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 OSI -это  базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем. Она состоит из семи уровней: физический,канальный,сетевой,транспортный,сеансовый,  представительский, прикладной. Рассмотрим каждый уровень  модели для использования в нашей системе.

 

Рисунок 1.Уровни модели OSI.

Три верхних уровня, прикладной, представительский и сеансовый объединяют в один уровень, который называется уровень принятия решений.

Здесь закладываются различные сценарии взаимодействия базовой станции (БС) и терминала (Т).

Транспортный уровень скрывает детали передачи данных от верхних уровней. В частности, на транспортном уровне решаются задачи, связанные с надежностью передачи данных между двумя хостами. В рамках реализации службы обмена данными транспортный уровень создает, поддерживает и корректно завершает виртуальные каналы. Функции обнаружения и коррекции ошибок, а также управление потоками данных, обеспечивают надежность служб. В нашей системе содержится малое количество обслуживаемых абонентов, поэтому функции транспортного уровня будет выполнять канальный уровень.

Сетевой уровень обеспечивает связь и выбор пути между двумя хостами, которые могут находиться в сетях, географически удаленных друг от друга. Развитие сети Интернет увеличило число пользователей, получающих доступ к информации на вебсайтах, расположенных по всему свету, и именно на сетевом уровне реализуется управление связью.  В нашей системе используется одна простая сеть, поэтому сетевой уровень не будет использоваться.

На канальном уровне определяется формат данных для передачи и методы контроля доступа к физическим средам. Этот уровень также включает функции обнаружения и коррекции ошибок для обеспечения надежной передачи данных.

  Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел.

 

Задачи,решаемые на физическом уровне

1. Реализация методов доступа к среде

Есть несколько способов доступа к физической среде. Например, с кодовым разделением каналов (CDMA), частотным разделение каналов (FDMA), временным разделением каналов (TDMA). По заданию система должна использовать минимальный диапазон частот.  Недостаток  FDMA -неэффективное использование частот, поэтому данный способ не подходит для нашей ситемы. При множественном доступе с кодовым разделением каналов (CDMA) сигнал занимает полосу частот более широкую по сравнению с полосой, минимально необходимой для передачи информации. Следовательно, этот способ также мы не будем использовать. Выберем способ множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA).В нем частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. Таким образом минимизируется диапазон используемых частот

2.Модуляция и демодуляция.

Для использования в качестве средства передачи радиоинтерфейс, необходимо наличие модулятора/демодулятора, обеспечивающего при этом как можно меньшую занимаемую полосу частот и необходимую достоверность передачи.

3. Обеспечение синхронизации.

 Для обеспечения синхронизации в данной системе используется фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ).

4. Помехоустойчивое кодирование / декодирование.

Целью помехоустойчивого кодирования является повышение достоверности доставки сообщений, передаваемых по каналам связи с помехами.  Основная идея кодирования заключается в добавлении к передаваемой информации дополнительных бит, которые помогут восстановить исходный сигнал или его часть в случае возникновения ошибки.

5. Перемежение / деперемежение.

Эта процедура служит для борьбы с пакетами ошибок. Суть заключается в перестановке символов кодированной последовательности до ее модуляции и восстановлении исходной последовательности после демодуляции. Перестановка позволяет разнести рядом стоящие символы так, чтобы они оказались разделены группой других символов, передаваемых в том же блоке данных. Данная операция не вносит избыточности, а только изменяет порядок следования символов или бит. Но чем больше глубина перемежения (т.е. максимальное расстояние, на которое разносятся соседние символы входной последовательности), тем больше задержка.

6. Устранение  интерференции

С этой целью используется фильтр-эквалайзер, который осуществляет компенсацию неравномерностей характеристик канала связи. Идея эквалайзера заключается в измерении текущей частотной характеристики и ее соответствующей коррекции.

1.5 Проработка задач верхнего уровня.

1.5.1 Определение и краткая характеристика возможных режимов работы  абонентского терминала.  Проработка понятия сеанса соединения, возможные атрибуты соединения. Анализ способов обеспечения энергосбережения.

Терминал может осуществлять работу в следующих режимах: пассивный и    активный (связан с непосредственным обменом сообщениями между МС и сетью).  Рассмотрим оба более подробно.

