Анализ поставленной задачи и исходных данных, выявление  особенностей работы системы. Цель – проработка идеи создания сети как целостной системы. В контексте решаемой задачи: определение источников и получателей информационных сообщений, оценка характера трафика и формулирование требований к способу доставки сообщений. Определение списка основных и дополнительных услуг системы. Предоставляемых пользователям.  

Целью данного курсового проекта является разработка компактной системы  радиотелефонной сети, которая предназначается для обеспечения беспроводной связи небольшого числа абонентов в пределах ограниченной территории.

Основные требования к системе:

- минимально возможная мощность излучения абонентской станции;

- минимальный диапазон используемых частот;

- возможность адаптивного изменения мощности передачи.

Исходными  данными являются:

Количество абонентов в сети: 65

Радиус зоны обслуживания: 500 м

Модель предсказания потерь: В соответствии с рекомендациями МСЭ

Тип местности: городская застройка

Вероятность отказа обслуживания: 7%

Вероятность ошибки на бит Pb: 5*10E-6

 

В качестве примера разрабатываемой радиотелефонной сети, рассмотрим небольшое предприятие, в котором сотрудники могут связываться между собой. В основном на проектируемую систему ложится задача обеспечение радиотелефонной связи.

Для проектирования  необходимо выбрать конфигурацию сети, так как она определяет требования к оборудованию, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.

     Учитывая все вышесказанное, реализовать систему, заданную в ТЗ, будем с помощью транкинговой системы связи. Транкинговыми системами называют радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, использующие автоматическое распределение ограниченных ресурсов ретранслятора среди большого числа абонентов.

      Главные достоинства транкинга — практически мгновенное установление соединений, поддержка группового вызова и конференц-связи, возможность сохранения связи даже при выходе из строя базовой станции; повышенная криптозащищенность. Важнейшим преимуществом является высокая скорость установления соединения. В транкинговых системах время установления канала связи, как правило, не более 0.5 с. Кроме того, транкинговая система связи обеспечивает:

Эффективное использование радиоспектра: два фактора вносят основной вклад в эффективное использование радиоспектра. Первый: пользователи используют совместно все каналы системы; нет пользователей, назначенных для работы на определенном канале. Второй: каналы никогда не остаются свободными, если есть потребность в связи. Центральный контроллер немедленно выделяет свободный канал по запросу. Радиоспектр – это очень ограниченный ресурс, что требует экономичного использования. Оптимальное использование существующего радиоспектра, позволяет вводить в систему большее количество абонентов и предоставлять более высокий уровень сервиса.

Защищенность системы: в системе транкинговой радиосвязи пользователь может слышать переговоры, предназначенные только для него, так как каналы предоставляются в исключительное пользование. Все остальное время радиостанция молчит. Так как в системах транкинговой радиосвязи каналы назначаются случайным образом, становится трудно прослушивать переговоры конкретной группы. Уровень защищенности системы может быть еще более повышен цифровым кодированием звуковых каналов.

Надежность системы: предположим, в обычной радиосистеме канал выходит из строя. Все пользователи этого канала не могут получить связь, пока их не переключат на другой канал. Подобная ситуация никогда не возникает в системах транкинговой радиосвязи. В случае если репитерная станция выходит из строя, центральный контроллер регистрирует сбой и не назначает ее для связи, пока станция не будет восстановлена. Так как каналы назначаются в случае необходимости, и нет групп пользователей зависящих от конкретного канала, выход из строя репитерной станции не будет заметен для пользователей.

Централизованное управление системой: как уже говорилось центральный контроллер, мобильные и переносные радиостанции оснащены микропроцессорами. Это позволяет очень четко контролировать работу всей системы в целом. Тот факт, что все пользователи используют совместно все радиоканалы и ни один канал не остается свободным, когда требуется связь, означает, что в систему можно ввести большее число пользователей без использования дополнительных каналов.

   Кроме того, транкинговые системы, хотя и не обеспечивают столь высокого качества обслуживания, как сотовые, отличаются более низкой стоимостью оборудования и меньшим временем развертывания.

Сеть будет предоставлять следующие виды услуг:

- передача речевого трафика;

- возможность группового вызова абонентов.

Обеспечение радиотелефонной связи является основной услугой проектируемой сети. Эта услуга подразумевает соединение любых активных абонентов сети, для установления сеанса связи.


 Проработка обобщенной функциональной схемы системы: выявление основных ее 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 аргументированное  пояснение их задач. Обоснование и выбор интерфейсов взаимодействия разрабатываемой сети с внешними компонентами ( при необходимости).

Учитывая количество абонентов сети и радиус зоны обслуживания, система будет иметь следующую конфигурацию.


