Курсовая работа
по дисциплине
"Системы и сети связи с подвижными объектами"
Тема работы:
"Интерактивная информационная
радиосеть"
Выполнил:
студент гр. 519
Дворянков Д.А.
Задание на курсовую
работу.
Краткое
описание темы:
Радиосеть предназначается для интерактивного
предоставления различных информационных сообщений мобильным пользователям.
Целью информационной системы является предоставление пакета актуальных данных,
связанных с текущим местоположением пользователя (рекламно-информационные
ролики, общественные мероприятия в шаговой доступности и т.п.).
Исходные данные к
проекту:
Радиус зоны обслуживания точки
доступа: 300 м (PR=80% покрытие на границе обслуживания)
Количество точек доступа радиосети:
выбрать самостоятельно
Тип местности: пригород, сельская
местность
Скорость передачи данных:
определяется контекстом прикладного решения
Вероятность ошибки на бит Pb: 10-6
Мощность излучения подвижной станции
Ризл: < 0.2 Вт
Радиоинтерфейс: 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.
Формализация
телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация
отношений.
Задачи
служб уровня приложения пользователя.
Разработке подлежит система,
которая обеспечивает услугу интерактивного предоставления мобильным
пользователям информационных сообщений от каких-либо объектов, согласно геолокации
терминала пользователя, находящихся в шаговой доступности.
Предлагается следующая концепция
решения поставленной задачи. Определённая территория (например, парк
развлечений или небольшой район города) покрывается сетью базовых станций,
связанных с общим сервером. Эти базовые станции рассылают терминалам сообщения,
рекламирующие определённые заведения или другие места в соответствии с
местоположением терминала пользователя, а также в зависимости от информации,
указываемой самим пользователем (пол, возраст, предпочтения). Для удобства
пользования сетью предполагается, что пользователи устанавливают (на смартфон
либо другое устройство) специальное приложение и дают разрешение на обработку
персональных данных и использование
сведения об их местоположении. Поясняющий схематический пример реализации сети
представлен ниже (рис.1).
рис. 1 – пример реализации информационной сети
Рентабельность создания подобной сети можно пояснить
на конкретном примере. Представим парк развлечений, в котором различные
компании и торговые сети размещают свои филиалы, они будут заинтересованы тем,
чтобы потенциальные потребители узнали об их расположении внутри парка и
предоставляемых ими услугах и действующих акциях. Посетители парка в свою
очередь заинтересованы в существовании удобного приложения в своём смартфоне,
посредством которого они бы могли получать сообщения, содержащие информацию о
том, что находится недалеко от них и может быть им полезно. Соответственно
фирмы будут готовы платить за подобную рекламу владельцу парка, установившему у
себя подобную систему.
В определённый момент времени пользователь находится
поблизости неких объектов, терминал пользователя запрашивает получение услуги.
Базовая станция обрабатывает запрос и отсылает на сервер информацию об этом
пользователе и его геопозиции. На сервере эта информация подлежит обработке и
принимается решение о том, сообщение о котором из близлежащих объектов будет
отправлено сообщение пользователю. Применение фильтров относительно информации
о пользователе повышает точность направления сообщений на целевую аудиторию.
рис. 2 – анализ отношений
пользователь-сеть
вида нарастающей детализации
Необходимые
пояснения к вышеприведённой схеме (рис.2):
Информационная подсистема в составе точки доступа (базовой станции) необходима
для того, чтобы содержать информацию о находящихся в зоне обслуживания
терминалах, которым уже было передано информационное сообщение. Терминал, отправляя запрос на предоставление услуги, фактически
обращается к серверу, а точка доступа является лишь посредником при
взаимодействии сервера и терминала, не выполняя никаких решающих функций. Отсюда
следует, что каждый терминал должен иметь свой уникальный идентификатор в сети,
который будет присваиваться каждому терминалу при первом подключении к сети. Для
этого в составе терминального оборудования присутствует модуль подлинности (МП).
Основными
требованиями к пользовательскому приложению являются простота, доступность,
информативность и удобство использования. В качестве примера на рис. 3,
рассмотрен пользовательский интерфейс в виде приложения для современного
смартфона. При первом запуске приложения пользователю предлагается ввести
информацию о себе (пол/возраст, возможные интересы, планируемая сумма расходов
и т.п.).
