1.4.Построение иерархической модели разрабатываемой системы в соответствии с рекомендациямиOSI.Краткий анализ необходимых уровней и подуровней модели с обоснованием основных выполняемых задач.
Оценка необходимости наличия сетевого и транспортных уровней в разрабатываемой системе.
Модель OSI-7 описывает прохождение информации от одного абонента к другому через сеть связи.
Рисунок 1.  Сопоставление эталонной моделей OSIи разрабатываемой модели OSI.
Рассмотри нижние уровни, т.к. сеансовый,представительский, прикладной уровни реализовываются программно. В свою очередь, сетевой и транспортный уровни не будут отражены в статье, т.к.их функции берет на себе канальный уровень.
Физический. Определяет правила электрического и конструктивного соединения двух точек.
На физическом уровне решаются следующие задачи:
-выбор модуляции;
-выбор помехоустойчивого кодирования;
-необходимость перемежения;
-виды необходимой синхронизации;
-обеспечение нескольких профилей работы системы;
-способы борьбы с коллизиями(возможность определения занятости канала).
К тому же надо разобраться с очень важной проблемой проектирования беспроводных локальных сетей - интерференцией. Для этого в приемной части установим после РМ эквалайзер.Эквалайзер компенсирует искажения затухания и групповой задержки. Он искажает сигнал таким образом, чтобы скомпенсировать искажения, вносимые линией передачи, и в результате сложения искажений, вносимых эквалайзером и линией, общая характеристика системы становится достаточно линейной по частоте.
Вид модуляции выберем, исходя из следующих критериев:
-узкая полоса рабочих частот;
-минимальная затрачиваемая мощность(мощность излучения подвижной станции Ризл.АС: < 0,35 Вт);
-высокую достоверность(вероятность ошибки на бит Pb
: 10-7).
Использование кодирования повысит помехоустойчивость. Для этого выберем сверточное кодирование. Суть свёрточного кодирования заключается в том, что к последовательности передаваемых битов добавляются служебные биты, значения которых зависят от нескольких предыдущих переданных битов. Использование свёрточного кодирования в сочетании с алгоритмом Витерби позволяет не только обнаруживать, но и в подавляющем большинстве случаев исправлять ошибки передачи на приёмной стороне.
Причиной выбора является тот плюс сверточного кодирования, что оно намного лучше боится с одиночными ошибками. Сверточный код не исправит все ошибок, поэтому необходимо применение прямой коррекции ошибок. Данная техника кодирования позволяет приемнику не только понять, что присланные данные содержат ошибки, но и исправить их, называется прямой коррекцией ошибок (ForwardError Correction - FEC).Для того чтобы оценить количество дополнительных битов, необходимых для исправления ошибок, нужно знать так называемое расстояние Хемминга между разрешенными комбинациями кода. Расстоянием Хемминга называется минимальное число битовых разрядов, в которых отличается любая пара разрешенных кодов.
Для борьбы с замираниями и возникновением связанных с ними пакетов ошибок служитпроцедура перемежения. Она состоит в перестановке символов кодированной последовательности до ее модуляции и восстановлении исходной последовательности после демодуляции. Будем использовать блочное кодирование. При периодическом перемежении функция перестановок периодична с некоторым периодом. Перемежение может быть блочным, когда перестановки выполняются над блоком данных фиксированного размера, или сверточным. Типичное блочное устройство перемежения работает следующим образом. Кодовые символы записываются в матрицу, имеющую строк и столбцов построчно, а читаются из нее по столбцам.  На приемной стороне операция выполняется в обратном порядке: запись производится по столбцам, а чтение  - по строкам. При этом происходит восстановление исходного порядка следования символов. Естественно, что процедуры перемежения и деперемежения должны быть засинхронизированы. При таком перемежении достигается следующее: любой пакет ошибок длиной m ≤  M переходит на выходе устройства восстановления в одиночные ошибки, каждая пара которых разделена не менее чем символами. Правда, при этом любая периодическая с периодом одиночная ошибка превращается в пакет, но  вероятность  такого преобразования очень  мала, хотя  и  существует. В этом, собственно, и состоит главный недостаток периодического перемежения: если появилась помеха с частотой следования ошибок, совпадающей с периодом перемежения или кратной ему, то до тех пор, пока характеристики помехи не изменятся, из одиночных ошибок будут возникать неисправляемые пакеты ошибок.Данная операция не вносит избыточности, а только изменяет порядок следования символов или бит. Однако чем больше глубина перемежения (т.е. максимальное расстояние, на которое разносятся соседние символы входной последовательности), тем больше задержка. Глубина перемежения находится по формуле: d=TM ,где T — длительность символа.[6]
Включенный терминал может находится в двух режимах:
-активный(в моменты приема и передачи данных);
-пассивный(все остальное время).
