Курсовая работа по дисциплине:

«Системы и сети связи c подвижными объектами»

на тему:

«Радиосеть передачи голосовых и аудио сообщений»

Выполнил: ст. гр. 4110

Комаров В.А.

           Целью работы является проектирование радиосети передачи голосовых и аудио сообщений, предназначенной для объединения мобильных терминалов в единую радиосеть для доставки сообщений другим пользователям этой сети в пределах ограниченной территории.

           Требования:

           - Offline доставка сообщений: при отсутствии адресата в сети сообщение должно быть доставлено позднее.

Исходные данные:

Максимальное количество абонентов в сети: 700

Радиус зоны радиопокрытия: 3000 м (PR = 70% покрытие на границе обслуживания)

Максимальная скорость передачи данных: 128 кбит/с

Тип местности: городская застройка

Вероятность ошибки на бит: Pb = 5*10-6

Мощность излучения подвижной станции Pизл < 0,3 Вт

Рекомендуемая технология передачи: OFDM.

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.

Радиосеть предназначена для адресной доставки голосовых и аудио сообщений зарегистрированным в сети пользователям в условиях городской застройки. Основной услугой данной сети является адресная доставка сообщений пользователям этой сети. Управляемыми объектами этой радиосети являются терминалы пользователей. Задачей сети является передача данных.

Для реализации сети необходимо наличие заданного количества терминалов, базовой станции и сервера почтовых отправлений.

У каждого пользователя имеется терминал, задачей которого является обеспечение взаимодействия: пользователь ↔ радиосеть ↔ другие пользователи.

Главной задачей базовой станции является предоставление пользовательским терминалам беспроводных каналов связи, для обмена данными.

Сервер почтовых отправлений осуществляет коммутацию потоков данных, и направляет сообщения от одного пользователя другому. Так же он располагает информацией о зарегистрированных абонентах и активных абонентах; в нем организовано хранилище сообщений, предназначенных для offline доставки.

Взаимодействие всех сетевых узлов осуществляется с помощью радиоинтерфейса.

Топология данной радиосети может быть представлена следующим образом (рис. 1).


Рисунок 1. Предполагаемая топология сети.

   Сеть передает свои параметры в широковещательном режиме.

   При регистрации в сети каждому терминалу присваивается свой личный идентификатор. Из терминалов, зарегистрированных в радиосети формируется список зарегистрированных абонентов, с помощью которого отслеживается их активность.

   При отправке сообщения терминал отправляет запрос о выделении канала для осуществления передачи данных, в запросе содержится информация о типе сообщения и его получателе (адрес). Сообщение поступает на сервер почтовых отправлений и на основании сведений об активности получателя, отправляет ему сообщение, или откладывает отправку до момента появления получателя в сети. Если терминал получателя занят и не может принять сообщение от сервера почтовых отправлений, передача сообщения откладывается на некоторый интервал времени (например, 20 мс). Так же отправитель сообщения имеет возможность запроса отчета о доставке сообщения, запрос осуществляется на этапе передачи.

           Сервер почтовых отправлений предназначен для:

           - Аутентификации и идентификации абонентов.

           - Сбора статистической информации о радиосети.

           - Отслеживания активности абонентов.

           - Online и offline доставки сообщений.

 

   С учетом указанных в задании требований, связанных с ограничением мощности излучения передатчика мобильной станции и функционированием сети в условиях городской застройки целесообразно использовать смешанную архитектуру сети, добавив некоторые особенности присущие архитектуре AdHoc. Мы получаем возможность транзитной передачи сообщений с помощью других терминалов сети от терминала к базовой станции.

   Терминал оценивает уровень сигнала, принимаемого от базовой станции, и если сигнал будет ниже некоторого порогового значения, то терминал будет передавать сообщения с помощью близкорасположенных терминалов сети. Соответственно в терминалах должна быть организована таблица маршрутизации в соответствии с которой определяется маршрут доставки сообщений. Терминалы опрашивают друг друга с целью обновления таблиц маршрутизации и определения кратчайшего маршрута доставки сообщений.

1.2.Обоснование предполагаемой архитектуры сети в виде пояснения схемы взаимодействия «пользователь – радиосеть – другие пользователи», выделение ключевых особенностей звеньев доставки сообщений. Пояснение характера двунаправленного информационного потока сообщений пользователя. Формулирование цели и задач расчета.

Рассмотрим систему в виде нескольких уровней детализации. Основной задачей системы является адресная доставка сообщений от одного пользователя другому, следовательно, взаимодействие пользователей на данном этапе можно изобразить следующим образом:


Рисунок 2. Первый уровень детализации.

