1.
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 OSI описывает схему взаимодействия сетевых объектов,
определяет перечень задач и правила передачи данных. Модель представляется в виде иерархической
структуры узлов и соединений, не зависящих от программной и физической
реализаций, а также назначения передаваемой информации. Она включает в себя семь уровней: физический (Physical),
канальный (Data-Link), сетевой (Network), транспортный (Transport), сеансовый
(Session), представления данных (Presentation ) и прикладной
(Application).
На рис.1 изображена общая эталонная модель OSI и модель OSI разрабатываемой системы.
Рис. 1. а) эталонная модель OSI; б) разрабатываемая модель OSI.
Верхние уровни
модели (прикладной, представительский, сеансовый) можно объединить в один
уровень – уровень принятия решения, в силу относительной несложности нашей системы. Он выполняет функции управления всей
системой: на основе данных, полученных с нижнего уровня и данных информационной
системы принимает решения о дальнейших действиях системы. Уровень тесно связан
с информационной системой – определяет, какому из терминалов необходимо
передать необходимое сообщение. Решения о функционировании сети принимаются
исходя из служебных сообщений, а также на основе сценариев взаимодействия Т с ТД,
прописанных в программном обеспечении ТД и терминалов.
Транспортный
уровень обеспечивает
приложениям верхнего уровня доставку сообщений с необходимой степенью
надежности, которая осуществляет гарантированную доставку сообщений между
приложениями верхних уровней. Транспортный уровень контролирует отсутствие ошибок в принимаемых данных, расположение пакетов в соответствующем порядке и их
полноту. В разрабатываемой системе транспортный уровень не требуется, так как часть
его функций делегирует на канальный уровень, а часть на уровень принятия
решений.
Сетевой уровень.
Основной задачей данного уровня является осуществление межсетевого
взаимодействия и маршрутизации. Так как в контексте рассматриваемой задачи
присутствует только одна сеть, то необходимости в сетевом уровне нет. Задачи
маршрутизации будут переложены на уровень
управления.
На канальном уровне решаются задачи, необходимые для организации логического канала связи между ТД и Т:
- тип сообщения – определение типа передаваемого
сообщения: адресное, групповое или широковещательное.
- адресация сообщения – указание адреса терминала или
группы терминалов, если сообщение адресное или групповое.
- обеспечение надежной доставки (CRC) - служба, осуществляющая проверку достоверности принятого
сообщения
- организация доступа к физическому каналу связи
(ФКС)
Структура пакета канального уровня представлена на
рисунке 2.
На физическом уровне должна быть
обеспечена задача надежной передачи потока битов, поступающего с канального
уровня. Любые технические решения, направленные на повышение достоверности
приема битов, могут быть реализованы на физическом уровне. Выполняются
следующие задачи:
1) помехоустойчивое кодирование (FEC) - с помощью введения избыточных бит обеспечивает
исправление некоторого (зависит от типа кодирования) числа битовых ошибок;
2) перемежение - поток бит перемешивается таким
образом, что при возникновении сильной помехи пострадают не рядом стоящие биты,
а биты разнесенные по времени. Таким образом,
возникнут единичные ошибки, которые сможет исправить помехоустойчивый кодер;
3) модуляция – необходима для эффективной передачи
потока битов по радио каналу. Тип модуляции выбирается исходя из скорости
передачи информации, полосы частот и вероятности битовой
ошибки.
Следует отметить, что существует несколько способов
организации физических
подканалов, т.е. способов доступа к физической среде. В системе будет
использоваться множественный доступ с разделением по времени (Time Division Multiple Access - TDMA). Технология TDMA выбрана так же для того, чтобы использовать минимальный
диапазон частот (требование ТЗ).
В зависимости от качества подканала связи в
системе будут реализованы два профиля функционирования и возможность
адаптивного изменения мощности передачи терминала. Профили
функционирования будут отличаться видом модуляции. Для того, чтобы была
возможность смены профиля, на физическом уровне в составе ТД входит модуль проведения оперативных измерений.
Этот модуль передаёт сведения об уровне
измеренной мощности терминалов на уровень принятия решения. Если качество
подканала изменилось, уровень принятия решений сформирует команду на смену
профиля функционирования, адресуемую конкретному
терминалу. ТД также меняет профиль функционирования.
