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).
OSI
расшифровывается
как Open
System
Interconnection
- на русском языке это звучит следующим образом: Сетевая модель взаимодействия
открытых систем (эталонная модель). Эту модель можно смело назвать стандартом.
Именно этой модели придерживаются производители сетевых устройств, когда
разрабатывают новые продукты. Сетевая модель – это модель взаимодействия
сетевых протоколов (стандартов), вот на каждом уровне и присутствуют свои
протоколы. [1]
Применим модель OSI к
радиосистеме, реализуемой в курсовом проекте. Три верхних уровня классической модели OSI – прикладной, представительский и
сеансовый – объединим в один уровень, являющийся интеллектуальным центром системы.
Данный уровень назовем уровнем «принятия
решений», так как на основе данных информационной системы и данных, полученных
с нижнего уровня, будут приниматься все решения в системе. В задачу этого
уровня входят :
1. Анализ данных с нижних уровней
2.Принятие решение о дальнейших действиях системы
На данном
уровне имеются 2 типа сообщений :
-информационные
-служебные
На уровне принятия решения сообщения распределяются
между роботов, согласно принятому решению и тесной работе с информационной
системой. Решения о функционировании сети принимаются исходя из служебных
сообщений.
Транспортный уровень обеспечивает надежный механизм
обмена данными, контролирует отсутствие ошибок в принимаемых данных,
расположение пакетов в соответствующем порядке. В разрабатываемой системе
канальный уровень выполняет все перечисленные функции транспортного уровня.
Поэтому в наличие отдельного транспортного уровня нет необходимости.
Сетевой уровень служит для образования единой
транспортной системы, между сегментов подвижных роботов (СПР) и сегментом управления
(СУ). Сети этих сегментов построены по различным принципам.
Канальный уровень определяет функции, отвечающие за
организацию канала передачи данных. Он необходим для осуществления надежной
доставки сообщений различных логических каналов между терминалами и ТД. На
канальном уровне решаются следующие задачи: формирование пакетов, выделение сообщений
из потока бит, возможность обнаружения и коррекции ошибок, адресация сообщений,
а также организация доступа к физическому каналу связи (ФКС) и резервирование
КС.[2]
На рисунке 1 представлена эталонная модель и модель
в соответствии с курсовым проектом.
Рис.1.
Модель OSI
Поскольку система видеонаблюдения работает в режиме
реального времени, то наиболее эффективно использовать метод множественного
доступа FAMA.
Протокол доступа FAMA
основан
на постоянном закреплении терминалов за определенными физическими каналами. [3]
Для реализации этого метода ТД формирует шкалу распределения временных интервалов,
эта шкала содержит сведения о том какой временной интервал закреплен за каким
терминалом. Для возможности выбора модификации стандарта MPEG-4 с лучшим
качеством видеоизображения необходимо предусмотреть некоторые дополнения метода
FAMA. Основным дополнением является возможность резервирования дополнительного
КС для того, чтобы терминал имел возможность передачи видеопотока в
соответствии с модификацией с лучшим качеством видеоизображения. Резервирование
дополнительного КС возможно, если в радиосети не функционирует хотя бы один
терминал. В случае, если в сети зарегистрировался новый терминал, то
дополнительно назначенные КС сбрасываются, и далее передача видеопотока
осуществляется в соответствии со шкалой распределения временных интервалов
(ШРВИ).[2]
В задачи физического уровня входит реализация
физического соединения, обеспечивающего передачу видеопотока от Т к ТД, и
передачу служебных сообщений от ТД к Т. При организации радиосети на этом
уровне должны быть реализованы такие технические решения, которые обеспечат
достоверный прием бит. Для эффективной реализации поставленных задач необходимо
оптимальным образом подобрать параметры функционирования системы связи на
физическом уровне.[2]
Физический канал характеризуется:
-типом реализации (TDMA,CDMA, FDMA)
-видом модуляции
-пороговым значение ОСШ
-пропускной способностью
-вероятностью битовой ошибки
-уникальным идентификатором
На основе физического канала реализуется логический
канал. [3]
Одним из требований к разрабатываемой радиосети
является минимальный диапазон используемых частот. Исходя из этого требования в
качестве метода доступа к среде может быть использован TDMA. При TDMA физическим
каналом является временной слот с определенным номером, которой отводится под
определенный сеанс связи.
