1.1.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.

В данной курсовой работе необходимо создать систему доступа к сети Internet/корпоративной сети. Есть два варианта организации доступа – с помощью радиодоступа и по оптоволокну. Второй вариант мы отбрасываем, так как оптоволокно в настоящее время стоит больших денег, и сложно в монтаже.

Исходные данные:

Максимальное количество абонентов в сети: 50

Радиус зоны радиопокрытия: 200 м

Максимальная скорость передачи данных для остальных абонентов:

DownStream: 2Mбит/с; UpStream: 256Кбит/с;

Модель предсказания потерь: выбрать самостоятельно

Тип местности: производственные/торговые помещения

Вероятность ошибки на бит Pb: 3*10-7

Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 3 Вт

Рекомендуемая технология передачи: OFDM

Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

Система предназначается для решения проблемы «последней мили» - обеспечения высокоскоростной беспроводной связи мобильных терминалов в пределах ограниченной территории к стационарным сетям общего пользования. Основные требования к системе:

- минимальный диапазон используемых частот;

- возможность адаптивного изменения мощности передачи;

- возможность адаптивного изменения скорости передачи.

В качестве примера ситуации где необходима система, представим офисное помещение, в котором используется множество терминалов. Для мобильности сотрудников, руководство решило организовать в офисе беспроводную систему связи. 

В контексте решаемой задачи будем рассматривать взаимодействие двух типов узлов – Точки Доступа (ТД), соединенной с внешней сетью, и Терминалов (Т), соединенных с оконечным оборудованием пользователя по определенному стандарту.

Трафик в сети будет генерироваться приложениями, установленными на терминалах сотрудников, например, веб-браузерами, стримерами (Skype, потоковая передача видео в сеть), приложения для обмена мгновенными сообщениями (ICQ, Jabber), почтовыми клиентами(Microsoft Outlook, the Bat).

В целях экономии средств, выделенных начальством на организацию сети, мы воспользуемся технологией OFDM. Благодаря OFDM мы сможем добиться высокой эффективности использования радиочастотного ресурса.

Одним из основных требований к системе является возможность адаптивного изменения мощности передачи. То есть, чем ближе Т к ТД тем меньше мощности необходимо для надёжной передачи данных. Как только Т приблизится к границе зоны сети, образуемой ТД, начнут появляться ошибки при передаче/приёме, чтобы устранить это явление, Т поднимет мощность до максимума (при необходимости).

Одним из недостатков радиосети является худшее качество передачи данных по радиоканалу по сравнению с проводными линиями связи – вероятность появления ошибок при передаче сообщения по радиоканалу 10^-3 и даже больше. В задании вероятность ошибки – 3*10^-7, поэтому для ее уменьшения понадобится применять метод помехоустойчивого кодирования (FEC) и автоматический запрос повторной передачи (ARQ).

Главная услуга организуемой сети – передача данных.

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).

Рис.1. Обобщённая функциональная схема системы.

Основными компонентами системы являются ТД и Т. Терминалы подключаются к оконечным устройствам пользователей через USB либо Ethernet. Сервер является информационной подсистемой. Так же он подключен к глобальной сети Internet по Ethernet. От сервера Internet передаётся к роутеру (для удобства сисадмина, можно тонко настроить сеть) а от роутера к ТД. ТД по радиоинтерфейсу предоставляет доступ к сети Терминалам.

Концепция функционирования сети.

Для доступа в сеть, терминалу изначально необходимо найти сеть и зарегистрироваться в ней.

ТД рассылает по широковещательному каналу доступа SSID. Так как у нас офисная сеть, то для защиты конфиденциальных данных будем использовать аутентификацию по WPA 2. Это немного усложнит процесс регистрации.  

Как только Т включился, он пытается обнаружить SSID, при успешном обнаружении он отсылает ТД свой идентификатор ID. ТД покопавшись в своей информационной подсистеме полученный от Т ID, и если в ИС ID присутствует то ТД переходит к процессу аутентификации. Т отсылает ТД пароль для доступа в сеть. Если пароль совпадает с установленным сисадмином для ТД паролем то регистрация завершается. В ИС для подключившегося терминала взводится флаг активности и присваивается MAC адрес терминалу.

Допустим, сотрудник решил проверить почту. После того как он нажал кнопку «Обновить» в окне Microsoft Outlook, формируется запрос от оконечного оборудования к Т, Т перенаправляет запрос к ТД. ТД сохраняет ID Т, создает сессию для передачи данных от приложения во внешнюю сеть и отправляет запрос в сеть Internet. Как только Internet ответит на запрос, полученные данные направляются на ТД а ТД смотрит в логах, кому предназначаются данные и по созданной ранее сессии отправляет ответ на оконечное устройство пользователя. 

Рис.2. Функциональная схема ТД

Задачи ТД:

- Приём и обработка сигналов и запросов от терминала

- Приём и передача адресных сообщений

- Передача общей информации о сети

- Запись сообщений в буфер для последующей передачи

- Формирование запросов на повторную передачу терминалу

- Переключение профилей физического уровня

Радиомодуль представляет собой приемо-передающее устройство, выполняющее доставку и прием информационных потоков. В модуле извлечения информационных сообщений определяется, является принятое сообщение информационным или служебным. Затем все сообщения поступают на сервер, который определенным образом реагирует на служебные сообщения и перенаправляет информационные в информационную систему, где им ставится в соответствие ID и номер потока. В дальнейшем с помощью Ethernet контроллера они направляются во внешнюю сеть. Для адаптивного изменения мощности в состав АР входит модуль проведения радиоизмерений, данные с которого поступают на блок управления. Буфер предназначен для временного хранения данных, так как возможна повторная передача сообщения по методу ARQ.

Рис.3. Функциональная схема Терминала

Задачи терминала:

- Приём и обработка сигналов и запросов от ТД

- Приём/передача пакетов

- Прослушивание сети, запрос на передачу обслуживания

- Запись сообщений в буфер для последующей передачи

-  Формирование запросов на повторную передачу ТД

Радиомодуль отвечает за прием и передачу служебных потоков. Модуль извлечения информационных сообщений отделяет информационные сообщения от служебных. Служебные поступают на модуль управления ресурсами терминала. В информационной системе хранятся идентификаторы Т и АР.

      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 система - база данных, в которой хранится информация, необходимая для работы сети.

ИС находится на удалённом сервере администратора. Сисадмин может вносить туда новые терминалы, то есть подключать новых пользователей к системе. Структура ИС имеет следующий вид:

Функции администратора:

- Управляет доступом в сеть для терминалов;

- Устраняет возникающие в системе проблемы;

- Периодически делает backup информационной подсистемы.

Рис.4. Структура ИС

Журнал статистики содержит такую информацию как входящий/исходящий трафик, время нахождения в сети абонента. Журнал абонентов содержит ID всех терминалов, аутентификационную информацию пользователей, а также сюда после регистрации помещаются присвоенные терминалам MAC-адреса. Возле адреса каждого абонента после его регистрации в сети выставляется флаг активности абонента. Журнал выделенных КС содержит список всех каналов по номерам, список свободных каналов и список номеров каналов, закреплённых за сетевым адресом каждого пользователя. Информация о сети – это то, что сеть передаёт всем пользователям сети (широковещательная рассылка). Здесь хранится SSID сети. Также широковещательными сообщениями ведётся опрос о подтверждении статуса абонента. Информационная система терминала отличается лишь тем, что в ней журналы заменяются на информацию конкретно для этого пользователя, для этого терминала. Например, журнал терминалов заменяется на собственную информацию терминала.