2.1. Разработка правил идентификации сессий, сообщений, процедур/служб
обработки сообщений, а также сетевых
объектов (организация
адресного пространства радиосети).
В п.1 курсового
проекта были обозначены некоторые службы выделенных узлов разрабатываемой сети:
служба доставки сообщений, служба управления соединением, служба управления
радиоресурсами.
Для идентификации
каждой из служб в сообщениях канального уровня необходимо выделить поле,
содержащее определенную комбинацию из двух битов.
С учетом специфики
разрабатываемой сети имеет место только один вид трафика – аудиотрафик,
соответственно будет использоваться только один сеанс связи. Таким образом
идентификация сессий не требуется.
В сети
предусмотрено два вида сообщений (информационные, служебные), соответственно
необходима резервация поля (1 бит) в сообщении канального уровня для
обозначения вида сообщения.
Исходя из
архитектуры разрабатываемой сети также необходимо присваивать уникальные
идентификаторы каждому терминалу сети (для этого резервируем поле длиной 11
бит), а также БС, т. к. имеет место передача сообщений другим подобным сетям.
Таким образом при
организации адресного пространства разрабатываемой сети необходимо учитывать
идентификаторы БС, идентификаторы терминалов пользователей. А при регистрации в
сети и ведении связи нужно учитывать идентификаторы служб сетевого уровня.
2.2. Разработка иерархических моделей сетевых объектов - как транспортной сети доставки информационных (1.1-1.3) и служебных сообщений (1.3,1.4). Выделение ключевых слоев модели (физические ресурсы - канал
передачи данных - управление
сеансом соединения/сценарий взаимодействия), пояснение
задач служб уровней модели (1.1-1.4).
Рассматривая
иерархическую модель OSI относительно
разрабатываемой системы, необходимо определить какие из уровней модели будут
присутствовать в разрабатываемой сети, а также какие функции они будут
выполнять.
Физический уровень
(L1) отвечает за взаимодействие со средой передачи. Его
основным назначением является формирование канальных ресурсов для служб
канального уровня. Также он выполняет формирование потоков символов из потоков
битов и наоборот.
Канальный уровень
(L2) определяет функции, отвечающие за организацию
логического канала, т. е. канальный уровень обеспечивает доставку канальных
сообщений между любыми сетевыми объектами. Основными задачами уровня являются:
1)
Установление
логического соединения;
2)
Обеспечение
работоспособности логического соединения;
3)
Завершение
логического соединения.
Наличие
физического и канального уровней достаточно для того, чтобы обеспечить
организацию доставки сообщений внутри сети, но так как разрабатываемая сеть
предполагает передачу сообщений в другие сети, рассмотрим так же и сетевой
уровень
Сетевой уровень (L3) служит для образования единой транспортной системы,
объединяющей несколько сетей (в нашем случае, несколько подобных сетей).
Основными задачами уровня являются:
1)
Доставка
L3 – сообщений любому объекту сети;
2)
Прокладка
маршрута доставки сообщений между узлами сети;
3)
Преобразование
локальных адресов в сетевые и наоборот.
Таким образом для
разрабатываемой сети достаточно использовать три уровня иерархической модели OSI (рис 1).
Рисунок
1. Иерархическая модель проектируемой сети.
Задачи служб
уровней модели:
Служба управления
радиоресурсами отвечает за использование ресурсов радиоинтерфейса. Управление
радиоресурсами необходимо для того, чтобы гарантировать качество обслуживания (QoS), поддерживать заданную зону обхвата (у БС), а также
для обеспечения заданной пропускной коррекция схемы.
Служба управления
соединением отвечает за реализацию услуги передачи аудиосообщений в
проектируемой сети.
Служба доставки
сообщения отвечает за подготовку сообщения к передаче (в терминале), а также за
принятие решений в отношении сообщений, хранящихся в информационной подсистеме
ПС. Если с ПС или Т необходимо отправить несколько сообщений, то они будут
передаваться поочередно, так как мультиплексирование сообщений в данной системе
не предусмотрено.
2.3. Формирование диаграмм состояний сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов). Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов
и анализ задач (режимов), выполняемых в этих состояниях. Анализ
решений по обеспечению энергосбережения.
Исходя из
пояснений сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, описанных в
пунктах 1.2 – 1.3 данной курсовой работы, можно выделить четыре режима работы
терминала пользователя (рис. 2):
1)
Режим
регистрации;
2)
Режим
передачи данных;
3)
Режим
приема данных;
4)
Спящий
режим.
