Целью данной курсовой работы является проектирование системы голосовой радиопочты, предназначенной для объединения в единую сеть мобильных терминалов с целью доставки речевых сообщений другим пользователям сети в пределах ограниченной территории.

 

    Основные требование к системе:

    - off-line доставка сообщений: при отсутствии адресата сообщение должно быть доставлено позже;

    - возможность доставки голосовых сообщений абонентам других подобных сетей.

    Исходные данные к проекту:

               - Максимальное количество абонентов в сети: 2000;

               - Радиус зоны радиопокрытия: 15000 м;

               - Гарантируемая (минимальная) скорость передачи данных: 128Kбит/с;

               - Тип местности: городская застройка;

               - Вероятность ошибки на бит Pb: 3*10-7;

               - Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 1 Вт;

               - Рекомендуемая технология передачи: OFDM;

               - PR: 70%;

               - Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.


1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений. Задачи служб уровня приложения пользователя.

     В качестве произвольного прикладного решения в контексте данной задачи можно предложить вариант использования данной сети пределах небольшого города для молодежных объединений. То есть это будет сеть закрытого типа, которая включает в себя как максимум 2000 пользователей, которые смогу общаться в пределах города с помощью голосовых сообщений.

     Данная радиосеть предназначена для адресной доставки подготовленных речевых сообщений пользователям сети. Объектами сети являются базовая станция и множество терминалов пользователей (рис. 1). В данном случае большинство задач, связанных с управлением передачей данных, решает базовая станция (далее БС), терминалам остается только обрабатывать сигналы.

      Обмен данными между терминалами осуществляется через единое информационное хранилище (сервер), которое предназначено для хранения данных и их использования пользователями сети. Пользователи используют сетевые протоколы на базе IP для хранения и извлечения данных.

Рисунок 1. Предполагаемая архитектура сети.

 

     Сеть в широковещательном режиме передает информацию о своих параметрах.   Если терминал уже зарегистрирован в сети, то базовая станция осуществляет аутентификацию, и пользователь входит в сеть. Если же пользователь до настоящего момента не был зарегистрирован в сети, то он должен пройти регистрацию, при которой базовая станция присвоит терминалу индивидуальный идентификатор для доступа к сети и внесет его в список зарегистрированных пользователей.

      Допустим один из терминалов передает аудио сообщение, БС должна известить терминал получателя о наличии для него предаваемых данных. Если адресат находится в сети, то БС передает ему сообщение, если же терминал получателя «не в сети», то передаваемое сообщение остается в информационном хранилище. При этом БС через каждый период Т повторно отправляет сообщение терминалу получателя о наличии данных для него. В случае готовности терминала принять данные, БС отправляет сообщение получателю. При желании отправитель может запросить отчет о доставке сообщения.

      Для связи абонентов с абонентами других подобных сетей базовая станция будет обеспечивать соединение с другими БС через единое информационное хранилище. Каждая БС посылает запрос в хранилище – «имеются ли данные для нее?» И если имеются – получает эти данные и передает адресату.

     Таким образом, при взаимодействии «пользователь - сеть» терминал пользователя запрашивает у сети услугу (передачу голосового сообщения), ждет реакции сети (подтверждения его права пользоваться данной сетью). Далее терминал передает сети параметры передаваемого сообщения (адрес получателя, размер сообщения и др.). Зная параметры сообщения, сеть подготавливает и выделяет ресурс для его передачи адресату и уведомляет терминал о том, что канал передачи организован. Терминал в свою очередь, получив уведомление об организации канала, подготавливает сообщение к передаче (фрагментация, кодирование) и передает его сети.

     Рассмотрим подробнее взаимодействие «пользователь - сеть» (т.е. детализируем их отношения. Основная задача данной сети – адресная доставка сообщений, следовательно, взаимодействие пользователя с сеть на этом уровне можно представить, как на рис. 2.



