Радиосеть передачи данных.

Часть 1.

(Саутина М.Ю., РГРТУ, гр.9110)

 

  1. Анализ поставленной задачи и исходных данных, выявление особенностей работы системы. Цель – проработка идеи создания сети как целостной системы. В контексте решаемой задачи выделение источников и получателей информационных сообщений, оценка характера трафика и обозначение требований к способу доставки сообщений. Определение списка основных и дополнительных услуг системы, предоставляемых пользователю.

          В данном КП необходимо реализовать систему, предназначенную для решения проблемы «последней мили». «Последняя миля» — это участок от провайдера до конечного пользователя. В технической литературе данное понятие используется для описания проблем и решений в этом, фактически самом трудном, участке сетей. Одним из наиболее дешевых и эффективных способов устранения проблемы «последней мили» при небольшом количестве абонентов является  радиодоступ.

               Исходными данными являются:

  • Максимальное количество абонентов: 100.
  • Радиус зоны радиопокрытия: 1.5 км.
  • Максимальная скорость передачи данных :  DownStream: 8 Мбит/c; UpStream: 1 Мбит/c.
  • Модель предсказания потерь: выбрать самостоятельно.
  • Тип местности: пригород.
  • Вероятность ошибки на бит Pb =3∙10-7.
  • Мощность излучения подвижной станции Pизл АС : < 5 Вт.
  • Рекомендуемая технология передачи: OFDM.

               Основные требования  к системе:

  • Минимальный диапазон используемых частот.
  • Возможность адаптивного изменения мощности передачи.
  • Возможность адаптивного изменения скорости передачи.

Использование минимального диапазона частот подразумевает под собой грамотное частотное планирование. Возможность адаптивного изменения мощности заключается в том, что мощность излучения выбирается такой, чтобы обеспечить уверенный прием сообщений. Например, если уровень сигнала от терминала (Т) слабый, то точка доступа АР (англ. Access Point) отправляет служебное сообщение терминалу, чтобы он повысил мощность излучения. Если количество активных пользователей в сети не максимально, то можно увеличить скорость передачи данных. Это реализуется «разделением» высокоскоростного канала внешней сети на несколько подканалов и равномерное распределение этих подканалов между активными пользователями с помощью ТД. Увеличение скорости передачи будет осуществлено выделением пользователю нескольких таких подканалов. Один такой подканал будет обеспечивать минимальную скорость передачи данных.

     В качестве примера разрабатываемой радиосети передачи данных рассмотрим коттеджный поселок. С одной стороны системы имеем сеть Internet, с другой -  пользователей. АР принимает потоки данных от пользователей и передает их в Internet, а также получает ответные потоки и передаёт их абонентам. Для того чтобы использовать услуги сети, будущий пользователь должен заключить договор с провайдером. При этом пользователь получает Т, который подключается к стандартному разъёму ОО. На проектируемую систему ложится задача передачи и приема данных (текст, музыка, видео) из узлов Internet.

           В качестве  источника информационных сообщений могут выступать оконечное оборудование (ОО), в этом случае получателем  является узел Internet. Источником может быть и узел Internet, но в этом случае путь по которому  отправляется информационное сообщение, был заранее создан, с помощью запроса Т. Получателем в таком случае является ОО. 

     Трафик в данной системе может быть как пульсирующий (генерирует сеансовые сетевые приложения, такие, как веб-браузеры и почтовые клиенты) и постоянный (генерирует загрузки файлов и мультимедиа-приложения).

     Так как данная система предназначена для передачи данных, требуется гарантированная доставка сообщений пользователям. Для этого в системе используется автоматический запрос повторной передачи (англ. Architectural Research Quarterly – ARQ).  Для некоторых (например, широковещательных) служебных сообщений возможна негарантированная доставка.

  Основная услуга системы, предоставляемая пользователям это – передача данных. Дополнительные услуги в системе не предусмотрены.

