Радиосеть передачи данных.

Часть 1.

(Медведев С.А., 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.}

^{Цель данного КП - реализовать систему, решающую проблемы «последней мили». Последняя миля — канал, соединяющий конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа провайдера (оператора связи). Например, при предоставлении услуги подключения к сети Интернет последняя миля — участок от порта коммутатора провайдера на его узле связи до порта маршрутизатора клиента в его офисе. Существует два основных метода решения проблемы «последней мили».}

^{1.Решение с использованием радиодоступа}

^{В настоящее время радиодоступ - один из наиболее дешевых способов решения задачи "последней мили". Принцип построения основывается на размещении базовых станций в ключевых точках максимального охвата территории и предоставлении целого ряда сервисов конечным пользователям. Данное решение особенно эффективно в тех районах, где кабельные сети развиты недостаточно или отсутствуют совсем.}

^{2. Решение с использованием оптического кабеля}

^{Оптический кабель отличается очень большой полосой пропускания, а также высокой ценой. В основном, оптический кабель прокладывается как магистральная часть сети оператора или если требуется подать в заданный район большое количество телефонных линий. Телефония по оптическому кабелю - решение, которое оправдано при больших задачах.}

^{В данном КП проблема «последней мили» будет решаться с помощью использования радиодоступа, т.к. этот метод более дешевый и эффективный при небольшом количестве абонентов.[4]}

 

^{Исходными данными являются:}

^{·         Максимальное количество абонентов в сети: 50}

^{·         Радиус зоны радиопокрытия: 200 м}

^{·         Фиксированная скорость передачи данных для 10 абонентов:}

^{·         DownStream: 128Кбит/с; UpStream: 128Кбит/с;}

^{·         Максимальная скорость передачи данных для остальных абонентов:}

^{·         DownStream: 6Mбит/с; UpStream: 256Кбит/с;}

^{·         Модель предсказания потерь: выбрать самостоятельно}

^{·         Тип местности: производственные/торговые помещения}

^{·         Вероятность ошибки на бит Pb: 1*10-7}

^{·         Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 2 Вт}

^{·         Рекомендуемая технология передачи: OFDM}

^{·         Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.}

^{Основные требования  к системе:}

^{·         Минимальный диапазон используемых частот.}

^{·         Возможность адаптивного изменения мощности передачи.}

^{·         Возможность адаптивного изменения скорости передачи.}

 

^{Минимальный диапазон использования частот предполагает грамотное использование ограниченного частотного ресурса. Возможность адаптивного изменения мощности заключается в том, что необходимо обеспечить уверенный прием сообщений, выбрав нужную мощность излучения. Если сигнал от Т(терминал) до АР(точка доступа) слабый, то AP должна отправить терминалу служебное сообщение, в котором должно содержаться уведомление о том, что нужно увеличить мощность излучения. В том случае, когда количество активных пользователей в сети не максимально, можно увеличить скорость передачи данных. У нас имеется одна высокоскоростная линия внешней сети. В общем случае, мы должны «разделить» её на несколько каналов и равномерно распределить эти каналы между активными абонентами с помощью точек доступа. Один такой канал будет обеспечивать минимальную скорость передачи данных. Следовательно, увеличение скорости передачи будет происходить выделением абоненту нескольких таких каналов[2]}

^{В качестве примера разрабатываемой радиосети передачи данных рассмотрим торговые помещения. С одной стороны системы имеем внешнюю сеть, с другой -  абонентов. АР принимает потоки данных от абонентов и передает их во внешнюю сеть, а также получает ответные потоки и передаёт их абонентам. Для использования услуг сети, будущий абонент должен заключить договор с провайдером. При этом абонент получает терминал, который в свою очередь подключается к стандартному разъёму оконечного оборудования(ОО). На разрабатываемую систему ложится задача передачи траффика из внешней сети к абонентам.}

^{Составим список услуг предоставляемых сетью:}

^{1. Обеспечение беспроводного доступа абонентов к внешней сети}

^{2. Изменение скорости передачи данных}

^{3. Услуга связи абонентов между собой}

^{Последняя услуга может осуществляться с помощью специальных приложений, например Skype или ICQ, если внешняя сеть – Internet.}

 

        ^{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).}

^{Обобщённая функциональная схема системы будет выглядеть в соответствии с рисунком 1.} 

^{Рисунок 1. Обобщённая функциональная схема системы}

 

^{Для того, чтобы уменьшить мощность излучения, в проектируемой системе используется несколько АР, каждая из которых имеет определенную зону покрытия. Каждая АР соединена с внешней сетью по проводной технологии согласно протоколу Ethernet и с Т с помощью единого радиоинтерфейса с едиными параметрами. При этом каждая АР должна иметь свой идентификатор. Терминал соединен с оконечным оборудованием абонента по протоколу USB. Для того, чтобы сеть могла обслуживать принадлежащие ей терминалы, каждый Т должен иметь определенный идентификатор. Также сеть должна обслуживать определенных абонентов. Для этого необходимо, чтобы каждый абонент имел своё имя пользователя и пароль, о котором должна знать сеть. Для того, чтобы Т мог определить его это сеть или нет, сама сеть тоже должна иметь свой идентификатор. Главная задача сети – адресная передача сообщений трафика. Кроме этого, сеть должна решать задачи обработки сообщений сигнализации и управления, т.к. АР и Т должны четко знать что им делать в зависимости от принятых сигналов. Работа всей системы осуществляется по сценарию взаимодействия, каждый пункт которого отражен в ИС(информационной системе). ИС находится на каждом из выделенных узлов, а также в хранилище внешней сети, доступ к которому имеет администратор. В данной системе будет использоваться ARQ для гарантии доставки сообщений пользователям.[2]}

