Рис. 1. Иерархическая модель сетевых объектов

Разработка иерархической модели сетевых объектов основана на модели OSI. Согласной данной модели, имеется наличие трёх уровней: служебный (L3), канальный (L2), физический (L1) (рис.1).

Служебный уровень предназначен для передачи и приёма сообщений сигнализации с целью выполнения сценария взаимодействия, исполнения нужного качества соединения и поддержания функционирования сети.

         Канальный уровень предназначен для установления логического соединения и обработки данных с физического уровня.

         Физический уровень предназначен для выделения ресурсов, преобразования данных с канального уровня и передаче радиосимволов по среде передачи.

2.3. Разработка правил идентификации сессий, сообщений, процедур/служб обработки сигнальных сообщений (задачи в п.2.1), а также сетевых объектов (организация адресного пространства радиосети).

Как было сказано ранее, на служебном уровне требуется наличие служб радиосети, таких как управление соединением, управление радиоресурсом и доставка сообщений.

В сети предполагается наличие двух видов сообщений, а именно информационных и служебных. Для того, чтобы понять, какое это сообщение, необходимо обозначить флаг размером в 1 бит. Если сообщение служебное, то значение – 0, если информационное, то 1. Поскольку единственным видом трафика является речевой, идентификация сессий не требуется.

Для идентификации службы, которой адресовано сообщение, в сообщении необходимо выделить поле, содержащее комбинацию из двух битов, поскольку всего в предоставленной сети обозначено не более трёх служб, и не более чем 8 комбинаций будет достаточно.

Каждому терминалу и базовой станции необходимо наличие уникального идентификатора, поэтому нужно зарезервировать поле в 12 бит.

Данное количество бит обусловлено тем, что пользователей в сети может быть до 3000 человек, поэтому как минимум нужно 2¹² идентификаторов, то есть 4096.

2.4. Формирование диаграмм состояний сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов) с учетом мер по обеспечению энергосбережения. Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов и анализ задач (режимов), выполняемых в этих состояниях.

         В ходе сеанса предоставления телекоммуникационной услуги терминал пользователя может пребывать в нескольких состояниях, таких как регистрация, авторизация, Transfer mode (режим передачи данных), Receive mode (режим приёма данных), Sleep mode (режим “сна”) (рис. 2). Рассмотрим подробнее каждое из этих состояний.

Режим регистрации.

Для того, чтобы терминал пользователя мог связаться с облачным сервером, ему необходимо “плечо” в виде БС. Для её обнаружения, при включении, терминал попытается обнаружить широковещательные сообщения (ШС) от БС.

В случае если ШС не обнаружены, терминал будет переведён в состояние Sleep mode и будет ожидать некоторое время, через которое вновь проведёт попытку обнаружения ШС.

В случае, если ШС обнаружен, но по каким-то причинам не удалось произвести подключение, терминал будет переведён в состояние Sleep mode и через некоторое время вновь произведёт попытку подключения к БС. 

В случае обнаружения ШС и успешного подключения к БС, терминал свяжется с ОС и произведёт попытку регистрации. ОС в свою очередь должен будет принять решение о том, “достоин ли” конкретный терминал находиться в сети. Если терминал имеет право на регистрацию, ОС присвоит ему уникальный ID, с помощью которого терминал впоследствии будет проходить аутентификацию.

Transfer mode (режим передачи).

В данной радиосети нет понятия передачи данных в реальном времени. Терминалы накапливают данные в виде речевого сигнала и обрабатывают их, убирая лишнюю избыточность и внося полезную, после чего они будут готовы к отправке. Другими словами, в данной системе возможно допущение задержек. Так же стоит обратить внимание, что передавать мы будем не оцифрованную речь, а данные, необходимые для синтеза речевого сигнала на приёмной стороне с помощью местных источников сигнала (например, генераторную и фильтровую функции). В данном случае будут использоваться либо вокодеры, либо кодеки. Исходя из этого, в каналах трафика будет пакетная коммутация. Когда пакет готов к передаче, терминал запрашивает предоставление канала трафика. Получив его, он выполняет передачу пакетов на ОС и переходит в режим приёма. В нём он будет ожидать уведомления, что все сообщения приняты верно и не требуется их повторная передача. Если повторная передача всё же требуется, терминал вновь перейдёт в режим передачи, а если нет, он перейдёт в спящий режим.

В этом режиме так же будет передаваться служебная информация, например, отправка радиоизмерений или сообщения о нахождении терминала в сети.

Receive mode (режим приёма).

