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 настоящее время невозможно представить себе современный мир без сетей передачи информации. Однако во многих случаях использование проводных или оптоволоконных линий связи невозможно или экономически нецелесообразно. В этой ситуации одним из наиболее эффективных решений проблемы связи, а зачастую и единственно возможным, является использование радиосетей передачи данных.
Сегодня в любой отрасли экономики для решения задач управления, диспетчеризации и телеметрии применяются радиосети передачи данных. В распределенных системах передачи данных при отсутствии развитой проводной инфраструктуры экономически и технически целесообразной является организация обмена данными с использованием технологических радиосетей.


В данном курсовом проекте необходимо разработать радиосеть передачи данных, удовлетворяющую следующим требованиям:

- минимальный диапазон используемых частот;

- возможность адаптивного изменения мощности передачи;

- возможность адаптивного изменения скорости передачи.

Исходные данные:

Максимальное количество абонентов в сети: 35

 Радиус зоны радиопокрытия: 1,5 км

 Максимальная скорость передачи данных в отдельном сеансе:  DownStream: 1Мбит/с;

 UpStream: 128Kбит/с

Модель предсказания потерь: выбрать самостоятельно

 Тип местности: пригород

 Вероятность ошибки на бит Pb: 3*10-7

 Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 2 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.

Последняя миля — канал, соединяющий конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа провайдера (оператора связи). Например, при предоставлении услуги подключения к сети Интернет последняя миля — участок от порта коммутатора провайдера на его узле связи до порта маршрутизатора клиента в его офисе. Для услуг коммутируемого (dial-up) подключения. Последняя миля — это участок между модемом пользователя и модемом (модемным пулом) провайдера. В последнюю милю обычно не включается разводка проводов внутри здания.

Термин используется в основном специалистами из отрасли связи.

К технологиям последней мили обычно относят xDSL, FTTx, WiFi, WiMax, DOCSIS, PLC. К оборудованию последней мили можно отнести xDSL-модемы, мультиплексоры доступа, оптические модемы и преобразователи, радиомультиплексоры.

Проблема последней мили всегда была актуальной задачей для связистов. К настоящему времени появилось множество технологий последней мили, и перед любым оператором связи стоит задача выбора технологии, оптимально решающей задачу доставки любого вида трафика своим абонентам. Универсального решения этой задачи не существует, у каждой технологии есть своя область применения, свои преимущества и недостатки. На выбор того или иного технологического решения влияет ряд факторов, в том числе:

·         стратегия оператора,

·         целевая аудитория,

·         предлагаемые в настоящее время и планируемые к предоставлению услуги,

·         размер инвестиций в развитие сети и срок их окупаемости,

·         уже имеющаяся сетевая инфраструктура, ресурсы для её поддержания в работоспособном состоянии,

·         время, необходимое для запуска сети и начала оказания услуг,

·         надежности предоставления услуг (срок реакции провайдера на технические проблемы),

·         прочие факторы.

 



     В качестве примера разрабатываемой радиосети передачи данных рассмотрим дачный поселок. С одной стороны системы имеем сеть Internet, с другой -  пользователей. АР принимает потоки данных от пользователей и передает их в Internet, а также получает ответные потоки и передаёт их абонентам. Для того чтобы использовать услуги сети, будущий пользователь должен заключить договор с провайдером. При этом пользователь получает Т, который подключается к стандартному разъёму ОО. На проектируемую систему ложится задача передачи и приема данных (текст, музыка, видео) из узлов Internet.

           В качестве  источника информационных сообщений могут выступать оконечное оборудование (ОО), в этом случае получателем  является узел Internet. Источником может быть и узел Internet, но в этом случае путь по которому  отправляется информационное сообщение, был заранее создан, с помощью запроса Т. Получателем в таком случае является ОО. 

   В контексте решаемой задачи рассматривается взаимодействие двух типов узлов – Точки Доступа (АР), соединенной с внешней сетью, и Терминалов (Т), соединенных с оконечным оборудованием пользователя по определенному стандарту. Источником информационных сообщений является пользовательское приложение, которое формирует запрос к сети,  а получателем – узел сети Интернет. При ответе на запрос источником информационных сообщений может быть и узел Интернет, а получателем Пользователь, чье приложение сгенерировало запрос. Все обмены пакетами данных производятся через точку доступа.

