Министерство науки и высшего образования РФ

ФГБОУ ВО РГРТУ

Кафедра ТОР 

Курсовая работа по дисциплине

«Системы и сети связи с подвижными объектами»

На тему:

«Радиосеть передачи многоканального аудиотрафика»

Часть 1 

Назарков Д.А. гр. 619

Краткое описание темы

Данная система предназначается для объединения в единую локальную радиосеть инструментальных и микрофонных терминалов с целью передачи данных и выводом полученных сигналов на микшерный пульт. Результатом будет являться вывод на колонки аудио или речевого сигнала, полученного с инструментов или микрофонов.

Исходные данные к проекту
Максимальное количество терминалов в сети: 100
Радиус зоны обслуживания: 300 м (PR=80% покрытие на границе обслуживания)
Максимальная скорость передачи данных: 100 Мбит/с
Тип местности: городская застройка
Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 10-7
Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,1 Вт
Множественный доступ к среде: 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 терминального оборудования и интерфейса пользователя/объекта управления.

1.1.1.    Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы

     В данной работе разрабатывается локальная сеть, расположенная в концертном или актовом зале, предназначенная для беспроводной передачи сигналов с инструментов или микрофонов. Рассмотрим некий зал, в котором присутствует: сцена, места зрителей и звукорежиссёра, а так же техническое помещение. На сцене располагаются музыкальные инструменты и микрофоны, подключенные к специальным устройствам – терминалам, а так же колонки, воспроизводящие звук.

     Зрительские места и место звукорежиссера расположены ступеньками, выше всех располагается звукорежиссер.

     Использование беспроводной передачи сигнала обусловлено удобством развёртывания оборудования и свободой действий музыкантов, выступающих на сцене. Таким образом, сеть будет предоставлять один вид ТК услуг, а именно передачу аудио трафика.Управление и получение сигналов с инструментов будет осуществлять общее устройство управления (УУ), которое будет располагаться возле микшерного пульта звукорежиссёра. Рабочее место и оборудование звукорежиссёра будет располагаться в конце зрительного зала. Это позволит ему оценивать звук из колонок, располагающихся на сцене, и наиболее оптимально настраивать его с помощью микшерного пульта. Данный зал предусматривает наличие технического помещения, где артисты могут хранить музыкальные инструменты, оборудование по их обслуживанию, реквизит и прочие вещи. Вариант зала рассмотрим на рисунке 1, отметим, что R - расстояние беспроводной передачи.

Рис.1. Вариант зала, в котором используется локальная радиосеть

     Так как пользователь (звукорежиссер) и музыкальное оборудование не могут напрямую взаимодействовать между собой, то необходимо специальное оборудование. Которое будет отвечать за передачу данных между ними. На втором уровне детализации учтем это оборудование (рис.4).

Рис.4. Второй уровень детализации

     Пользователь не взаимодействует с терминалом. Он осуществляет взаимодействие с УУ. Так же пользователь проводит регистрацию терминалов в сети (посредством выбора или ввода идентификатора в системе устройства управления), а так же следит за данными (уровнями сигналов и прочими), поступающими с терминалов. В свою очередь УУ осуществляет управление терминалом и принимает трафик.

          На третьем уровне детализации (рис.5) рассмотрим, посредством чего пользователь взаимодействует с УУ, а оборудование с терминалами. Так же на данном уровне детализации показаны: процесс идентификации и службы формирования и исполнения команд управления.

Рис.5. Третий уровень детализации

     Для взаимодействия пользователя ему необходим интерфейс и устройство ввода. Взаимодействие терминала и музыкального оборудования происходит при преобразовании аудио потока. Выбор идентификаторов из библиотеки звукорежиссером осуществляется с помощью устройства ввода, возможен вариант, например при отсутствии идентификатора в библиотеке, его ввода звукорежиссером вручную. Память будет типа flash. Это позволит сохранить, библиотеку идентификаторов, а так же даст возможность работать с ней на другом устройстве, например компьютере. Получая данные с терминалов, УУ преобразует их в необходимый для микшерного пульта аналоговый тип. Также каждый терминал обладает своим уникальным идентификатором и преобразователем входного сигнала. Интерфейсы УУ и терминалов отображают различные параметры, которые показывают состояние оборудования (уровень заряда терминала, качество соединения и т.д.).

