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.

Поскольку разрабатываемая система является структурированной, то есть в ней присутствуют устройства, выполняющие большинство процедур, связанных с управлением передачей данных и доступом Т к радиоканалу (АР), то  для нее вопрос поиска маршрута при передаче сообщения от одного узла другому не так актуален как скажем для сети Ad Hoc. Весь обмен происходит через АР, в зоне радиопокрытия которой в данный момент находится терминал.

 

 

Для регистрации терминалов в сети, при включении системы, АР начинает вещать для каждого терминала (отправка широковещательных сообщений), ожидая ответ от каждого. АР будет вещать до тех пор, пока все терминалы не откликнутся. Это требуется определения активности терминалов и построения журнала опроса терминалов. В момент опроса велика вероятность коллизии, поэтому опрос происходит длительное время. (рис. 4)

Рис.4.Поиск точкой доступа терминалов.

Обмен сообщениями происходит через АР. Терминалы находятся в IDLE, ожидая следующего, заранее определенного АР, сеанса опроса, в котором терминалы оставляют заявки на резервирование канала связи. Так как каждый терминал имеет свой уникальный идентификатор, АР на основе полученных заявок формирует порядок опроса терминалов.

                Основная услуга системы – передача данных. Для обеспечения лучшего качества обслуживания применяют гарантированную доставку адресных сообщений, когда принимающая сторона отправляет подтверждение о правильности полученных данных. В случаях, если подтверждение не было получено или была получена информация о неправильности принятых данных, передающая сторона повторяет передачу. (рис. 5 и 6)

                

Рис.5.Повторная передача данных при получении NACK– сообщения о повреждении пакета данных.


Рис.6. Повторная передача данных при отсутствии подтверждения о приеме.

Недостаток гарантированной доставки сообщений в том, что сообщения ACKдополнительно загружают канал связи. Поэтому для передачи небольших объемов данных, а также служебных сообщений можно использовать негарантированную доставку.

 

 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 разрабатываемой радиосистеме терминалы достаточно простые устройства.

В них предусмотрено всего три режима работы:

- режим ожидания;

- режим регистрации;

- активный режим.

- IDLE (режим пониженного энергопотребления) – этот режим является пассивным. Т настроен на широковещательную несущую, по которой принимает сообщения, ожидая вызова или начала опроса. Из этого режима Т выходит только для передачи/приема сообщений, находясь в нем большую часть времени.

Режим ожидания начинается с момента включения терминала и заканчивается моментов поиска сети. В данном режиме в ИС Т нет сведений об идентификаторе сети. А в ИС АР нет сведений об активных терминалах. Режим регистрации начинается с момента нахождения сети и заканчивается прохождением процедуры регистрации.  Во время действия этого режима в ИС Т появляется информация о сети ,а в ИС АР фиксируются терминалы прошедшие регистрацию в сети . Активный режим, начинает свое действие с начала закрепленного интервала времени вещания терминала, по окончании этого интервала терминал переходит в энергосберегательный режим.

Взаимодействие пользователя с сетью происходит так же, как и с «рядовым» терминалом. АР периодически опрашивает пользователя (как и «рядовые» терминалы) на наличие у него сообщений.

В данной работе для обеспечения требования о минимальном диапазоне используемых частот в качестве метода организации физических каналов выберем DAMA– предоставление физического канала по требованию.

У сценариев доступа по методу DAMA существует два основных состояния:

1)      Состояние резервирования каналов связи – осуществляется по методу SALOHA. В этом состоянии возможно наличие коллизий. Факт наличия коллизий приведет к утрате заявки .

2)      Состояние передачи информационных сообщений по зарезервированному ранее физическому каналу(FAMA).

Т.е в соответствии с методом DAMA АР собирает заявки от терминалов и составляет план использования канального ресурса между заявившими о себе терминалами.

 

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.

Так как беспроводные сети характеризуются худшим качеством передачи данных по сравнению с проводными из-за нестабильности помеховой обстановки в радиоканале, то необходимо постоянно получать информацию о состоянии окружающей среды. Кроме того, некоторые из терминалов могут быть мобильными, следовательно, имеет место проблема многолучевого распространения радиосигнала, что также негативно влияет на качество связи. Поэтому в состав и АР входят устройства, производящие радиоизмерения, которые периодически производятся в свободные от передачи/приема сообщений временные интервалы. Данные, получаемые с помощью этих устройств, поступают в блок управления АР, и в зависимости от них блоком управления может быть принято решение о смене профиля физического уровня.

            Под профилем физического уровня понимается уникальный набор параметров процессов, выполняемых на физическом уровне: вид модуляции, скорость кодирования. В данной системе остановимся на двух профилях. Стартовым логично выбрать профиль с более помехоустойчивым видом модуляции (BPSK), а при улучшении помеховой обстановки в канале можно для увеличения скорости передачи данных перейти на второй профиль с модуляцией QAM-16.