Трафик в данной системе может быть как пульсирующий (burst) - генерирует сеансовые сетевые приложения, такие, как веб-браузеры и почтовые клиенты и потоковый (stream) - генерирует загрузки файлов и мультимедиа-приложения.

Система должна  использовать минимальный частотный диапазон, так как частотный ресурс является дорогим удовольствием. По заданию рекомендуемой технологией передачи является OFDM, одним из достоинств которой является высокая эффективность использования радиочастотного спектра, объясняемая почти прямоугольной формой огибающей спектра при большом количестве поднесущих.

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. Однако в задании вероятность ошибки – 3*10-7, поэтому для ее уменьшения понадобится применять метод помехоустойчивого кодирования (FEC) и автоматический запрос повторной передачи ARQ

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).

            Обобщенная функциональная схема системы изображена на рис.1


 


 

                                     Рис. 1. Обобщенная функциональная схема системы

В системе присутствуют 2 типа функциональных узлов:

1. Точка доступа (АР)

2. Терминал (Т)

            АР соединена с сетью Internet по проводной технологии в соответствии с протоколомEthernet  и с терминалами при помощи единого радиоинтерфейса.. Т сопряжен с ОО по протоколу USB. АР должна обслуживать пользователей своей сети, чтобы безошибочно определять их, каждый Т должен обладать уникальным идентификатором. АР так же обладает идентификатором сети. В системе предусмотрено резервное копирование информационной системы (ИС) АР на удаленный сервер. Предполагается внешнее управление АР - это осуществляет администратор.

Функции администратора:

  • поддержание работоспособности сети и её компонентов;
  • защита данных (введение режима шифрования данных);
  • усовершенствование программного обеспечения и его установка;
  • включение и отключение системы, терминалов;
  • сбор статистических данных о работе сети;
  • архивирование и резервное копирование ИС.

     Функционирование радиосети начинается с поиска сети. Точка доступа передает широковещательное сообщение, которое включает идентификатор АР. При включении терминал осуществляет поиск сети, найдя сеть терминал получает идентификатор АР, сравнивает его с идентификатором, который хранится в информационной системе терминала. Если идентификаторы совпадают, то осуществляется процедура регистрации терминала в сети, если идентификаторы различаются, то терминал продолжает поиск сети. Для того, чтобы терминал зарегистрировался в сети, он должен передать идентификатор Т точке доступа. Точка доступа сравнивает полученный идентификатор Т, с идентификатором Т который хранится в её информационной системе. Если идентификаторы одинаковы, то процедура регистрации закончена. Эти процедуры осуществляются один раз, при включении терминала. При дальнейшем функционировании сети точка доступа последовательно будет опрашивать терминалы, на предмет их активности. Это необходимо для того, чтобы точка доступа знала сколько активных пользователей в сети и принимала решение о количестве подканалов, которые могут быть выделены на каждого активного пользователя, это позволяет увеличить скорости передачи. После завершения регистрации терминал может сделать запрос к узлу Internet. Для этого терминал передает URL-адрес точке доступа, АР сохраняет его в регистр хранения сообщений ИС и ставит в соответствии  идентификатору Т  и отправляет запрос в Internet. Спустя  время Internetприсылает ответ на запрашиваемую страницу точке доступа, АР в соответствии с регистром хранения сообщений находит терминал, который делал запрос на эту страницу и передает сообщение терминалу. 

 

                                                  Рис. 2. Краткая концепция функционирования сети.

            

 Задачи точки доступа: 

  • приём и передача адресных сообщений;

  • приём и обработка запросов от Т;
  • передача общей информации о сети;
  • организация и выделение подканалов связи;
  • сбор статистических данных о работе сети;
  • формирование запросов на повторную передачу.

Задачи Терминала:

  • приём и обработка запросов от АР;
  • формирование запросов на повторную передачу;
  • приём и передача пакетов.

