс идет физический трафик, логический и виртуальный трафик, а также идет обмен пользователями. 

 

В соответствии с моим техническим заданием, топология радиосети будет *точка-точка*, это подразумевает, что  в нашей радиосети будет два терминала, которые будут обладать мобильностью (в соответствии с ТЗ).

Промежуточным звеном между пользователем и терминалом, для обеспечения их взаимодействия будет переносной персональный компьютер (ППК) на который будет установлена специальная операционная система (ОС).

Для обеспечения взаимодействия терминала(Т) с ППК будем использовать USB-интерфейс, а для взаимодействия ППК с пользователем, будут использоваться периферийные устройства(ПУ).

Как было сказано ранее, у каждого пользователя сети имеется свой терминал. Соединение между пользователями и терминалами устанавливается через радиоинтерфейс.

В моём техническом задании сказано о том, что  инициатором сеанса связи может быть любой узел, значит ни за одним из терминалов, не будет стационарно закреплен статус мастер. Мастером сети будет являться тот терминал, который первый отправил широковещательное сообщение другому терминалу в целях установки синхронизации. Постоянное поддержание синхронизации терминалов, не соответствует важному критерию, как энергосбережение, потому что аппаратура, как на приемной, так и на передающей стороне, будет постоянно отправлять и соответственно принимать сигнал синхронизации. Сигнал синхронизации будет отправляться терминалом только тогда, когда требуется установление связи, поэтому предложенный мной вариант синхронизации, будет более уместен. В период, когда ни одним из терминалов не отправляется сигнал синхронизации, они будут находиться в режиме сна. Наши терминалы будут периодически просыпаться, для прослушивания канала, т.е. для того, чтобы понять, отправлял ли сигнал терминал на другой стороне, если такой сигнал обнаружился, то запускается процесс, направленный на организацию связи с последующей передачей данных, если сигнал не был обнаружен, то терминал переходит в режим сна.

Т.к. на одной и той же территории могут функционировать одновременно несколько аналогичных сетей, соответственно, каждой паре терминалов будет выделен определенный диапазон частот и, работать они смогут только в нём.

В соответствии с моим техническим заданием, оба терминала  обладают мобильностью. Радиус зоны радиопокрытия 800м. Из чего следует, что, если расстояние между терминала превысит заданную величину, связь между ними станет невозможной, следовательно, нельзя допустить выход терминалов за пределы зоны радиопокрытия. Предупредить проблему, я решил  следующим решением:

- на экране будет оперативно обновляться и предоставляться информация об уровне принимаемого сигнала, как принимающей, так и передающей стороне, соответственно, отталкиваясь от уровня принимаемого сигнала будет автоматически регулироваться мощность излучения специализированной техникой под управлением пользователя. При приближении к критически малому уровню принимаемого сигнала,  на экран ППК будет выведена информация о предупреждении к возможному переходу в зону неуверенного приема. В данном случае пригодится  модуль GPS-приемника следующим образом:

-к каждому ППК будет подсоединен с помощью USB-интерфейса  модуль GPS-приёмника сопряженный с ППК, с помощью ПО, который будет определять координаты местоположения пользователя. Каждый терминал будет периодически друг другу передавать свои координаты, таким образом, в каждом ППК будет происходить процесс расчёта  расстояния между пользователя, а также будет известно их местоположение на карте (о данной услуги приложения будет сказано позднее),имея, данную информацию, пользователь будет определять возможные выходы из сложившейся ситуации, например, изменение дислокации. Таким образом, будет решена потенциальная проблема выхода из зоны радиопокрытия терминалов. Следовательно, на экране ППК  будет оперативно обновляться информация о расстоянии между терминалами, и соответственно, между пользователями, а также их местоположение на местности. При подходе к критическому расстоянию, т.е. к 800 метрам, на экране будет выводиться сообщение, сигнализирующее об опасности прерывания соединения. На рисунке 7 графически изображена реализация определения координат терминалов:

       Рисунок 7. Определение изменяющихся координат терминалов

На рисунке 8 приведен пример GPS-приемника:

                                             Рисунок 8. GPS- приемник

Характер двунаправленного информационного потока сообщений пользователя заключается в следующем:

-пользователь, посредством своего терминала и ППК получает передаваемые ему данные со стороны второго пользователя (текстовое сообщение, видеозапись и т.д.). Вместе с этим, может передаваться

информация непосредственно для терминала, т.е. служебные сообщения.

В служебных сообщениях может содержаться, например, следующая  информация: запрос о начале сеанса связи и т.д. .

В соответствии с тем, что было написано мною  выше, можно сформулировать следующие цели:

- разработать план поведения терминалов для организации соединения, и последующему обмену информацией

- разработать свой протокол передачи сообщений в канальном уровне, а также проработать проблемы и вопросы  передачи сигналов на физическом уровне.

 

1.3. Краткая характеристика интерфейса пользователя.

Интерфейс пользователя – совокупность средств и методов, при помощи которых пользователь взаимодействует с сетью.

В составе нашего ППК будет иметься специальное программное обеспечение, реализующее дружелюбный интерфейс. Главная цель ПО – это предоставление услуг требуемого качества.

Самое главное, что он должен предоставлять  – это возможность обратиться к услугам ( аудиопередачи, видеопередачи, текстовой передачи) и контролировать ход их эксплуатации. В случае текстовой передачи, у нас должна быть, обязательно, ОС в рамках которой, должна быть файловая подсистема.

Некоторые второстепенные возможности, предоставляемые интерфейсом пользователя в рамках моей работы:

1)вывод интересующей информации пользователя на дисплей ППК.

2)непосредственное управление самим ППК и т.д.

Более подробно интерфейс пользователя изображен на рисунке 9:

                               Рисунок 9. Интерфейс пользователя

1)Вызов- позволяет обеспечить звонок другому пользователю

2)Сообщение- позволяет обеспечить отправку сообщения другому пользователю

3)Выдеовызов- позволяет обеспечить видеозвонок другому пользователю

4)УПС – уровень принимаемого сигнала

5)Уровень сигнала –  отражает уровень принимаемого сигнала

6)Карта -  показывает расположение двух терминалов на карте местности

 

Список используемой литературы:

1)Бакке А.В. лекции по курсу:  «Системы и сети связи с подвижными объектами»

2) http://omoled.ru/Publications/View/943#comments  

3)https://markevich.by/raschet-videoarxiva-propusknoj-sposobnosti-set