В пассивном режиме происходит экономия энергии.
            Определение занятости канала будет осуществляться следующим способом. Терминал будет измерять уровень сигнала в канале и сравнивать с пороговым значением. Перед передачей терминал осуществляет замерку уровня сигнала и, в случае превышения порогового значения, откладывает передачу. Через некоторое время измеряет еще раз уровень сигнала и так до тех пор, пока измеренный уровень не станет ниже порогового.
Итак на физическом уровне система будет иметь следующий вид:
Рисунок 2.Приемопередатчик терминала на физическом уровне.
Данная схема используется для передачи/приема пользовательских данных.
Схема
АР в случае передачи служебных сообщения будет выглядеть другим образом. В схеме будет отсутствовать кодер/декодер. Кодирование не вводится по нескольким причинам:
-при ответе АР на регистрацию информацией является сам факт передачи;
-при передачи ID-сети
верность приема достигается накоплением.
Буферы до и после сверточного кодера предназначены для накопления блоков данных соответствующего размера для обеспечения работы кодера и перемежителя. В перемежителе происходит разнесение соседних бит информационной последовательности. После перемежителя данные поступают на формирователь пакетов, который по командам блока управления формирует соответствующие типы пакетов. С формирователя пакетов данные поступают на модулятор(осуществляется перенос на несущую частоту), а затем на РМ(радиомодуль)-требуемое усиление.
На приемной стороне принимаемый сигнал поступает на РМ . Он работает в радиочастотном диапазоне и усиливает радиосигнал до требуемого уровня. Ширина полосы зависит от выбранного типа модуляции и используемого метода многостанционного доступа. После этого сигнал поступает на демодулятор, в котором осуществляется перенос на промежуточную частоту. В состав приемника входит блок ФАПЧ(таким способом реализуется битовая синхронизация), также необходима тактовая синхронизация. Тактовая синхронизации будет осуществляться путем извлечения таймерного сигнала из принимаемой информации непосредственно в демодуляторе.Тактовая синхронизация - это процесс установления точного временного соответствия между принимаемым сигналом и последовательностью тактовых импульсов. Здесь под тактовыми импульсами понимают периодически повторяющиеся импульсы, с частотой, равной частоте повторения символов (битов) в информационном сигнале.Другими словами, это процесс формирования таймерного сигнала в приемнике, который определяет моменты стробирования демодулированного сигнала. Существует несколько методов реализации тактовой синхронизации. В разрабатываемой системе таймерный сигнал будет выделяться из информационного[2]. После приемника включен эквалайзер, выравнивающий частотную характеристику канала связи. Затем происходит демодуляция сигнала, данные с которого поступают на блок разборки пакетов, на выходе которого поток битов. Далее осуществляются обратные операции: деперемежение и декодирование. Принятые данные проходят на дальнейшую обработку.
Реализация физического уровня- всегда аппаратна.
Единица сообщения – бит (символ)
Канальный
.
Канальный уровень упаковывает данные, полученные с физического уровня в пакеты. Протоколы канального уровня обеспечивают доставку сообщений только между узлами одной локальной сети.[1]
Функции канального уровня:
- множественный доступ – предоставление физического канала по требованию;
- реализация соединения  двух узлов по технологии точка – точка, точка – многоточка ;
- обеспечение надежной передачи(обнаружение и исправление ошибок в пакете);
- синхронизация потоков данных;
- управление канальными соединениями;
- нижний уровень защиты информации.
Протоколы канального уровня реализуют такой мощный набор функций по транспортировке данных, что они оказываются достаточными для взаимодействия с прикладным уровнем. Канальный уровень обеспечивает транспортировку пакетов.[2]
            Канальный уровень разделяется на два подуровня:
-уровень доступа к среде (МАС-уровень);
-уровень доступа к каналу(LLC-уровень)
.
