Локальная радиосеть. Часть 1.1-1.51.1 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.

Задача КП - проектирование локальной радиосети, предназначенной для организации связи между электронными устройствами в пределах заданной области и объединения их в единую систему, используя стандартные интерфейсы связи. Каждый терминал сети должен получать в реальном масштабе времени информацию о других активных абонентах и иметь возможность соединения с любым из них. В нашем случае, в качестве терминалов будут выступать компактные мобильные устройства, а сама сеть будет проектироваться для работы в пределах предприятия для быстрого обмена информацией между сотрудниками. 

Требования:

·         Возможность адаптивного изменения мощности передачи;

·         Возможность адаптивного изменения скорости передачи;

Исходные данные к проекту:         

  • Максимальное количество абонентов в сети: 30
  •  Радиус зоны обслуживания: 120 м
  • Максимальная скорость передачи данных в обоих направлениях: 4Мбит/с
  • Модель предсказания потерь: в соответствии с рекомендациями МСЭ
  •  Тип местности: городская застройка
  • Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 1*10-7
  • Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 0,4 Вт
  • Рекомендуемая технология передачи: OFDM
  • Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.
Выбор способа реализации сети:

За основу данной локальной сети можно выбрать либо структурированную сеть, либо сеть типа  Ad HOC. Рассмотрим подробнее каждую из них.

Структурированная сеть.

Основной особенностью структурированной сети (рис. 1) является наличие точки доступа (ТД). ТД выступает в роли стационарного коммутатора, объединяющего электронные устройства  в одну сеть. ТД осуществляет  процессы, связанные с установлением, контролем соединения между абонентами и передачу данных от одного абонента другому. Такой способ организации сети позволяет упростить управление доступом к сети и избежать коллизий. Минусом такой системы является наличие проводной части, которая значительно уменьшает гибкость системы.[1]


Рис. 1 Структурированная сеть

                Сеть Ad HOC

Отличительной особенностью сети типа Ad HOC (Рис. 2) является то, что каждый абонент сети соединяется с другим абонентом непосредственно, используя метод соединения точка-точка. Такой метод обладает повышенной мобильностью, но имеет ограничение по количеству абонентов. В сети типа Ad HOC терминалы должны быть технически более сложные за счет того, что на них ложатся функции сетевого узла. Терминал должен получать доступ к сетевым ресурсам при помощи процедур многостанционного доступа, маршрутизировать передаваемые пакеты и устанавливать их приоритеты, что увеличивает энергопотребление терминалов. Также в сетях типа Ad Hoc не предусмотрено наличие администратора, который контролирует работу сети.[1]


Рис. 2 Сеть типа Ad HOC

 

Задача сети: обмен информацией и данными между пользователями сети при наименьшей затрачиваемой энергии.

Исходя из последнего условия, выберем модель структурированной сети.

Основные услуги, предоставляемые сетью:

·         Передача текстовых сообщений абонентам сети;

·         Обмен данными между абонентами сети;

·         Широковещательная рассылка информации;

·         Доступ абонентам к сети internet.

Источниками и получателями информационных сообщений будут являться пользователи локальной сети и глобальная сеть Internet. 

Главным требованием к способу доставки сообщений является максимальная скорость при заданной вероятности ошибки.

1.2. 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).

Разрабатываемая локальная сеть (рис.3) объединяет мобильные устройства в радиосеть при помощи точки доступа. Точка доступа подключена к сети Интернет и предоставляет беспроводной доступ к нему всем зарегистрированным абонентам сети. Администрирование сетью производится с компьютера, подключенного непосредственно к точке доступа с помощью Ethernet. На компьютере администратора хранится база данных с информацией об абонентах и работе системы.  В качестве пользовательских терминалов выступают компактные мобильные устройства.


Рис. 3 Функциональная схема сети.

Функции администратора:

·         Осуществляет управление точкой доступа (вкл/выкл, настройка);

·         Контроль над состоянием сети (сбор статистических данных);

·         Сбор статистических данных.

Функции точки доступа:

·         Широковещательная рассылка системной информации (ID сети, идентификатор точки доступа);

·         Организация соединения между терминалами;

·         Предоставление доступа во внешнюю сеть;

·         Аутентификация и идентификация абонентов;

·         Синхронизация всех абонентских терминалов;·

·         Хранение принятой или передаваемой информации до получения отчета о доставке/приеме от необходимого терминала и формирование собственного отчета терминалам.

 

            Функции терминала:

·         Прослушивание канала для получения данных о ней и об активности других абонентов;

·         Формирование и передача запроса точке доступа на регистрацию и предоставление канала связи;

·         Формирование и передача сообщения и отчета о доставке;

·         Проведение измерений уровня сигнала для улучшения качества связи;

·         Синхронизация с сетью;

·         Преобразование данных (модуляция/демодуляция, кодирование/декодирование);

·         Переход в спящий режим.

Описание процесса регистрации:

Для вхождения в сеть и обмена информацией абоненту необходимо зарегистрировать своё мобильное устройство в сети. Для этого точка доступа передает по широковещательному (BCCH) каналу идентификатор (ID) сети, приняв который, пользователь регистрируется в сети, используя логин и пароль. При успешной регистрации абонент получает доступ к услугам сети. Данные о прошедших регистрацию абонентах хранятся в базе абонентов сети информационной системы ТД.

