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, независящих от программной и физической реализаций, а также
назначения передаваемой информации
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. Данный уровень очень важен, так как
выполняет основные функции «мозгового» центра сети. Уровень принятия решения
оперирует данными информационной системы (ИС) и принимает решение на основе
анализа данных, полученного с нижних уровней, о дальнейшей работе системы –
например, о выборе профиля функционирования. Решение о функционировании сети
принимается исходя из служебных сообщений, а также на основе сценариев
взаимодействия Т с АР, прописанных в программном обеспечении АР и терминалов.
На данном уровне используется 2 типа сообщений: информационные сообщения и
служебные сообщения.Транспортный уровень служит для обеспечения приложениям верхнего уровня доставки сообщений с необходимой степенью надежности. Принцип гарантированной доставки основан на том, что передающая сторона всегда «знает», были ли доставлены данные приемной стороне или нет. Это обеспечивается тем, что принимающая сторона подтверждает успешный прием данных. Если передающая сторона не получает подтверждения, то возникает необходимость в повторной передаче пакета. Однако, наша система не нуждается в наличии транспортного уровня, так как часть его функций делегируется на канальный уровень, а часть на уровень управления.
Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Протоколы канального уровня обеспечивают доставку сообщений только между узлами одной радиосети.
Канальный уровень подразделяется на 2 подуровня:
1. подуровень адресации и формирования всех видов сообщений (MAC)
2. подуровень управления доступом к физическому каналу связи (CAC).
На канальном уровне решаются следующие задачи: инкапсуляция сообщений c L3-уровня, обеспечение надежной доставки (CRC), адресация сообщения, организация доступа к физическому каналу связи (ФКС).
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 пакет принят безошибочно. Если значения контрольных сумм
отличаются, то фиксируется ошибка и формируется запрос на повторную передачу
поврежденного пакета, в соответствии с его номером.
На
канальном уровне также представлена служба адресации, осуществляющая
адресную передачу сообщений, за счет
помещения адреса Т или АР в соответствующее поле пакета канального уровня.
В разрабатываемой радиосети будет использоваться схема множественного доступа с распределение физических каналов по запросу (Demand Assigned Multiple Access, DAMA). По сути, работа системы происходит в два этапа. Первый этап – резервирование временных интервалов для будущей передачи. На этом этапе АР будет последовательно опрашивать зарегистрированные терминалы на предмет необходимости им подканала связи. Если не все временные интервалы будут зарезервированы, то АР может разделить оставшиеся временные интервалы между Т. На втором этапе идет непосредственная передача данных в отведенные интервалы времени.
Физический уровень выполняет задачу преобразования потока бит в радиосигнал с параметрами, соответствующими ТЗ, и обратно. На данном уровне ведётся борьба с ошибками (помехоустойчивое кодирование/декодирование, перемежение/деперемежение), выполняются задачи синхронизации/подстройки частоты.
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. Терминал, определивший, что сеть его, отправляет свой идентификатор, который хранится в ИС терминала, точке доступа, которая сравнивает полученный идентификатор с тем, что хранится у нее в ИС. Если идентификаторы совпадают, то АР отправляет терминалу сигнал подтверждения регистрации. В противном случае Т снова осуществляет поиск сети.
·Режим передачи. В этом режиме начинается передача данных. Если произошла ошибка при передаче, АР отправляет запрос на повторную передачу, это применимо только для пульсирующего трафика.
·Режим приема. В этом режиме происходит прием данных. АР переводит терминал из пассивного режима в режим приема, 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. В этом режиме Т получает широковещательную информацию и отвечает точке доступа, активен ли он и сообщает, требуется ли ему канал или о готовности приема сообщения от АР, или он остается в пассивном режиме.
С помощью адаптивного изменения мощности, возможно в режиме передачи обеспечить энергосбережение. Изменение мощности заключается в следующем:
1.Точка доступа измеряет уровень сигнала в каждом активном подканале и сравнивает их с уровнем сигнала достаточным для достоверного приема;
2. Если Т вблизи АР, уровень сигнала в подканале может превышать стандартный уровень, то АР передает Т команду на уменьшение мощности передачи.
3.Если 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.
В том случае, когда количество активных пользователей в сети не максимально, есть возможность увеличить скорость передачи данных. Это реализуется за счет разделения канала внешней сети на несколько подканалов. Эти подканалы равномерно распределяются между активными пользователями с помощью АР. Выделение пользователям нескольких таких подканалов будет обеспечивать увеличение скорости передачи. Минимальная скорость передачи будет обеспечиваться одним таким подканалом.
