Компактная система радиотелефонной связи.
Краткое описание темы: система предназначается для обеспечения беспроводной связи небольшого числа абонентов в пределах ограниченной территории.
1.1. Анализ поставленной задачи и исходных данных, выявление особенностей работы системы. Цель – проработка идеи создания сети как целостной системы. Краткое описание концепции функционирования системы связи на основе проведенного анализа. Определение списка основных и дополнительных услуг системы, предоставляемых пользователям.
Для того чтобы было легче представлять о чем идёт речь перенесём разбираемую тему на вполне конкретную ситуацию. Представим, что нам предстоит спроектировать систему радиотелефонной связи для какого-либо предприятия, расположенного на территории городской застройки.
Основные требования предъявляемые к проектируемой системе:
- минимально возможная мощность излучения абонентской станции;
- минимальный диапазон используемых частот;
- возможность адаптивного изменения мощности передачи.
Исходные данные:
Количество абонентов в сети: 10
Радиус зоны обслуживания: 700м
Модель предсказания потерь: Хата
Тип местности: городская застройка
Вероятность отказа обслуживания: 3%
Вероятность ошибки на бит Pb: 3*10-5
Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 0,15 Вт.
Прочитав требования и исходные данные можно заметить, что территория обслуживания ограничена сравнительно небольшим радиусом - 700м, а количество абонентов в сети достигает своего максимального значения – 10. Следовательно: система является действительно, компактной и для ее организации достаточно одной базовой станции в центре нашего предприятия, размещенной где-то на высоте (крыша или какая-то высотная туба или мачта) и десяти абонентских, подвижных терминалов. Убедимся в этом путём математического расчёта.
Структуру подвижной связи можно рассматривать как систему массового обслуживания (СМО) типа М/М/n/0, где М – входной и выходной пуассоновский потоки, n – число каналов, 0 – число мест в очереди. Пусть СМО использует nc физических каналов. Пусть каждый абонент делает в среднем один вызов в 7,7 минут, то есть λ=0,13 вызов/мин, а среднее время разговора Т=2 мин. Тогда интенсивность трафика будет равна
ρ1 = λ*Т = 0,13*2 = 0,28 (Эрл) [1] .
При заданной вероятности отказа(3%) и количеству физических каналов nc=10 , учитывая возможность одновременного соединения всех терминалов сети с сетью ТФОП. Для это необходимо организовать 10 дуплексных каналов связи. Значение трафика по таблицам Эрланга будет равно:
ρс = 2,5431 (Эрл).
Тогда число абонентов, которые могут быть обслужены, определяется как
L = ρс/ ρ1 = 2, 5431/0,28 = 9,0825 (абонентов) [2] .
Исходя из расчета, видно что сети необходимо и достаточно иметь 1 БС, которая может реализовать 10 физических каналов.
По заданию нашим типом местности является городская застройка, а это говорит о том, что в системе будут присутствовать многолучевость и замирания. В первом приближении система на начальном этапе представляется в виде "черного ящика", который что-то берет у абонента на своем входе и это что-то без изменений передает на свой выход. Так называемый "черный ящик" включает в себя цифровую АТС и радиооборудование, которое потребуется для соединения АТС с подвижным терминалом. Самая главная услуга - передача речи, следовательно основной критерий работы системы - это передача данных онлайн (без задержки). Предоставляемые системой услуги (основные и дополнительные) – это передача речи и короткие текстовые сообщения – это основные, дополнительными услугами будут идентификация номера и регистрация стоимости оказанной услуги терминалу.
Так, как основная задача системы - это передача и приём голосового трафика в реальном времени то для каждого абонента необходим выделенный канал. Распределение и предоставлением каналов по требованию терминалов будет заниматься цифровая АТС. Концепция функционирования системы будет выглядеть следующим образом: 10 возможно передвигающихся терминалов в радиусе 700 метров от центра, где установлена базовая станция. Весь трафик будет проходить через АТМ, как между абонентами внутренней сети так и при связи с внешней сетью. Подходящее решение цифровой АТС - это решение компьютерной телефонии (VoIP) Asterisk. Asterisk — свободное решение компьютерной телефонии (в том числе, VoIP) с открытым исходным кодом от компании Digium, в комплексе с необходимым оборудованием обладает всеми возможностями классической АТС, поддерживает множество VoIP-протоколов и предоставляет богатые функции управления звонками [3]. Для того чтобы АТС имела доступ к подвижным терминалам потребуется радиооборудование. Основным элементом этого оборудования является базовая станция. Доступ к базовой станции и управление ею будет осуществляться из вне – через интернет цифровой АТС, а ей администратором. Интернет будете подключаться сетью общего пользования. Подключение к сети интернет позволит не только управлять сетью, но и содержать резервные копии базы данных сети на различных серверах таких, как например «яндекс диск», а это в свою очередь разрешит проблему возможной потери данных в результате каких-либо проблем с базовой станцией.