Назовем причины разделения:
-
логика, необходимая для управления доступом к среде совместного использования, не находится на традиционном уровне 2 управления каналом передачи данных;
- при одинаковом управлении логическим каналом могут быть реализованы разные схемы управления доступом к среде.
МАС-уровень.
Он решает следующие задачи: выделение каналов путем предоставления доступа на основе метода CSMA/СА, адресация блоков данных PDU (ProtocolDataUnit), форматирование кадров, обнару­жение ошибок, а также фрагментация и сборка блоков данных.Уровень MAC получает блок данных от уровня LLC
и отвечает за выполнение функций, связанных с доступом к среде и за передачу данных. Он отвечает за выявление ошибок и отклонение кадров с ошибками.
LLC
-уровень.
Перед сетью ставится множество различных задач, требующих передачи данных. Это значит, что для каждой конкретной задачи, нужно предусмотреть свой логический канал-это является задачей данного уровня. Уровень LLC может отслеживать, какие кадры были успешно приняты и повторно передавать.
Единица сообщения – блок (пакет).
1.5.Определение и краткая характеристика возможных режимов работы абонентского терминала,отражающих решения выполненных ранее п.1.1-1.3.Построение целостной диаграммы состояний терминала,
отражающей функциональные связи режимов работы.
Рисунок 3. Процесс вхождения терминала в сеть.
Полноформатный рисунок - http://s2.ipicture.ru/uploads/20111208/7QIDBK1T.gif
            После включения абонентского оборудования терминал осуществляет сканирование доступных сетей. В это время АР по широковещательному каналу передает свой идентификатор и параметры синхронизации. На дисплее ПК выводит список сетей, пользователь выбирает необходимую. Далее вводятся уникальный логин и пароль. Вводимая информация сравнивается с той, которая хранится в базе данных абонентов сети в ИС АР. Если логин и пароль зарегистрированы в базе, происходит регистрация. Терминалу выдается временный идентификатор. Терминал вводя в сеть, начинает работать в пассивном режиме.
Терминал работает в активном и пассивном режиме; перед передачей осуществляет борьбу за канал и после приема данных с АР формирует отчет о состоянии передаваемой информации(принята она или нет). Так же можно выделить прием и передачу, как отдельные режимы.
Рисунок 4. Диаграмма состояний терминала при передачи данных на АР.
Полноформатный рисунок - http://s2.ipicture.ru/uploads/20111208/NQZxlvUc.jpg
Если пользователю требуется передать данные, терминал формирует запрос для АР на предмет передачи. Таким образом, переходя в активный режим. Перед осуществлением передачи терминал борется за канал связи. Побеждая, терминал занимает общий канала на время передачи. Терминал до конца передачи не знает принималось ли его сообщение. После передачи АР формирует отчет о состоянии переданной информации. Если передача прошла успешно, терминал переходит в пассивный режим. Если данные не были принят, необходима повторная передача. Для этого проверят занятость канала. Если канал уже занят, терминал ожидает некоторое время и на общих основаниях борется за канал.
Рисунок 5. Диаграмма состояний терминала при передачи данных с АР.
Полноформатный рисунок - http://s2.ipicture.ru/uploads/20111208/W3p4b4Vy.jpg
Точка доступа оповещает терминал о том, что для терминала есть данные. Таким образом, АР переводит терминал из пассивного режима в активный (по своей инициативе). Далее следует прием данных с АР. Если данные успешно принят, то хранение в буфере АР больше не нужно – они удаляются. Терминал переходит в пассивный режим. Если данные не были приняты, АР необходимо повторить передачу.
1.6.Проработка сценариев взаимодействия абонентских терминалов с базовой станцией(точкой доступа)или другими терминалами сетив зависимости от выбранной в п.1.1, 1.2концепции построения сети.Определение необходимых для взаимодействия идентификаторов и широковещательных параметров сети.Анализ способов обеспечения энергосбережения
.
Рассмотрим следующие сценарии взаимодействия терминала(Т) и точки доступа(ТД):
1)Регистрация Т:
Рисунок 6.Сценарий регистрации Т.
Полноформатный рисунок - http://s2.ipicture.ru/uploads/20111208/bTnByyTR.jpg
            Терминал осуществляет поиск сети. Точка доступа по широковещательному каналу транслирует информацию о себе (свой идентификатор и параметры синхронизации). Далее следует процедура аутентификации – ввод уникального логина и пароля. Точка доступа предоставляет доступ к сети и выделяет временный код доступа.
