1.5. Проработка задач верхнего уровня.

1.5.1. Обоснование способа установления маршрута передачи сообщений (описание процедур гарантированной/негарантированной доставки адресных сообщений) с использованием идентификаторов терминалов и выделенного узла сети, обоснование широковещательных параметров сети. Проработка примера, иллюстрирующего процедуру доставки информационного сообщения узлам сети.

Разрабатываемая система предполагает наличие точки доступа, следовательно, любая информация, передаваемая в сети, будет подвергаться обработке на точке доступа. Это подразумевает то, что передающий терминал передает сообщение точке доступа, а та в свою очередь отправляет его принимающему терминалу. Может возникнуть ситуация в которой передаваемое сообщение в результате резкого ухудшения характеристик канала связи или коллизии не будет доставлено получателю. Передающий терминал не сможет узнать о неудачном приеме передаваемого сообщения, и информация будет утеряна. Чтобы избежать таких случаев используется метод гарантированной доставки, который подразумевает наличия подтверждения о приеме. Терминал, успешно приняв данные, формирует пакет подтверждения приема, который посылает отправителю. Если передающий терминал получил подтверждения приема, то он продолжает свою работу согласно сценарию, если же нет, то пытается произвести повторную передачу.

Прежде чем начать передачу терминалы должны найти доступную для работы сеть. Точка доступа в широковещательном режиме передает идентификатор сети (ID сети). Терминалы принимают его и сравнивают с идентификатором, хранящимся в своей информационной подсистеме, если они совпали, то терминал отправляет запрос на регистрацию, в котором содержится ID терминала.

Продемонстрируем пример доставки сообщения узлам сети на рисунке 10. Предположим что Т1 и Т2 зарегистрированы в сети.


Рис. 10 Пример доставки сообщений узлам сети


1.5.2. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы терминала, отражающих решения выполненных ранее п.1.1-1.3. Определение активных и пассивных состояний (режимов) узлов. Проработка понятия сеанса соединения, характеристика параметров соединения.

В проектируемой сети терминалы могут находиться в пассивном и активном режимах.

Пассивный режим (IDLE) характеризуется отсутствием обмена информацией. В этом состоянии терминал находится большую часть времени. В это состояние терминал переходит после получения подтверждения о доставке и находится там до момента попытки передачи данных. Точка доступа может сама исключить терминал из списка активных, если  терминал покинул сеть или потерял связь с точкой доступа.

Активный режим включает в себя:

Режим регистрации

Терминал после включения пытается обнаружить сигнал сети, передающийся в широковещательном режиме. Если терминал  определил, что идентификатор сети (ID сети) есть в его информационной подсистеме, то он отправляет свой  уникальный ID точке доступа. Точка доступа сравнивает идентификатор с хранящимся  в ее регистре идентификаторов. Если они совпадают, то точка доступа отправляет терминалу сигнал подтверждения регистрации. Если терминал не получил такого сигнала, то он повторно осуществляет поиск сети.

Режим передачи данных

Для передачи данных другому участнику сети, передающий терминал должен предварительно запросить у точки доступа право на использование канала связи.  В запросе указывается время, на которое будет занят канал связи. Если канал свободен, точка доступа отвечает терминалу о выделении ему канала передачи данных. После получения канала связи терминал начинает передачу данных. По окончании передачи терминал ожидает подтверждение. Получив подтверждение о успешной передачи терминал переходит в пассивный режим.

Режим приема данных

Точка доступа оповещает терминал о том, что для него есть данные. Получив оповещение, принимающий терминал, выходит из пассивного режима. Далее следует прием данных от точки доступа. С помощью «инструмента контрольной суммы» терминал проверяет целостность принимаемой информации и если информация принята успешно, то отправляет подтверждение о приеме.

Стоит отметить, что предоставление канала терминалам происходит на основе конкурентной борьбы. Подробнее эта процедура будет описана в 1.5.6.

1.5.3. Обоснование способа контроля качества соединения (организация радиоизмерений) как в активном, так и в пассивном состояниях сетевых узлов. Анализ необходимости наличия разных профилей настройки физ. уровня. Проработка иллюстрации способа оперативного управления профилями физического уровня. 

Каждый пользовательский терминал находится в различных условиях помеховой обстановки. Это может быть связано с различным удалением терминалов от точки доступа, различными физическими препятствиями (стены, перегородки, перекрытия). Так как качество соединения в различных помещения будет различаться, то целесообразно ввести несколько профилей функционирования системы. Профили будут отличаться видом модуляции.  Для подканалов с плохим качеством соединения использовать модуляцию с малой позиционностью (BPSK), а для каналов с  высоким качеством – модуляцию с более высокой позиционностью (QPSK, QAM-16, 64). Какой профиль будет использоваться, выбирает модуль управления на основании результатов работы подсистемы радиоизмерений. Радиоизмерения проводятся через определенные временные интервалы, что делает управление профилями достаточно оперативным. По умолчанию можно установить профиль с высокой помехозащищенностью (BPSK). При наличии «хорошего» соединения, модуль проведения измерений посылает сообщение сигнализации на модуль подсистемы сигнализации. Модуль подсистемы сигнализации должен изменить вид модуляции соответствующей большей скорости, но меньшей помехозащищенностью, например QAM-16.