 После включения абонентский терминал переходит в пассивный режим (IDLE) или режим энергосбережения и начинает осуществлять выбор сети. Выбор осуществляется либо  в автоматическом, либо в ручном режимах.  В  автоматическом режиме  терминал ищет несущую BCCH той сети, в которой он была зарегистрирован до его выключения. Если же он ее не нашел, то он продолжает искать сеть из списка, который уже есть в прошивке. Если в прошивке сеть так и не найдена, то терминал сканирует все доступные частотные каналы для того, чтоб найти все несущие BCCH.  После выбора  сети МС из двух доступных сот определяет одну, наиболее подходящую.  После выбора соты следует операция перевыбора соты(она осуществляется постоянно по завершению процедуры выбора соты с целью отслеживания МС сетью). МС постоянно сканирует уровень BCCH обеих сот. Обновление местоположения осуществляется с целью уведомления сети об изменении статуса терминала (включен/выключен). По окончании процедуры выбора соты МС должна заявить о себе, то есть осуществить нормальную процедуру обновления местоположения. Она заключается в следующем:  МС передает запрос на регистрацию в сети, то есть на предоставление ему индивидуального физического канала для передачи информации по каналу случайного доступа  RACH. БС, приняв по каналу RACH заявку от терминала, в случае ее одобрения резервирует для сеанса связи с текущим терминалом индивидуальный физический канал и по каналу разрешенного доступа AGCH передает терминалу номер выделенного индивидуального канала. После этого текущий терминал перестраивается на выделенный канал и освобождает канал RACH для других терминалов. Далее МС передает БС свой идентификатор. БС ищет полученный идентификатор в списке, являющемся неотъемлемой частью информационной подсистемы БС. Если такой идентификатор есть, то БС должна отправить терминалу сигнал подтверждения регистрации. Если терминал такого сигнала не получает, то он вновь осуществляет поиск сети.  После окончания процедуры регистрации МС переходит в режим IDLE . Большую часть времени терминал находится  в свободном режиме, тем самым обеспечивая энергосбережение.

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

В данной системе каждому пользователю при запросе на проведение услуг связи будет предоставляться свой физический канал с определённой пропускной способностью. Но бывает, что сразу несколько пользователей посылают запрос на БС, то есть претендуют на физический канал. В этой ситуации необходима реализация алгоритма множественного доступа – предоставление физических каналов по требованию.  

Рассмотрим случай, когда несколько терминалов одновременно по каналу RACH пытаются сделать  заявку к БС. В данном случае данные разных терминалов накладываются друг на друга и возникают коллизии. Чтобы их избежать, нужно применить  в системе алгоритм множественного доступа к каналу RACH.В  рассматриваемой системе по каналу RACH передаются короткие прерывистые заявки на предоставление индивидуальных каналов, поэтому лучше всего использовать метод  ALOHA, основанный на следующем сценарии. Пусть два терминала одновременно решили сделать заявку к БС и одновременно захватывают канал RACH , отправляя по нему заявку. После отправки заявок оба терминала следят за каналом AGCH и ждут подтверждения от БС принятия заявки. При этом, базовая станция не смогла правильно принять ни одну заявку из-за возникших коллизий и ничего не отвечает терминалам по каналу AGCH. Не получив положительного ответа, терминалы выжидают в течение случайного времени и снова пытаются сделать заявку. Если время ожидания терминалов оказывается разным, то коллизий в канале RACH не возникает, а следовательно БС  реагирует на запросы каждого терминала положительным ответом и выделяет каждому терминалу запрашиваемый канал связи.


1.5.3.  Проработка сценариев взаимодействия  абонентских терминалов с БС.  Определение необходимых для взаимодействия идентификаторов и широковещательных параметров сети.

МС посылает запрос на предоставление индивидуального физического канала по каналу случайного доступа RACH. В ответ она получает подтверждение от БС по каналу AGCH, включающее номер SDCCH. По индивидуальному каналу МС осуществляет процедуру аутентификации. После этой процедуры сеть запрашивает номер вызываемого абонента и код запрашиваемой услуги, которые терминал передает по каналу SDCCH.

Определим необходимые для взаимодействия идентификаторы и широковещательные параметры сети на основании вышеописанных сценариев.

После включения терминал осуществляет поиск сети, то есть он ищет несущую сети. Следовательно, необходимо, чтобы БС передавала широковещательную несущую в составе BCCH. После выбора  сети МС из доступных сот определяет наиболее подходящую, исходя из определения уровня принимаемого сигнала. При регистрации МС необходимо заявить о себе, она передает запрос на регистрацию вместе со своим идентификатором базовой станции. Следовательно, при взаимодействии МС и БС  необходимо использование идентификатора терминала. Для того, чтобы БС смогла организовать вызов от абонента, необходимо знать абонентский номер вызываемого абонента. Сеть запрашивает номер вызываемого абонента и код запрашиваемой услуги в этом случае. Как известно, радиоизмерения являются неотъемлемой частью системы связи с подвижными объектами. Поэтому команда управления мощности сети также должны передаваться как один из параметров сети.