Рис.1. Общая схема однозоновой транкинговой сети. 

   Инфраструктура транкинговой системы представлена базовой станцией (БС), в состав которой, помимо радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов, антенны), входят также коммутатор, устройство управления и интерфейсы различных внешних сетей, и мобильные станции.


Рис. 2. Структурная схема БС однозоновой транкинговой системы.


Ретранслятор - набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот.


Антенны - важнейший принцип построения транкинговых систем заключается в том, чтобы создавать зоны радиопокрытия настолько большими, насколько это возможно. Поэтому антенны базовой станции, как правило, размещаются на высоких мачтах или сооружениях и имеют круговую диаграмму направленности.


Устройство объединения радиосигналов позволяет использовать одно и то же антенное оборудование для одновременной работы приемников и передатчиков на нескольких частотных каналах. Ретрансляторы транкинговых систем работают только в дуплексном режиме, причем разнос частот приема и передачи (дуплексный разнос) в зависимости от рабочего диапазона составляет от 3 МГц до 45 МГц.


Коммутатор в однозоновой транкинговой системе обслуживает весь ее трафик, включая соединение подвижных абонентов с телефонной сетью общего пользования (ТФОП).


Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех узлов базовой станции. Оно также обрабатывает вызовы, осуществляет аутентификацию вызывающих абонентов (проверку "свой-чужой"), ведение очередей вызовов и внесение записей в базы данных повременной оплаты.


Интерфейс ТФОП реализуется с помощью аппаратуры прямого набора номера DID (Direct Inward Dialing), обеспечивающую доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС.


Терминал технического обслуживания и эксплуатации (терминал ТОЭ) располагается, как правило, на базовой станции однозоновой сети. Терминал предназначен для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации, внесения изменений в базу данных абонентов.

 В транкинговых системах в качестве абонентского оборудования обычно используются автомобильные или портативные радиостанции, работающие в полудуплексном или дуплексном режиме

   Каждая радиостанция, работающая в системе, имеет собственный абонентский номер (от 1 до 4 знаков), используемый для идентификации абонента в системе и вызова радиостанции внутри системы и из телефонной сети. Для вызова радиостанции с другой абонентской радиостанции достаточно знать присвоенный ей номер. Для вызова абонента системы из телефонной сети необходимо знать телефонный номер системы и присвоенный номер радиостанции внутри системы.


Рис.3. Структурная схема МС однозоновой транкинговой системы.

Радиоблок обеспечивает передачу и прием трафика.


Абонентский терминал содержит персональные сведения абонента (его номер, индетификатор).

Блок управления отвечает за процедуры установления связи.

Процесс установления связи происходит следующим образом: при включении питания радиостанция переходит в режим последовательного сканирования каналов. При поступлении вызова контроллер системы формирует вызывной сигнал. При получении вызывного сигнала радиостанция прекращает сканирование и выдает владельцу сигнал вызова. Канал связи остается занятым до окончания сеанса связи.


Рис.4. Сценарий соединения между двумя абонентами.


 Описание иерархических моделей выделенных узлов сети и терминалов в соответствии с рекомендациями OSI. Краткий анализ функциональности необходимых уровней моделей выделенного узла и терминалов - формулируемые задачи каждого уровня должны непосредственно следовать из проработанного в п.1.1-1.3материала. В моделях должны быть обязательно отражены объекты, являющиеся источником и/или получателем сообщений (как служебных, та и информационных).

Модель OSI описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи. Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения.

Каждый уровень модели OSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия открытых систем.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам.


Рис. 5. Модель OSI

Модель OSI можно разделить на две различных модели:

-  горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных терминалах;

-  вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одном терминале.

Каждый уровень терминала-отправителя взаимодействует с таким же уровнем терминала-получателя, как будто он связан напрямую.

Информация на терминале-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по физической среде до терминала-получателя и опять проходит сквозь все слои, пока не доходит до того же уровня, с которого она была послана на терминале-отправителе.

В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной модели соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов прикладных программ API (Application Programming Interface).

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет – это единица информации, передаваемая между станциями сети.

При отправке данных пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется управляющая информация данного уровня (заголовок), которая необходима для успешной передачи данных по сети.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. На каждом уровне протокол этого уровня читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена из пакета, и данные примут свой первоначальный вид.

Каждый уровень модели выполняет свою функцию. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая в свою очередь сервис у нижестоящего уровня. 

   Прикладной уровень – представляет набор интерфейсов, позволяющих получить доступ к сетевым службам.

   Уровень представления – преобразует данные в общий формат для передачи по сети.