Режим регистрации.
При
включении Т происходит поиск сети, информацию о которой БС передает по
широковещательному каналу BCCH. Если Т не
обнаружил BCCH, то он переходит в «Сон» и через некоторое время
повторяет попытку поиска сети, если же терминал обнаружил сеть он делает
попытку регистрации в сети, т. е. Т посылает запрос на регистрацию на ПС
посредством БС. Если терминал имеет право на регистрацию, то ПС присваивает Т
уникальный идентификатор и заносит его список зарегистрированных абонентов в
своей информационной подсистеме для слежения за его активностью. Также после успешной
регистрации терминал записывает в свою память идентификатор сети ID БС,
который необходим для последующего доступа в сеть без прохождения процедуры
регистрации.
После успешного
вхождения в сеть, Т сообщает ПС о том, с каким периодом он будет «просыпаться»,
чтобы ПС в свою очередь с этим периодом отправлял в ВВСН уведомление о наличии
сообщений для него. А далее Т может работать в режиме передачи или приема
данных, либо может вернуться в спящий режим.
Режим передачи данных.
Передача данных, в отличие
от передачи речи, не требует организации сквозного речевого соединения на время
сеанса связи. Перед передачей сообщения Т подготавливает предварительно
записанное речевое сообщение к отправке (т. е. кодирует, фрагментирует и др.), после
чего он приступает к передаче запроса на предоставление канала трафика. Получив
канал трафика, Т начинает передачу данных на ПС. По окончании передачи Т
ожидает подтверждение о том, что все пакеты данных приняты верно. Получив подтверждение,
Т переходит обратно в спящий режим. В этом режиме с целью контроля качества
соединения терминал проводит радиоизмерения в процессе процедуры запроса ТК
услуги отправляет результаты радиоизмерений.
Режим приема данных.
БС в широковещательном
сообщении, оповещает Т о том, что для него есть данные, что является поводом
для Т выйти из пассивного режима и попытаться получить данные. Терминал
отправляет ПС сообщение о готовности к приему данных. Далее ПС посредством БС
начинает передачу данных. Если данные приняты успешно, то их хранение в
информационной подсистеме ПС больше не имеет смысла, соответственно они удаляются.
Если данные не были приняты, ПС должен повторить передачу. После получения
данных Т формирует отчет о доставке и возвращается в спящий режим. Если у ПС имеются
еще сообщения для терминала, он уведомит его об этом в процессе приема
терминалом сообщения, и Т, не дожидаясь сообщения BCCH, вновь приступит к процедуре приема
данных от ПС. Также в этом режиме при запросе на реализацию ТК услуги терминал
пересылает данные о радиоизмерениях на ПС, который, если необходимо может
скорректировать параметры сессии.
Спящий режим.
При получении отчета о
доставке, или окончании приема данных, а также после регистрации Т в сети он
переходит в спящий режим, т.е. переходит в режим пониженного энергопотребления,
в котором находится большую часть времени. Из этого режима терминал выходит
периодически для того, чтобы уведомить ПС о своей активности и получить или
отправить сообщение. Также необходимо учесть ситуацию, в которой Т может
покинуть сеть. ПС сам принимает решение о выводе Т из сети. Такое решение
принимается в следующих случаях:
1)
терминал самостоятельно покинул сеть;
2) терминал потерял связь с БС (долгое
время не заявлял о своей активности);
3) терминал внезапно потерял
энергообеспечение («сел» или был вынут аккумулятор), в этом случае Т так же
долгое время не будет выходить на связь, и ПС перенесет данный терминал в
список не активных.
Диаграмма состояний терминала пользователя:
Рисунок
2. Диаграмма состояний терминала пользователя.
Исходя из
пояснений сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, описанных в
пунктах 1.2 – 1.3 данной курсовой работы, можно выделить следующие режимы
работы БС (рис. 3):
1)
Режим
ожидания запроса и трансляции широковещательных сообщений;
2)
Режим
передачи сообщения терминалу;
3)
Режим
приема сообщения от терминала.
Режим ожидания запроса и трансляция широковещательных
сообщений.