За смену профилей полностью отвечает АР. Проведя измерения в канале, в начале каждого сообщения, адресованного терминалам, АР будет сообщать какой профиль будет использован при передаче. (рис.7)

АР принимает решение о измерении профиля работы исходя из количества ошибок, обнаруженных при проверке контрольных сумм, и исходя из уровня сигнала от терминалов.

Рис.7. Выбор профиля физического уровня.

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

Бо́́льшую часть времени терминал будет находится в режиме IDLE. Это объясняется циклом работы АР. Точке доступа требуется опросить все терминалы, провести радиоизмерения, отправить собранные с терминалов данные на компьютер, передать терминалам сообщения, если требуется, так же АР выделяет интервал времени, предназначенный для общения с пользователем. Поэтому терминал будет выходить на связь в установленные точкой доступа интервалы времени.(рис.8)


Рис.8 Фрагмент работы сети

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

Большая часть энергии тратится сетевыми узлами при передаче данных, поэтому основным способом обеспечения энергосбережения является то, что терминал большую часть времени находится в режиме IDLE. Терминал в этом режиме лишь получает широковещательную информацию и отвечает АР, подтверждая свою активность, а также сообщая, требуется ему канал или готов ли он к приему сообщения от АР, или он остается в пассивном режиме. Возможно уменьшение длительности сеанса передачи данных, если не использовать гарантированную доставку.

Другой вариант обеспечения энергосбережения в режиме передачи связан с адаптивным изменением мощности. АР с помощью устройства проведения радиоизмерений оценивает мощность в каждом активном подканале и сравнивает их с параметром, хранящимся в своей ИС (достаточная для достоверного приема мощность). В случае, если уровень в подканале выше установленного параметра, то АР передает терминалу команду на уменьшение мощности. Это относится, в первую очередь, к Т, располагающимся в данный момент на небольшом отдалении от АР.

Если же уровень сигнала ниже, то АР может либо дать команду сменить профиль на первый (BPSK) для улучшения качества обслуживания, либо уменьшить мощность, если первый вариант невозможен или не дал нужного результата.

Также увеличение скорости возможно за счет смены профиля физического уровня с первого на второй (QAM-16).

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.

 Опишем сценарий взаимодействия между терминалами с ТД во всех  режимах работы.

1. Режим ожидания. В этом режиме Т прослушивает широковещательный канал , и определяет наличие или отсутствие широковещательного сообщения.

Широковещательное сообщение включает в себя следующие полей:

IDАР – необходим для того чтобы Т идентифицировал сеть (АР), а также для последующей передачи служебных и информационных сообщений точке доступа;

После нахождения широковещательного сообщения Т фиксирует в журнале идентификаторов точки доступа информационной подсистемы (ИС), что он зарегистрировался в сети с IDАР, и чтобы осуществлять передачу на АР нужно отправить заявку на резервирование канала. Далее Т переходит в режим регистрации.

 

 Режим поиска сети – Т прослушивает широковещательные канал на наличие широковещательных сообщений от АР, включающих SSID  АР, и сравнивает этот SSID с тем, что хранится в информационной системе. В случае несовпадения или отсутствия широковещательной информации поиск сети продолжается. (рис.9)

2. Режим регистрации. В данном режиме АР осуществляет передачу широковещательного сообщения . Как уже отмечалось, что АР заранее известен список идентификационных номеров терминалов . Операция поиска терминалов происходит периодически. Активные терминалы подтверждают свое наличие в сети, эта информация заносится журнал активных терминалов, входящий в состав ИС АР. 


Рис.9. Регистрация терминала.

Передача широковещательной информации будет проходить до тех пор, пока не ответят все терминалы. В противном случае через некоторое время пользователю будет отправлено сообщение о неисправности не ответившего терминала.

- Режим передачи данных (рис.10)  - после окончании регистрации Т переходит в режим IDLE и, чтобы передавать данные ему необходимо дождаться этапа конкурентной борьбы, чтобы оставить заявку на резервирование канала связи. Т отвечают сообщением о предоставлении канала, при этом они должны передавать их в разные временные интервалы для предотвращения коллизий. После получения канального ресурса происходит непосредственная передача данных. Передача данных заканчивается только после получения подтверждения о правильности приема, затем Т переходит в пассивный режим.

 

Рис.10 Передача данных терминалом.

- Активный режим– в процессе широковещательного опроса АР не только узнает о необходимости выделения Т канального ресурса, но и сообщает Т о наличии/отсутствии информационных сообщений для них. При приеме такой информации от АР Т выходит из режима IDLE и отправляет подтверждение о готовности к приему, после чего начинается передача данных от АР. Завершение приема аналогично завершению режима передачи. (рис.11)


Рис.11 Прием терминалом данных.

Диаграмма режимов терминала (рис.12):

Диаграмма состояний АР (рис 13):