В рамках данной статьи рассмотрены следующие пункты задания к курсовой работе (нумерация в соответствии с заданием к курсовой работе, в скобках указана нумерация пунктов в рамках статьи):

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

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

    1.3. (1.3). Краткая характеристика интерфейса пользователя.

    2.1. (1.4). Проработка функционального состава сетевого терминала (выделенного узла сети), отражающего выполнение возлагаемых на объект задач.

    2.2. (рассмотрен в рамках п. 1.2). Пояснение концепции решения следующих задач:

                    - абоненты сети должны иметь на выбор возможность подключения к любому из имеющихся на сервере вещания мультимедийному потоку;

                    - поток вещания любой программы существует (передается), пока у него есть хотя бы один подписчик 
с использованием ключевых звеньев доставки сообщений, пояснение функций каждого звена. Обоснование требуемой архитектуры радиосети.

    2.3. (1.5). Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность и предполагаемый объем сообщений, иные предполагаемые свойства трафика.

    2.4. (1.6). Обоснование иерархической модели сети - как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений. Выделение ключевых слоев модели (не менее трех), пояснение назначения протоколов обмена на всех уровнях модели. Выделение радиоинтерфейса и формулирование задач по передаче/приему сообщений службами различных уровней.

    2.5. (1.7). Стратегии поведения терминалов и выделенных узлов в радиосети. Анализ сценария взаимодействия сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов) в рамках оказания услуг на прикладном (верхнем) уровне модели; задачи служб и характеристика сообщений прикладного уровня. Пояснение сеанса соединения, характеристика этапов "жизненного цикла" сеанса. Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов и анализ задач, выполняемых в этих состояниях.

    2.6. (1.8). Анализ возможных решений по обеспечению энергосбережения. Построение диаграмм состояний сетевых объектов, отражающих основные элементы разрабатываемого сценария.

Задание на курсовую работу.

         Краткое описание темы:

система предназначается для мультимедийного вещания подвижным объектам. Мобильные абоненты сети должны иметь на выбор возможность подключения (подписки) к любой из имеющихся на сервере вещания программ. Мультимедийный сервер ведет учет числа текущих подписчиков каждой программы. Свойство радиосети:

- поток вещания любой программы существует (передается), пока у него есть хотя бы один подписчик.

Исходные данные к проекту:

Максимальное количество терминалов в сети: 1000

Радиус зоны обслуживания: 800 м (PR=70% покрытие на границе обслуживания)

Максимальная скорость передачи информационных данных: 250 Кбит/с

Тип местности: городская застройка

Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 5*10-6

Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,15 Вт

Рекомендуемая технология передачи: OFDM

Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

1. 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.

Интерактивная радиосеть мультимедийного вещания предполагает предоставление пользователям услуг доступа к различного рода мультимедийным потокам, создаваемым мультимедийным сервером и точкой доступа. Учитывая особенности технического задания, в частности, ограничение скорости передачи информационных данных в 250 Кбит/с, можно сделать очевидный вывод: данная сеть малопригодна для ТВ-вещания и трансляции каких-либо видеоизображений. Однако указанной скорости вполне достаточно для передачи по сети, к примеру, текста и графических изображений, а также музыкальных файлов, поэтому одним из наиболее подходящих прикладных решений в рамках указанной темы является организация интернет-радио.


Рис. 1.1. Общая концепция мультимедийной радиовещательной сети. 

Интернет-радио в данном случае может функционировать следующим образом: мультимедийный сервер, имеющий доступ в сеть Интернет, осуществляет прием потоков информации от нескольких интернет-радиостанций. Затем данные потоки передаются базовой станции, которая транслирует их терминалам, находящимся в пределах зоны обслуживания. Общая концепция такого способа реализации данной сети показана на рис. 1.1.

Такой подход к реализации интернет-радиовещательной сети с учетом представленных в техническом задании требований предполагает решение нескольких проблем. Далее рассмотрим эти проблемы.

1) Так как каждый терминал имеет возможность подписки к любой из имеющихся на станции вещания программ, необходима информационная подсистема в составе базовой станции, в которой будет содержаться информация о находящихся в зоне обслуживания терминалах (рис. 1.2).Как видно из рисунка 1.2, терминал, отправляя запрос на предоставление услуги, фактически обращается к домашней сети, а точка доступа является лишь посредником при взаимодействии домашней сети и терминала, не выполняя никаких решающих функций.