    Рассмотрим последний - четвертый уровень детализации (рис.6), включающий в себя оборудование для физической передачи данных между Т и УУ.

Рис.6. Четвертый уровень детализации

1.1.3.   Задачи терминального оборудования и интерфейса пользователя/объекта управления.

     Задачей терминального оборудования является преобразование сигнала в цифровой вид и последующая передача УУ, а также прием команд от УУ. Задачами УУ являются прием данных от терминала, разделение принимаемого сигнала по каналам микшерного пульта и их преобразование  в аналоговый вид, а так же передача команд управления терминалу. 

     Задачей интерфейса УУ является отображение содержащихся идентификаторов (для выбора их звукорежиссером), а так же отображение уровней заряда батарей терминалов и их качества соединения, с выводом этих данных на дисплей. Интерфейс терминала позволяет  определить минимальный заряд его аккумуляторной батареи (15%) и представлен RGB светодиодом.

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.

1.2.1.  Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, выявление ключевых параметров сеанса.

     В памяти УУ заложены идентификаторы, выбор которых осуществляется звукорежиссером. При включении, терминалы переходят в состояние поиска широковещательного сообщения. При включении УУ, оно начинает вещать широковещательное сообщение, терминалы приняв это сообщение, подают заявку на подключение к сети, и УУ подтверждает или отклоняет данный запрос. Когда терминал готов передавать аудиотрафик, он отправляет УУ уведомление о готовности к передаче. Трафик в направлении от УУ к Т является служебным, то есть представляет собой ответы на запросы терминала, а также сообщения служб отвечающие за качество соединения. В направлении от Т к УУ трафик является как информационным (аудио данные), так и служебным.

1.2.2.  Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений.Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.

     Информационный поток в данной сети имеет двунаправленный характер: в прямом направлении передаются уведомления разрешающие подключение, а так же команды на изменение параметров сигнала. Данные сообщения имеют небольшой объем. В обратном направлении передаются уведомления о готовности к работе и аудио трафик. Самыми объёмными являются сообщения аудио трафика. Аудио трафик будет передаваться со  скоростью 256 кбит/с. Планируется использовать режим сжатия данных CBR (constant bitrate) – постоянный битрейт, который не меняется на всем протяжении трека. Услуга предоставляемая сетью должна будет высококачественной (минимальная задержка воспроизводимого звука, а так же минимальное количество ошибок, передача звука в высоком качестве).

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.

1.3.1.  Обоснованный выбор архитектуры радиосети.

    Как говорилось ранее, основной задачей сети является передача аудио трафика от терминалов УУ. Из поставленной задачи следует то, что все терминалы связаны с устройством управления (по отдельным каналам), а связь терминалов между собой не нужна. Основными сетевыми элементами являются терминалы (Т) и устройство управления (УУ). Данной концепции удовлетворяет архитектура сети - «звезда». Схема данной сети представлена на рисунке 7.

Рис.7. Архитектура проектируемой радиосети

1.3.2.  Разработка многозвеньевой модели сети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Проработка сценария выполнения телекоммуникационной задачи с использованием многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети.

     Итак, в данной радиосети присутствует два главных элемента, поэтому разрабатываемая мною модель взаимодействия будет являться двухзвеньевой. Модель радиосети представлена на рисунке 8.

Рис.8.Двухзвеньевая модель сети

     Сценарий, по которому будет осуществляться телекоммуникационная услуга, представлен далее.