В зависимости от качества КС можно реализовать
несколько профилей функционирования системы и возможность адаптивное изменение
мощности передачи терминалов . Профили функционирования будут отличаться только
видом модуляции сообщений. Для того чтобы смена профиля была возможной, на физическом
уровне в состав ТД входит модуль проведения оперативных измерений [3]. Этот
модуль передает сведения об измеренном уровне мощности в каждом физическом
канале на уровень принятия решений. В случае, если качество изменилось
(например, уменьшилось отношение сигнал-шум) уровень принятия решений формирует
команду на смену профиля функционирования, адресуемую терминалу. И далее, сама
ТД меняет профиль функционирования.
Для борьбы с пакетами ошибок в системе предусмотрено
перемежение. Смысл перемежения заключается в перестановке бит кодированной
последовательности до ее модуляции и восстановлении исходной последовательности
после демодуляции. В разрабатываемой радиосистеме будет использоваться блочный
перемежитель.
Для устранения последствий интерференции и
многолучёвости будет использоваться технологии ортогонального частотного
мультиплексирования (OFDM).
Сведем все выше описанное в единую структуру
взаимодействия радиосети СПР и локальной сети СУ (Рис.2). Требования по
скорости диктуются ТД, точнее выбранной модификацией стандарта MPEG-4 (8
каналов по 1400 кбит/с). Для взаимодействия рабочего места оператора и видеокамеры
в ТД содержится журнал взаимодействия сетей, в котором отражены IP-адреса
локальной сети и соответствующие IDТ радиосети.
Рис.
2. Упрощенная структура взаимодействия протоколов радиосети СПР и локальной
сети СУ.
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.
Весь обмен происходит через точку доступа. Оператор
отправляет запрос на установление связи с терминалом через точку доступа. Запрос
- сообщение, которое содержит идентификатор точки доступа, идентификатор
терминала и данные. Запрос от оператора приходит на точку доступа, затем по
имеющимся на точке доступа идентификаторам терминалов, этот запрос направляется
на нужный терминал. Терминал принимает запрос, затем он переходит в активный
режим и начинает передавать через точку доступа видео и аудиопотоки информации.
Оператор принимает их и обрабатывает.
В случае если на точку доступа приходят
идентификаторы , которых нет в базе данных , точка доступа отправляет оператору
ответ, что данных терминалов нет в базе.
Рис.3.
Пример установления соединения
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 терминалах предусмотрено всего три режима работы:
- режим поиска сети;
- режим регистрации;
- активный режим.
Для того , чтобы терминал "нашел"
свою сеть, необходим режим поиска сети.
Режим регистрации – передача в сеть своего уникального идентификатора и ожидание ответа
от точки доступа. Если отправленный IDT совпал с хранящимся в информационной
системе точки доступа, то точка доступа отправляет терминалу сигнал
подтверждения регистрации. Если ответа нет, то терминал возвращается в режим
поиска сети.
Активный режим - режим, в котором происходит прием/передача сообщений, управление роботом .
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 физического 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.
Также проведение радиоизмерений важно для
процедуры передачи обслуживания, поскольку границы зон радиопокрытия АР
определяются по уровню мощности, необходимому для обеспечения требуемого
качества услуг (QoS).
1.5.4. Пояснение и
сравнительный анализ способов обеспечения энергосбережения сетевыми узлами.
Аргументированный выбор решений по обеспечению энергосбережения.
Большая часть энергии тратится
сетевыми узлами при передаче данных, поэтому основным способом обеспечения
энергосбережения является то, что терминал большую часть времени находится в
режиме пониженного энергопотребления. Терминал в этом режиме лишь
получает широковещательную информацию и отвечает точке доступа, подтверждая свою активность, а также сообщая,
требуется ему канал или готов ли он к приему сообщения от точки доступа, или он
остается в пассивном режиме. [4]
Возможные пути энергосбережения:
1. В режиме поиска сети мер по
энергосбережению не предпринимается, т.к. в этом режиме Т работает только на
прием.
2. В режиме регистрации удается обеспечить энергосбережение за счет того,
что ТД является инициатором регистрации, а терминалы только подтверждают свое
наличие.
