Тема 3. Обнаружение и идентификация радиосети. Часть 1.
Выполнил: студент группы 1110 Большов Д.С.

Объем работы:
1.1. Анализ поставленной задачи, подробное описание задач радиосети.
1.2. Разработка способа установления канала передачи сообщений (описание процедур гарантированной/негарантированной доставки адресных сообщений)
1.2.1. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы терминалов радиосети. Определение и подробное обоснование задач, выполняемых терминалами в активном и пассивном состояниях (режимах).
1.2.2. Пояснение способа организации доступа к физическим каналам (организация множественного доступа). Пояснение решений устранения коллизий, возникающих при организации радиодоступа.
1.2.3. Разработка сценария соединения. Построение и подробное пояснение графических диаграмм состояний терминала, отражающих элементы разрабатываемого сценария.


1. Анализ поставленной задачи.

   Основная задача работы состоит в создании модели, демонстрирующей процесса поиска и идентификации радиосети (рисунок 1). В составе радиосети имеется выделенный сетевой узел - точка доступа (AP- Access Point). Передавая в широковещательном режиме общую информацию о сети и некоторые сведения о своих параметрах, точка доступа таким образом заявляет мобильным терминалам о своем присутствии и приглашает тем самым к работе в ее сети. Мобильные терминалы осуществляют поиск подходящей радиосети и при ее обнаружении пытаются в ней зарегистрироваться (заявить о себе и получить уведомление от сети на доступность терминалам ее услуг). 
   Прошедшие успешную регистрацию терминалы переходят в свободный режим (состояние IDLE: готовность АР и Т к установлению соединения), постоянно осуществляют прием системной информации от точки доступа АР, поддерживая тем самым свою постоянную готовность к обмену (синхронизация) и контролируют качество принимаемого сигнала.

Рисунок 1. Постановка задачи
Исходные данные к проекту
Вид модуляции QPSK
Тип помехоустойчивого кодирования произвольный блоковый код, исправляющий не менее 5 ошибок
Тип CRC CRC-8
Точка доступа должна иметь возможность регулировать размеры зоны обслуживания и временно
объявить себя недоступной для регистрации для всех терминалов

2.Подробное описание задач радиосети.