Рисунок 2. Первый уровень детализации.


     Для рассмотрения следующего уровня детализации, необходимо определить то, как будет происходить взаимоотношения между пользователем и сетью.

      Терминал пользователя посылает заявку на передачу голосового сообщения в информационное хранилище (сервер), и на основании данных об активности абонентов сервер либо отправляет сообщение получателю, либо сохраняет его до появления адресата в сети.

      Таким образом, взаимоотношения между пользователем и сетью и на втором уровне детализации будут иметь вид, представленный на рис. 3.


Рисунок 3. Второй уровень детализации.



     Третий уровень детализации (рис. 4) предусматривает наличие различных служб и интерфейсов. Службы управления соединениями и доставки сообщений обеспечивают пользователю представление телекоммуникационной услуги. При взаимодействии служб установления соединениями оборудования пользователя и БС происходит обмен служебными и информационными сообщениями, необходимыми для правильного функционирования сети.  Взаимодействие пользователя и служб в оборудовании пользователя происходит посредством приложения, имеющего пользовательский интерфейс.     

                   

Рисунок 4. Третий уровень детализации.

       На четвертом уровне детализации (рис. 5) осуществляется организация радиоканала, посредством которого реализуется взаимодействие служб оборудования пользователя, БС и сервера. Для это с помощью радиотерминалов БС и терминала пользователя организуется радиоканал, а сервер посредством порта Ethernet соединен с БС.

 

                         Рисунок 5. Четвертый уровень детализации.

     Взаимодействие между всеми терминалами сети и БС осуществляется по радиоканалу.

В процессе работы сети между терминалами, БС и сервером имеет место обмен служебными и информационными сообщениями. Служебные сообщения служат для организации работы сети; должны содержать информацию о параметрах сети, абонентах сети, периодическое подтверждение активности терминала, а также информацию о получателе и отправителе сообщения. Информационные сообщения содержат в себе данные, которыми обмениваются пользователи.

 

1.2. – 1.3. Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, анализ параметров сеанса, формализация требований к качеству соединения и объему требуемых ресурсов. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п. Обоснование предполагаемой архитектуры радиосети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение модели выполнения телекоммуникационной задачи на примере многозвеньевой схемы взаимодействия элементов сети.

     Как говорилось ранее предполагаемая архитектура сети (рис. 1) состоит из БС, сервера хранения данных и множества терминалов абонентов. Обмен сообщениями внутри сети осуществляется через БС. БС реализует большинство функций сети, то есть реализует передачу сообщений между терминалами, сбор статистики активности абонентов и передачу этой информации на сервер. Соответственно терминал только обрабатывает сигналы.

    Взаимодействие всех объектов сети осуществляется с помощью единого набора правил передачи сообщений – радиоинтерфейса.

     В обоих направлениях передачи сообщения (Т – БС, БС – Т) передается служебный и информационный трафик. Информационный трафик содержит аудиосообщения пользователей, которые передаются по сети с гарантируемой скоростью 128 Кбит/с, а служебный трафик содержит в себе запросы на предоставления услуги, ответы сети на запросы терминалов, информацию о параметрах сети, статистику активности абонентов и др.

     Разберем подробнее сеанс передачи сообщения (рис.6). Когда пользователь хочет отправить аудиосообщение, он должен с помощью своего терминала войти в приложения и авторизоваться в сети (т. е. при входе в приложение терминал посылает запрос на услугу в сеть, и, если терминал зарегистрирован в сети, БС отправляет на терминал сообщение о разрешении доступа к сети). Далее аудиосообщение с помощью БС отправляется на сервер и записывается в его информационную подсистему. При записи сообщения в информационной подсистеме сервер проверяет статистику активности абонентов, чтобы понять активен ли терминал получателя и принять решение о передаче сообщения, либо об его сохранении в информационной подсистеме.