Описание процесса передачи данных:

Для передачи сообщения/данных другому пользователю сети, абонент запрашивает информацию об активности пользователей в сети у точки доступа. ТД проверяет активность требуемого пользователя и занятость канала. В случае если пользователь активен и канал связи свободен, предоставляется канал для передачи данных от абонента к точке доступа. ТД записывает в память принимаемую информацию, а пользователь, которому предназначается информация, переходит в активный режим, готовясь принять данные. После того как абонент передал информацию он получает подтверждение от ТД об успешной передаче, А ТД очищает буфер памяти. В случае отсутствия подтверждения – производится повторная передача. Если же получатель недоступен, то ТД оповещает об этом абонента, и передача данных не производится.

Структурная схема ТД (рис.4)

В состав ТД входят следующие блоки:

·         Радиомодуль – устройство для обмена информацией между терминалами.

·         Буфер – устройство для записи входящих данных от терминалов.

·         Блок управления – устройство управляющее работой всех модулей ТД.

·         Информационная система – база данных хранящая данные о пользователях и статистику.

·         Модуль проведения измерения – данные получаемые в этом блоке определяют параметры сети для работы на необходимом уровне.

·         Подсистема сигнализации – оповещение об изменении состояния системы.

·         Сетевой контроллер – устройство необходимое для подключения к Интернету и управления администратором.


Рис. 4. Блок схема точки доступа.

 

Структурная схема абонентского терминала (рис.5)

Функциональные блоки терминала во многом повторяют блоки точки доступа за исключением того, что отсутствует буфер для записи данных, а блок сетевого контроллера модуля мобильного терминала соединяется с самим мобильным терминалом.

 

Рис. 5. Блок схема терминала

 

1.3. Определение и обоснование структуры информационной подсистемы сети. Выявление важнейших модулей информационной подсистемы выделенного узла сети и терминалов, описание их назначения и пояснение необходимых связей между модулями.

Информационная подсистема точки доступа (рис. 6)база данных хранящая в себе информацию об абонентах, предоставляемых услугах, данные о системе и статистику.

Структура информационной подсистемы точки доступа включает:

  • База данных зарегистрированных абонентов сети содержит следующую информацию об абонентах: ID терминала, логин и пароль.
  • Журнал активных терминалов содержит информацию о подключенных к сети пользователях в данный момент времени.
  • Журнал статистики содержит информацию об активности абонента в сети.
  • Регистр услуг содержит список услуг, предоставленный конкретному терминалу.
  • Регистр сетевых настроек содержит в себе настройки, необходимые для обеспечения услуг в пределах данной сети и с требуемым качеством.
  • Информация о ТД содержит ID точки доступа и служебные характеристики.

Рис.6. Структура информационной подсистемы ТД

Структура информационной системы терминала (Рис.7) включает:

·         Информация о терминале содержит персональный идентификатор терминала, логин и пароль.

·         Журнал статистики содержит информацию об активности абонента в сети.

·         Регистр услуг содержит список предоставляемых услуг данному терминалу.

·         Регистр сетевых настроек содержит в себе настройки, необходимые для обеспечения этих услуг.


Рис.7. Структура информационной подсистемы терминала

1.4. 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.1.1-1.3 материала. В моделях должны быть обязательно отражены объекты, являющиеся источником и/или получателем сообщений (как служебных, та и информационных).

Модель OSI модель описывающая передачу информации от одного абонента другому через канал связи. Эта модель представляется в виде уровней. Общая модель представляется в виде семи уровней (Рис.8).


Рис. 8 Модель OSI

                Для разработки нашей локальной сети (Рис. 9) объединим прикладной, представительский и сеансовый уровни в уровень принятия решений. Этот уровень отвечает за управление всей системой на основе информации, полученной с нижних уровней.

Рис. 9 Модель разрабатываемой локальной сети

Канальный уровень выполняет функции передачи информации по каналу связи между двумя абонентами: формирование пакетов, формирование символов для проверки целостности передаваемой информации, проверка содержимого на приемной стороне, передача и прием подтверждения о приеме и повторная передача непереданных данных.

Физический уровень выполняет операции связанные с передачей потоков битов поступающих с канального уровня к точке доступа и наоборот.

Операции, выполняемые на физическом уровне:

·         Модуляция и демодуляция – перенос информационного сигнала низкой частоты в область высоких частот.

·         Кодирование/декодирование – введение избыточной информации о передаваемых данных для обнаружения и исправления ошибок, возникающих при передаче через канал связи.

·         Перемежение – разнесение передаваемой информации по времени для предотвращения ошибок связанных с медленными замираниями в канале.

·         Синхронизация используется для единовременной и согласованной работы передающей и приемной стороны.

·         Измерение уровня сигнала – оценка, производимая для выбора наиболее подходящего профиля работы системы в данный момент времени.

 

Список используемой литературы:

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

2.       Локальная радиосеть. Часть 1.1-1.5 http://omoled.ru/publications/view/538

3.       КП "Локальная радиосеть". Часть 1. Калинкин В.В. http://omoled.ru/publications/view/295

4.       КП "Локальная радиосеть" п. 1,1-1,3. Часть 1. http://omoled.ru/publications/view/427