Процедура регистрации необходима для того, чтобы ТД знала о всех, подключенных всеть Т. Это обеспечивает  возможность передачи, т.е.пока Т не зарегистрировался, он не сможет получить и передать данных.Запрос на регистрацию осуществляется по каналу случайного доступа.
ПрименениеARQ необходимо. В разрабатываемой сети приемная сторона формирует подтверждение получения. Т.е. после окончания передачи приемная сторона сообщает передающей о том, прошла ли успешна передача. Если передача прошла успешна и не нужна повторная передача передающая сторона получает положительное подтверждение -  ACK. В обратном случае - приходит отрицательное подтверждение –NAK. Это свидетельствует о том, что необходима повторная передача. 
2) Передача данных с Т на ТД:
Рисунок 7. Сценарий взаимодействия Т и ТД.
Полноформатный рисунок - http://s2.ipicture.ru/uploads/20111208/P7t6Wa2J.jpg
В данном сценарии терминал формирует запрос на передачу. Т необходимо подождать время, которое отведено на передачу данных других устройств сети(Т или ТД). После этого необходимо ожидать межкадровый интервал. Каждый терминал узнав о том, что физический канал занят формирует число интервалов, которое будет ожидать после окончания межкадрового интервала. Таким образом, уменьшается возможность коллизии на этапе отправления запроса  .Терминал борется за канал связи для того, чтобы начать передачу. Перед передачей сообщения терминал передает информацию о длительности передачи. Это позволяет всем остальным терминалам перейти в пассивный режим. Таким образом, уменьшив потребление энергии. После передачи точка доступа извещает о состоянии передаваемого сообщения. В случае, если отчет отрицательный и сообщение считается утерянным, то необходима повторная передача. Т на общих основаниях получает доступ к каналу и повторяет передачу.
3) Прием данных Т с ТД:
Рисунок 8.Сценарий взаимодействия Т и ТД
Полноформатный рисунок - http://s2.ipicture.ru/uploads/20111208/qAMPydx8.jpg
Оповещая терминал, АР начинает передачу данных. Межкадровый интервал ТД меньше, чем у терминала. Это гарантирует ТД наивысший приоритет, т.е.у нее больше возможность получить доступ к каналу . После приема сообщения терминал формирует отчет. Передает его АР.
В случае если отчет отрицательный и сообщение считается утерянным, то необходима повторная передача. Точка доступа на общих основаниях получает доступ к каналу и осуществляет повторную передачу.
            Энергосбережение будет осуществляться  путем перехода терминалов в пассивный режим. Условия этого перехода рассмотрено выше.
В процессе энергосбережения  работа осуществляется с одноадресными пакетами. Когда терминал находится в пассивном режиме, возникает проблема принятия сигналов от ТД. Решением этой проблемы является периодическая активация терминала для принятия сигналов от ТД. К этих сигналах ТД сообщает терминалу о том, если для него информация.   
   Существует два развития событий:
1)для терминала нет данных - терминал переходит в пассивный режим;
2)в буферах ТД накоплены сообщения для Т – осуществляется передача.
Рисунок 9.Сценарий нахождения Т в пассивном режиме.
Полноформатный рисунок-http://s1.ipicture.ru/uploads/20111219/LrIziv5u.jpg
 Интервал «пробуждения» терминала задает сам. Активируясь, Т связывается с ТД и сообщает  с каким интервалом будет прослушивать канала связи .Пока терминал находится в пассивном режиме данные для него записываются и хранятся в буфера ТД. Так же после получения подтверждения Т либо переходит в пассивный режим, либо принимает решение о повторной передаче. Далее на общих основаниях осуществляет доступ к каналу связи.
На данном этапе проектирования необходимы следующие идентификаторы:
-ID-сети, который транслирует в эфир АР;
-уникальный логин и пароль( с помощью их ввода происходит процедура аутентификации);
-временные идентификаторы, предоставляемые сеть. 
Список литературы:
1) Лекции по ССПО;
2) Лекции по ОТССПО;
3)Методические указания к лабораторной работе: «Изучение сигналов физического уровня PLCP стандарта 802.11a (УП)»;
4) Электронный ресурс - http://l-nt.ru/11/lan/1.htm;
5)Электронный ресурс-http://electronics.3dn.ru/publ/
6)Электронный ресурс - http://electronics.3dn.ru/publ/1-1-0-15