В данной курсовой работе нам необходимо спроектировать
систему предназначенную для объединения в единую сеть 40 персональных
компьютеров, терминалов сбора данных и других электронных устройств на
расстоянии 50м. Каждый участник сети должен получать в реальном масштабе
времени информацию о других активных абонентах и иметь возможность соединения с
любым из них.
Ради примера рассмотрим офис, где сеть используется
для обмена короткими сообщениями и передачи данных.
Основные услуги, предоставляемые сетью:
1.прием/передача данных между пользователями сети;
2.прием/передача коротких сообщений;
3.доступ пользователей к сети Internet.
Данная задача будет решаться с помощью построения
структурированной сети, в которой все терминалы (Т) будут соединяться через
точку доступа (ТД), что в свою очередь позволяет избежать коллизий. Точка
доступа связывается с модемами пользователей через радиоинтерфейс с базой
данных по магистральной линии связи, а также имеет канал в Интернет через
Ethernet.
Задачи
точки доступа:
-
рассылка системной информации (идентификатор сети, идентификатор точки
доступа,параметры синхронизации, информация о соседних ТД) по
широковещательному каналу ;
-опрос
терминалов на прием/передачу данных или сообщений;
-установление,
поддержание и разрыв соединения между терминалами, а также их соединение с
сетью Internet;
-определение очереди выделения каналов связи для
терминалов;
-процедура идентификации пользователей;
-сбор статистики.
Задачи терминала:
1.синхронизация с ТД;
2.формирование пакета для передачи данных;
3. формирование запроса на повторную
передачу;
4.формирование отчетов о доставке
данных;
5.переход из спящего режима в активный/ активного в спящий.

Рисунок 1. Функциональная схема системы.
К примеру, Клиент заключает договор на оказание
услуг связи в центре обслуживания клиентов. Он предоставляет свои паспортные
данные, придумывает себе логин, получает пароль, IP-адрес, и статус
предоставляющий право доступа в сеть (биллинговая информация).Данные о клиенте
будут храниться в информационной системе. Для вхождения в сеть пользователям
будет необходимо проходить аутентификацию, вводя свой логин и пароль. Для
эффективного использования ресурсов сети точка доступа собирает статистику,
которую обрабатывает администратор,таким образом можно оптимизировать нагрузку
на сеть.
То есть можно привести алгоритм работы сети:
Вхождение
терминала в сеть, регистрация его точкой доступа;
При желании получить данные, терминал отправляет
запрос точке доступа выделить канал для приема, и принимает по этому каналу
данные;
При желании передать данные, точка доступа
отправляет запрос активен ли данный абонент, которому необходимо передать
данные, если это так - она выделяет канал на передачу информации;
Когда информация передалась, принимающая сторона
отправляет отчет о доставке, либо запрос на повторную передачу данных;
Передающий
терминал ожидает отчета о доставке, находясь в активном режиме. Если отчет
доставился - уходит в спящий режим.
Рассмотрим функциональную схему ТД:

Рисунок 2.Функциональная схема точки доступа.
Посредством радиомодуля точка доступа осуществляет
соединение с терминалами сети. Радиомодуль в составе ТД должен иметь конфигуратор, в котором содержатся
сведения о несущей частоте данной ТД,ее уникальный идентификатор.
Например,если на данном предприятии разворачиваются
2 или более сетей,то терминал будет узнавать о том, что это именно его ТД при
помощи данного конфигуратора. ЭтиТД
будут работать каждая на своей частоте ,иметь свой определенный идентификатор
В информационной системе содержатся данные об активных
абонентах, необходимая статистика. Блок управления является «сердцем» точки
доступа, который решает с кем в данный момент необходимо соединиться, кому
необходимо выделить канал связи. Буфер содержит сообщения, которые необходимо
передавать от одного терминала к другому.При помощи сетевого контроллера будет осуществляться доступ к проводной
сети.
Рассмотрим функциональную схему терминала:

Рисунок 3. Функциональная схема терминала.
На рис.3 изображена функциональная схема терминала.
Онасостоит из собственно радиомодуля,
благодаря которому осуществляется соединение с точкой доступа, модуля
управления – интеллект терминала, сетевого контроллера, посредством которого
происходит соединение терминала с внешним абонентским устройством, а также
своей информационной системы(ИС). Модуль управления является ядром терминала.
Он задает какую информацию и какому терминалу
необходимо передать.Информационная система в составе терминала
представляет собой набор сведений,таких как идентификатор ТД, свой
идентификатор.
Рассмотрим необходимые уровни модели OSIдля
разрабатываемой системы.
Физический уровень предназначен непосредственно для
передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических
сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование
в биты данных. Физический уровень отвечает за установление и разрыв
физическский соединений(а также поддержку физического соединения)
Соединение двух сетевых устройств осуществляется по
типу точка-точка.
Задачи физического уровня следующие:
1.Синхронизация.
2.Модуляция.
3.Перемежение
4.Устранение интерференции
5.Помехоустойчивое кодирование
Рассмотрим структурную схему физического уровня системы
Рисунок 4. Структура физического уровня системы.
Входные
данные поступают на кодер, где при помощи сверточного кодирования они
кодируются. После кодера поступают на перемежитель, которыйпереставляет местами биты по заданному алгоритму.Этот алгоритм известен
в приемнике,для эффективной борьбы с пакетными ошибками. После перемежения полученная
последовательность поступает на формирователь пакетов, где формируется сам
пакет данных. Затем данные модулируются, и поступают на радиомодуль. Далее
Радиомодуль передает данные в канал. На приемной стороне осуществляются
обратные операции. А также на приемной стороне имеется эквалайзер, который
необходим для устранения интерференции, и петля фазовой автоподстройки частоты
для битовой синхронизации.
Канальный
уровень определяет функции, отвечающие за организацию канала передачи данных.
Протоколы канального уровня обеспечивают доставку сообщения между любыми узлами
однотипной сети с едиными правилами адресации.
Уровень
управления доступа к среде определяет вид доступа. В системе используется
канал, который предоставляется терминалу на всё время передачи, остальные
терминалына этот момент не имеют права
на передачу и ожидают освобождения канала. Структура мультикадра имеет вид на
рисунке 2. ТД опрашивает терминалы на предмет передачи информации, терминал
отвечает пакетом ответ терминала. Далее терминал передает данные, и точка
доступа оповещает терминал принято или не принято сообщение.
Уровень LLC отвечает за достоверную передачу
кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим
к нему сетевым уровнем. MAC-уровень лежит ниже LLC-уровня и выполняет функции
обеспечения доступа к разделяемой между узлами сети общей среде передачи данных.
Необходимости
в сетевом и транспортном уровне в данной
системе нет. Остальные уровни: сеансовый, представительский и прикладной будут
реализоваться на программном уровне вне разрабатываемой системы.
Исходя
из концепции построения системы, какие – либо сложные способы адресной доставки
не требуются,так как в данной системе используются соединения типа точка-точка
и точка-многоточка. При реализации одной сети системе необходимо знать
информацию о каждом участнике.
В
связи с тем, что мы имеем достаточно простую систему,нетнеобходимости в управлении потоком сообщений
Для
гарантированной передачи данных будем использовать метод ARQ c остановками. Также
адаптивное изменение скорости передачи данных в данной системе не потребуется
Достоверность
принимаемых сообщений будет обеспечена следующим образом: на передающей стороне
вычисляется контрольная сумма и полученное значение добавляется вполе контрольной суммы (CRC). На приемной
стороне известен алгоритм вычисления контрольной суммы, производится вычисление
контрольной суммы в приемнике и
сравнивается с тем значением ,которое
находилось в пакете. Если значение совпадает, то целостность данных сохранена и
отправителю отправляется отчет об успешной доставке(ACK) . Если не совпадает-то
сообщает об ошибочно переданном пакете(NAK).
На
канальном уровне будут использоваться следующие логические каналы:
1.BCCH- широковещательный канал,его
пропускная способность 0.254 Мбит/с
2. RACH-канал случайного доступа,при помощи
которого терминал передает сигнал запроса на регистрацию , а также делает
запрос на выделение канала трафика для передачи сообщений абонента,пропускная
способность 0.454 Мбит/с
3. TCH- канал трафика,пропускная способность
6,36 Мбит/с
4.SCH-канал сигнализации ,пропускная
способность 0.345 Мбит/с
На
канальном уровне имеются пакет опроса,пакет данных,пакет подтверждения/ошибки,
пакет запроса на регистрацию,пакет ответа на регистрацию.
Пакет
данных на канальном уровне выглядит следующим образом:

Рисунок 5. Пакет данных канального уровня.
Пакет
данных содержит защитный интервал(3бита), ID терминала, которое содержит
уникальный идентификатор адресата сообщения-5 бит, ID точки доступа, которое
требуется для идентификации отправителя пакета-4 бита,поле управление-4бита,указывающие
тип пакета,сами данные-331 бит,и поле контрольной суммы CRC..
Проведя
энергетический расчет системы получили следующие данные:
1.выбрали
несущую частоту 2425 МГц на основании "Положения о порядке использования
на территории Российской Федерации внутриофисных систем передачи данных в
полосе частот 2400-2483,5 МГц"
2.расссчитали
затухание в офисе в пределах одного этажа L=102 дБ
3.
выбрали модуляцию QAM16, так как данный
вид модуляции щироко используется в системах передачи данных, обеспечивает
достаточно высокую скорость передачи данных и в тоже время относительно
помехоустойчив.
4.
в качестве помехоустойчивого кодирования выбираем сверточное кодирование со скоростью ½, что
обеспечило выигрыш в отношении Eb/N0 4 дБ
5.рассчитали
чувствительность приемника Pпрм =5,648*10^-12Вт и мощность передатчика Pпрд = 0,0356
Вт – получили значение менее 0,4 Вт, что соответсвует ТЗ.
Пакет
физического уровня :
Рисунок 6. Пакет физического уровня
Пакет
физического уровня состоит из следующих полей: поле FCCH для подстройки частоты
(7 бит); параметры синхронизации(7бит),поле настроечной последовательности,
необходимой для работы эквалайзера (8бит); поле данных, размер которого
составляет 350 бит; поле избыточности (175 бит); поле защитного интервала (3 бита).
В итоге, размер пакета физического уровня может достигать 550 бит.
В заключении можно сделать вывод о том,что
была спроектирована
локальная радиосеть, предназначенная для объединения в единую сеть 40 персональных
компьютеров.Пользователи могут обменитваться данные в реальном масштабе времени друг другу. Разработанная система полностью удовлетворяет всем требованиям ТЗ.