           При рассмотрении следующего уровня детализации возникает необходимость определить, как будет происходить взаимодействие между абонентами.

           Абонент посылает запрос на сервер почтовых отправлений для отправки голосового сообщения другому абоненту, на основании информации об активности получателя сервер почтовых отправлений передает сообщение, если получатель активен, или откладывает отправку до момента появления получателя в сети.


Рисунок 3. Второй уровень детализации.

           На третьем уровне детализации предусматривается наличие различных служб и интерфейсов.

           Службы управления соединениями и доставки сообщений обеспечивают пользователю представление телекоммуникационной услуги, при взаимодействии служб установления соединениями оборудования пользователя и базовой станции происходит обмен служебными и информационными сообщениями, необходимыми для правильного функционирования сети.  Взаимодействие пользователя и служб в оборудовании пользователя происходит посредством приложения, имеющего пользовательский интерфейс для обеспечения комфортной эксплуатации оборудования. Базовая станция взаимодействует с сервером почтовых отправлений с помощью кабеля Ethernet.

           На четвертом уровне детализации осуществляется организация радиоканала, посредством которого реализуется взаимодействие служб оборудования пользователя, базовой станции и сервера почтовых отправлений. Для это с помощью USB-интерфейса к оборудованию пользователя подключен радиотерминал, а базовая станция посредством порта Ethernet соединяется с точкой доступа. Радиотерминал и точка доступа образуют радиоканал между точкой доступа и базовой станцией.


Рисунок 4. Третий уровень детализации.


Рисунок 5. Четвертый уровень детализации.

           Взаимодействие всех терминалов и базовой станции осуществляется по радиоканалу.

В процессе работы радиосети между терминалами, точкой доступа и сервером почтовых отправлений осуществляется обмен служебными и информационными сообщениями.

Служебные сообщения служащие для организации работы сети:

- Информация о параметрах сети.

- Информация об абонентах сети.

- Сигналы вызова.

- Периодическое подтверждение своей активности терминалами сети.

- Сбор информации об активности терминалов методом опроса, по таймауту.

- Информация о получателе и отправителе сообщения.

Информационные сообщения содержат в себе данные, которыми обмениваются пользователи.

В рамках расчета необходимо рассмотреть следующие вопросы:

- Обеспечение заданного качества предоставляемых услуг.

- Методы борьбы с многолучевостью с учетом высокой подвижности терминалов.

- Особенности распространения радиоволн в условиях городской застройки.

- Стратегии поведения сетевых объектов.

- Анализ особенностей физического и канального уровней.

Краткая характеристика интерфейса пользователя.


Рисунок 6. Интерфейс пользователя.

           С помощью интерфейса пользователь взаимодействует с устройством. Пользовательский терминал будет внешне похож на современный мобильный телефон, но с функционалом ограниченным услугой предоставляемой сетью, а именно отправка голосовых и аудио сообщений.

           На дисплее отображается информация об уровне сигнала сети, уровне заряда источника питания, а также текущее время. Имеется возможность сохранять номера других терминалов в списке контактов, просматривать входящие и исходящие сообщения.


Рисунок 7. Структурная схема интерфейса пользователя.

           Устройство ввода информации предназначено для приема информации от пользователя в виде понятном для пользователя (голосовое сообщение, ввод информации на клавиатуре, «тап» по пиктограмме на экране) и передачи сообщения операционной система для последующих преобразований и передачи информации.

           Устройство вывода отображает принимаемые терминалом сообщения в форме, удобной для восприятия пользователем.

           ОС обеспечивает функционирование пользовательского терминала, в частности осуществляет взаимодействие внутренних блоков:

- Направление служебных и информационных сообщений от пользователя к радиомодулю и далее в канал связи.

- Прием и обработку служебных и информационных сообщений, посредством радиомодуля и вывод их пользователю с помощью графического интерфейса и устройств вывода.

В составе терминала имеется ПЗУ, которое предназначено для хранения входящих и исходящих сообщений и списка контактов.

Блок взаимодействия с радиотерминалом требуется для обеспечения взаимодействия между радиотерминалом и операционной системой.

Список используемой литературы:

1.    Курс лекций по дисциплине: «Системы и сети связи с подвижными объектами», Бакке А.В., 2017 год.

2.    http://omoled.ru/publications/view/1186

3.    http://omoled.ru/publications/view/1180

4.    http://omoled.ru/publications/view/1198

5.    http://omoled.ru/publications/view/1187