МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
РГРТУ
Кафедра ТОР
Курсовая работа по дисциплине
«Системы и сети связи с
подвижными объектами»
на тему:
«Голосовая радиопочта»
Часть 1
Выполнил: ст. гр. 619
Кондратьев А. П.
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: 3000
Радиус зоны обслуживания: 20000 м (PR: 70%)
Гарантируемая (минимальная) скорость передачи данных:
64 Kбит/с
Тип местности: городская застройка
Вероятность ошибки на бит Pb: 10-5
Мощность излучения подвижной станции Ризл:
< 0.5 Вт
Рекомендуемая технология передачи: OFDM
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 терминального
оборудования и интерфейса пользователя/объекта управления.
В качестве реализации системы голосовой
радиопочты предлагается социальная сеть для сотрудников частной компании.
Основное назначение сети – адресная
доставка голосовых сообщений между пользователями сети в режиме off-line.
Архитектуру сети можно описать схемой,
представленной на рис. 1.
Рис. 1. Архитектура сети [2]
Терминал пользователя
обеспечивает взаимодействие пользователя с сетью. При этом терминал
осуществляет запись и обработку речевого сообщения, подготавливая его к
передаче. Обработка речи будет заключаться в параметрическом сжатии и
дальнейшей отправке кодовых посылок. Данную задачу будет выполнять вокодер,
приёмная и передающая часть которого будут находиться непосредственно в
терминале пользователя.
Базовая станция (БС)
выделяет терминалам радиоресурсы для организации радио соединения и отвечает за
передачу данных на облачный сервер (ОС) или обратно, от ОС к
терминалу-получателю.
Облачный сервер осуществляет
коммутацию информационных потоков, и организовывает направление сообщений.
Одновременно с этим ОС содержит информацию о зарегистрированных абонентах и отслеживает
их активность. В состав ОС так же входит хранилище информации, которое является
файловой сетью и содержит в себе отложенные сообщения пользователей в случаях,
когда пользователь-получатель находится не в сети (off-line).
БС обозначает себя для
терминалов, отправляя по широковещательному каналу свои параметры. С целью
регистрации в сети, терминал отправляет запрос со своими данными облачному
серверу через БС, затем принимает ответ на запрос и получает уникальный
идентификатор (ID), а ОС в свою очередь вносит пользователя в список
зарегистрированных пользователей. ОС формирует список зарегистрированных
абонентов и с помощью этого списка отслеживает их активность. Если терминал уже
зарегистрирован в сети, то ОС осуществляет авторизацию, и пользователь входит в
сеть.
Рассмотрим
взаимодействие «пользователь-сеть» в виде четырёх уровней детализации.
На
первом уровне детализации осуществляется взаимодействие двух пользователей. Задача:
обмен информацией между двумя пользователями (рис. 2).
Рис. 2. Первый уровень детализации
Пользователям нужен инструмент для передачи информации. Этим инструментом является терминал. При взаимодействии происходит обмен речевыми сообщениями с помощью терминала пользователя-отправителя и терминала пользователя-получателя в сети. Соответственно, второй уровень детализации имеет следующий вид (рис. 3).
Рис.3. Второй уровень детализации
На третьем уровне детализации
рассматриваются приложение в виде пользовательского интерфейса, являющиеся
частью терминала (рис. 4). В приложении пользователь осуществляет запись и
прослушивание голосовых сообщений.
Рис. 4. Третий уровень детализации
Для организации радиоканала требуется
базовая станция, облачный сервер, в хранилище информации которого будут
храниться отправленные сообщения. Так же требуется наличие различных служб,
поддерживающих функционирование сети и осуществляющих отправку служебных
сообщений, и радиомодуля (РМ), предназначенного для передачи и приёма сообщений
по каналу связи. Соответственно, четвёртый уровень детализации выглядит
следующим образом (рис. 5).
Рис. 5. Четвёртый уровень детализации
1.2. Пояснение сеанса предоставления
телекоммуникационной услуги, выявление ключевых параметров сеанса.
Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях
передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и
т.п. Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.
Рассмотрим сеанс предоставления ТК услуги. Пользователю нужно отправить
голосовое сообщение другому пользователю. Сначала пользователь входит в приложение,
находящееся в терминале, т.е. авторизуется в сети. Затем пользователь выбирает
адресата и записывает сообщение, которое обрабатывается терминалом. Таким
образом, сообщение готово к передаче. Чтобы передать сообщение на ОС, терминал
отправляет запрос базовой станции, в зоне обслуживание которой он находится, на
передачу. БС выделяет ресурс для организации соединения, сообщение передаётся
на ОС и сохраняется в хранилище информации. ОС извещает БС о том, что сообщение
принято, а БС при этом освобождает ресурс.
После того, как сообщение попало в хранилище
информации ОС, сервер отслеживает активность терминала пользователя-адресата.
Возникает 2 варианта развития событий. Первый вариант подразумевает, что
адресат off-line. В
этом случае сообщение остаётся в хранилище информации до появления адресата в
сети. Во втором варианте пользователь появляется в сети. ОС оправляет запрос БС,
в зоне обслуживания которой находится терминал получателя, БС в свою очередь
выделяет свободный ресурс, и сообщение передаётся на терминал получателя
сообщения, а пользователь-адресат в свою очередь в приложении может прослушать
полученное голосовое сообщение. Сеанс предоставления ТК услуги на этом
завершается.