Перемежение предусмотрено для борьбы с
пакетами ошибок. Суть перемежения: перестанавливаются биты кодированной
последовательности до её модуляции и восстановление исходной последовательности
после демодуляции. В разрабатываемой системе будет использован блочный перемежитель.
В разрабатываемой системе будет использоваться технология ортогонального
частотного мультиплексирования (OFDM) для устранения последствий интерференции и многолучевости.
Также необходимо обеспечить синхронизацию терминалов с ТД. Синхронизация делится на частотную и
временную. Частотная необходима для подстройки частоты в приемнике по частоте
передаваемой передатчиком. Временная синхронизация необходима для подстройки
шкалы времени приемника (Рис. 3.).
2. Проработка задач верхнего уровня.
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 поиска сети. Режим предназначен для того, чтобы терминалы могли определить их это сеть или нет.
· Режим регистрации. Если в режиме поиска сети Т определил, что это сеть его, то Т отправляет свой уникальный ID, хранящийся в ИС терминала, точке доступа. ТД сравнивает идентификатор с хранящимся в ее регистре
идентификаторов. Если они совпадают, то ТД отправляет Т сигнал подтверждения регистрации.
Если Т не получил такого сигнала, то он снова
осуществляет поиск сети.
·Режим ведения связи. В этом режиме
происходит непосредственная
передача/прием
данных. Если произошла ошибка, ТД отправляет запрос на повторную передачу. При приеме данных ТД переводит терминал из пассивного
режима в режим ведения связи, если
есть данные для передачи этому терминалу.
· Пассивный режим (IDLE). 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 пассивном режиме. На этом основан принцип энергосбережения рассматриваемой
радиосети. Терминал в данном
режиме может лишь получать широковещательную информацию от ТД, либо служебную
информацию о том, что ему необходимо принять сообщение от другого терминала. В этом случае терминал переходит из пассивного
режима в режим ведения связи.
Если терминалу необходимо
передать информацию и вступить в конкурентную
борьбу за канал, он также выходит из
пассивного режима.
Возможно энергосбережение также в режиме ведения связи, с помощью
адаптивного изменения мощности. Изменение мощности заключается в следующем:
1. ТД 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 ТД 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 ТД дает команду на смену профиля функционирования на более
помехоустойчивый. Если это не помогает, то ТД подает Т команду на увеличение мощности передачи.
Данная ситуация возможна, когда терминалы удалены на
значительные расстояния от АР.
Так как в данной системе используется принцип выделения одного
канала связи для приема/передачи информации в
сети, то скорость передачи будет максимальной и
одинаковой для всех терминалов, то и адаптивного изменения скорости в данной
радиосети не предусмотрено.
2.3.
Разработка сценариев взаимодействия абонентских терминалов с базовой станцией
(точкой доступа) во всех режимах работы. Проработка условий перехода терминала
из одного состояния в другое. Построение диаграмм состояний терминала,
отражающих рассматриваемые сценарии. Определение необходимых для взаимодействия идентификаторов и
широковещательных параметров сети.
Рассмотрим сценарии взаимодействия Т и ТД в основных режимах работы.
Режим поиска сети. В данном режиме Т прослушивает широковещательный
канал и определяет наличие/отсутствие широковещательного сообщения.
Широковещательное сообщение включает в себя ID(ТД), который необходим
Т для идентификации сети.
1. Режим
регистрации.
Если ID(ТД) совпадает,
с хранящейся у Т, 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 ID(Т) точке доступа. Точка доступа
сравнивает полученный идентификатор Т, с идентификатором Т который хранится в
её информационной системе. Если идентификаторы одинаковы, то процедура
регистрации закончена.
Рис. 4. Сценарий регистрации терминала в сети.
Рисунок
5 – 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.
ACH (Access Channel) – канал доступа.
TCH (Traffic CHannels) – канал трафика.
2.
Режим
ведения связи
При передаче .