Выход терминала в этот режим сопровождается ШС, в котором говорится, что конкретному терминалу необходимо принять данные. Под данными мы понимаем служебные или речевые сообщения. Терминал перед получением данных должен уведомить ОС о том, что он готов. После получения всех пакетов (их количество указывается в первом сообщении) терминал должен уведомить ОС о том, принял ли он все пакеты или какие-то пришли с ошибками. В случае, если на приёмной стороне оказались ошибочные пакеты, терминал должен передать их номера на ОС для повторного приёма. Если у ОС имеются еще сообщения для терминала, он уведомит его об этом в процессе приема терминалом сообщения, и терминал, не дожидаясь сообщения ШС, вновь приступит к процедуре приема данных от ОС.

Рис. 2. Диаграмма состояний терминала

          На диаграмме состояний ОС представлены те же режимы, и они похожи по функционалу (рис. 3).

ОС находится на некотором сервере и в её полномочия не входит установление и поддержание соединения. Главной целью ОС является передача приём и накопление информации. Принимая сообщения от пользователей, ОС сразу же обращается к адресату данного сообщения. Если он не в сети, ОС сохранит переданные данные и будет ожидать появления терминала в сети. В момент, когда предполагаемый получатель появится в сети, ОС передаст сохранившееся сообщение и удалит его со своих носителей за ненадобностью. ОС должна постоянно проверять активность участников сети.

Рис. 3. Диаграмма состояний облачного сервера

        Рассмотрим энергопотреблении терминала. С точки зрения схемотехники, главными потребителями энергии являются усилители. Они потребляют большую часть энергии всего терминала. В основном, усилители в терминале располагаются в радиомодуле, а если быть точнее, в каскадах схем приёма и передачи. Именно в режиме приёма и передачи терминал потребляет основную часть батареи. Экономить энергию в нашем случае нам помогает периодичность работы самого терминала. Он не постоянно передаёт и принимает информацию, а лишь время от времени. Это помогает терминалу более эффективно расходовать ресурсы аккумулятора.

         2.5. Проработка ключевых сценариев взаимодействия объектов сети: обнаружение/идентификация сети, регистрация/привязка к сети, реализация сеанса предоставления услуги и т.п. Разработка сценария, выполняющего оперативное реагирование на изменение качества соединения (как будет оцениваться качество соединения, как управлять свойствами активного соединения сетевых объектов?).

В режиме передачи данных терминал отправляет запрос услуги передачи (рис. 4). БС объявляет о том, что ресурс выделен и канал передачи данных организован. После этого терминал приступает к передаче сообщения на ОС. ОС должен подтвердить, что сообщение принято верно, либо запросить повторный прием в случае наличия ошибок приема. После успешного принятия сообщения ОС обращается к адресату, которому нужно передать сообщение, однако, если адресат не в сети, ОС накапливает сообщение в хранилище информации до появления терминала получателя в сети.

Рис. 4. Сценарий режима передачи данных

В режим приема данных терминал переходит, если в ШС указано, что для него есть сообщения (рис. 5). Термина уведомляет ОС готовности принять сообщения. БС организовывает канал трафика. ОС передаёт пакеты терминалу, после этого терминал проверяет принятые пакеты. Если сообщение принято верно, то терминал оправляет на ОС уведомление о том, что принятое сообщение было принято без ошибок. Если сообщение принято с ошибками, то терминал должен передать номера ошибочных пакетов на ОС для повторного приёма.

Рис. 5. Сценарий режима приема

Из-за того, что терминалы подвижны, возникает проблема многолучевого распространения сигналов, которое затрудняет передачу данных [2]. Для этого физический уровень должен работать в одном из двух профилей: работа с высоким и низким качеством. Переходом на определённый профиль управляет служба управления соединением на основе результатов радиоизмерений, проводимых на физическом уровне со стороны терминала и БС (рис. 6).

Физический уровень передает данные радиоизмерений службе управления соединением, которая принимает решение о выборе профиля работы физического уровня. Переход на другой профиль может инициировать как БС, так и терминал. При этом, в зависимости от того, кто является инициатором, производится согласование между терминалом и БС о переходе на другой профиль работы L1 уровня. В зависимости от этого выбирается, например, вид модуляции.

Рис. 6. Схема проведения радиоизмерений

Список литературы:

1.     Лекции по курсу ССПО / Бакке А. В.

2.     Тверитнева И.С. / Голосовая радиопочта (часть2) – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1289

3.     Рихард А.И. / Курсовая работа на тему: «Радиосистема управления подвижными объектами». Часть 2. – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1373

4. Кондратьев А.П. / Голосовая радиопочта, часть 1 (исправленная). – Режим доступа: http://omoled.ru/publications/view/1381