 

                                                     

                                                                                     Рис.3 Функциональная схема АР

 В состав точки доступа входят:

  • радиомодуль  - осуществляет формирование и достоверный прием потока битов, выполняет задачи физического уровня;

  •  модуль проведения оперативных измерений -  определяет параметры сети с точки зрения ее производительности, например, уровень сигнала, оповещает модуль обработки каналов сигнализации и принятия решения, который затем отправляет команду радиомодулю перестроиться на соответствующий профиль функционирования

  •   буфер -  промежуточное хранилище данных, которое при заполнении передает данные терминалам;

  •  модуль извлечения информационных сообщений – требуется для отделения информационных сообщений от служебных;

  •  модуль обработки каналов сигнализации и принятия решения – на основе полученных служебных сообщений определяет каким будет сценарий развития  взаимодействия АР и Т;

  •  информационная система – содержит в себе сведения о всех идентификаторах Т, идентификаторы активных терминалах, идентификатор АР, статистические данные о работе сети;

  • Ethernet контроллер – предназначен для соединения АР с внешней сетью. Связь  с модулем обработки каналов сигнализации и принятия решения обусловлена возможностью обновления сценариев взаимодействия  Т и АР. Связь с ИС обусловлена возможностью обновления данных и резервным копированием на удаленный сервер.


 

                                                     Рисунок 4. Функциональная схема Терминала

 В состав Терминала входят:

  • радиомодуль - отвечает за формирование и достоверный прием потока битов, выполняет задачи физического уровня;

  • модуль извлечения информационных сообщений -  требуется для отделения информационных сообщений от служебных;

  • буфер – промежуточное хранилище данных, предназначен для осуществления ARQ;

  • модуль управления ресурсами терминала -  на основе служебных сообщений определяет, каким образом будет развиваться  сценарии взаимодействия Т и АР;

  • модуль проведения оперативных измерений – определяет параметры сети с точки зрения ее производительности, например, уровень сигнала, оповещает модуль управления ресурсами терминала, который далее отправляет команду радиомодулю. Далее радиомодуль сигнализирует АР, чтобы та приняла решение о перестройке на соответствующий профиль функционирования;

  •  информационная система – содержит  идентификатор Т,  идентификато АР, и статистических данных о работе терминала;

  •     USB контроллер - предназначен для сопряжения терминала с оконечным оборудованием.

 

3. Определение и обоснование структуры информационной системы. Выявление важнейших модулей информационной системы и выявление необходимых связей модулей.



                                        Рисунок 5. Информационная система АР

 Журнал абонентов - содержит в себе всю необходимую информацию о пользователях радиосети (идентификаторы Т, их активность). Все данные, содержащиеся в журнале абонентов, автоматически сохраняются в резервную копию, с помощью ресурсов сети Internet.

  Журнал статистики - содержит такую информацию, как входящий/исходящий трафик, время пребывания в сети, продолжительность сеансов, идентификатор Т.

     Информация о АР –идентификатор АР, служебные характеристики.
В блоке сведения о сети, происходит сбор статистических данных о работе сети для дальнейшего управления и адаптации к изменениям условий.
Модуль управления является, так называемым, программным обеспечением точки доступа. В нем прописаны все сценарии взаимодействия  АР. Модуль управления, получив сведения о сети, выбирает необходимый сценарий взаимодействия сети в данной ситуации.
Сценарий взаимодействия (профили работы), изменение данных профилей, в зависимости от ситуации, оптимизируют работу данной сети. 
В регистре хранения сообщений хранится URL-адрес, запрашиваемый пользователем. Каждому запрошенному URL-адресу ставится в соответствие идентификатор Т.

 

 

                                                                             Рисунок 6. Информационная система Т.

             Сведения о АР – необходимые сведения (идентификатор АР, наименование сети ) для регистрации терминала в сети.

Информация о терминале     персональный  идентификатор Т,  данные  пользователя.

Журнал статистики – информация о времени вхождения в сеть, времени отключения от неё, входящий и исходящий трафик.

 

 

 

Список используемой литературы:

1. http://infocom.uz/2006/07/19/problema-posledney-mili-i-vyibor-resheniy/

 

2. http://old.kv.by/index2002400801.htm

3. http://omoled.ru/publications/view/291

4. http://omoled.ru/publications/view/295

5. http://omoled.ru/publications/view/292

6. http://omoled.ru/publications/view/296

7http://omoled.ru/publications/view/425 

9. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. - М., Техносфера, 2006 г.

10. Саутина М. Радиосеть передачи данных.  http://omoled.ru/publications/view/460