Радиосеть передачи данных.

Часть 2

(Саутина М.Ю., РГРТУ, гр.9110)

         Модель OSI описывает прохождение информации от одного пользователя к другому через сеть связи. Модель представляется в виде иерархической структуры узлов и соединений, независящих от программной и физической реализаций, а также назначения передаваемой информации.

       На рис.1 изображенная общая эталонная модель OSI и модель OSI разрабатываемой системы.

                                                      а)                                                           б)

Рис. 1. а) эталонная модель OSI; б) разрабатываемая модель OSI.

        Верхние уровни модели (прикладной, представительский, сеансовый) можно объединить в один уровень – уровень принятия решения. Данный уровень очень важен, так как выполняет основные функции «мозгового» центра сети. Основная задача этого уровня заключается в анализе полученных данных с нижних уровней, на основании которого принимается решение о дальнейших действиях системы. Уровень принятия решения постоянно находится во взаимодействии  с информационной системой (ИС) и с остальными уровнями; принимает  решения, о том кому из пользователей предназначен какой-либо пакет. Решение принимается исходя из специальных служебных полей пакетов, а также на основе сценариев взаимодействия точки доступа (АР) с терминалом (Т), прописанных в ИС.

          Транспортный уровень обеспечивает приложениям верхнего уровня доставку сообщений с необходимой степенью надежности, которая осуществляет гарантированную доставку сообщений между приложениями верхних уровней. Принцип гарантированной доставки основывается на том, что на передающей стороне всегда известно, были доставлены сообщения или нет. Это обеспечивается тем, что принимающая сторона подтверждает успешный прием данных, если передающая сторона не получила подтверждение, то возникает необходимость в повторной передачи пакета. В разрабатываемой системе транспортный уровень не требуется, так как часть его функций делегирует на канальный уровень, а часть на уровень принятия решений.

     Сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию данных в процессе взаимодействия нескольких сетей. Задачей данного уровня  является доставка  пакетов сетевого уровня любому узлу сети и маршрутизация. Исходя из того, что в проектируемой сети данные передаются от Т к АР и от АР к Т, а это простейший путь передачи данных, который не требует сложных маршрутов, приходим к выводу: наличие сетевого уровня в разрабатываемой системе не требуется.

          Канальный уровень  предназначен для создания, передачи и приема кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для передачи и приема пакетов. Протоколы канального уровня обеспечивают доставку сообщений только между узлами одной радиосети.

             Канальный уровень разделяют на 2 подуровня

•      Подуровень адресации и формирования всех видов сообщений (Media Access Control -МАС)

•      Подуровень управления доступом к физическому каналу связи (Channel Access and Control - САС)

Также на канальном уровне происходит обнаружение ошибок путем расчета контрольной суммы (CRC), которая вычисляется на стороне получателя по известному алгоритму и сравнивает с полученной суммой. Если значения совпадают, считается, что кадр принят безошибочно. Если значения контрольных сумм отличаются, то фиксируется ошибка и формируется запрос на повторную передачу поврежденного кадра, в соответствии с его номером.

Параметры функционирования системы, выполняемые физическим уровнем:

·  Вид  модуляции. Модуляция  предназначена  для  переноса  сигнала  на заведомо  известную несущую частоту и для дальнейшей передачи его по радиоканалу.

·  Тип  кодирования.   Кодирование  предназначено  для  обнаружения  и  исправления  ошибок, которые возникают при  передаче,  путем  добавления  избыточности  в  информационную последовательность.

· Осуществление  перемежения. Оно  применяется  для  борьбы  с  замираниями  и возникновением  связанных  с  ними  пакетов  ошибок.  Суть  перемежения  в  том,  что  происходит перестановка  символов  кодированной  последовательности  до  ее  модуляции  и  восстановлении исходной последовательности после демодуляции.

· Синхронизация,  необходимая  для  того,  чтобы  передающий  узел  данных  могпередать  сигнал  принимающему  узлу,  а принимающий  узел  знал,  когда  начать  прием поступающих  данных. Наиболее  важным  типом  синхронизации  для  сети  является  частотная синхронизация. При частотной синхронизации все  генераторы  сети  работают  с  одинаковой  частотой, скорость передачи цифровой информации равна скорости приема, в результате  в  системе  связи нет  потерь  информации.  Временная  синхронизация предусматривает,  что  все  устройства  в  сети  имеют  единое  время.  Следует  отметить, что временная синхронизация представляет  собой  совершенно  независимую  от  частотной  синхронизации  задачу.  В данной сети синхронизация осуществляется с помощью добавления преамбулы к передаваемому сообщению.

· Сборка/разборка  пакетов. Этот блок осуществляет  формирование пакетов канального уровня, а также полей принятого сообщения.

· Устранение  интерференции.   Для  борьбы  с  многолучевостью  будем  использовать технологию OFDM модуляции и демодуляции.

· Проведение измерений уровня сигнала в сети. Проведение измерений играет ключевую роль в функционировании сети. На основании данных измерений модуль управления принимает решение о выборе того или иного профиля работы ситемы.

2.1. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы абонентского терминала, отражающих решения выполненных ранее п. 1.1-1.3. Проработка понятия сеанса соединения, атрибутов соединения.