   Система предназначается для объединения в единую радиосеть персональных компьютеров или других электронных устройств посредством любого стандартного интерфейса. Использование в учреждениях и на предприятиях различного рода радиоканалов обеспечивает высокую гибкость оперативного взаимодействия пользователей с ресурсами сети и создает базу персональной связи. По заданию обмен осуществляется между АР (англ. Access Point AP) и беспроводными терминалами. Точка доступа реализует большинство процедур, связанных с управлением передачей данных, оставляя терминалам только простую обработку сигналов. Такой способ организации сети позволяет упростить управлением доступом к сети и избежать коллизий. Это возможно потому, что АР управляет доступом терминалов к радиоканалу. Простая беспроводная сеть для небольшого офиса может быть построена на основе одной точки доступа (рис. 1).Здесь создается одна зона обслуживания, в которой находятся все пользователи сети. Размещая точки доступа при развертывании малой сети, следует обеспечить достаточное качество связи на всех рабочих местах, а также удобство в размещении самой точки. АР – это "прозрачный" мост, который предоставляет беспроводный доступ абонентским терминалам к другим устройствам, оборудованным беспроводными устройствами доступа. С помощью точек доступа, абонентские терминалы могут быть очень быстро объединены в сеть. 
Условимся следующими понятиями
   Абонентский терминал - представляет собой персональный компьютер, ноутбук или другое электронное устройство. Эти устройства должны иметь необходимое для работы ПО, и способность подключения к локальной сети (например с помощью терминала).
   Под терминалом мы будем понимать сетевой адаптер( устройство доступа к беспроводной сети), который будут устанавливаться в разъем USB на ПК, ноутбук или другое электронное устройство поддерживающее данный стандарт.
   В проектируемой сети  АР выполняет следующие функции:
1. Передача по широковещательному каналу информации о себе и данной сети.
   Передача по широковещательному каналу информации о себе и данной сети необходима для терминалов. Благодаря периодической передаче данной информации по широковещательному каналу, терминал осуществляет выбор необходимой для подключения сети из списка найденных, считывая информацию с необходимой несущей ВССН.
2. Ведение журнала абонентов.
   Ведение журнала абонентов необходимо АР для сбора статистики активности абонентов и времени выделения им физического канала связи. АР хранит и передает общую информацию о сети (идентификатор сети, свой ID, выделение канала связи и время его использования, и основные параметры доступа к физическому каналу связи).
3. Проведение измерений.
   Проведение измерений необходимо для реализации достоверной доставки сообщений внутри сети. От проводимых измерений зависит возможность точки доступа регулировать размеры зоны обслуживания.
4. Хранение принятой или передаваемой информации до получения подтверждения приема.
   Хранение принятой или передаваемой информации до получения подтверждения о приеме от необходимого терминала является обязательным для данной сети. Это необходимо для надежности передачи сообщений по локальной сети, так при передаче могут возникнуть ошибки, и потребуется повторная передача.
   В АР находится буфер, в котором накапливаются данные принимаемые с терминалов. При накоплении данных, поступивших от разных абонентов, ТД принимает решение о их передаче. Точка доступа формирует оповещения для терминала о передаче, предназначаемой ему информации. Переданные пакеты удаляются из буфера безвозвратно. Для эффективного использования ресурсов сети точка доступа ведет журнал абонентов. Если АР не поступает подтверждение об успешном приеме от терминала, то происходит повторная передача до тех пор, пока сообщение не будет принято верно. Точку доступа необходимо рассматривать как устройство реализации и управления каналом связи. АР организует прием и обработку любых запросов от терминалов и предоставляет доступ к общему физическому каналу связи.
   Рассмотрим функции, выполняемые терминалом:
1. Формирование запроса на регистрацию и предоставление канала связи.
   Формирование терминалом запроса на регистрацию необходимо для получения обслуживания в данной локальной сети. Для этого терминалу необходимо пройти процедуру идентификации и получить доступ к физическому каналу связи.
2. Проведение измерений.
   Проведение измерений необходимо для измерения уровня сигнала от АР. Измерения проводятся с целью улучшения качества передачи данных.
3. Переход в режим энергосбережения.
   Так как терминал не постоянно активен в данной радиосети, то есть он активен во время передачи, то Т способен переход в режим энергосбережения для экономии энергии. 
4. Передача и прием данных.
   Терминал должен способен принимать и передавать данные, при отсутствии данных функций пропадает практическая надобность реализации данной сети.
3. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы терминалов радиосети. Определение и подробное обоснование задач, выполняемых терминалами в активном и пассивном состояниях (режимах).

   Возможные режимы работы терминала:
   1)IdleМС включена и зарегистрирована в сети, готова к установлению соединения;
   2)Поиск сетиМС включена и производит поиск сети;
   3)ЭнергосбереженияMS выключена, перешла в режим энергосбережения;
   Диаграмма состояний,  отображает возможные режимы работы терминала, представлена ниже на (рис.2.)



Рисунок 2.Диаграмма состояний.
   После включения абонентского терминала начинается процедура выбора сети. Выбор может осуществляться в автоматическом и ручном режимах. При автоматическом поиске терминал старается найти несущую BCCH той сети, в которой он был зарегистрирован до момента выключения. Если сеть не обнаружена, то терминал переходит в режим Энергосбережения. Далее происходит конкурентная борьба за канал случайного доступа, проигравший терминал переходит в состояние Энергосбережения, а выигравший терминал отправляет свою заявку на регистрацию. И если регистрация успешна, то терминал сохраняет идентификатор сети переходит в состояние Idle. Зарегистрированные в сети терминалы могут выполнять передачу данных, если терминал передает данные, то он активный, после окончания передачи данных он будет переведен в режим Энергосбережения. В случае, когда передача данных не выполняется, терминал не активен спустя некоторое время переходит в режим Энергосбережения.

4. Пояснение способа организации доступа к физическим каналам (организация множественного доступа). Пояснение решений устранения коллизий, возникающих при организации радиодоступа.


   Для организации радиосети будем использовать метод доступа S-Aloha(slotted Aloha) .

  В основе S-Aloha лежит разделение времени на интервалы - слоты, равные времени передачи одного пакета. Терминал должен синхронизироваться с этими временными интервалами. Тогда пакеты различных пользователей не будут частично перекрываться, не будут происходить коллизии. Однако они могут перекрываться полностью, если два терминала использовали один и тот же временной интервал. Тогда заявка передана не будет. На рис.3 представлен доступ терминалов к физическим каналам.