Рис. 1.2. Взаимодействие терминала и базовой станции.

Отсюда следует, что каждый терминал должен иметь свой уникальный идентификатор в сети, который будет присваиваться каждому терминалу при первом подключении к сети. При запросе на предоставление услуги базовой станцией будет осуществляться проверка наличия идентификатора терминала в информационной подсистеме и, соответственно, правомочность этого запроса, и будет приниматься решение о предоставлении или непредоставлении пользователю запрашиваемой услуги.

2) Базовая станция должна иметь возможность учета числа пользователей каждой услуги. Для этого в состав станции необходимо включить журнал учета числа подключенных к различным каналам пользователей, информация в которой будет оперативно обновляться при изменении числа пользователей какой-либо программы. Значит, необходимо обеспечить поступление такого рода информации на точку доступа. Так как число абонентов, согласно техническому заданию, достаточно велико, а соответственно велика и нагрузка на точку доступа, разумно отказаться от опроса терминалов точкой доступа и возложить эту задачу непосредственно на терминалы. Реализовать такой подход можно следующим образом: при отключении от какого-либо мультимедийного потока терминал посылает базовой станции служебное сообщение, в котором содержится информация о том, что данный терминал более не использует указанный мультимедийный поток. При подключении терминала к потоку такой проблемы не возникает, поскольку решение о разрешении или запрете доступа терминалу принимается на стороне базовой станции, и поэтому базовая станция владеет информацией о подключенных к информационным потокам терминалах. Такой способ реализации выбранного подхода описывается рис. 1.3.


Рис. 1.3. Взаимодействие терминала и базовой станции с сохранением информации о подключенных к каналам терминалах.

3) Указанное в техническом задании требование о том, что информационный поток любой программы существует, пока у него есть хотя бы один подписчик, предполагает наличие решающего устройства в составе базовой станции или мультимедийного сервера. Задачей такого устройства является анализ информации о числе подключенных к мультимедийным потокам терминалов и принятие решения о прекращении трансляции какого-либо потока в случае, если этот поток в данный момент не имеет активных подписчиков. Один из возможных способов встраивания такого решающего устройства в архитектуру базовой станции показан на рис. 1.4. При этом следует отметить, что технически мультимедийный сервер и базовая станция могут располагаться в непосредственной близости друг от друга, поэтому включение решающего устройства в состав базовой станции условно, и это устройство может быть включено в состав мультимедийного сервера.


Рис. 1.4. Функционирование решающего устройства в составе базовой станции.

4) Так как данная сеть предназначена для функционирования в условиях городской застройки, важной проблемой при обеспечении доступа терминалов к мультимедийным потокам и, что не менее важно, при обмене служебными сообщениями является проблема многолучевости распространения радиоволн. Данная проблема решается использованием технологии передачи OFDM.

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

Для решения поставленной задачи наиболее разумным и даже единственно верным выглядит использование структурированной архитектуры сети и топологии «точка-многоточка». Однако с учетом указанных в техническом задании требований, связанных с низкой мощностью излучения передатчика мобильной станции и функционированием сети в условиях городской застройки имеет смысл использовать смешанную архитектуру, добавив к структурированной архитектуре некоторые особенности, присущие архитектуре AdHoc (полученная в результате топология сети изображена на рис. 1.5). В первую очередь, это возможность передачи сообщений (в данном случае, только служебных) от терминала к базовой станции транзитом через другие терминалы.


 Рис. 1.5. Топология проектируемой сети.

Реализовать такой подход можно следующим образом: терминал оценивает уровень сигнала, принимаемого от базовой станции, и в случае, если уровень этого сигнала ниже определенного порогового значения, терминал передает служебное сообщение посредством близкорасположенных терминалов. При этом в терминалах должна быть предусмотрена возможность определения адреса поступающего сообщения, на основании которого принимается решение о дальнейшей ретрансляции принятого сообщения или выводе полученного сообщения пользователю. Также необходимо, чтобы терминал, находясь в режиме ожидания или приема мультимедийного потока, одновременно отслеживал находящиеся в зоне покрытия его передатчика терминалы и опрашивал их, посредством определенного алгоритма выбирая из списка доступных терминалов оптимальный для транзитной передачи сообщений точке доступа. Алгоритм выбора должен быть составлен таким образом, чтобы служебное сообщение передалось по кратчайшему пути (с минимальным количеством задействованных для передачи терминалов) и чтобы это сообщение не было отправлено терминалу, в зоне радиопокрытия передатчика которого отсутствуют другие пригодные для транзитной передачи сообщения терминалы.

