Локальная радиосеть. Часть 1.Сафронов П.Н. гр.519Система предназначается для объединения в единую радиосеть инструментальных и микрофонных терминалов с целью оперативного обмена данными и выводом полученного сигнала на микшерный пульт. Результатом будет являться вывод на колонки сигнала, полученного с инструментов или микрофонов.
Исходные данные к проекту
Максимальное количество терминалов в сети: 120
Радиус зоны обслуживания: 500 м (PR=90% покрытие на границе обслуживания)
Максимальная скорость передачи данных: 1Мбит/с
Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 10-7
Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,2 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. Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений. Задачи служб уровня приложения пользователя.
В данной работе разработке подлежит сеть, расположенная в концертном зале, предназначенная для беспроводной передачи сигналов с инструментов или микрофонов. Представим себе концертный зал, в котором есть сцена, зрительские места и место для звукорежиссёра. На сцене находятся музыкальные инструменты и микрофоны, подключенные к специальному устройству (терминалу). Использование беспроводной передачи сигнала обусловлено удобством развёртывания оборудования и свободой действий музыкантов на сцене. Управление и получение сигналов с инструментов будет выполнять специальное устройство управления (УУ), которое будет располагаться возле микшерного пульта звукорежиссёра. Место и оборудование звукорежиссёра будет располагаться сзади зрительских мест, т.е. в конце зрительского зала. Это обусловлено тем, что позади концертного зала звук из колонок, располагающихся на сцене, наиболее «правильный» и таким образом, с помощью микшерного пульта, можно отрегулировать наиболее хорошее звучание. Пример концертного зала можно рассмотреть на рисунке 1.
Рис.1. Пример концертного зала, использующего данную р/сеть
На следующем рисунке можно подробнее рассмотреть, каким образом будет осуществляться р/сеть (рис.2). Терминалы (Т), которые с помощью проводов подключены к инструментам или микрофонам, передают сигнал, полученный от источника сигнала, устройству управления (УУ) по р/сети. УУ получает аудиотрафик, обрабатывает и передаёт его микшерному пульту, с которого производится управление звуком (изменение уровня громкости, эквализация, добавление эффектов и тд.). Звук с микшерного пульта выводится на колонки.
Рис.2. Простейшая иллюстрация предполагаемой архитектуры сети
Отношения «пользователь-сеть» можно представить в виде схемы на рис.3. Так как устройство управления автоматически взаимодействует с терминалом и осуществляет управление им без помощи звукорежиссёра, будет правильнее рассматривать отношение «оборудование пользователя-сеть». Оборудованием пользователя является устройство управления (УУ), которое управляет объектом управления (терминалом) и получает от него данные аудиотрафика. УУ имеет в своём составе операционную систему (ОС), которая с помощью контроллера взаимодействует с контроллером терминала через радиотерминалы (РТ). УУ настраивает необходимым образом терминалы, которые затем передают сигналы с инструментов и микрофонов по радиосети. Получая данные с терминала, УУ преобразует их в необходимый для микшерного пульта вид. Также каждый терминал обладает своим идентификатором. Интерфейсы УУ и терминалов отображают различные параметры, в которых отображается состояние оборудования (уровень заряда терминала, качество соединения и т.д.).
Рис.3. Схема отношений «оборудование пользователя-сеть»
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.
Информационный поток в данной сети имеет двунаправленный характер. В прямом направлении передаются сообщения управления и широковещательное сообщение (ШВС). В обратном направлении: сообщения о готовности к работе, сообщения о выполнении команд и аудиотрафик. Трафик в данной системе регулярный, т.к. терминалам необходимо непрерывно передавать звук с инструментов устройству управления. После установления соединения между УУ и терминалом трафик передаётся до тех пор, пока терминал не будет выключен. Передача команд управления осуществляется перед началом передачи трафика для установления требуемого соединения, а так же во время передачи трафика для поддержания качества соединения в норме. Аудиотрафик должен передаваться с высокой скоростью, чтобы соответствовать хорошему качеству звука и минимальной задержке.
1.3. Обоснование предполагаемой архитектуры радиосети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение модели выполнения телекоммуникационной задачи на примере многозвеньевой схемы взаимодействия элементов сети.