В данном режиме
базовая БС находится почти постоянно, т. е. БС периодически передает
широковещательные сообщения (BCСH), в которых содержатся параметры сети, а также
идентификаторы терминалов, для которых в информационной подсистеме ПС
содержатся сообщения, ожидающие отправки. Также в этом режиме БС может
принимать запросы на реализацию услуги от терминалов и пересылать их на ПС.
После того как ПС принимает решение об оказании терминалу услуги или об отказе
в обслуживании, БС либо остается в этом же режиме, либо переходит в режим
приема сообщения от терминала и передачу его на ПС (т. е. организовывает канал передачи
данных). Как говорилось выше в широковещательных сообщениях указываются
терминалы, для которых на ПС хранятся сообщения. Таким образом если после
передачи ВССН, какой – либо терминал обозначил свою активность в сети и
готовность принять предназначенные для него данные, БС переходит в режим
передачи сообщения терминалу (организовывает канал передачи данных).
Режим передачи сообщения терминалу.
После того как Т
обозначил свою активность и готовность принять предназначенные для него данные,
как и говорилось ранее БС организовывает канал передачи данных между Т и ПС,
соответственно происходит передача данных от ПС к Т. после того как терминал
передаст отчет о том, что сообщение принято верно, то БС освобождает канал.
Режим приема сообщения от терминала.
Если терминал
посылает на ПС запрос услуги передачи сообщения и ПС принимает решение о том,
что терминал может его передать, то БС по команде от ПС организовывает канал
передачи данных от Т к ПС. После того как ПС отправит отчет о том, что
сообщение от Т принято верно, БС освобождает канальный ресурс.
Также имеет место
переход из режима передачи сообщений терминалу к режиму приема сообщений от
терминала.
Рисунок
3. Диаграмма состояний БС.
Одним из наиболее
важных способов по обеспечению энергосбережения является уменьшение
времени активной работы терминала. Терминалу нет необходимости работать
постоянно, т.к. передача и прием информации не происходят непрерывно.
Следовательно, на какое-то время терминал может отключаться, т. е. «заыпать»,
тем самым экономя электроэнергию (что важно в случае мобильности терминала). Это
достигается тем, что терминал прослушивает BCCH (в
котором хранятся данные о терминалах, для которых у ПС есть сообщение) не
постоянно, а через определенные промежутки времени (периодечиски). Увеличение
этого промежутка увеличивает задержку между передачей и приемом сообщения, при
этом уменьшая энергетические затраты Т. Допустим, что промежуток для каждого
терминала определяется самим терминалом случайным образом. А также, если
терминалу требуется передать сообщение, но все каналы трафика БС уже заняты, он
засыпает на время, пока один из каналов не освободиться, затем снова повторяет
запрос. Это время узнается терминалом в ответном сообщении от БС, которое она отправляет
с разрешением/не разрешением занять канал трафика, т.к. вместе с запросом
на канал каждый терминал отправляет БС время, которое потребуется ему для
передачи данных в этот раз.
Обеспечение
энергоэффективности и энергосбережения на физическом уровне достигается
следующими путями:
1)
увеличение
КПД радиомодуля;
2)
уменьшение
мощности излучения до минимально необходимого уровня;
3)
использование
более энергетически эффективных видов кодирования и модуляции.
2.4. Разработка сценария реализации телекоммуникационного сеанса, описание поэтапной стратегии службы L3 уровня. Проработка
элементов стратегии, выполняющих
оперативное реагирование на изменение качества соединения (как будет оцениваться качество соединения, как
управлять свойствами активного соединения сетевых объектов?).
Как описывалось в
пункте 2.3 при реализации телекоммуникационной услуги (далее ТК услуги)
терминал пользователя может находится в трех режимах, относящихся к его
активному состоянию, соответственно разработка сценария реализации ТК услуги
будет базироваться на этих режимах (режим регистрации, режим передачи данных,
режим приема данных).
После включения Т,
он прослушивает радиоканал в поисках ВССН, и при ее нахождении по каналу
доступа отправляет запрос на регистрацию. БС
сообщит о готовности принять данные о терминале на регистрацию по каналу уведомлений о предоставлении
доступа . Т передает ПС по каналу информацию,
необходимую для проведения аутентификации.
ПС проверяет информацию (процесс аутентификации) и
подтверждает/не подтверждает регистрацию Т в сети.
Описываемый сценарий режима регистрации приведен на рисунке
4.
Рисунок
4. Сценарий режима регистрации.