На основании всего вышесказанного можно представить схему взаимодействия «пользователь – радиосеть – мультимедийный сервер» с помощью анализа вида нарастающей детализации (рис. 1.6).

На первом уровне детализации происходит взаимодействие пользователя с мультимедийным сервером: в ответ на запросы пользователя о подключении услуги сервер предоставляет или не предоставляет запрашиваемую услугу.

На втором уровне детализации рассматриваются технические средства, необходимые для осуществления диалога «пользователь – мультимедийный сервер». В данном случае это оборудование пользователя (ОП), например, смартфон или ноутбук, и базовая станция (БС).

Третий уровень детализации включает в себя службы, посредством которых взаимодействуют технические средства. Служба трансляции и приема мультимедийного трафика обеспечивает предоставление пользователю запрашиваемой услуги, взаимодействие служб установления соединения оборудования пользователя и базовой станции осуществляет обмен служебными и информационными сообщениями, необходимыми для обеспечения должного функционирования сети. На стороне пользователя взаимодействие пользователя и служб происходит посредством приложения, имеющего пользовательский интерфейс для обеспечения пользователю комфортного управления ОП. Базовая станция взаимодействует с мультимедийным сервером посредством соединения по кабелю Ethernet.


Рис.1.6. Анализ взаимодействия "пользователь - мультимедийный сервер".

         На четвертом уровне детализации осуществляется организация радиоканала, посредством которого реализуется взаимодействие служб ОП и БС. Для этого к ОП с помощью USB-интерфейса подключается радиотерминал (РТ), а БС посредством порта Ethernet соединяется с точкой доступа (ТД). РТ и ТД реализуют радиоканал между оборудованием пользователя и базовой станцией.

         Еще одним важным моментом при рассмотрении функционирования интерактивной сети является первое подключение терминала к радиосети. Механизм этого подключения в виде диаграммы состояний терминала изображен на рис. 1.7 и заключается в следующем: при первом появлении терминала в зоне обслуживания базовой станции (БС) включенный терминал принимает широковещательный сигнал БС, содержащий информацию о сети и сигнал синхронизации. Очевидно, что такой сигнал должен постоянно излучаться БС. После выполнения частотной, фазовой и тактовой синхронизации терминал посылает БС заявку на регистрацию в сети. БС вносит терминал в свою базу данных, присваивая ему уникальный номер-идентификатор. После получения ответа от БС в виде служебного сообщения, содержащего уникальный номер-идентификатор и информацию о предоставляемых сетью услугах, терминал передает эту информацию пользовательскому интерфейсу. После выполнения всех связанных с регистрацией в сети операций терминал функционирует в соответствии с выше описанными принципами.


Рис. 1.7. Диаграмма состояний терминала при первом подключении к сети.

Как следует из всего вышеописанного, характер двунаправленного информационного потока сообщений пользователя заключается в следующем: пользователь получает принимаемый терминалом от базовой станции мультимедийный поток, терминал помимо этого потока принимает и обрабатывает также служебные сообщения базовой станции, а в направлении «терминал-базовая станция», возможно, транзитом через другие терминалы следуют служебные сообщения от терминала, содержащие в том числе и запросы пользователя на подключение к какому-либо каналу.

         Таким образом, на основании всего вышесказанного можно сформулировать следующую цель: необходимо более подробно проработать стратегии поведения терминалов, базовой станции и мультимедийного сервера в различных ситуациях, рассмотренных выше (в частности, сценарии взаимодействия терминалов при транзитной передаче сообщений, вопросы, связанные с включением и отключением мультимедийных потоков, сценарии осуществления диалога «терминал-базовая станция» без помех для трансляции мультимедийного трафика), рассчитать предполагаемый объем трафика в сети (мультимедийного и служебного), разработать протокол передачи сообщений канального уровня и проработать вопросы передачи сигналов на физическом уровне.

1.3. Краткая характеристика интерфейса пользователя.

         Интерфейс пользователя технологически располагается на том же устройстве, что и терминал (таким устройством может быть, к примеру, смартфон). Основной задачей интерфейса пользователя является осуществление взаимодействия между пользователем и терминалом, который, уже в свою очередь, взаимодействует с базовой станцией, обеспечивая тем самым предоставление пользователю запрашиваемой услуги. Структурная схема интерфейса пользователя изображена на рис. 1.8.