ТД производит широковещательную рассылку о состоянии сети всем терминалам по каналу BCCH . Когда терминалу необходимо передать информацию по сети, он вступает в конкурентную борьбу за канал. Если он выигрывает канал, то отправляет с помощью канала RACH запрос предоставления канала, в котором он сообщает ТД что ему необходимо передать информацию и то, на сколько будет занят канал для передачи. С помощью канала AGCH ТД оповестит терминал о разрешении на передачу. Передача осуществляется по каналу TCH. По данному каналу передается служебная информация о доставке/недоставке сообщения до ТД. В случае успешной передачи терминал переходит пассивный режим. В обратном случае терминал вступает в конкурентную борьбу и перечисленный порядок действий повторяется заново.
Рисунок 6 – Сценарий режима ведения связи при передаче данных
Рисунок 7 – Диаграмма состояний терминала в режиме передачи
При приеме.
ТД оповещает по каналу AGCH терминал о том, что для него есть сообщение и
ему необходимо подготовиться к приему. Передача
осуществляется по каналу TCH. По данному каналу передается служебная информация
о доставке/недоставке сообщения до Т. В случае успешной передачи данных
терминал переходит в пассивный режим. В противном случае терминалу придется вступать в
конкурентную борьбу и ждать выделения
канала для приема данных.
Рисунок
8 – Сценарий режима ведения связи при приеме данных
Рисунок
9 – Диаграмма состояний терминала в режиме приема
При описании режимов работы Т, можно было ввести режим
завершения сеанса связи, но он не является необходимым, так как ТД сама
принимает решение о выходе Т. Решение может быть принято, на основании
следующих случаев:
·
Т
самостоятельно покинул сеть;
·
Была потеряна
связь Т с ТД.
При любом из случаев ТД автоматически принимает решение о выходе Т из
сети.
Необходимые для взаимодействия идентификаторы и
широковещательные параметры сети:
·
ID(ТД);
·
ID(Т)
2.4.
Построение и
описание диаграммы состояний, отражающей функционирование базовой станции
(точки доступа).
На рис. 10,
представлена диаграмма состояний, отражающая функционирование точки доступа. Функционирование
ТД начинается с передачи широковещательного сообщения (ВССН). Затем ТД получает
сообщения от терминалов, содержащее ID(Т). ТД сравнивает полученный ID(Т) 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(Т) 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.
ТД опрашивает
зарегистрированные Т на предмет их нахождения в сети. Если данный терминал не в
сети, то данные от точки доступа будут ему передаваться только когда он зарегистрируется
в сети. При приеме заявок от терминалов измеряется уровень сигнала от каждого
терминала, если сигнал достаточный для приема/передачи, то происходит выделение
подканала, в противном случае осуществляется смена профиля или повышение
мощности передачи от терминала, далее так же происходит выделение подканала. По
выделенному подканалу в режиме приема ТД принимает поток данных от Т,
и помещает его в регистр хранения сообщения и ставит ему в соответствие ID(Т). ТД
в соответствии с регистром хранения
сообщений находит терминал, который делал запрос. ТД в сообщении опроса оповещает терминал, о том
что для него есть информация и выделяет ему подканал. Далее ТД по выделенному
каналу передает запрашиваемую информацию Т.
Рис. 10. Диаграммы состояний, отражающей функционирование точки доступа.
Список используемой литературы:
1.Скляр Б. «Цифровая связь. Теоретические
основы и практическое применение». - М.: Вильямс, 2003 г.
2. Веселовский К. –
Системы подвижной радиосвязи, М.: Горячая линия – Телеком, 2006
3. Анна Ночная
"Локальная радиосеть. Часть 2" http://omoled.ru/publications/view/316
4. Светлана Подкопаева
"Локальная радиосеть. Часть 2"http://omoled.ru/publications/view/320
5. Сергей Милованов "Система сбора
данных с подвижных станций. Часть 2"http://omoled.ru/publications/view/324
6. Мария Саутина "Радиосеть передачи данных. Часть 1" http://omoled.ru/publications/view/460
7. Мария Саутина "Радиосеть передачи данных. Часть 2" http://omoled.ru/publications/view/463
8. Андрей Городничев "Локальная радиосеть. Часть 2" http://omoled.ru/publications/view/468