Если пользователь хочет отправить голосовое сообщение
в другую подобную сеть, то ОС с помощью специального аккаунта с именем
социальной сети направляет через БС сообщение на облачный сервер другой сети,
где оно от имени этого аккаунта так же сохраняется в информационном хранилище.
Таким образом сообщение проходит такой путь: терминал → БС → ОС одной сети → БС → ОС второй
сети → БС → терминал-получатель.
В предполагаемой сети
информационным трафиком является речевой трафик, который поступает от терминала
через базовую станцию на информационное хранилище облачного сервера. Оттуда, также
через базовую станцию, трафик поступает на терминал адресата. Предполагается, что
терминалами будет использоваться вокодер, с помощью которого можно осуществить
передачу речевого трафика со скоростью 16 Кбит/с и даже ниже, при этом качество
речи не будет ухудшаться (рис. 6.). Для передачи служебных сообщений достаточно
скорости передачи 64 Кбит/с.
Рис. 6.
Виды преобразования речи и характеристики скорости передачи вокодеров и кодеров
[4]
1.3. Обоснованный выбор архитектуры радиосети.
Разработка многозвеньевой модели сети, описание ключевых звеньев доставки
сообщений. Проработка сценария выполнения телекоммуникационной задачи с
использованием многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети.
Таким образом, архитектура
сети состоит из базовых станций, в зоне обслуживания которых находится множество
терминалов, а также облачного сервера, который связан с базовыми станциями.
Терминалы при этом напрямую не связаны между собой. Чтобы реализовать данную
сеть, используется топология сети «дерево». На
основании четырех уровней детализации можно изобразить иерархическую структуру
радиосети (рис. 7).
Рис. 7. Иерархическая структура радиосети
Рассмотрим сеанс передачи сообщения на примере
многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети (рис. 8). Если пользователь
уже зарегистрирован, он проходит авторизацию для входа сеть. Затем пользователь
записывает голосовое сообщение и отправляет запрос на исполнение услуги в сеть.
Если услуга может быть исполнена, БС отправляет сообщение на терминал о
доступности услуги и организует канал передачи. В это время пользователь в
приложении отправляет сообщение, которое направляется на ОС, где оно
записывается в хранилище информации. ОС уведомляет базовую станцию о принятии
сообщения, первый этап сеанса завершается.
После записи ОС отправляет запрос на проверку
активности терминала пользователя-получателя сообщения. Рассмотрим случай,
когда пользователь-получатель активен. ОС выполняет запрос БС на передачу данных.
БС организует канал передачи. В случае успешного принятия данных терминал
отсылает сообщение о доставке сообщения и сессия завершается, а выделенный
ресурс освобождается.
Рис.
8. Многозвеньевая модель 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 выделенного (командного) узла.
Стратегия терминала (рис. 9):
1.
Прием радиосигналов, содержащих сообщения от базовой станции в
назначенной полосе частот с заданной скоростью.
2.
Достоверность принимаемых сообщений.
3.
Передача служебных сообщений, приём служебных сообщений.
4.
Обеспечение взаимодействия с пользователем через приложение.
Терминал предоставляет пользователю интерфейс в виде приложения, с помощью которого пользователь имеет возможность отправлять и принимать голосовые сообщения, терминал же в свою очередь обрабатывает сообщение и готовит его к отправке. При этом терминал должен выполнять сценарий взаимодействия с сетью, принимать и отправлять служебные сообщения.
Рис. 9. Функциональная схема терминала
Стратегия ОС (рис. 10):
1.
Прием радиосигналов, содержащих сообщения от базовой станции в
назначенной полосе частот с заданной скоростью.
2.
Достоверность принимаемых сообщений.
3.
Передача служебных сообщений, приём служебных сообщений.
4.
Отправка сообщений терминалу-получателю.
5.
Хранение данных о зарегистрированных абонентах.
6.
Отслеживание активности пользователей.
ОС имеет хранилище информации, в которое записываются
принятые сообщения и хранятся там до появления терминала-получателя в сети. Хранилище
информации так же предназначено для хранения списка зарегистрированных абонентов.
ОС также осуществляет управление соединением для функционирования сети.
Рис. 10. Функциональная схема ОС
Стратегия БС (рис. 11):
1.
Прием и передача радиосигналов в назначенной полосе частот с
заданной скоростью.
2.
Прием служебных сообщений от ОС и терминала, содержащих информацию
о выделении канального ресурса для организации транспортного соединения.
3.
Выделение ресурса и передача данных от терминала к ОС.
БС организует канал передачи данных между
терминалом и облачным сервером и осуществляет передачу сообщений от терминала на
ОС или наоборот.
Рис. 11. Функциональная
схема БС
Список литературы:
1.
Лекции по курсу ССПО / Бакке А. В.
2.
Тверитнева И.С. / Голосовая радиопочта (часть 1)
исправленная 2. – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1279
3.
Клычникова Н.В., Лукашова Е.В. /
"Голосовая радиопочта" статья 1 (исправленная). – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/959
4.
Кодирование и
передача речи и цифровых системах подвижной радиосвязи / С.Г. Рихтер. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2011. – 294с.
5.
Елецкий В.Н. / "Высокоскоростной радиомост" 1
часть. Исправленная от 20.10.2017г. – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1174
6.
Рихард А.И. / Курсовая работа на тему: «Радиосистема управления
подвижными объектами». Часть 1 (Исправленная). – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1362
7.
Часть
1. – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1360