3.В активном режиме удается
сэкономить энергию за счет адаптивного изменения мощности передачи. [2]
1.5.5. Разработка и
пояснение способа адаптивного изменения скорости и мощности передачи данных (в
соответствии с заданием)
Адаптивное изменение мощности
состоит в следующем:
1)Точка доступа измеряет уровень
сигнала в каждом активном канале и сравнивает их с уровнем сигнала достаточным
для достоверного приема (стандартный уровень). Этот уровень хранится в информационной
системе точки доступа;
2) если уровень сигнала в активном
канале превышает стандартный уровень, то
точка доступа передает терминалу команду на уменьшение мощности
передачи. Данная ситуация возможна когда терминалы функционируют вблизи точки
доступа;
3) если уровень сигнала в активном
канале меньше стандартного уровня, т.е. не обеспечивается достоверный прием, то
точка доступа дает команду терминалу на смену профиля функционирования на более
помехоустойчивый. Если это не помогает, то точка доступа подает терминалу
команду на увеличение мощности передачи. Данная ситуация возможна когда
терминалы удалены на значительные расстояния от точки доступа.[2]
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.
Режим поиска сети - в этом режиме терминал определяет , есть ли в канале широковещательные
сообщения.Широковещательное сообщение (ШВС) включает в себя следующие поля:
- IDТД – необходим для того, чтобы терминал идентифицировал сеть (ТД), а
также для последующей передачи служебных и информационных сообщений точке
доступа;
- шкала распределения временных
интервалов между терминалами. Наличие этого поля необходимо на этапе
регистрации терминалов в сети для избегания коллизий. Это поле включает в себя
идентификационные номер терминалов IDТ (данный список хранится в журнале
адресов информационной системы точки доступа) и соответствующие им
временные интервалы. Также порядок распределения этой шкалы необходим на этапе
организации видеопотока т.е. передача видеопотока осуществляется в заранее
распределенный временные интервалы. После нахождения широковещательного сообщения
терминал фиксирует в журнале
идентификаторов точки доступа информационной системы, что он
зарегистрировался в сети с IDТД, и что осуществлять передачу на точку доступа нужно в
обозначенный интервал. Далее терминал переходит в режим регистрации.
Режим регистрации. В данном режиме точка доступа осуществляет
поочередный опрос всех терминалов. В информационной системе точки доступа в
журнале активных терминалов хранится список идентификационных номеров
терминалов IDТ. Операция поиска терминалов происходит периодически,
опрашиваются как активные терминалы, так
и неактивные. После того, как терминалы прошли режим регистрации в журнале
активных терминалов, соответствующим флагом отмечаются функционирующие
терминалы. После прохождения этой процедуры оператор может осуществить
управление выбранной им видеокамеры.
Режим активный. Оператор выбирает с помощью ПО видеокамеру
активного терминала. Точка доступа в журнале активных терминалов производит
поиск: за каким терминалом закреплена запрашиваемая видеокамера. В случае, если
видеокамерой не управляет другой оператор, то точка доступа закрепляет за
IP-адресом рабочего места оператора терминал с IDТ. Далее, точка
доступа резервирует канал связи для передачи видеопотока. В случае, если
запрашиваемой видеокамерой уже осуществляется управление, то оператору поступит
оповещение об этом. Точка доступа дает терминалу команду на включение
видеокамеры и на передачу видеопотока. Терминал осуществляет передачу
видеопотока, согласно модификации с минимальной скоростью потока. Далее, точка
доступа перенаправляет видеопоток, по известному IP-адресу рабочего места
оператора в СУ. В СУ маршрутизатор направляет видеопоток на рабочее место оператора. [2]
Отобразим эти режимы на диаграммах.
Рис.4. Диаграмма состояний терминала
На рисунке 5 цифрами обозначены
следующие "переходные процессы":
1- периодическое повторение;
2 - прием КУ от СУ
3 - нет свободного КС
4 - КУ на активацию видеокамеры
или на смену модификаций
5 - другие КУ
6 - КУ на смену профиля
функционирования; КУ на управление мощностью терминалу
7 - перенаправление видеопотока на
СУ
Рис.5. Диаграмма состояний точки доступа
Список
используемой литературы
1. http://infocisco.ru/network_model_osi.html
2. http://omoled.ru/publications/view/459
3. Лекции по курсу "ССПО"
4. http://omoled.ru/publications/view/521