Рис. 1.8. Структурная схема интерфейса пользователя.

Рассмотрим более подробно функционал и назначение блоков представленной на рис. 1.8 схемы:

- Устройство ввода информации (например, клавиатура, или сенсорный экран смартфона) служит для приема информации от пользователя в виде, к примеру, введенного на клавиатуре запроса или выбранной на экране пиктограммы нужного пользователю мультимедийного канала, и передачи этой информации операционной системе для последующих преобразований и дальнейшей передачи.

- Устройство вывода информации (динамик) отображает принимаемый терминалом мультимедийный поток в форме, пригодной и удобной для восприятия пользователем.

- Операционная система реального времени, или RTOS, управляет функционированием всего устройства, включая как пользовательский интерфейс, так и терминал, поддерживая различные фоновые процессы, графический модуль и т. д. В рамках данной схемы необходимо отметить, что на RTOS возложены также функции преобразования в нужную форму и передачи как служебных сообщений в виде запросов пользователя к терминалу, так и мультимедийных потоков, поступающих от терминала и предназначенных пользователю. RTOS включает в том числе:

- Буфер – некое временное хранилище данных, необходимое для уменьшения вероятности потери пакетов как служебных сообщений, так и мультимедийных потоков.

- Блок взаимодействия с терминалом необходим для установления соединения между терминалом и пользовательским интерфейсом в соответствии с определенным протоколом (сценарием) взаимодействия. Управляется RTOS.

Рассмотрим также внешний вид пользовательского интерфейса. Основными требованиями к пользовательскому интерфейсу в рамках этого вопроса являются простота, доступность, информативность и удобство управления подключением услуг для пользователя. В качестве примера, приведенного на рис. 1.9, рассмотрен пользовательский интерфейс в виде приложения для современного смартфона.


Рис. 1.9. Внешний вид пользовательского интерфейса.

1.4. Проработка функционального состава сетевого терминала (выделенного узла сети), отражающего выполнение возлагаемых на объект задач.

         В рамках рассмотренного в пп. 1.1-1.3 прикладного решения в контексте заданной темы на сетевой терминал возлагаются следующие задачи (функции):

1. Прием радиосигналов, содержащих служебные и мультимедийные сообщения, от базовой станции (БС) в назначенной полосе частот с заданной скоростью;

2. Обеспечение безошибочного, насколько это возможно в заданных условиях, приема сообщений. Уменьшение вероятности возникновения ошибки приема при влиянии шумов и помех в радиоканале до указанного в ТЗ значения;

3. Передача БС радиосигналов, содержащих служебные сообщения: запросы на регистрацию в сети и предоставлении доступа к выбранному пользователем мультимедийному каналу, сообщения об отключении от используемого мультимедийного канала и т. д.;

4. Опрос находящихся в зоне покрытия передатчика терминалов с целью выявления оптимального пути передачи служебного сообщения для БС, занесение информации об опрошенных терминалах в базу данных;

5. В случае невозможности передачи служебного сообщения напрямую БС определение в соответствии с заданным алгоритмом оптимального пути транзитной передачи сообщения и передача сообщения посредством близкорасположенных терминалов;

6. Взаимодействие с оборудованием пользователя.

В соответствии с описанными выше задачами сетевого терминала функциональная схема данного устройства может иметь вид, изображенный на рис. 1.10. На этом рисунке:

-   Радиомодуль обеспечивает выполнение задач 1, 2 и 3. Здесь производится помехоустойчивое декодирование, синхронизация и модуляция/демодуляция сигналов. Блок радиоизмерений (БР) в составе радиомодуля осуществляет измерение уровня сигнала от БС, что необходимо устройству управления для принятия решения о транзитной или прямой передаче сообщений для БС;

- Информационная подсистема – журнал с информацией о близкорасположенных терминалах (ИП) выполняет задачи 4 и 5;

-    Интерфейсное устройство обеспечивает выполнение задачи 6;

-  Устройство управления (УУ) участвует в выполнении всех задач терминала, обеспечивая его корректную работу в соответствии с заложенным в УУ алгоритмом. Также осуществляет функцию управления терминалом, определяя сценарии взаимодействия терминала с другими сетевыми объектами.


Рис. 1.10. Функциональный состав сетевого терминала.