 В проектируемой радиосети предусмотрены следующие режимы работы:

·  Режим регистрации. Терминал после включения осуществляет поиск сети. Если сеть не найдена, то Т перейдет на определенное время в режим «сон», а затем снова осуществит поиск сети. Из широковещательного сообщения выделяется идентификатор сети (ID_АР). Если идентификатор, полученный в широковещательном сообщении, совпадает с идентификатором сети, хранящимся в терминале,  то Т передает заявку на регистрацию, в противном случае Т ищет другую сеть. Т отправляет идентификатор Т (ID_Term) АР. АР сравнивает идентификатор с хранившимся у неё ID_Term. Если они совпадают, то АР отправляет Т сигнал подтверждения регистрации. Если Т не получил такого сигнала, то он снова осуществляет поиск сети.  

· Режим передачи.  В этом режиме начинается непосредственная передача данных. Если произошла ошибка,  АР отправляет запрос на повторную передачу, это применимо только для пульсирующего трафика.

· Режим приема. В этом режиме происходит прием данных. АР переводит терминал из спящего режима в режим приема, если есть данные для передачи этому терминалу.

· Пассивный режим (IDLE, спящий режим). Режим пониженного энергопотребления, в котором терминал находится большую часть времени. Из этого режима Т выходит только при передаче или приеме сообщений.

 2.2. Проработка способов обеспечения энергосбережения для всех режимов работы терминалов. Разработка и пояснение способа адаптивного изменения скорости и мощности передачи данных (в соответствии с заданием)

 Терминал большую часть времени находится в режиме пониженного энергопотребления, подразумевается отсутствие со стороны Т какой либо активности. Терминал в этом режиме  лишь получает широковещательную информацию и отвечает АР, что он активен и сообщает, что он пассивном режиме.

В режиме регистрации, когда Т ждет подтверждение о регистрации от АР, возможен переход в энергосберегающий режим.

Возможно энергосбережение в режиме передачи, с помощью адаптивного изменения мощности. Изменение мощности заключается в следующем:

1. АР измеряет уровень сигнала в каждом активном подканале и сравнивает их с уровнем сигнала достаточным для достоверного приема (стандартный);

2. если уровень сигнала в подканале превышает стандартный уровень, то АР передает Т команду на уменьшение мощности передачи. Данная ситуация возможна, когда терминалы функционируют вблизи АР;

3. если уровень сигнала в подканале меньше стандартного уровня, т.е. не обеспечивается достоверный прием, то АР дает команду на смену профиля функционирования на более помехоустойчивый. Если это не помогает, то АР подает Т команду на увеличение мощности передачи. Данная ситуация возможна когда терминалы удалены на значительные расстояния от АР.

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, в режимах передачи или приема,  с помощью АР. Увеличение скорости передачи будет осуществлено выделением пользователю нескольких таких подканалов. Один такой подканал будет обеспечивать минимальную скорость передачи данных.

 Рассмотрим сценарии взаимодействия Т и АР в основных режимах работы.

 1. Режим регистрации.

а)                                                           б)

Рис. 2. а) сценарий режима регистрации терминала в сети; б) диаграмма состояний терминала при регистрации.

BCCH (Broadcast Control Chanel) – канал общей информации.

RACH (Random Access Channel) – канал случайного доступа.

AGCH (Access Grant Channel) – канал разрешенного доступа.

TCH (Traffic CHannels) – канал трафика.

а)                                                               б)

Рис. 3. а) сценарий режима передачи данных б) диаграмма состояний терминала при передаче данных.

Под опросом терминалов подразумевается последовательный опрос каждого Т на предмет  активности и режим  его работы.

 

3. Режим приема.

 

а)                                                          б)  

Рис. 4. а) сценарий режима приема данных б) диаграмма состояний терминала при приеме данных

            При описании режимов работы Т, можно было ввести  режим завершения сеанса связи, но он не является необходимым, так как АР сама принимает решение о выходе Т. Решение может быть принято, на основании следующих случаев:

• Т самостоятельно покинул сеть;
• Была потеряна связь Т с АР.

При любом из случаев АР автоматически принимает решение о выходе Т из сети.

 Необходимые для взаимодействия идентификаторы и широковещательные параметры сети:

• ID_АР;
• ID_Term.

   2.4. Построение и описание диаграммы состояний, отражающей функционирование базовой станции (точки доступа).

       На рис. 5, представлена диаграмма состояний, отражающая функционирование точки доступа. Функционирование АР начинается с передачи широковещательного сообщения (ВССН). Затем АР получает сообщения от терминалов, содержащее ID_Term. АР сравнивает полученный ID_Term с идентификатором, хранившимся в её ИС, если они совпадают, то процесс регистрации завершен, в противном случае – терминал не зарегистрирован. В журнале абонентов, находящемся в ИС точки доступа, напротив ID_Term зарегистрированных терминалов, ставится метка активности. Регистрация в сети происходит на основе конкурентной борьбы, то есть если на широковещательное сообщение отвечает несколько терминалов, то зарегистрирован будет тот Т, идентификатор которого был передан раньше всех. Процедура передачи ВССН периодически повторяется.