 

        2. Проработка обобщенной функциональной схемы системы: выявление основных её компонент и описание функциональных связей. Краткое описание концепции функционирования сети в виде анализа доставки информационных/служебных сообщений системы по схеме: сообщения для передачи – инициатор сеанса связи – доставка сообщения (сеть) – получатель сообщения. Обоснование наличия выделенных узлов сети и отражение их задач. Выбор интерфейсов взаимодействия разрабатываемой сети с внешними компонентами (при необходимости).

Обобщенная функциональная схема системы представлена на рис.1

 

Рис.1 Обобщенная функциональная схема системы

В системе присутствуют 2 типа функциональных узлов:

1. Точка доступа (АР)

2. Терминал (Т)

            АР соединена с сетью Internet по проводной технологии в соответствии с протоколом Ethernet  и с терминалами при помощи единого радиоинтерфейса.. Т сопряжен с ОО по протоколу USB. АР должна обслуживать пользователей своей сети, чтобы безошибочно определять их, каждый Т должен обладать уникальным идентификатором. АР так же обладает идентификатором сети. В системе предусмотрено резервное копирование информационной системы (ИС) АР на удаленный сервер. Предполагается внешнее управление АР - это осуществляет администратор.

Функции администратора:

  • поддержание работоспособности сети и её компонентов;
  • защита данных (введение режима шифрования данных);
  • усовершенствование программного обеспечения и его установка;
  • включение и отключение системы, терминалов;
  • сбор статистических данных о работе сети;
  • архивирование и резервное копирование ИС.

          Рассмотрим краткое описание концепции функционирования сети. Функционирование радиосети начинается с поиска сети. Точка доступа передает широковещательное сообщение, которое включает идентификатор АР. При включении терминал осуществляет поиск сети, найдя сеть терминал получает идентификатор АР, сравнивает его с идентификатором, который хранится в информационной системе терминала(рис. 2, 1). Если идентификаторы совпадают, то осуществляется процедура регистрации терминала в сети, если идентификаторы различаются, то терминал продолжает поиск сети. Для того, чтобы терминал зарегистрировался в сети, он должен передать идентификатор Т точке доступа (рис. 2, 2). Точка доступа сравнивает полученный идентификатор Т, с идентификатором Т который хранится в её информационной системе. Если идентификаторы одинаковы, то процедура регистрации закончена. Эти процедуры осуществляются один раз, при включении терминала. При дальнейшем функционировании сети точка доступа последовательно будет опрашивать терминалы, на предмет их активности. Это необходимо для того, чтобы точка доступа знала сколько активных пользователей в сети и принимала решение о количестве подканалов, которые могут быть выделены на каждого активного пользователя, это позволяет увеличить скорости передачи. После завершения регистрации терминал может сделать запрос к узлу Internet. Для этого терминал передает URL-адрес точке доступа, АР сохраняет его в регистр хранения сообщений ИС и ставит в соответствии  идентификатору Т  и отправляет запрос в Internet (рис. 2, 3). Спустя  время Internet присылает ответ на запрашиваемую страницу точке доступа, АР в соответствии с регистром хранения сообщений находит терминал, который делал запрос на эту страницу и передает сообщение терминалу (рис.2, 4). Подробный анализ функционирования системы будет рассмотрен позднее.

 

Рис. 2. Краткая концепция функционирования сети.

            Необходимо сформулировать основные задачи выделенных узлов радиосети, терминала и точки доступа.

 Задачи АР: 

  • приём и передача адресных сообщений;

  • приём и обработка запросов от Т;
  • передача общей информации о сети;
  • организация и выделение подканалов связи;
  • сбор статистических данных о работе сети;
  • формирование запросов на повторную передачу.

Задачи Т:

  • приём и обработка запросов от АР;
  • формирование запросов на повторную передачу;
  • приём и передача пакетов.