Топология сети – звезда. Все терминалы связаны с устройством управления и не имеют связи между собой.
Звукорежиссёр включает УУ, музыканты на сцене подключают музыкальные инструменты и микрофоны к терминалам и включают терминал. Далее происходит автоматическое соединение УУ и терминалов, процесс которого можно рассмотреть на рисунке 4.
УУ посылает ШВС, обозначая тем самым себя. Включенные терминалы получают ШВС и отправляют запросы подключения к УУ, содержащие идентификационные номера терминалов. Получив запросы от терминалов, УУ осуществляет регистрацию их в сети, анализирует их количество, и на основании полученных данных посылает команды управления, требуемые для настройки согласования с УУ. Выполнив команды УУ, терминал уведомляет о готовности передачи трафика. УУ выделяет ресурсы, и терминалы начинают передавать аудиотрафик. Так же в процессе передачи трафика возможна ситуация, когда мощность принимаемого сигнала на УУ будет мала или слишком велика. Чтобы избежать потерь в качестве звука или перегрузок (искажений), УУ посылает команду об изменении чувствительности терминалу. Завершение сеанса произойдет тогда, когда музыкант отключит свой терминал.
Рис.4 Многозвеньевая схема взаимодействия элементов сети
1.4. Формулирование и пояснение стратегии поведения сетевых объектов, введенных в п.1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и командного узла.
Стратегия поведения терминала:
1) Поиск и обнаружение сети радиодоступа
2) Регистрация в сети
3) Получение команд от устройства управления и их исполнение
4) Передача аудиотрафика
Согласно этим стратегиям, терминал должен включать в себя следующие функциональные блоки:
Источник питания – для обеспечения питающего напряжения, необходимого для функционирования терминала
Тумблер включения/выключения – для включения или выключения терминала. При включении начинается поиск и установление сети, а затем передача аудиотрафика. При выключении – прекращение передачи аудиотрафика
РТ – радиотерминал – устройство, необходимое для связи терминала с УУ.
Контроллер – обработка и выполнение принятых команд от УУ, а так же сбор трафика от инструмента/микрофона
Идентификатор – уникальный номер терминала
Интерфейс – отображение уровня заряда батареи и качества соединения
АЦП – аналогово-цифровой преобразователь – необходим для того, чтобы преобразовать аналоговый сигнал с инструмента или микрофона в цифровую форму, необходимую для передачи по радиоканалу.
Рис. 5 Функциональный состав терминала
А теперь рассмотрим стратегию поведения устройства управления:
1) Установление сети с терминалами
2) Формирование и передача команд управления
3) Приём аудиотрафика
4) Анализ принимаемого сигнала
5) Преобразование принимаемого сигнала в аналоговый вид для передачи на микшерный пульт
Согласно этой стратегии, устройство управления должно включать в себя следующие функциональные блоки:
Анализатор – устройство, которое будет анализировать принимаемый сигнал по мощности. Если уровень принимаемого сигнала определенного терминала слишком высокий и возникают искажения, то анализатор посылает команду через модуль управления этому терминалу о том, что нужно понизить чувствительность принимаемого терминалом сигнала от инструмента/микрофона. Если же уровень принимаемого сигнала слишком низкий – повышение чувствительности терминалом.
Модуль управления – формирование команд управления.
Анализатор и модуль управления входят в состав контроллера, который принимает аудиотрафик от терминалов.
ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь – необходим для того, чтобы преобразовать полученный сигнал в аналоговую форму, необходимую для микшерного пульта.
РТ – радиотерминал – устройство, необходимое для связи УУ с терминалом.
Интерфейс – показывает количество подключенных терминалов, уровень соединения с каждым из них
Так же нужно иметь ввиду, что УУ является многоканальным устройством. На рис. 6 изображен один канал, который получает адиотрафик, обрабатывает его и по кабелю отправляет на канал микшерного пульта. Таких каналов у УУ несколько.
Рис. 6 Функциональный состав УУ
Список используемых источников:
1. Митрохина Дарья - Часть1. Локальная радиосеть (исправленная) http://omoled.ru/publications/view/1013
2. А.В. Бакке – лекции по курсу «Системы и сети связи с подвижными объектами»