     Звукорежиссёр включает УУ, музыканты на сцене подключают музыкальные инструменты и микрофоны к терминалам (если это требуется) и включают их. Далее происходит автоматическое соединение УУ и терминалов. УУ посылает широковещательное сообщение (ШВС), обозначая наличие сети. Включенные терминалы получают ШВС и отправляют запросы на подключения к УУ, содержащие идентификационные номера терминалов. Получив запросы от терминалов, УУ осуществляет сверку идентификаторов. Если идентификаторы, отмеченные звукорежиссёром, совпадают, то терминалам разрешено подключиться к сети. Терминалам отправляется сообщение - подключение разрешено. Данное сообщение показывает терминалам, что идентификаторы совпали. Так же данное сообщение несет в себе информацию необходимую для согласования терминала с УУ.

     Согласовавшись с УУ, терминал уведомляет о готовности передачи трафика. УУ выделяет ресурсы, и терминал начинает передавать трафик. Так же в процессе передачи трафика не исключены ситуации, когда параметры принимаемого УУ сигнала (например, мощность) могут меняться. Чтобы избежать потерь в качестве звука или перегрузок, УУ анализирует принимаемый сигнал и при необходимости посылает команду об изменении параметров передачи терминалу. Сеанс завершится, когда музыкант отключит свой терминал.

1.4.         Формулирование и пояснений стратегии поведения сетевых объектов, введенных в п.1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и выделенного (командного) узла.

1.4.1.  Стратегия поведения и функциональный состав терминала.

     Рассмотрим стратегию поведения терминала:

1. Поиск наличия сети, а так же попытка подключения к ней.
2. Преобразование сигнала, поступающего с инструментов.
3. Передача трафика и прием управляющих команд, обеспечение связи с УУ.
4. Исполнение команд управления, обеспечение согласованной работы элементов терминала, подготовка трафика к передаче.
5. Визуализация информации.

     Таким образом, терминал должен найти сеть и попытаться подключиться к ней (посредством предоставления своего уникального идентификатора). Так же терминал должен преобразовывать данные, поступающие с инструмента в цифровой формат (дискретизировать входной сигнал, квантовать его по уровню). Терминал должен передать аудио трафик и принять команды управления, а так же исполнить их. Терминал должен визуализировать некоторую информацию о себе и сети.

     На основании вышесказанного, построим функциональную схему терминала (рис. 9).

Рис.9.Функциональный состав терминала

1.4.2.  Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и выделенного (командного) узла.

     Стратегия поведения устройства управления:

1. Обозначение наличия сети для терминалов.
2. Принятие решения о возможности подключения терминалов к сети.
3. Прием аудио трафика, передача команд управления терминалам, обеспечение связи с терминалами.
4. Анализ параметров принятых сигналов.
5. Формирование команд управления предназначенных для терминалов.
6. Обеспечение подключения внешнего устройства ввода.
7. Визуализация информации.
8. Разделение сигналов.
9. Преобразование выходного сигнала.

     УУ необходимо обозначить сеть для терминалов, принять решение о возможности (невозможности) подключения к сети. Решение принимается на основании сравнения идентификатора, переданного терминалом, с идентификаторами из библиотеки, которая в свою очередь хранится в памяти (сравниваются идентификаторы, которые были выбраны звукорежиссёром). При передаче УУ анализирует входящий сигнал, на основании которого формируются команды управления терминалами. Для возможности взаимодействия звукорежиссёра с УУ предусмотрена возможность подключения внешнего устройства ввода, например клавиатуры. Предусмотрена и визуализация информации. Так же устройство управления должно разделить принятый сигнал по каналам и обеспечить преобразование выходного сигнала из цифрового в аналоговый формат.

На основании вышесказанного, построим функциональную схему УУ (рис. 10).

Рис.10.Функциональный состав УУ

Библиографический список:

1. Бакке А.В. – лекции по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами"
2. Сафронов П.Н. группа 519 Локальная радиосеть. Часть 1
3. Рихард А.И Курсовая работа на тему : «Радиосистема управления подвижными объектами». Часть 1 (Исправленная).
4. Сафронов П.Н. группа 519 "Локальная радиосеть" (Пояснительная записка)
5. Аудио система (форум)