Рисунок 3. Доступ к физическим каналам.


   Точка доступа осуществляет передачу BCCH непрерывно на специальной частоте, которую называют BCCH несущей.В состав BCCH должна входить подстройка частоты и синхронизация, так как Т должны быть синхронизированы с ТД. T, находящиеся в пассивном режиме, просматривают информацию, передаваемую по каналу BCCH. Терминалы из информации передаваемой в BCCH узнает, что находится в зоне обслуживание ТД. Далее начинается этап конкурентной борьбы, в котором терминалы случайным образом выбирают число от 1-4 и в один из этих промежутков времени по каналу RACH отправляют заявку на предоставления доступа к физическому каналу. Заявки отправленные в один и тот же момент времени разными терминалами перекрывают друг друга, и, соответственно, не будут обрабатываться ТД. В конкурентной борьбе побеждает тот терминал, чья заявка пришла раньше на ТД. Далее точка доступа по каналу AGCH оповещает Т победивший в конкурентной борьбе, тем самым предоставляя ему физический канал. Т которому предоставили ФК начинает передачу данных на ТД, та в свою очередь после принятия данных отправляет Т по каналу индивидуального управления уведомление о доставке или запрос на повторную передачу. Потом ТД сохраняет данные в память. Процесс повторяется.

    Но для передачи данных от Т1 к Т2 ТД должна также участвовать в конкурентной борьбе, для того чтобы передавать данные из внутренней памяти на Т. Поэтому ТД по каналу AGCH передает, что в конкурентной борьбе победила ТД и Т не уходить в режим энергосбережения, сейчас будет вестись передача. 


5. Разработка сценария соединения. Построение и подробное пояснение графических диаграмм состояний терминала, отражающих элементы разрабатываемого сценария.

   Построение и подробное пояснение графических диаграмм состояний терминала выполнено в п.3.

Сценарий соединения:

   После включения абонентского терминала начинается процедура выбора сети. Выбор может осуществляться в автоматическом и ручном режимах. При автоматическом поиске терминал старается найти несущую BCCH той сети, в которой он был зарегистрирован до момента выключения.

Если сеть не найдена, то осуществляется поиск сети из списка, сохраненного в прошивке. Если после проведенных процедур сеть так и не найдена, то терминал сканирует все доступные частотные каналы с целью поиска несущих BCCH.

   Найдя широковещательную несущую BCCH терминал определяет идентификатор сети (если попытка поиска сети оказалась неудачной, то терминал переходит в режим Detached работы и через некоторый промежуток времени повторяет поиск). При успешном сравнении найденного идентификатора с хранящимся в информационной подсистеме терминал отправляет заявку на регистрацию по каналу случайного доступа RACH. Регистрация происходит на основе конкурентной борьбы. Точка доступа осуществляет контроль качества канала связи. На основании принятых запросов, точка доступа формирует пакет оповещения, в котором в частности содержится информация о выбранном для передачи данных профиле функционирования систем, и передает его терминалу, выигравшему борьбу за канал. Проигравшие терминалы переходят в режим Detached на время передачи данных. Выигравший терминал осуществляет передачу своего уникального идентификатора терминала. Точка доступа сравнивает полученный идентификатор с тем, который записан в ее регистре идентификаторов. Если такой идентификатор есть, то точка доступа должна отправить терминалу сигнал подтверждения регистрации. Если терминал такого сигнала не получает, то он вновь осуществляет поиск сети. При успешной регистрации терминал записывает в свою память идентификатор сети ID БС, который необходим для последующего доступа в сеть и переходит в состояние Idle (Рис.4). 


Рис.4. Сценарий взаимодействия терминала при регистрации в сети.




Используемая литература:

1. Радиосеть: обнаружение и идентификация сети(Лукашин И. В. и Саутина М. Ю., РГРТУ, гр. 9110) 

2. Блог про технологии GSM и 3G

3. Самостоятельная работа Тема 3. Обнаружение и идентификация радиосети Выполнили ст.гр. 0110: Федосов А.А., Савко В.В

4. КП "Локальная радиосеть" п. 1,1-1,3. Часть 1.