Описание иерархических моделей выделенных узлов сети и терминалов в соответствии с рекоменда-циями OSI. Краткий анализ необходимых уровней с обоснованием основных выполняемых задач.Оценка необходимости наличия сетевого и транспортных уровней в разрабатываемой системе.

В данной части будут описаны иерархические модели выделения узлов сети и терминалов в соответствии с рекомендациями OSI.Краткий анализ необходимых уровней с обоснованием задач выполняемых на данных уровнях. Так же оценка необходимости наличия сетевого и транспортных уровней в разрабатываемой системе связи.

  Каждый уровень OSI отвечает за выполнение определённых действий по подготовке информации для передачи по сети связи.

  Сетевая модель OSI - абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет уровневый подход к сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

  Структура модели разрабатываемой сети представлена на рисунке.

                                                     Рисунок 1.Модель OSI

  Далее следует рассмотреть каждый из уровней с позиции их использования в разрабатываемой системе.

   Три верхних уровня, прикладной, представительский и сеансовый, можно объединить в один – уровень управления или уровень принятия решений. Основной задачей этого уровня является анализ, полученных с нижнего уровня, данных и, на основе этого анализа, формирование решения о дальнейших выполняемых действиях системой. На уровне управления используются два вида сообщений: непосредственно информационные данные и сообщения подсистемы сигнализации (управления). В нашем случае информационными являются телеметрические данные, которые уровень управления должен сохранять в регистре данных при их получении и извлекать из него при их отправке. Уровень управления осуществляет фрагментацию передаваемых данных в соответствии с пропускной способностью КС, а затем отправляет их на нижний уровень. При получении сообщения подсистемы сигнализации, уровень управления должен обработать его, сформировать сообщение управления  и отправить его на нижний уровень.

   Транспортный уровень  предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в широких пределах. TCP обеспечивает надёжную непрерывную передачу данных, исключающую потерю данных или нарушение порядка их поступления или дублирования, может перераспределять данные, разбивая большие порции данных на фрагменты и, наоборот, склеивая фрагменты в один пакет. 

    Сетевой уровень  служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. Основными задачами сетевого уровня являются доставка пакетов сетевого уровня любому узлу сети, маршрутизация – прокладка маршрута между узлами, и коммутация каналов .В связи с ненадобностью использования сложных систем можно сказать что сетевой уровень в разрабатываемой системе не требуется, так как сообщения передаются от терминала к точке доступа и наоборот.

 Канальный уровень берет символы из потока, которые предоставляются физическим уровнем, и составляет из них пакеты, считая для каждого контрольную сумму. Также канальный уровень отвечает за установление соединений между узлами сети и передачу сообщения канального уровня средствами физического.

    Канальный уровень решает следующие задачи:

·        выделение пакетов из потока;

·        формирование пакетов;

·        проверка целостности пакетов;

·        адресация сообщений;

·        организация доступа к физическому каналу; 

     Канальный уровень делится на два подуровня: подуровень адресации и формирования всех видов сообщений (MAC) и подуровень управления доступом к физическому каналу связи (CAC).

   На САС подуровне должна минимизироваться частота возникновения коллизий.

   На Mac-подуровне производится хранение  всех идентификационных номеров устройств. Этим обеспечивается возможность передачи информации на канальном уровне. Так же на Mac-подуровне происходит формирование нескольких типов пакетов: пакет запроса или пакет широковещательной информации, пакет данных и пакет подтверждения правильного приема сообщения.

  Изобразим структуру пакетов канального уровня в общем виде:  

                                                 Рисунок 2.Пакет канального уровня

F1-служит для обозначения начала пакета, поле адреса предназначено для указания адреса или идентификатора сетевого устройства к которому будет  осуществляться доступ. Так как  в системе используются пакеты различных типов данных (пакет данных, пакет подтверждения и т.д.),информация о типе пакета должна быть указана в соответствующем поле. Поле данных содержит данные которые передаются ,а поле CRC служит  для определения целостности переданного пакета.

     Физический уровень- нижний уровень модели OSI ,который определяет метод передачи данных ,представленных в двоичном виде, от одного устройства к другому. Осуществляет передачу сигналов в радио эфир и, соответственно ,их приём и преобразование в биты данных в  соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом .К физическому уровню относятся физические, электрические и механические интерфейсы между системами. 

К параметрам Физического уровня можно отнести:

·        вид модуляции;

·        тип и параметры помехоустойчивого кодирования;

·        глубина перемежения;

·        способ обеспечения тактовой, частотной и пакетной синхронизации;

·        способы идентификации характеристик канала связи  и  компенсации искажений сигнала, полученных в КС.

      Определение и краткая характеристика возможных режимов работы абонентского терминала. Проработка понятия сеанса соединения, атрибутов  соединения.