Изменив профиль функционирования, точка доступа должна уведомить об этом терминал. Это уведомление передается по каналу разрешенного доступа в пакете уведомления. Терминал, получивший такое уведомление, меняет свой профиль функционирования согласно принятому уведомлению.

1.5.4. Пояснение и сравнительный анализ способов обеспечения энергосбережения сетевыми узлами. Аргументированный выбор решений по обеспечению энергосбережения.

Все терминалы сети большую часть времени находятся в пассивном состоянии. В этом и будет заключаться принцип энергосбережения нашей системы. Терминал в пассивном состоянии может лишь получать широковещательную информацию от точки доступа или информацию о том, что ему необходимо принять сообщение от другого терминала. В этом случае терминал переходит из пассивного состояния в активное состояние и готов к приему данных от точки доступа. Если терминалу необходимо передать информацию, то он также выходит из пассивного состояния.

Так же в качестве средства для энергосбережения терминала может выступать адаптивное изменение мощности передачи.

1.5.5 Разработка и пояснение способа адаптивного изменения скорости и мощности передачи данных (в соответствии с заданием).

Адаптивное изменение мощности заключается в изменении мощности излучения терминалом в зависимости от качества канала связи, а конкретно:

Точка доступа измеряет уровень сигнала в каждом активном подканале и сравнивает их с пороговым значением сигнала достаточным для достоверного приема. Если уровень сигнала в подканале превышает допустимый порог, то точка доступа отправляет команду терминалу на уменьшение мощности излучаемого сигнала, но такая ситуация возможна только вблизи точки доступа. Если уровень сигнала меньше порогового, то точка доступа «командует» терминалам об увеличении мощности излучаемого сигнала (но по ТЗ уровень излучения терминалами не должен превышать 0.3 Вт).

Адаптивного изменения скорости в данной радиосети не предусмотрено, потому что данная система подразумевает только 1 канал для приема/передачи информации и скорость будет максимально одинаковой для всех терминалов.

1.5.6. Разработка сценария взаимодействия терминалов с базовой станцией (точкой доступа) или другими терминалами сети для каждого режима работы, представленного в п.1.5.1. Проработка условий перехода терминала из одной точки сценария к другой. Построение и подробное пояснение графических диаграмм состояний терминала, отражающих рассматриваемые сценарии.

Режимы работы терминалов описаны в 1.5.2, теперь попробуем представить их в виде графических иллюстраций. Прежде стоит отметить, что вся широковещательная информация от точки доступа передается по каналу BCCH (Broadcast Control Chanel). Заявки на резервирование канала связи передаются терминалами по каналу RACH (Random Access Channel). Информация о подтверждении резервирования канала связи передается по каналу AGCH (Access Grant Channel), Для передачи данных используется канал TCH (Traffic Channel).

Так же поясним принцип конкурентной борьбы. Он заключается в том, что каждый  терминал присваивает себе случайный интервал задержки до передачи. Тот терминал, у которого задержка оказалась наименьшей получит канал связи раньше остальных.

Рис. 11 Конкурентная борьба

Как видно из рисунка 11 первому терминалу присвоено 5 канальных интервалов, а второму терминалу интервал 4 канальных интервала. По истечению каждого канального интервала терминалы проверяют уровень сигнала в канале, тем проверяя его доступность. По истечению 4 канальных интервалов Т2, проверив уровень сигнала в канале и определив, что канал свободен начинает передачу, Т1 же перейдет в режим IDLE на время, на которое Т2 займет канал. Время, на которое необходимо перейти в режим  IDLE сообщает первому терминалу точка доступа. После того как второй терминал выйдет из режима IDLE он ждет 1 канальный интервал, прослушивает канал и если тот свободен немедленно приступает к передаче. Однако стоит отметить, что «борьба за канал» (окно конкурентного доступа) начинается только после интервала DIFS. На время действия данного интервала доступ к каналу связи запрещен.

Режим регистрации:

 

Рис. 12 Режим регистрации



Рис.13 Состояния термина при регистрации


Режим передачи данных:


Рис. 14 Режим передачи данных


Рис. 15 Состояния терминала при передачи данных


Режим приема данных:


Рис. 16 Режим приема данных


Рис. 17 Состояния терминала при приеме данных


Далее отобразим полную схему состояний терминала:


Рис. 18 Полная схема состояний терминала


Список используемой литературы:

  1. Бакке А.В. Методические указания к лабораторной работе "Основы построения беспроводных сетей стандарта 802,11".
  2. Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»
  3. Скляр Б. «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение». - М.: Вильямс, 2003 г.
  4. КП "Локальная радиосеть". Часть 2.
  5. Локальная радиосеть. Часть 2
  6. КП "Локальная радиосеть". Часть 2. Калинкин В.В.
  7. КП "Локальная радиосеть" Часть 2.
  8. КП на тему "Локальная радиосеть" п. 1.4-1.5 (часть №2)