Компактная система радиотелефонной связи.
1.4. Описание иерархических моделей выделенных узлов сети и терминалов в соответствии с рекомендациями OSI. Краткий анализ необходимых уровней с обоснованием основных выполняемых задач. Оценка необходимости наличия сетевого и транспортных уровней в разрабатываемой системе.

Модель практически любой системы подвижной радиосвязи представляет собой многоуровневую иерархическую структуру. Каждый уровень системы предназначен для ряда определённых задач, решением каждой задачи в пределах одного уровня занимаются сервисы (службы). Доступ к сервису текущего уровня возможен со стороны вышележащего уровня, взаимодействие объектов смежных уровней осуществляется по средствам интерфейса. Взаимодействие служб одного уровня, но разных узлов строится в соответствии с протоколом соединения. Службы ниже перечисленных уровней могут предоставлять услуги передачи данных с разным качеством. Уровень качества предоставляемой услуги задаётся в соответствии с профилем уровня. Профиль – это набор параметров в соответствии, с которым осуществляется конфигурирование нижележащих слоёв. Каждому профилю ставится в соответствие набор правил, определяющий качество передачи. 

Иерархическая структура нашей системы по заданию строится в соответствии с моделью OSI. Всего в модели присутствуют семь уровней как это показано на рис1. (слева).



Рис 1. Общая и разрабатываемая модель OSI .

 Так как наша система является относительно простой, то первые три уровня объединим в один и назовём его «уровень принятия решений»

Уровень принятия решений.

Уровень принятия решений – это, прежде всего набор служб управления мобильностью терминалов и управления радиоресурсами. Здесь закладываются всевозможные сценарии взаимодействия БС и Т, т.е. на этом уровне будут сосредоточены «мозги» системы. На нём будут приниматься решения о том что, кому, как и когда  передавать (или принимать), будут приниматься все решения в системе. На этот уровень будут поступать сообщения с канального уровня, минуя транспортный и сетевой уровни, потому что в нашей системе они не являются необходимыми. Транспортный уровень (англ. transport layer) модели предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю, контролирует отсутствие ошибок в принимаемых данных, расположение пакетов в соответствующем порядке, их полноту. В нашей системе всего один выделенный узел и решение всех этих задач осуществляется на канальном уровне. Сетевой уровень (англ. network layer) модели предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети. Опять же наша система состоит из одного сегмента, т.е. она является простой и состоит из одной сети, из этого следует, что необходимость сетевого уровня отсутствует.

Канальный уровень.

Этот уровень отвечает за обеспечение надёжной адресной и не адресной, широковещательной передачи сообщений в пределах сегмента сети. Адресное – это соединение точки доступа с терминалом, а не адресным соединение по каналу широковещательной информации ВССН. В нашей системе всего один сегмент, соответственно тогда канальный уровень решает эти задачи за всю компактную систему радиотелефонной связи. На этом уровне будут решаться задачи о следующих функциях: проверка доступности физического канала и предоставления его, обнаружение и предоставление ошибок синхронизация пакетов  и как уже оговаривалось ранее – реализация адресной и не адресной передачи сообщений.

Канальный уровень можно условно разделить на две части:

1.МАС – подуровень адресации и формирования всех видов сообщений, этот подуровень использует информацию о всех идентификаторах (таблицу маршрутизации) устройств, зарегистрированных в сети.Это позволяет реализовать возможность службы адресации для передачи сообщений канальным уровнем. На этом подуровне происходит формирование таких типов пакетов как:

- пакет запроса или пакет широковещательной информации;

- пакет данных и пакет подтверждения правильного приема сообщения.

2.САС – подуровень управления доступом к физическому каналу связи. В данной системе будем использовать метод доступа к среде TDMA, так как при этом методе необходим наименьший диапазон занимаемых частот, в отличие, например от FDMA.

Физический уровень - нижний уровень модели, предназначенный 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 в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством[3].

Это уровень физических сигналов. У Физического уровня две основные задачи. Первая – это организация необходимого количества физических каналов связи для функционирования системы. Вторая – это надёжная (безошибочная) передача потоков бит.

На данном уровне должно обеспечиваться выполнение следующих задач: Реализация метода доступа к среде TDMA, для минимизации диапазона используемых частот; борьба с многолучевостью – так как метод многочастотной модуляции нам недоступен в силу условий задания, то будем использовать фильтр-эквалайзер, использующий компенсацию неравномерностей характеристик канала связи.  Идея эквалайзера  заключается в измерении текущей частотной характеристики и ее соответствующей коррекции; синхронизация – использование в системе ФАПЧ; модуляция/демодуляция; перемежение-деперемежение (борьба с пакетами ошибок); помехоустойчивое кодирование (борьба с ошибками путём добавления избыточных бит).

1.5. Проработка задач верхнего уровня

1.5.1. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы абонентского терминала, отражающих решения выполненных ранее п.1.1-1.3. Проработка понятия сеанса соединения, возможныеатрибуты соединения. Анализ способов обеспечения энергосбережения.   

Абонентский терминал может находиться в 3 основных состояниях, а именно:

1.     Офлайн – терминал выключен.

2.     Онлайн – терминал включен, но услугами сети не пользуется.

3.     Активный – терминал включен и пользуется услугами.

 

В первом режиме терминал не ведет, ни какой работы, и описывать его не имеет смысла. Что же касается следующих двух, то они гораздо сложнее и включают в себя множество состояний. Так как, даже не ведя передачи данных по принуждению пользователя, терминал может обмениваться сообщениями с базовой станцией с целью регистрации и мониторинга сети.