В режиме передачи данных терминал при необходимости
передать сообщение терминал отправляет запрос услуги передачи по каналу RACH. БС объявляет по AGCH может
ли терминал занять один из каналов, если может, то какой. Терминал,
получая сообщение AGCH, приступает к
передаче сообщения на ПС. ПС должен подтвердить, что сообщение принято верно,
либо запросить повторный прием в случае наличия ошибок приема. После ПС
извлекает из принятого сообщения информацию, определяет получателя и принимает
решение либо об отправке сообщения получателю, либо о сохранении сообщения в
информационной подсистеме ПС. Сценарий режима передачи данных представлен на
рисунке 5.
Рисунок
5. Сценарий режима передачи данных.
В режиме приема данных Т
«просыпается», прослушивает BCCH и определяет,
есть ли для него сообщения. Если их нет, он «засыпает» снова. Если имеются
сообщения, терминал уведомляет ПС о готовности к приему. БС объявляет доступный
для этого Т канал трафика. Терминалы, которые не получили канал, засыпают на
время, пока хотя бы один из каналов не
освободится. ПС начинает передачу данных терминалу. Если в буфере
точки доступа есть еще сообщения для терминала, она извещает его об этом
специальным сообщением после окончания передачи данных. Т анализирует
принятые данные и проверяет корректность их приема. Если сообщение принято
верно, то он формирует подтверждение правильности приема (отчет о приеме
сообщения), которое отправляет на ПС. ПС, после получения отчета, удаляет
отправленное сообщение из информационной подсистемы. Если сообщение принято с
ошибками, то Т вместо отчета о приеме сообщения формирует сообщение о повторной
отправке сообщения, и пробует принять его еще раз.
Сценарий режима приема
данных представлен на рисунке 6.
Рисунок
6. Сценарий режима приема.
Разрабатываемая сети состоит из ПС, БС и множества мобильных терминалов, которые могут находится в различных условиях. Так же из-за того, что терминалы подвижны, возникает проблема многолучевого распространения сигналов, которое делает невозможной нормальную передачу информации без использования специальных средств борьбы. Соответственно, что в системе необходимо заложить работу двух профилей физического уровня: для каналов с высоким и низким качеством. Эти профили будут отличаться видом модуляции сообщений. Целесообразно для каналов с плохим качеством использовать модуляцию с малой позиционностью, а для каналов с высоким качеством – модуляцию с высокой позиционностью. Выбор того или иного профиля осуществляет служба управления соединением (в составе сетевого уровня) результатов радиоизмерений, проводимых на физическом уровне. Схема проведения радио измерений представлена на рисунке 7.
Рисунок
7. Проведение радиоизмерений.
Результаты
измерений мощности сигнала - получаются путем прямого измерения мощности
принимаемого сигнала.
Физический уровень передает
данные радиоизмерений (показано пунктиром в направлении L1 – L3 на рис. 7) на
сетевой уровень, который анализирует их и посылает на физический уровень
команды о смене профиля и/или изменении мощности излучения (показано пунктиром
в направлении L3 – L1 на рис. 7). Радиоизмерения
проводят как Т, так и БС. Соответственно при необходимости изменения параметров
сеана ведения связи, инициатором изменения параметров может стать как БС, так и
Т. Таким образом, при обмене данными между Т и БС, каждый из них
проводит радиоизмерения, результаты которых отправляются не сетевой уровень,
где происходит их обработка и принятие решение о качестве канала связи. Сетевой
уровень в свою очередь, приняв решение, формирует команду на физический уровень
где происходит изменение типа модуляции, если оно необходимо.
Информация о профиле
функционирования терминала, передается по каналу вместе с запросом на
предоставление индивидуального канала связи. Информация о профиле
функционирования ТД, передается по каналу связи. Прежде чем осуществить передачу данных, терминал и ТД должны настроиться
на одинаковый профиль функционирования физического уровня.
Список используемых источников:
1. А.В. Бакке – лекции по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами".
2. Минаков В.А. - КП на тему "Радиосеть передачи данных".
http://omoled.ru/publications/view/845
3. Исаев М.О. - КП на тему "Высокоскоростной мост".
http://omoled.ru/publications/view/830
4. Клычников Н.В. - КП на тему "Голосовая радиопочта".
http://omoled.ru/publications/view/987
5. Тверитнева И.С. - КП на тему "Голосовая радиопочта".