     В зависимости от качества КС стоит реализовать два профиля режима работы: для канала с высоким и низким качеством. Эти профили будут отличаться видом модуляции сообщений и типом помехоустойчивого кодирования. Выбор этих параметров должен осуществляться на основании того, что использование фазовой манипуляции с малой позиционностью обеспечивает более низкую скорость передачи сообщений, но и более низкую вероятность ошибочного приема сообщений, чем использования манипуляции с высокой позиционностью. Вследствие этого, будет целесообразно для канала с плохим качеством использовать модуляцию с малой позиционностью и кодирование с минимальным количеством избыточных бит на один информационный, а для канала с высоким качеством – модуляцию с высокой позиционностью и кодирование с большим числом избыточных бит.

   Для борьбы с появление пакетов ошибок и возникновением замираний в разрабатываемой системе стоит предусмотреть использование процедуры перемежения.

   При перемежении производится изменение порядка следования символов информационной последовательности таким образом, что стояшие рядом символы оказываются разделенными несколькими другими. Перемежение обеспечивает преобразование групповых ошибок в канале связи в одиночные. В разрабатываемой системе связи расстояния передачи относительно не большие, поэтому возможно использовать относительно не глубокое перемежение.
   Так же будем использовать Помехоустойчивое кодирование(FEC) для устранения битовых ошибок.

 Рассмотрим режимы работы терминала для нашей сети:

-Режим энергосбережения (передача данных не происходит, терминал работает на минимальной мощности);

-Режим активации -этот режим характеризуется тем, что терминал принимает в определённый момент времени некий отчёт (флаг) начала передачи данных. Узел сбора данных отправляет сообщение запроса всем терминалам, а они уже осуществляют конкурентный доступ к каналу передачи (TDMA);

 -Режим ведения связи – происходит передача текущих данных, на основе конкурентной борьбы. После осуществления передачи данных, терминал должен получить сообщение подтверждения. Если он не получил такого сообщения, то терминал заново вступает в конкурентный доступ за канал .

 -Возвращение к энергосберегающему режиму- если пакеты приняты верно, то центр сбора информации, используя возможности соединений, отправляет на узел сбора флаг успешной передачи, узел очищает регистры постоянной памяти, а терминал переходит в режим ожидания вызова;

 -Режим сбоя работы терминала -в условиях возможных сбоев осуществляется сохранение данных в памяти терминала и выдача пользователю при первой возможности подключения к сети – подключение к работе системы обслуживания;

    Разработка и пояснение способа адаптивного изменения скорости и мощности передачи данных.

     Важным требованием к системе является минимально возможная мощность излучения терминалов. Так как расстояние между терминалом и точкой доступа невелико, то адаптивного изменения мощности не требуется. При передаче сообщения, терминал занимает весь канал связи, поэтому скорость передачи данных должна быть на высоком уровне. Из этого следует, что в адаптивном изменении скорости также нет необходимости.

Разработка сценария взаимодействия терминалов с точкой доступа. Построение диаграмм состояний, отражающих рассматриваемые сценарии.

                    Рисунок 3. Диаграмма взаимодействия терминала с точкой доступа. 

   Для поиска и идентификации активных терминалов точка доступа должна по широковещательному каналу связи периодически передавать свой идентификационный номер всем активным терминалам. Они же, в свою очередь, прослушивают широковещательный канал и, приняв идентификатор, терминалы сверяют его с тем идентификационным номером, который записан в их памяти. Далее терминалы передают свой идентификатор точке доступа, и она сравнивает его с идентификаторами, хранящиеся в её памяти. При совпадении идентификаторов у нескольких терминалов, регистрация происходит в порядке очереди. Если оба идентификаторы сходятся - идентификация и регистрация сети считается завершенной.

В случае несовпадения, какого либо из идентификаторов, терминал продолжает прослушивать широковещательный канал для поиска своей сети.

Определение необходимых для взаимодействия идентификаторов и широковещательных      параметров сети.

Для правильного функционирования сети необходимо наличие идентификаторов терминалов и точек доступа ,которые  назначаются в ЦСИ перед началом проведения лыжных соревнований .В журнал ИС должны быть записаны номера всех точек доступа через которые должен пройти терминал в ходе соревнований ,так же в журнал ИС записываются идентификационные номера всех участников.

Точка доступа в широковещательных сообщениях передает: идентификатора точки доступа, профиля настройки физического уровня, пакеты временной и частотной синхронизации, номер цикла передачи.

Построение и описание диаграммы состояний, отражающих функционирование точки доступа.

                                Рисунок 4 Диаграмма состояний точки доступа.

     После того как точка доступа собрала информацию с терминалов отправляет её в ЦСИ через интернет .После успешного принятия информации данных в ЦСИ, отправляется уведомление о успешном принятии и очистка журналов, после чего точка доступа выключается на определённое время.