1.5. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность и предполагаемый объем сообщений, иные предполагаемые свойства трафика.

В направлении передачи «терминал – точка доступа» передаются только короткие информационные сообщения, содержащие запросы пользователей на предоставление услуги, соответственно необходимость в широком радиоканале, способном обеспечить высокую скорость передачи, не возникает. С учетом числа абонентов в зоне обслуживания БС объем служебных сообщений, поступающих от терминалов на точку доступа, будет сравнительно большим, поэтому имеет смысл использовать несколько радиоканалов, за которые будут бороться терминалы для передачи сообщений, что позволит повысить производительность системы и уменьшить время ожидания свободного канала для передачи сообщения.

В направлении «точка доступа – терминал» передаются, помимо служебных сообщений, также мультимедийный трафик. В рамках рассматриваемого прикладного решения (интернет-радио) это аудиопоток, формируемый с помощью стереокодека AAC, передаваемый на скорости 64 кбит/с для одного канала. Важным свойством этого аудиопотока является его непрерывность, что исключает возможность использования выделенного канала передачи трафика для каждого терминала. Следовательно, все аудиопотоки, создаваемые БС, транслируются точкой доступа широковещательно в назначенном диапазоне частот.

В конкретном прикладном решении, рассматриваемом в рамках данной курсовой работы, примем число каналов (интернет-радиостанций) равным четырем. Таким образом, при условии, что скорость передачи аудиопотока по одному каналу мы примем равной 64 кбит/с, чего должно быть достаточно для обеспечения высокого качества звучания, пропускная способность всей системы будет равна 256 кбит/с для каналов мультимедиа. Таким образом, потребуется незначительное увеличение указанного в техническом задании значение пропускной способности системы с 250 кбит/с до 256 кбит/с.

Информационные сообщения «терминал – точка доступа» будут передаваться на существенно меньшей скорости, чем сообщения мультимедийного трафика. Предположительно, системе будет достаточно пропускной способности канала передачи информационных сообщений, равной 0,64 кбит/с.

Информационные сообщения «точка доступа – терминал» передаются в ответ на запрос пользователя, и содержат в себе информацию о разрешении пользователю доступа к запрашиваемой услуге, либо об отказе в этом доступе. Для передачи такого рода сообщений будет достаточно той же пропускной способности, что и для сообщений «терминал – точка доступа»: 0,64 кбит/с.

Общая схема, иллюстрирующая виды трафика, используемые системой, и их параметры, приведена на рис. 1.11.


Рис. 1.11. Виды трафика в системе.

1.6. Обоснование иерархической модели сети - как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений. Выделение ключевых слоев модели (не менее трех), пояснение назначения протоколов обмена на всех уровнях модели. Выделение радиоинтерфейса и формулирование задач по передаче/приему сообщений службами различных уровней.

Иерархическая модель сети как транспортной сети доставки сообщений, реализованная в соответствии с иерархической моделью OSI, приведена на рис. 1.12.


Рис. 1. 12. Иерархическая модель сети.

         Радиоинтерфейс реализуется на уровнях L2 и L1, канальный уровень реализует алгоритмы множественного доступа, адресную доставку информационных сообщений базовой станции и широковещательную трансляцию мультимедийных потоков. Кроме того, на канальном уровне реализуется синхронизация пакетов и управление потоком приема/передачи пакетов канального уровня.

         На физическом уровне (L1), отвечающем за взаимодействие со средой передачи, реализуются непосредственно физические каналы связи точки доступа и терминалов, по которым передаются информационные сообщения, и широковещательно транслируются аудиопотоки интернет-радиостанций.

         Более высокие уровни иерархии (L3, L5, L7) отвечают за формирование сеанса связи.

         Уровень сценариев взаимодействия (L3) управляет взаимодействием сетевых объектов (терминалов и базовой станции). В зависимости от того, какого рода сообщение требуется передать по сети и, соответственно, какого рода логический канал организовать для его передачи, уровень L3 реализует один из заложенных в нем алгоритмов (сценариев), по которому должны взаимодействовать сетевые объекты. Так, существует отдельный протокол обмена информационными сообщениями в прямом и обратном направлениях («терминал – базовая станция» и «базовая станция – терминал»), отдельный протокол передачи служебных сообщений в прямом и обратном направлениях, протокол, в соответствии с которым осуществляется широковещательная трансляция аудиопотоков. В соответствии с требованиями текущего сеанса связи, поступающими с высших уровней, активизируется служба, соответствующая реализуемому протоколу передачи, и отправляет необходимые команды на уровень L2. Кроме того, в рамках уровня сценариев взаимодействия реализуется служба контроля за качеством Quality of Service.