     Если терминал получателя активен, то сервер принимает решение о передаче сообщения получателю и посылает запрос на терминал получателя, о том, что для него есть сообщение. Если терминал получателя способен принять сообщение, то он сообщает сети о своей готовности принять сообщение, после чего осуществляется передача; если терминал получателя в данное время не способен принять сообщение, то сервер принимает решение отложить отправку на промежуток времени, предусмотренный протоколом передачи сообщений (интервал времени Т). Сервер будет посылать запрос на прием сообщения через интервал Т до тех пор, пока терминал получателя не будет способен принят сообщение.

     Если терминал получателя не активен, то сервер будет хранить сообщение в информационной подсистеме, до тех пор, пока терминал получателя не станет активен в сети и не примет сообщение.

     После того, как терминал получателя принял сообщение он отправляет сообщение на сервер: «Сообщение принято». При необходимости отправитель может запросить отчет о доставке сообщения.


Рисунок 6.  Многозвеньевая структура взаимодействия объектов и сети.


1.4. Формулирование и пояснений стратегии поведения сетевых объектов, веденных в п.1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и командного узла.

Поведение сетевых объектов:

Терминал:

      1)Обнаружение сети.

 2)Запрос услуги.

 3)Выполнение сценария запроса услуги.

Базовая станция:

       1)Заявление о себе (широковещательные сообщения с параметрами сети).

       2)Обработка запросов доступа к сети от терминалов.

       3)Подготовка сессии передачи данных, организация транспортного соединения.

       4)Передача сообщения по транспортному соединению; сообщение фрагментируется, фрагменты нумеруются и в виде блоков данных последовательно передается по соединению. Если же получатель сообщения «не в сети», то сообщение сохраняется в информационной системе сервера до востребования.

       5)Завершение сеанса, освобождение ресурсов.

     Взаимодействие терминал с БС происходит следующим образом:

·        Терминал посылает запрос на регистрацию в сети с целью предоставления услуги;

·        БС принимает этот запрос и передает его на сервер;

·        Служба проверки доступа к сети проверяет имеет ли пользователь право на регистрацию в этой сети;

·        Служба проверки доступа передает команду службе предоставления доступа о проведении регистрации в сети в том случае, если пользователь имеет право на регистрацию в сети;

·        На основании полученных команд службы предоставления доступа посылают терминалу сообщение с параметрами, с помощью которых он сможет пройти регистрацию в сети и службам канального уровня БС сообщение об организации логического соединения с указанным пользовательским терминалом;

·        После установления логического соединения терминал получает возможность передать сообщение на почтовый сервер с целью дальнейшей его доставки другому пользователю, т. е. устанавливается физическое соединение;

·        Сеть производит проверку активности адресата на основании списка активности абонентов, хранящегося в информационной подсистема сервера, если терминал неактивен, то передача сообщения откладывается на некоторый промежуток времени (согласно протоколу передачи сообщений);

·        Окончание сеанса связи происходит после приема получателем пользовательского сообщения.

 

Функциональный состав выделенного узла сети (рис. 7):

 

Терминал:


Рисунок 7. Функциональный состав терминала.

     Радиомодуль обеспечивает выполнение приема и передачи сообщений с достоверностью, не хуже заданной; также здесь осуществляются операции перемежения/деперемежения, помехоустойчивого кодирования/декодирования, модуляции/демодуляции.

     Информационная система в составе терминала предназначена для хранения списка контактов сети и полученных сообщений в случае необходимости (т. е. если пользователь сам решает их сохранить для дальнейшего использования).

     Интерфейс обеспечивает пользователю комфортное использование приложения.

     Устройство управления обеспечивает выполнения всех задач терминала и его корректную работу. Также осуществляет функцию управления терминалом и определяет сценарии взаимодействия терминала с другими узлами сети.


Список используемой литературы:

                 1) Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»

              2) http://omoled.ru/publications/view/959

              3) Архитектура сетей: http://sernam.ru/book_icn.php?id=5