Рис 1. иллюстрация функционирования системы.

В нашей системе имеет место всего 1 выделенный узел, как показано на рис1 – это Базовая станция, так же в системе присутствуют такие неотъемлемые компоненты как: подвижный терминал, удалённое хранилище(необходимо для перестраховки от чрезвычайных ситуаций, например попадание молнии либо просто выхода из строя блока памяти базовой станции ) и основной элемент системы - это цифровая АТС (Asterisk). Управление всеми услугами программируется администратором сети и хранится в базе данных системы, куда обращается АТС. АТС через базовую станцию осуществляет установку соединения между абонентами  внутри сети и сетью ТФОП, выполняет функции маршрутизации вызовов, управление вызовами, вещает общую информацию о сети и предоставляет основные и дополнительные услуги. Так же она осуществляет управление сценариями взаимодействия с МС и коммутации трафика, подсистемой радиоизмерений (вытекает из ТЗ – возможность адаптивного изменения уровня мощности). В этот комплекс должны войти следующие элементы: трансмиттер для приёма и передачи информации от MS к BS и обратно, система питания (электросеть общего пользования и аккумулятор – в случае отключения общей линии электропередачи ), блок памяти, процессор RTOS, модуль доступа к сети интернет и к ТФОП, как показано на рис 2.

Рис 2. Блок-схема базовой станции.

Терминал в свою очередь должен обладать необходимым функционалом и интерфейсом, выполнять ряд необходимых задач. В него должны быть вмонтированы следующие узлы и элементы(блок-схема изображена на рис 3): приёма-передатчик (трансмиттер), элемент питания,RTOS(операционная система, работающая в реальном времени), интерфейс взаимодействия с пользователем, звуковая подсистема, и подсистема файлов. Все это следует из задач, которые ложатся на подвижный терминал. Это постоянный мониторинг сети и отслеживание уровня мощности сигнала, реализация сценариев соединения, хранение информации (идентификационной, пользовательской-абонентской, такой как серийный номер  или записная книжка), и конечно же мобильность.

Рис 3. Блок-схема терминала.

1.1.  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.

Разумеется, в компактной системе радиотелефонной связи имеет место информационная подсистема (ИС). Схема этой подсистемы представлена на рис 4. 

Рис 4. Информационная подсистема сети.

Информационная подсистема базовой станции является 

Информационная подсистема цифровой АТС станции является самой ёмкой в разрабатываемой сети, и она включает в себя следующие компоненты: базу регистрационных номеров и адресов всех участников системы. К этой базе обращаются терминалы при регистрации и при посылке вызова, так же в ней хранятся ID БС и IP хранилища. ИС цифровой АТС включает в себя необходимые списки и журналы, такие как : журнал онлайн пользователей – это журнал в котором отображены результаты мониторинга сети, точнее абоненты которые на данный момент находятся в сети, журнал активных пользователей (тех кто на данный момент пользуется какой-либо услугой),  занятости каналов, тарификации и абонентских счетов. Журнал занятости каналов предоставляет БС информацию о занятых и свободных каналах для предоставления свободного канала по требованию терминалов. Журнал тарификации и журнал абонентских счетов необходимы для выставления счета за оказанные услуги и для того чтобы узнать имеет ли абонент достаточно средств для запрашиваемой услуги соответственно.   

ИС внешнего хранилища является по своей сути копией (слепком) ИС Цифровой АТС станции, плюс база данных базовой станции.

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 практически любой системы подвижной радиосвязи представляет собой многоуровневую иерархическую структуру. Каждый уровень системы предназначен для ряда определённых задач, решением каждой задачи в пределах одного уровня занимаются сервисы (службы). Доступ к сервису текущего уровня возможен со стороны вышележащего уровня, взаимодействие объектов смежных уровней осуществляется по средствам интерфейса. Взаимодействие служб одного уровня, но разных узлов строится в соответствии с протоколом соединения. Службы ниже перечисленных уровней могут предоставлять услуги передачи данных с разным качеством. Уровень качества предоставляемой услуги задаётся в соответствии с профилем уровня. Профиль – это набор параметров в соответствии, с которым осуществляется конфигурирование нижележащих слоёв. Каждому профилю ставится в соответствие набор правил, определяющий качество передачи.

Иерархическая структура нашей системы по заданию строится в соответствии с моделью OSI. Всего в модели присутствуют семь уровней как это показано на рис5. (слева).

Рис 5. Общая и разрабатываемая модель OSI .

 Опишем проектируемую систему радиотелефонной связи с точки зрения её построения через эталонную модель OSI. Верхние уровни модели, а именно: прикладной, представительский и сеансовый, объединим в один уровень –уровень принятия решений. Здесь закладываются всевозможные сценарии взаимодействия базовой станции (БС) и терминала (Т), в том числе и вопрос о выделении абоненту канального ресурса. Уровень принятие решений реализован в виде специализированных программных алгоритмов Центра Коммутации.