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 АР в основных режимах работы.
1. Режим поиска сети. Терминал прослушивает широковещательный канал и определяет наличие/отсутствие широковещательного сообщения. Широковещательное сообщение включает в себя идентификатор точки доступа, который необходим терминалу для идентификации сети.
2. Режим регистрации. При совпадении идентификатора точки доступа с идентификатором, который хранится в ИС терминала, происходит процедура регистрации в сети. В противном случае терминал продолжает поиск сети. Для окончания регистрации в сети терминал должен передать свой идентификатор точке доступа, которая сравнивает его с тем, что хранится в ее информационной системе. Регистрация закончена в случае совпадения идентификаторов.
В разрабатываемой радиосети будет использоваться схема множественного доступа с распределение физических каналов по запросу (Demand Assigned Multiple Access, DAMA). По сути, работа системы происходит в два этапа. Первый этап – резервирование временных интервалов для будущей передачи. На этом этапе АР будет последовательно опрашивать зарегистрированные терминалы на предмет необходимости им подканала связи. Если не все временные интервалы будут зарезервированы, то АР может разделить оставшиеся временные интервалы между Т. На втором этапе идет непосредственная передача данных в отведенные интервалы времени.
Физический уровень выполняет задачу преобразования потока бит в радиосигнал с параметрами, соответствующими ТЗ, и обратно. На данном уровне ведётся борьба с ошибками (помехоустойчивое кодирование/декодирование, перемежение/деперемежение), выполняются задачи синхронизации/подстройки частоты.
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. Терминал, определивший, что сеть его, отправляет свой идентификатор, который хранится в ИС терминала, точке доступа, которая сравнивает полученный идентификатор с тем, что хранится у нее в ИС. Если идентификаторы совпадают, то АР отправляет терминалу сигнал подтверждения регистрации. В противном случае Т снова осуществляет поиск сети.
·Режим передачи. В этом режиме начинается передача данных. Если произошла ошибка при передаче, АР отправляет запрос на повторную передачу, это применимо только для пульсирующего трафика.
·Режим приема. В этом режиме происходит прием данных. АР переводит терминал из пассивного режима в режим приема, 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. В этом режиме Т получает широковещательную информацию и отвечает точке доступа, активен ли он и сообщает, требуется ли ему канал или о готовности приема сообщения от АР, или он остается в пассивном режиме.
С помощью адаптивного изменения мощности, возможно в режиме передачи обеспечить энергосбережение. Изменение мощности заключается в следующем:
1.Точка доступа измеряет уровень сигнала в каждом активном подканале и сравнивает их с уровнем сигнала достаточным для достоверного приема;
2. Если Т вблизи АР, уровень сигнала в подканале может превышать стандартный уровень, то АР передает Т команду на уменьшение мощности передачи.
3.Если 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.
В том случае, когда количество активных пользователей в сети не максимально, есть возможность увеличить скорость передачи данных. Это реализуется за счет разделения канала внешней сети на несколько подканалов. Эти подканалы равномерно распределяются между активными пользователями с помощью АР. Выделение пользователям нескольких таких подканалов будет обеспечивать увеличение скорости передачи. Минимальная скорость передачи будет обеспечиваться одним таким подканалом.
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 АР в основных режимах работы.
1. Режим поиска сети. Терминал прослушивает широковещательный канал и определяет наличие/отсутствие широковещательного сообщения. Широковещательное сообщение включает в себя идентификатор точки доступа, который необходим терминалу для идентификации сети.
2. Режим регистрации. При совпадении идентификатора точки доступа с идентификатором, который хранится в ИС терминала, происходит процедура регистрации в сети. В противном случае терминал продолжает поиск сети. Для окончания регистрации в сети терминал должен передать свой идентификатор точке доступа, которая сравнивает его с тем, что хранится в ее информационной системе. Регистрация закончена в случае совпадения идентификаторов.
а) б)
Рис. 2 . а) сценарий режима поиска сети и режима регистрации терминала в сети; б) диаграмма состояний терминала при поиске сети и регистрации.
BCCH (Broadcast Control Chanel) – канал широковещательной 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.
3. Режим передачи. С помощью канала AGCH точка доступа опрашивает активные терминалы на необходимость им подканалов связи. В целях избежания коллизий, каждый терминал будет отвечать в отведенный ему промежуток времени (интервалы времени для ответа терминалов). Передаются также по каналу AGCH. . По каналу АСН терминалы будут отвечать, что им требуется подканал для передачи. Далее происходит передача данных. При получении сообщения о доставке терминал уходит в пассивный режим, если же подтверждение после передачи не приходит , то режим передачи повторяется.