         На сеансовом уровне (L5) осуществляется управление диалогом «пользователь – мультимедийный сервер», реализуется подготовка сеанса связи, формируются команды по реализации требуемого протокола передачи сообщений для уровня сценариев взаимодействия.

         Уровень взаимодействия с пользователем (L7) реализуется только в рамках устройства пользователя и отвечает за прием от пользователя команд и запросов и передачу пользователю ответов базовой станции и аудиопотока, транслируемого базовой станцией.

1.7. Стратегии поведения терминалов и выделенных узлов в радиосети. Анализ сценария взаимодействия сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов) в рамках оказания услуг на прикладном (верхнем) уровне модели; задачи служб и характеристика сообщений прикладного уровня. Пояснение сеанса соединения, характеристика этапов "жизненного цикла" сеанса. Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов и анализ задач, выполняемых в этих состояниях.

В рамках оказания услуг на прикладном уровне модели взаимодействие терминалов с базовой станцией заключается в следующем: терминал пользователя посылает запрос на предоставление услуги. Базовая станция, приняв этот запрос, производит его обработку, определяя, имеет ли данный пользователь право пользования данной услугой. Проверка запроса производится службой проверки санкционированного доступа. Если такое право имеется, служба проверки санкционированного доступа дает службам предоставления доступа директиву: «доступ данного пользователя к запрашиваемой услуге разрешен». В соответствии с этой директивой службы предоставления доступа посылают службам терминала сообщение с параметрами, с помощью которых он сможет подключиться к запрашиваемому мультимедийному каналу и службам канального уровня БС об организации логического соединения с указанным терминалом. Такие же команды поступают канальным службам терминала от L3 служб терминала.

Взаимодействие между терминалами заключается в периодическом опросе соседних терминалов службами, отвечающими за организацию передачи сообщений для базовой станции посредством других терминалов. Кроме того, в случае, если передача сообщения напрямую базовой станции невозможна, эти службы осуществляют определение оптимального пути передачи сообщения на основании заложенного в них алгоритма и данных опроса, и дают команду службам канального уровня на организацию логического соединения с службами L2 уровня выбранного для транзитной передачи сообщения терминала.

Для пояснения этапов «жизненного цикла» сеанса соединения рассмотрим случай, когда БС находится в зоне покрытия радиопередатчика терминала, то есть транзитная передача сообщений не требуется. Иллюстрация «жизненного цикла» сеанса соединения приведена на рис. 1.13.


Рис. 1.13. Жизненный цикл сеанса связи.

Первый этап. Установление соединения. Происходит в соответствии с выше описанными принципами. Получив информационное сообщение терминала, содержащее запрос пользователя. Затем принимается решение о предоставлении или непредоставлении пользователю запрашиваемой услуги. В случае отрицательного решения БС отправляет сообщение о невозможности предоставления запрашиваемой услуги и сеанс связи завершается. В случае положительного решения БС отправляет сообщение с параметрами мультимедийного канала, запрос на подключение к которому был отправлен, после чего формируется логическое соединение между терминалом и базовой станцией.

Второй этап. Трансляция мультимедийного потока. После установления логического соединения терминал получает возможность подключиться к широковещательно транслируемому каналу – возможность принимать широковещательный радиосигнал. Устанавливается физическое соединение. С этого момента передатчик терминала переходит в пассивное состояние, активен только принимающий радиосигнал приемник.

Третий этап. Завершение сеанса. В случае, если пользователь более не нуждается в предоставляемой услуге, он дает пользовательскому устройству команду на отключение от этой услуги. Прием широковещательного радиосигнала прекращается, приемник терминала переходит в пассивное состояние, терминал передает базовой станции служебное сообщение, в котором содержится информация о том, что данный терминал более не использует предоставляемую услугу. Соединение между терминалом и базовой станцией на всех уровнях разрывается. Сеанс связи завершен.

Проанализируем функционирование сетевых объектов (терминалов и базовой станции) в активных и пассивных состояниях.