 

Функциональная схема АР представлена на рис.3

 

 Рис.3 Функциональная схема АР

 В состав АР входят:

  • радиомодуль  - осуществляет формирование и достоверный прием потока битов, выполняет задачи физического уровня;

  •  модуль проведения оперативных измерений -  определяет параметры сети с точки зрения ее производительности, например, уровень сигнала, оповещает модуль обработки каналов сигнализации и принятия решения, который затем отправляет команду радиомодулю перестроиться на соответствующий профиль функционирования

  •   буфер -  промежуточное хранилище данных, которое при заполнении передает данные терминалам;

  •  модуль извлечения информационных сообщений – требуется для отделения информационных сообщений от служебных;

  •  модуль обработки каналов сигнализации и принятия решения – на основе полученных служебных сообщений определяет каким будет сценарий развития  взаимодействия АР и Т;

  •  информационная система – содержит в себе сведения о всех идентификаторах Т,  идентификаторы активных терминалах, идентификатор АР, статистические данные о работе сети;

  • Ethernet контроллер – предназначен для соединения АР с внешней сетью. Связь  с  модулем обработки каналов сигнализации и принятия решения обусловлена возможностью обновления сценариев взаимодействия  Т и АР. Связь с ИС обусловлена возможностью обновления данных и резервным копированием на удаленный сервер.

Функциональная схема Т представлена на рис. 4.

 

Рис. 4. Функциональная схема Т

 В состав Т входят:

  • радиомодуль - отвечает за формирование и достоверный прием потока битов, выполняет задачи физического уровня;

  • модуль извлечения информационных сообщений -  требуется для отделения информационных сообщений от служебных;

  • буфер – промежуточное хранилище данных, предназначен для осуществления ARQ;

  • модуль управления ресурсами терминала -  на основе служебных сообщений определяет, каким образом будет развиваться  сценарии взаимодействия Т и АР;

  • модуль проведения оперативных измерений – определяет параметры сети с точки зрения ее производительности, например, уровень сигнала, оповещает модуль управления ресурсами терминала, который далее отправляет команду радиомодулю. Далее радиомодуль сигнализирует АР, чтобы та приняла решение о перестройке на соответствующий профиль функционирования;

  •  информационная система – содержит  идентификатор Т,  идентификато АР, и статистических данных о работе терминала;

  •     USB контроллер - предназначен для сопряжения терминала с оконечным оборудованием.

 

3. Определение и обоснование структуры информационной системы. Выявление важнейших модулей информационной системы и выявление необходимых связей модулей.

Информационная система АР представлена на рис. 5


Рис. 5. Информационная система АР

 Журнал абонентов - содержит в себе всю необходимую информацию о пользователях радиосети (идентификаторы Т, их активность). Все данные, содержащиеся в журнале абонентов, автоматически сохраняются в резервную копию, с помощью ресурсов сети Internet.

  Журнал статистики - содержит такую информацию, как входящий/исходящий трафик, время пребывания в сети, продолжительность сеансов, идентификатор Т.

     Информация о АР –идентификатор АР, служебные характеристики.

В блоке сведения о сети, происходит сбор статистических данных о работе сети для дальнейшего управления и адаптации к изменениям условий сети.

            Модуль управления является, так называемым, программным обеспечением точки доступа. В нем прописаны все сценарии взаимодействия  АР. Модуль управления, получив сведения о сети, выбирает необходимый сценарий взаимодействия сети в данной ситуации.

        Сценарий взаимодействия (профили работы), изменение данных профилей, в зависимости от ситуации, оптимизируют работу данной сети.

          В регистре хранения сообщений хранится URL-адрес, запрашиваемый пользователем. Каждому запрошенному URL-адресу ставится в соответствие идентификатор Т.

 Информационная система Т представлена на рис. 6

 

Рис. 6. Информационная система Т.

             Сведения о АР – необходимые сведения (идентификатор АР, наименование сети ) для регистрации терминала в сети.

Информация о терминале   –  персональный  идентификатор Т,  данные  пользователя.

Журнал статистики – информация о времени вхождения в сеть, времени отключения от неё, входящий и исходящий трафик.

 

 

 

Список используемой литературы:

1. http://infocom.uz/2006/07/19/problema-posledney-mili-i-vyibor-resheniy/

 

2. http://old.kv.by/index2002400801.htm

3. http://omoled.ru/publications/view/291

4. http://omoled.ru/publications/view/295

5. http://omoled.ru/publications/view/292

6. http://omoled.ru/publications/view/296

7. http://omoled.ru/publications/view/425