рис. 3 – внешний вид пользовательского интерфейса
В определённый момент времени на экране отображаются
только сообщения, полученные от ближайшей базовой станции. Также существует
возможность просматривать ранее полученные сообщения и добавлять «избранные»
сообщения в отдельное хранилище. Так же при запуске приложения пользователь
проходит процедуру соглашения на работу приложения с модулем GSM, который должен присутствовать в
терминальном оборудовании для определения координат пользователя. Упрощённая
схема состава интерфейса пользователя представлена на рис.4.
рис. 4 – схема интерфейса пользователя
1.2.
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.
В рамках пояснения сеанса
предоставления телекоммуникационной услуги приведём процесс первичной
регистрации пользователя в приложении. Ему предлагается заполнить некоторую
анкету с выбором вариантов ответа (пол, возраст, интересующие места,
предполагаемы предел денежных расходов). Эта анкета нужна для
удобства обработки информации о пользователе на сервере.
Ещё одним важным моментом при рассмотрении функционирования интерактивной сети
является первое подключение терминала к радиосети. Механизм заключается в
следующем: при первом появлении терминала в зоне обслуживания базовой станции
(БС) включенный терминал принимает широковещательный сигнал БС, содержащий
информацию. Очевидно, что такой сигнал должен постоянно излучаться БС. После
этого терминал посылает БС заявку на регистрацию в сети. БС вносит терминал в
свою базу данных.
Под
сеансом предоставления услуги в дальнейшем будем понимать процесс, следующий за
регистрацией терминала в сети, т.е. собственно процесс получения пользователем
информационного сообщения.
Рассмотрим подробнее этот процесс. Терминал отправляет базовой станции (БС)
служебное сообщение, содержащее информацию о его местоположении, а также
информацию об выбранных пользователем ответах на вопросы анкеты. БС в свою
очередь пересылает это сообщение на сервер, где оно уже подлежит
соответствующей обработке.
На сервере принимается решение, какие именно сообщения из всего списка возможных
необходимо отправить конкретному пользователю. Например, на сервер приходит сообщение от терминала, находящегося в
зоне действия БС, за которой закреплены следующие объекты: кафе быстрого
питания, ресторан, тренажёрный зал, «колесо обозрения», «американские горки» и
несколько баров. Из анкеты следует, что пол пользователя женский, возраст – 16
лет, предполагаемые расходы невелики, и что пользователя интересует еда и
аттракционы. На основе заложенных алгоритмов сервер принимает решение о том, что
на терминал этого пользователя следует отправить сообщения от объектов «кафе
быстрого питания», «колесо обозрения» и
«американские горки». Также для удобства пользователя на сервере
рассчитывается расстояние между терминалом пользователя и объектами, указанными в сообщении. Для этой цели все терминалы
используют модуль GSM
для определения координат, а на сервере известны координаты всех объектов.
Далее сервер отправляет на БС те сообщения, которые нужно передать
пользователю. Базовая станция в свою очередь передаёт эти информационные
сообщения непосредственно на терминал.
Далее рассмотрим некоторые вопросы, которые могут возникнуть в процессе сеанса
предоставления услуги.
Какая информация хранится на БС?
В
составе каждой базовой станции предусмотрен некий буфер, в котором содержится
информация о терминалах, находящихся в её зоне действия.
Как поведёт себя сеть, если терминал не
получит посылаемые базовой станцией сообщения?
Если истёк установленный базовой станцией интервал ожидания подтверждения доставки,
то осуществляется повторная передача сообщения.
Как терминал выбирает, какой из базовых
станций отправить запрос типа «обслужи меня»?
В случае, когда терминал одновременно принимает широковещательные сигналы от
нескольких БС происходит следующее: терминал определяет своё местонахождение
относительно этих базовых станций и посылает служебное сообщение той,
расстояние до которой меньше.
Что произойдёт в случае выхода из строй базовой станции?
На сервере ведётся проверка всех БС на наличие излучаемого ими
широковещательного сигнала. В случае если какая-либо из БС вышла из строя, на
сервере будет об этом известно.
Что произойдёт, если пользователь
изменит данные о себе?
В пользовательском приложении предусмотрена возможность изменения пользователем
информации о себе. В этом случае терминал заново запросит регистрации у
ближайшей БС, по отношению к ней он будет новым терминалом, ему будет присвоен
новый идентификационный номер и его данные будут направлены на сервер даже в
том случае, если этот терминал уже был ранее зарегистрирован.
Стоит
упомянуть и об информационном трафике в прямом и обратном направлениях
передачи. В направлении передачи «терминал – точка доступа» передаются только
короткие служебные сообщения, содержащие запросы пользователей на
предоставление услуги, соответственно необходимость в широком радиоканале,
способном обеспечить высокую скорость передачи, не возникает. С учетом предполагаемого
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 информационные сообщения. В рамках рассматриваемого прикладного
решения они могу содержать как текст, так и изображения, передача
видеоизображений не предусмотрена, поэтому большие скорости передачи информации
не требуются. Скорости 64 кбит/с будет
достаточно.