Базовая станция. В активном состоянии ведет широковещательную трансляцию до шести мультимедийных аудиопотоков. Кроме того, осуществляет прием и обработку служебных сообщений от терминалов. В пассивное состояние переходит в случае полного отсутствия активности терминалов пользователей, то есть при отсутствии подключенных к любому из шести каналов терминалов, и при отсутствии запросов на предоставление услуг. В пассивном состоянии трансляция мультимедийных потоков прерывается, функционирует только приемная часть, в фоновом режиме прослушивая радиоканал в ожидании прихода запроса от терминалов. С получением такого запроса осуществляется переход в активный режим. Фактически, с учетом указанного в техническом задании числа абонентов в сети, базовая станция практически постоянно будет функционировать в активном режиме, так как вероятность одновременного отключения всех абонентов одновременно пренебрежимо мала. В ночное время суток такая вероятность несколько повышается, но все равно остается незначительной.

Терминал. В активном режиме осуществляет передачу служебных сообщений базовой станции напрямую или транзитом через другие терминалы. Помимо этого, в активном режиме проводится опрос других терминалов и обновление базы данных с информацией о близкорасположенных терминалах. При отсутствии команд от пользователя, требующих передачи служебных сообщений, терминал переходит в пассивное состояние, в котором осуществляет прием выбранного пользователем мультимедийного потока. При отсутствии такого потока терминал в пассивном режиме прослушивает радиоканал, при проведении опроса другим терминалом переходя в активное состояние и отправляя ответ на опрос, после чего происходит возвращение в пассивный режим.

1.8. Анализ возможных решений по обеспечению энергосбережения. Построение диаграмм состояний сетевых объектов, отражающих основные элементы разрабатываемого сценария.

Фактически описание возможных решений по обеспечению энергосбережения частично рассмотрено в п. 2.5 данной курсовой работы. Так как в пассивном режиме энергопотребление устройства уменьшается, обеспечить энергосбережение можно, увеличив время, проводимое устройствами в пассивном режиме. Однако для базовой станции переход в пассивный режим маловероятен, а пребывание в пассивном режиме непродолжительно, поэтому обеспечивать энергосбережение на стороне базовой станции проблематично. На стороне терминалов решение этой задачи проще. Терминал проводит значительную часть времени, функционируя в пассивном режиме, осуществляя только прием запрошенного пользователем аудиопотока. Увеличить время пребывания в пассивном режиме можно, если синхронизировать моменты проведения опроса для всех терминалов. Рассмотрим способ, которым можно добиться такой синхронизации.

На базовой станции должен быть установлен высокоточный эталон времени для синхронизации временной шкалы станции и терминала при подключении терминала. Таким образом при подключении к базовой станции шкалы времени каждого подключенного терминала и базовой станции становятся синхронизированными, а значит, шкалы времени этих терминалов будут синхронизированы и между собой. Однако если терминал в данный момент не подключен к базовой станции, его шкала времени может иметь существенный «уход» относительно привязанной к эталону шкалы времени базовой станции и шкал времени синхронизированных с ней терминалов. Для решения этой проблемы необходимо, чтобы БС с определенным интервалом времени посылала широковещательный сигнал с информацией о собственной шкале времени. Такой сигнал позволит синхронизироваться с эталонной шкалой даже отключенным от базовой станции терминалам, находящимся в режиме прослушивания радиоканала. Сразу же после отправки этого сигнала терминалы, шкалы времени которых сейчас синхронизированы с достаточной точностью, переходят в активный режим и проводят опрос близкорасположенных терминалов. После этого до следующего момента проведения общего опроса терминал пребывает в пассивном состоянии, из которого выходит только по команде пользователя.

Таким образом, при одновременном проведении опроса всеми терминалами в период времени между двумя опросами терминал пребывает в пассивном состоянии, не откликаясь в случайные моменты времени на опрос каждого терминала. Это позволяет существенно понизить энергопотребление терминального оборудования, что особенно важно ввиду его расположения на мобильных, не имеющих постоянного подключения к электросети устройствах.

Диаграммы состояний сетевых объектов.

         Диаграмма состояний терминала приведена на рис. 1.14:

 

                                                                                                      Рис. 1.14. Диаграмма состояний терминала.

Диаграмма состояний базовой станции приведена на рис. 1.15:


Рис. 1.15. Диаграмма состояний базовой станции.


Список источников:

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

Ссылки на предыдущие публикации и соответствующий раздел форума:

1) http://radiolay.ru/viewtopic.php?f=83&t=457

2) http://omoled.ru/publications/view/1159