1.2. Проработка обобщенной функциональной схемы системы: выявление основных ее компонент и описание функциональных связей. Обоснование наличия выделенных узлов сети и отражение их задач.
Для того что бы
проработать обобщенную функциональную схему системы необходимо определить и
пояснить основные функции, выполнение которых требуется от БС и МС в
отдельности, а они определяются в зависимости от требований к системе.
Рис 1. иллюстрация функционирования системы.
В нашей системе имеет место всего 1 выделенный узел, как показано на рис1 – это Базовая станция, так же в системе присутствуют такие неотъемлемые компоненты как: подвижный терминал, удалённое хранилище(необходимо для перестраховки от чрезвычайных ситуаций, например попадание молнии либо просто выхода из строя блока памяти базовой станции ) и основной элемент системы - это цифровая АТС (Asterisk). Управление всеми услугами программируется администратором сети и хранится в базе данных системы, куда обращается АТС. АТС через базовую станцию осуществляет установку соединения между абонентами внутри сети и сетью ТФОП, выполняет функции маршрутизации вызовов, управление вызовами, вещает общую информацию о сети и предоставляет основные и дополнительные услуги. Так же она осуществляет управление сценариями взаимодействия с МС и коммутации трафика, подсистемой радиоизмерений (вытекает из ТЗ – возможность адаптивного изменения уровня мощности). В этот комплекс должны войти следующие элементы: трансмиттер для приёма и передачи информации от MS к BS и обратно, система питания (электросеть общего пользования и аккумулятор – в случае отключения общей линии электропередачи ), блок памяти, процессор RTOS, модуль доступа к сети интернет и к ТФОП, как показано на рис 2.
Рис 2. Блок-схема базовой станции.
Терминал в свою очередь должен обладать необходимым функционалом и интерфейсом, выполнять ряд необходимых задач. В него должны быть вмонтированы следующие узлы и элементы(блок-схема изображена на рис 3): приёма-передатчик (трансмиттер), элемент питания, RTOS(операционная система, работающая в реальном времени), интерфейс взаимодействия с пользователем, звуковая подсистема, и подсистема файлов. Все это следует из задач, которые ложатся на подвижный терминал. Это постоянный мониторинг сети и отслеживание уровня мощности сигнала, реализация сценариев соединения, хранение информации (идентификационной, пользовательской-абонентской, такой как серийный номер или записная книжка), и конечно же мобильность.
Рис 3. Блок-схема терминала.
1.3. Определение и обоснование структуры информационной подсистемы сети. Выявление важнейших модулей информационной подсистемы и пояснение необходимых связей модулей.
Разумеется, в компактной системе радиотелефонной связи имеет место информационная подсистема (ИС). Схема этой подсистемы представлена на рис 4.
У мобильного терминала самый маленький объём информации. В него входит: свой ID для регистрации в сети и возможности вызова себя другими абонентами, ID БС, для взаимодействия с ней и № всех терминалов сети.
Информационная подсистема базовой станции является
Информационная подсистема цифровой АТС станции является самой ёмкой в разрабатываемой сети, и она включает в себя следующие компоненты: базу регистрационных номеров и адресов всех участников системы. К этой базе обращаются терминалы при регистрации и при посылке вызова, так же в ней хранятся ID БС и IP хранилища. ИС цифровой АТС включает в себя необходимые списки и журналы, такие как : журнал онлайн пользователей – это журнал в котором отображены результаты мониторинга сети, точнее абоненты которые на данный момент находятся в сети, журнал активных пользователей (тех кто на данный момент пользуется какой-либо услугой), занятости каналов, тарификации и абонентских счетов. Журнал занятости каналов предоставляет БС информацию о занятых и свободных каналах для предоставления свободного канала по требованию терминалов. Журнал тарификации и журнал абонентских счетов необходимы для выставления счета за оказанные услуги и для того чтобы узнать имеет ли абонент достаточно средств для запрашиваемой услуги соответственно.
ИС внешнего хранилища является по своей сути копией (слепком) ИС Цифровой АТС станции, плюс база данных базовой станции.
Список используемой литературы:
1. Лекции по курсу "Основы теории массового обслуживания". Соколов С.Л. Рязань 2011г.
2. Лекции и слайды по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами" Бакке А.В. Рязань 2012