Следующий уровень в иерархии  - транспортный. Он обеспечивает надежный механизм обмена данными, контролирует отсутствие ошибок в принимаемых данных, расположение пакетов в соответствующем порядке, их полноту.  Учитывая относительную простоту системы, связанную  в большей мере с небольшим количеством обслуживаемых абонентов, в нашей системе эти функции делегируются на канальный уровень, поэтому транспортный уровень реализоваться не будет.

Рассмотрим ещё один уровень модели OSI – сетевой уровень. Основные задачи этого уровня – выбор маршрутов пересылки пакетов данных, а так же управление их потоками в процессе взаимодействия нескольких сетей.  В нашей системе используется одна простая сеть, следовательно, сетевой уровень в проектируемой системе не затрагивается.

Рассмотрим подробно два основных уровня модели OSI  - канальный и физический.

Основной задачей канального уровня является установление, проведение и прекращение соединения. Базовая станция по каналу BCCH передает широковещательную информацию всем терминалам, находящимся в пределах её зоны обслуживания. Мобильный терминал по каналу RACH передает запрос на проведение сеанса связи. После рассмотрения запроса, на основании решения о предоставлении/отказе абоненту, БС выделяет пользователю свой фиксированный физический канал для передачи голосовых сообщений. Отметим, что канальный уровень оперирует сообщениями двух видов – служебное сообщение и сообщение канала трафика.  Последнее, пройдя через  канальный уровень без изменений, выдается абоненту.

В функции канального уровня так же входит обнаружение и исправление ошибок. Замечу, что в концепции рассматриваемой системы исправление ошибок по методу ARQ не представляется возможным, так как пакеты сообщений в радиотелефонии передаются в режиме реального времени.

Физический уровень – нижний уровень модели OSI. Обеспечивает установление и управление физическим каналом. Реализует механические, электрические, функциональные и процедурные аспекты взаимодействия двух сетевых устройств. Основной задачей ФУ является надежная передача потока битов, поступающего с верхнего (канального уровня).

Рассмотрим обеспечение на физическом уровне  следующих задач:

Реализация метода доступа к среде. Существуют различные способы доступа к физической среде. Например, с кодовым разделением каналов (CDMA), частотным разделение каналов (FDMA), временным разделением каналов (TDMA).

Исходя из технического задания, в проектируемой системе необходимо использовать минимально возможный диапазон частот, следовательно, метод FDMA не применим в данной системе. При TDMA физическим каналом является временной слот с определенным номером, которому отводится определенный сеанс связи. Для реализуемой радиотелефонной системы он наиболее выгоден, остановим свой выбор на данном методе доступа к среде. 

Модуляция и демодуляция. Для использования в качестве средства передачи радиоинтерфейс, необходимо наличиемодулятора/демодулятора, обеспечивающего при этом как можно меньшую занимаемую полосу частот и необходимую достоверность. 

Синхронизация. Для реализации синхронизации в системе будем использовать фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ). 

Восстановление параметров радиосигнала (устранение интерференции). Для устранения многолучевости и интерференции в проектируемой системе будем использовать эквалайзер, опирающийся на передаваемую настроечную последовательность, добавляемую в специальное поле пакета ФУ. 

Для борьбы с пакетами ошибок в системе есть простой, но эффективный способ, не вносящий избыточности и передаваемое сообщение. Это перемежение. В общем случае, выбор глубины перемежения зависит от двух факторов. С одной стороны, чем больше расстояние между соседними символами, тем большей длины пакет ошибок может быть исправлен. Но, чем больше глубина перемежения, тем сложнее аппаратно-программная реализация оборудования и больше задержка сигнала. В нашей системе в связи с относительно небольшими расстояниями передачи (по условию, заданному в ТЗ, радиус зоны обслуживания составляет  400м) и малой вероятностью возникновения пакетов ошибок, целесообразно использовать относительно не глубокое перемежение.

Для повышения достоверности передачи данных путем устранения битовых ошибок будем использовать модуль помехоустойчивого кодирования (FEC). 

В проектируемой системе целесообразно использовать кодеки с высокой степенью сжатия речи при ограниченной полосе.  Остановлю свой выбор на кодеке G.723.1, использующем технологию кодирования речевой информации, сокращённо называемую – MP-MLQ (Multy-Pulse – Multy Level Quantization – Многоуровневая Импульсная, Многоуровневая Квантизация). Его можно охарактеризовать, как комбинацию  АЦП\ЦАП и вокодера. Применение вокодера позволит снизить скорость передачи данных в канале.

Получившаяся иерархическая модель разрабатываемой системы, в соответствиями с рекомендациями OSI представлена на рис.6.

Список используемой литературы:

1. Лекции по курсу "Основы теории массового обслуживания". Соколов С.Л. Рязань 2011г.

2. Лекции и слайды по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами" Бакке А.В. Рязань 2012

3. Компактная система радиотелефонной связи.Статья 1. http://omoled.ru/publications/view/322