   Сеансовый уровень – поддерживает взаимодействие (сеанс) между удаленными процессами. 

   Транспортный уровень – управляет передачей данных по сети, обеспечивает подтверждение передачи.

 Сетевой – маршрутизация, управление потоками данных по сети, адресация сообщений для доставки; преобразование логические сетевые адреса и имена в соответствующие им физические.

   Канальный уровень – контроль логической связи LLC (Logical Link Control): формирование кадров; контроль доступа к среде MAC (Media Access Control): управлением доступа к среде.

   Физический уровень – обеспечивает битовые протоколы передачи информации. 

    Для нашей модели прикладной, представительский, сеансовый уровень будут объединены в уровень принятия решения 

   Транспортный уровень. использоваться не будет, так как в данной системе контроль за правильностью принятия пакета будет возложен на канальный уровень.  

   Основными уровнями, отвечающими за передачу сообщения являются физический и канальный.

Физический уровень.

   Физический уровень предназначен для сопряжения с физическими средствами соединения. Физические средства соединения – это совокупность физической среды, аппаратных и программных средств, обеспечивающая передачу сигналов между системами.

   Физический уровень обеспечивает физический интерфейс с каналом передачи данных, а также описывает процедуры передачи сигналов в канал и получения их из канала. На этом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. 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.

Физический уровень выполняет следующие функции:

1.  Установление и разъединение физических соединений.

2.  Передача сигналов в последовательном коде и прием.

3.  Прослушивание, в нужных случаях, каналов.

4.  Идентификация каналов.

5.  Оповещение о появлении неисправностей и отказов.

   Оповещение о появлении неисправностей и отказов связано с тем, что на физическом уровне происходит обнаружение определенного класса событий, мешающих нормальной работе сети (столкновение кадров, посланных сразу несколькими системами, обрыв канала, отключение питания, потеря механического контакта и т.д.). Виды сервиса, предоставляемого канальному уровню, определяются протоколами физического уровня. Прослушивание канала необходимо в тех случаях, когда к одному каналу подключается группа систем, но одновременно передавать сигналы разрешается только одной из них. Поэтому прослушивание канала позволяет определить, свободен ли он для передачи.

   Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. На Физическом уровне должна быть определена схема кодирования для представления двоичных значений с целью их передачи по каналу связи.


Канальный уровень.

   Единицей информации канального уровня являются кадры (frame). Кадры – это логически организованная структура, в которую можно помещать данные. Задача канального уровня – передавать кадры от сетевого уровня к физическому уровню.

   На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются попеременно несколькими парами взаимодействующих терминалов, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок.

   Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит, в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.


Рис.6.  Пакет канального уровня.

 Задача канального уровня – брать пакеты, поступающие с сетевого уровня и готовить их к передаче, укладывая в кадр соответствующего размера. Этот уровень обязан определить, где начинается и где заканчивается блок, а также обнаруживать ошибки передачи.

   На этом же уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети. Электрическое представление данных в ЛВС (биты данных, методы кодирования данных и маркеры) распознаются на этом и только на этом уровне. Здесь обнаруживаются и исправляются (путем требований повторной передачи данных) ошибки.

   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. Спецификации IEEE 802.Х делят канальный уровень на два подуровня:

-  LLC (Logical Link Control) управление логическим каналом осуществляет логический контроль связи. Подуровень LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня и связан с передачей и приемом пользовательских сообщений.

-  MAC (Media Assess Control) контроль доступа к среде. Подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде (передача маркера или обнаружение коллизий или столкновений) и управляет доступом к каналу связи. Подуровень LLC находится выше подуровня МАC.

   Канальный уровень определяет доступ к среде и управление передачей посредством процедуры передачи данных по каналу.

   При больших размерах передаваемых блоков данных канальный уровень делит их на кадры и передает кадры в виде последовательностей.

   При получении кадров уровень формирует из них переданные блоки данных. Размер блока данных зависит от способа передачи, качества канала, по которому он передается.

Канальный уровень может выполнять следующие виды функций:

1.    Организация (установление, управление, расторжение) канальных соединений и идентификация их портов.

2.    Организация и передача кадров.

3.    Обнаружение и исправление ошибок.

4.    Управление потоками данных.

5.    Обеспечение прозрачности логических каналов (передачи по ним данных, закодированных любым способом).

 

Список используемой литературы.

1. А.В. Бакке. «Лекции по курсу ССПО».

2 .   Б. Скляр «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение». - М.: Вильямс, 2003 г.

3. А.Н. Берлин «Сотовые системы связи».- М.: Бином, 2012 г.

4. http://citforum.ru/nets/