^{Рассмотрим краткое описание принципа работы сети. Функционирование радиосети начинается с того, что точка доступа передает широковещательное сообщение, включающее в себя идентификатор АР. После включения Т ищет сеть. После того, как Т находит сеть, он получает идентификатор точки доступа и сравнивает его с тем, который хранится в ИС терминала. При совпадении идентификаторов осуществляется процедура регистрации Т в сети. Если же идентификаторы различны, то терминал продолжает поиск сети. Для того, чтобы терминал зарегистрировался в сети, он должен передать идентификатор Т точке доступа. Далее АР должна сравнить полученный идентификатор Т с идентификатором Т, хранящимся в ИС. Регистрация закончена в том случае, если идентификаторы совпадают. Эти процедуры осуществляются при включении терминала. Чтобы узнать активны ли терминалы, при дальнейшей работе сети АР будет опрашивать Т 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 во внешнюю сеть. Для этого Т передает запрос АР, точка доступа сохраняет его в ИС и ставит в соответствии идентификатору Т. Далее АР передает запрос во внешнюю сеть. Спустя  время внешняя сеть присылает ответ на запрос точке доступа, АР в соответствии с регистром хранения сообщений находит терминал, который делал запрос и передает сообщение терминалу.[1]}

^{Рис. 2. Краткая концепция функционирования сети.}

 

 

 

 

^{Сформулируем задачи выделенных узлов системы.}

^{Задачи ТД:}

^{        Приём и обработка сигналов и запросов от терминала}

^{        Приём и передача адресных сообщений}

^{        Передача общей информации о сети}

^{        Запись сообщений в буфер для последующей передачи}

^{        Формирование запросов на повторную передачу терминалу}

^{Задачи терминала:}

^{        Приём и обработка сигналов и запросов от AP}

^{        Приём/передача пакетов}

^{        Запись сообщений в буфер для последующей передачи}

^{        Формирование запросов на повторную передачу AP}

^{Функциональная схема AP отражена на рисунке 3.}

^{Рисунок 3. Функциональная схема точки доступа}

 

^{Радиомодуль выполняет задачи физического уровня. Модуль извлечения информационных сообщений необходим для извлечения управляющей информации из сообщения. Модуль обработки каналов сигнализации и принятия решений на основе полученных сигналов и данных определяет, по какой ветке сценария АР пойти дальше. Эти решения принимаются на основе принятых сообщений и данных. Модуль обработки каналов сигнализации и принятия решений находится в тесной связи с ИС, управляет очисткой буфера, передачей пакета во внешнюю сеть. АР связывается с внешней сетью с помощью Ethernet контроллера. [2]} 

^{Функциональная схема Т изображена на рисунке 4.} 

^{Рисунок 4. Функциональная схема терминала}

 

^{Модуль измерительной системы оценивает мощность принимаемого сигнала, на основе которой модуль управления ресурсами Т формирует запрос о передаче обслуживания другой АР. USB-контроллер связывает конечное оборудование пользователя с терминалом через USB-порт.} 

 

 

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

^{ИС фактически представляет собой базу данных, в которой хранится информация, необходимая для работы сети. ИС находится на удалённом сервере администратора, каждый выделенный узел имеет её копию, которая периодически обновляется. Администратор в свою очередь может подключать новых пользователей к системе. Структура ИС AP имеет следующий вид (рисунок 5).}

 

^{Рисунок 5. Структура информационной системы}

^{Тарифы содержат цены на все услуги сети. Список доступных услуг содержится в журнале услуг. Тарификацию услуг чаще всего осуществляет провайдер, поэтому тарифы и услуги могут не включаться в состав структурной схемы ИС.}

^{Журнал статистики содержит информация о времени вхождения в сеть, времени отключения от неё, входящий и исходящий трафик.. Журнал абонентов содержит илентификаторы всех терминалов, аутентификационную информацию пользователей, а также сюда после регистрации помещаются присвоенные терминалам MAC-адреса. MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде, также Hardware Address) — это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице активного оборудования компьютерных сетей.[3]  Возле адреса каждого абонента после его регистрации в сети выставляется флаг активности абонента. Журнал выделенных КС содержит список всех каналов по номерам, список свободных каналов и список номеров каналов, закреплённых за  адресом каждого пользователя. Информация о сети – информация, которую сеть передает всем участникам сети(широковещательная информация). Здесь хранятся ID сети, с какими сигналами работает сеть. Также широковещательными сообщениями ведётся опрос о подтверждении статуса абонента. Информационная система терминала отличается лишь тем, что в ней журналы заменяются на информацию конкретно для этого пользователя, для этого терминала. Аутентификационную информацию может определить как пользователь, так и администратор.[2]}

 

Список используемой литературы:

1.http://omoled.ru/publications/view/429

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

3.http://ru.wikipedia.org/wiki/MAC-%D0%B0%D0%B4%D1%80%D0%B5%D1%81

4.http://dts.su/uslugi/telefoniya/reshenie_problemy_poslednej_mili/