Служебные сообщения «терминал – точка доступа» будут передаваться на меньшей
скорости, чем информационные сообщения. Предположительно, системе будет
достаточно пропускной способности канала передачи информационных сообщений,
равной 0,64 кбит/с.
Служебные сообщения «точка доступа – терминал» передаются в ответ на запрос
пользователя, и содержат в себе информацию об подтверждении запроса пользователя
на регистрацию в сети. Для передачи такого рода сообщений будет достаточно той
же пропускной способности, что и для сообщений «терминал – точка доступа»: 0,64
кбит/с.
В приведённой сети все решения
касательно доставки сообщений принимаются на сервере, базовая станция никаких
решений не принимает. На рис. 5 представлена трёхзвеньевая
схема, отражающая сценарий взаимодействия выделенных узлов сети. На данной
схеме порядок действий с течением времени определяется направлением
«сверху-вниз». Направление стрелок указывает на направление передачи.
рис.
4 – многозвеньевая схема, поясняющая сеанс оказания услуги
Не будет лишним сделать некоторые пояснения к
вышеприведённой схеме (рис.4). Любая БС находится в режиме ожидания до тех пор,
пока с сервера не придёт команда на включение, тогда БС переходит в активный
режим и начинает передавать широковещательное сообщение всем терминалам,
находящимся в радиусе 300 метров (зона обслуживания точки доступа).
После того как любой из терминалов принял широковещательное сообщение от БС
происходит процесс регистрации терминала в сети, передача базовой станцией
информации о терминале на сервер с последующей обработкой на сервере этой
информации. Об этих процессах уже было написано в рамках пункта 1.2.
После завершения процесса обработки пользовательской информации на сервере
следует передача необходимых информационных сообщений с прикреплением
идентификатора терминала для того, чтобы БС передала эти сообщения тому
терминалу, которому они назначались. Базовая станция вне зависимости от
количества предназначенных конкретному терминалу сообщений передаёт их по
одному. После того, как от терминала приходит служебное сообщение,
подтверждающее получение прошлого информационного сообщения, БС передаёт
следующее и так до тех пор, пока все сообщения не будут переданы.
1.4.
Формулирование
и пояснений стратегии поведения сетевых объектов, введенных
в п.1.3. Обоснование
требований к функциональному составу сетевого терминала и командного узла.
Представим стратегию поведения
сетевых объектов в виде таблицы (табл.1).
|
Стратегия поведения терминалов
сети |
Стратегия поведения сети (сервер +
базовые станции) |
|
Поиск и обнаружение сети |
Заявление о себе: передача широковещательного сообщения с
параметрами сети |
|
Подача заявки в сеть (запрос регистрации) |
Получение и обработка запросов от терминалов |
|
Определение собственных координат и получение от
пользователя необходимых данных для передачи в сеть |
Присвоение терминалам уникального идентификационного
номера |
|
Хранение полученных информационных сообщений |
Предоставление услуги передачи информационных сообщений с
заданным качеством |
табл.
4 – стратегия поведения сетевых объектов
Далее приводится функциональный состав выделенных
узлов сети:
Терминал
В
составе терминального оборудования необходимо присутствие таких функциональных
блоков, как операционная система с неким программным модулем и пользовательским
интерфейсом, модуль подлинности (для того чтобы точка доступа различала разные
терминалы) и радиотерминал для приёма и передачи сообщений. Также в составе
терминального оборудования необходимо наличие модуля определения собственных
координат и буфера памяти для хранения получаемых сообщений.
Базовая станция (точка доступа)
В
составе БС помимо радиотерминала для взаимодействия с терминалами и интерфейса
для связи с сервером присутствует программное обеспечение с информационной
подсистемой, необходимой для хранения идентификационных номеров терминалов.
Сервер
Сервер
должен обладать самым сложным программным модулем по сравнению с другими узлами
сети (терминал, точка доступа), так как именно здесь необходимо выполнение
сложных алгоритмов для принятия решения каким пользователем отправить то или
иное информационное сообщение. Также здесь необходимо присутствие модуля
слежения за базовыми станциями на предмет выхода их из строя. Если это
необходимо на сервере имеется возможность отключения любой из базовых станций,
в этом случае такая станция переходит в режим ожидания.