а) б)
Рис. 3. а) сценарий режима передачи данных б) диаграмма состояний терминала при передаче данных.
3. Режим приема. АР последовательно опрашивает все активные терминалы на предмет их активности и сообщает терминалам, что для них есть сообщения, это осуществляется с помощью канала AGCH. Следует отметить, что каждый терминал, будет отвечать в отведенный ему промежуток времени, интервалы времени для ответа терминалов, передаются так же по каналу AGCH, это сделано с целью избежания коллизий. По каналу АСН терминалы будут отвечать, что готовы к приему информации. Далее происходит прием данных. Если прием прошел успешно, то отсылается подтверждение о доставке АР, Т уходит в пассивный режим, в противном случае режим приема вновь повториться.
Рис. 2 . а) сценарий режима поиска сети и режима регистрации терминала в сети; б) диаграмма состояний терминала при поиске сети и регистрации.
BCCH (Broadcast Control Chanel) – канал широковещательной 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.
3. Режим передачи. С помощью канала AGCH точка доступа опрашивает активные терминалы на необходимость им подканалов связи. В целях избежания коллизий, каждый терминал будет отвечать в отведенный ему промежуток времени (интервалы времени для ответа терминалов). Передаются также по каналу AGCH. . По каналу АСН терминалы будут отвечать, что им требуется подканал для передачи. Далее происходит передача данных. При получении сообщения о доставке терминал уходит в пассивный режим, если же подтверждение после передачи не приходит , то режим передачи повторяется.
а) б)
Рис. 3. а) сценарий режима передачи данных б) диаграмма состояний терминала при передаче данных.
3. Режим приема. АР последовательно опрашивает все активные терминалы на предмет их активности и сообщает терминалам, что для них есть сообщения, это осуществляется с помощью канала AGCH. Следует отметить, что каждый терминал, будет отвечать в отведенный ему промежуток времени, интервалы времени для ответа терминалов, передаются так же по каналу AGCH, это сделано с целью избежания коллизий. По каналу АСН терминалы будут отвечать, что готовы к приему информации. Далее происходит прием данных. Если прием прошел успешно, то отсылается подтверждение о доставке АР, Т уходит в пассивный режим, в противном случае режим приема вновь повториться.
а) б)
Рис. 4. а) сценарий режима приема данных б) диаграмма состояний терминала при приеме данных
2.4. Построение и описание диаграммы состояний, отражающей функционирование базовой станции (точки доступа).
Точка доступа начинает свое функционирование с передачи широковещательного сообщения. Далее точка доступа принимает сообщения от терминалов, содержащие их идентификаторы. Далее АР сравнивает полученный идентификатор с тем, что хранится в ее ИС. Процесс регистрации завершен, если идентификаторы совпали. Если же они не совпадают, то терминал считается не зарегистрированным. Если на широковещательное сообщение отвечает несколько Т, то зарегистрирован будет тот, идентификатор которого был передан первым. Процедура передачи широковещательного сообщения периодически повторяется.
Зарегистрированные терминалы опрашиваются точкой доступа на предмет их активности. Подканал связи не выделяется Т, если он находится в пассивном режиме.
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 АР принимает поток данных от Т, и помещает его в регистр хранения сообщения и ставит ему в соответствие идентификатор терминала . Далее АР обращается к узлуInternet. Далее узел Internet присылает ответ АР на запрашиваемую страницу, АР, обращаясь к регистру хранения сообщений, находит терминал, который делал запрос. АР в сообщении опроса оповещает терминал, о том что для него есть информация и выделяет ему подканал. Далее АР по выделенному каналу передает запрашиваемую страницу Т.
Рис. 5. Диаграммы состояний, отражающей функционирование точки доступа.
.
1.Скляр Б. «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение». - М.: Вильямс, 2003 г.
2. Весоловский К. – Системы подвижной радиосвязи, М.: Горячая линия – Телеком, 2006
3. Мария Саутина "Радиосеть передачи данных. Часть 2" http://omoled.ru/publications/view/463
4. Медведев Сергей "Радиосеть передачи данных.Часть 1" http://omoled.ru/publications/view/442
5.http://infocisco.ru/network_model_osi.html
6. http://sernam.ru/book_icn.php?id=6