Состояния в которых может находиться терминал разрабатываемой системы:

1.     Инициализация и регистрация в сети;

2.     Режим наблюдения за сетью;

3.     Установление соединения (организация входящего или исходящего соединения);

4.     Ведение сеанса связи – обмен сообщениями;

5.     Завершение сеанса связи;

6.     Отсоединение, отключение от сети.


     Рис 2. Диаграмма режима регистрации МС в сети.   

    После перехода терминала в режим онлайн, т.е. после включения терминал начинает процедуру регистрации в сети, она описана на рис 2. В этом режиме терминал сначала начинает поиск широковещательной несущей ВССН, если найдена то терминал пытается распознать родную сеть выделяя идентификатор сети, если сеть оказывается не своей, то опять начинается процедура поиска ВССН. Если сеть распознана как родная, то далее следуют процедуры выявления свободных каналов и подачи заявки на регистрацию. После получения ответа на заявку МС получает временный идентификатор,  и ей предоставляется выделенный канал, если же ответа нет, то терминал возвращается к выявлению свободных каналов. После того как МС получила выделенный канал, она передает по нему информацию о идентификации и аутентификации. По окончанию передачи МС освобождает канал и переходит в дежурное состояние. В этом состоянии МС осуществляет слежение за сетью, измеряя уровень мощности сигнала, и периодически подтверждая своё присутствие в сети. В режиме наблюдения за сетью терминал ведет пере выбор точек доступа, ожидание вызова измерение уровня сигнала ВССН, но так как у нас всего одна БС, то пере выбор не имеет смысла для нашей системы. В этом состоянии терминал должен находиться в режиме энергосбережения – IDLE. Режим установления сеанса связи ведется так же как описан режим регистрации, только терминал уже зарегистрирован и по выделенному физическому каналу будет передавать не данные о себе, а то что необходимо передать абоненту. В этом режиме терминал будет выполнять следующие действия: приём и передача сигнала вызова, аутентификация и идентификация, согласование параметров связи (качество КС и уровень мощности), абоненту будет назначаться канал трафика и передаваться номер вызывающей МС, в терминале будет происходить подключение голосового тракта на выделенный канал трафика  В режиме ведения сеанса связи терминал оказывается, когда БС выделит физический канал терминалу, и начнет вестись обмен данными, МС в этом режиме постоянно настроена на выделенный ей канал трафика  Для нахождения в этом режиме МС необходимо: периодическая синхронизация, подстройка уровня излучаемой мощности и уведомление БС о качестве соединения. По окончанию сеанса связи терминал возвращается в режим энергосбережения.

1.5.2. Пояснение способа организации доступа к физическому каналу. Разработка и пояснение способа адаптивного изменения скорости передачи данных.

         Во избежание проблем связанных с одновременными попытками передать информацию по каналу случайного доступа RACH применим метод ALOHA. в общем случае он заключается в принципе случайного доступа в соответствии с которым терминал или служба занимает физический канал для передачи сообщения. В нашем же случае он заключается в повторении заявок терминалом по каналу RACH, в случае отсутствия положительного ответа от БС по каналу AGCH, после подачи заявки первый раз. Но через случайные промежутки времени. Получив в ответ корректную заявку, а не непонятную сложенную из двух , БС выделит по одному физическому каналу терминалам. Эти физические каналы будут с определённой пропускной способностью. В свою очередь пропускная способность будет варьироваться в зависимости от результатов измерений и оценки канала связи. В ситуации отсутствия помех, шумов и соответственно ошибок скорость можно увеличивать и наоборот. Если в принятом сообщении на БС обнаружится ошибка, то БС запросит повтор у терминала. Этот метод чрезвычайно эффективен в случаях преобладания коротких прерывистых сообщений (СМС), как в нашей системе.

1.5.3. Проработка сценариев взаимодействия абонентских терминалов с базовой станцией (точкой доступа) или другими терминалами сети в каждом режиме работы.  Определение необходимых для взаимодействия идентификаторов и широковещательных параметров сети.

Сценарием называется последовательность действий системы и терминалов реализующее любое из состояний.


Рис 3. Сценарий взаимодействия МС и БС

    На рис 3. представлен сценарий взаимодействия абонентского терминала с базовой станцией. Опишем его подробнее. БС транслирует по каналу ВССН широковещательную информацию (ШВИ). Терминал после включения пытается зарегистрироваться в сети, в п.1.5.1. эта процедура достаточно подробно изложена и на рис123313 показана. После регистрации в сети терминалу для того чтобы воспользоваться какой либо услугой необходимо подать запрос на предоставление канала по каналу случайного доступа RACH, затем БС проанализирует запрос терминала и передаст ему по каналу разрешенного доступа AGCH разрешение на передачу информации и номер индивидуального канала SDCCH. Терминал в свою очередь по каналу SDCCH осуществит процедуру аутентификации, в случае положительного исхода этой процедуры БС запросит у терминала код услуги и № вызываемого абонента, по этому же каналу будут передаваться команды управления (в том числе управление мощностью). В результате терминал начнет передавать и принимать данные (пользоваться услугой).

Необходимые для взаимодействия идентификаторы:

1.     ID терминала;

2.     ID сети;

3.     Временный ID терминала;

4.     Коды услуг;

5.     № терминала;

6.     № градации уровня мощности.

 

 

1.5.4. Построение целостной диаграммы состояний терминала, отражающей рассматриваемые сценарии.

 

 Рис 4. Диаграмма состояний терминала.



    Список используемой литературы:

1. Лекции и слайды по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами" Бакке А.В. Рязань 2011-2012.

2. Сетевая модель OSI.

3. КП. Компактная система радиотелефонной связи.Статья 1. Колданов.