Локальная радиосеть.

Часть 1.

Выполнили: ст.гр 218

Волков И.Ю,

Севостьянова К.В.

Задача курсового проекта состоит в проектировании системы ,предназначенной для объединения в единую радиосеть различных электронных устройств с целью оперативного обмена данными. Каждый терминал сети должен получать в реальном масштабе времени информацию о других активных терминалах и иметь возможность обмена сообщениями с любым из них.  

Исходные данные к проекту:

·         Максимальное количество абонентов в сети: 30;

·         Радиус зоны обслуживания: 80 м;

·         Максимальная скорость передачи данных в обоих направлениях : 8 Мбит/с;

·         Тип местности: городская застройка;

·         Вероятность ошибки на бит, не более ;

·         Мощность излучения подвижно станции ;

·         Рекомендуемая технология передачи: OFDM;

·         PR: 85 %;

·         Самостоятельно выбираем  диапазон частот и вид модуляции.

1.1. Архитектура решения: обоснование функционального состава радиосети,определение источника и получателя сообщений. Краткая характеристика целевого ПО терминала, пользовательского интерфейса (интерфейса взаимодействия с внешним объектом). Описание обобщенных функциональных схем терминала и выделенного узла сети, пояснение цели и места радиомодуля в составе терминала.Пояснение роли выделенного узла сети, анализ основных видов поддержки, оказываемых выделенным узлом терминалам сети.

Локальная радиосеть – это беспроводная сеть, в которой передача сигналов осуществляется на границах высоких частот. Для дальнейшего проектирования  необходимо выбрать конфигурацию  сети, так как  она определяет требования к оборудованию, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. С этой точки зрения WLAN имеет два совершенно разных подхода к реализации: структурированная сеть и сеть типа AdHOC. Рассмотрим подробнее каждую из них.

Структурированная сеть

Основной особенностью структурированной сети (рис. 1) является наличие точки доступа (ТД). ТД выступает в роли стационарного коммутатора, объединяющего электронные устройства  в одну сеть. ТД осуществляет  процессы, связанные с установлением, контролем соединения между абонентами и передачу данных от одного абонента другому. Такой способ организации сети позволяет упростить управление доступом к сети и избежать коллизий.

 

Рис. 1 Структурированная сеть

Сеть Ad Hoc

Отличительной особенностью сети типа Ad Hoc (Рис. 2) является то, что каждый абонент сети соединяется с другим абонентом непосредственно, используя метод соединения точка-точка. В сети типа Ad Hoc терминалы должны быть технически более сложные за счет того, что на них ложатся функции сетевого узла. Терминал должен получать доступ к сетевым ресурсам при помощи процедур многостанционного доступа, маршрутизировать передаваемые пакеты и устанавливать их приоритеты, что увеличивает энергопотребление терминалов. Также в сетях типа AdHoc не предусмотрено наличие администратора, который контролирует работу сети.


Рис. 2 Сеть типа AdHoc

Задача сети: обмен информацией и данными между пользователями сети при наименьшей затрачиваемой энергии,гибкость системы.Исходя из этих условий, выберем модель структурированной сети.

Источниками и получателями информационных сообщений будут являться пользователи локальной сети и глобальная сеть Internet. 

 

Основные услуги, предоставляемые сетью:

·         передача текстовых сообщений абонентам сети;

·         обмен данными между абонентами сети;

·         широковещательная рассылка информации;

·         доступ абонентам к сети internet.


Рис. 3 Схема разрабатываемой сети

Функции администратора:

·         Осуществляет управление точкой доступа (вкл/выкл, настройка);

·         Контроль трафика;

·         Контроль над состоянием сети (сбор статистических данных).

Функции точки доступа:

·         широковещательная рассылка системной информации (ID сети, идентификатор точки доступа);

·         организация соединения между терминалами;

·         предоставление доступа во внешнюю сеть;

·         аутентификация и идентификация абонентов;

·         синхронизация всех абонентских терминалов;

·         хранение принятой или передаваемой информации до получения отчета о доставке/приеме от необходимого терминала и формирование собственного отчета терминалам.

Исходя из функций и задач, поставленных перед точкой доступа (ТД), можно составить следующую функциональную схему:


Рис. 4 Функциональная схема ТД

Сетевой контроллер –устройство обеспечивающее доступ к проводной сети связи  по средствам технологии Ethernet.

Радиомодуль–блок обеспечивающий прием и передачу потока битов по радиоканалу. В нем происходит модуляция и демодуляция сообщения,помехоустойчивое кодирование/декодирование,подготовка к излучению (перенос на повышенную частоту, усиление) и собственно, излучение сигнала в эфир.

Блок служебной связи – отвечает за работу со служебной информацией, необходимой для корректной работы сети. В его функции входит формирование BCCH сигнала, аутентификация пользователей, сбор и обработка данных телеметрии.

Блок управления«мозг» точки доступа, организующий и контролирующий работу всех остальных блоков.

Буферустройство,предназначенное для временного хранения передаваемой информации (например, в ожидании ответа адресата о готовности к приему).

Информационная система состоит из двух составляющих: энергонезависимое ПЗУ и энергозависимое ОЗУ. В ней хранятся данные статистики, данные аутентификации, данные об услугах и пользователях, «расписание» работы ТД, сценарии соединения, и пр.

 

            Функции терминала:

·         прослушивание канала для получения широковещательных данных о сети;

·         формирование и передача запроса точке доступа на регистрацию и предоставление канала связи;

·         формирование и передача сообщения и отчета о доставке;

·         проведение измерений уровня сигнала для улучшения качества связи;

·         синхронизация с сетью;

·         преобразование данных (модуляция/демодуляция, кодирование/декодирование);

·         переход в спящий режим.

Исходя из функций терминала, предложена следующая функциональная схема:


Рис. 5 Функциональная схема терминала

Функции большинства блоков аналогичны функциям таких же блоков в точке доступа. Следует лишь отметить то, что блоки в терминале менее производительны, чем их аналоги в точке доступа. Это обусловлено меньшим объемом обрабатываемой информации.

Информационная система здесь содержит лишь ПЗУ с записанными сценариями соединения и служебной информацией о терминале (ID, последние подключенные устройства и т.д.).

Вместо сетевого контроллера в терминале используется USB контроллер, который позволяет использовать (при наличии необходимого ПО) терминал практически любым устройством с USB-портом.

 

Краткая характеристика целевого ПО


Рис. 6 Обобщенная схема работы сети

 

Физический уровень – это самый нижний уровень системы, который отвечает за кодирование передаваемой информации в уровень сигналов, принятый в среде передачи, и обратное декодирование. Здесь же определяются требования к соединениям, разъёмам, электрическому согласованию, заземлению, защите от помех.

Канальный уровень также называется уровень управления линией передачи, отвечает за формирование пакетов стандартного вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи и производится повторная пересылка приёмнику ошибочных пакетов.

Сетевой уровень отвечает за адресацию пакетов и перевод логических имён в физические сетевые адреса(и обратно).

Модуль преобразования сообщений пользователя-преобразует сообщение пользователя к сообщению канального уровня(к битам),добавляя при этом дополнительную информацию о том,кому адресовано данное сообщение(какому приложению) и кто является адресатом.

Служба управления сценариями соединения-производит управление радиомодулем,в частности выбор помехоустойчивого кода,выбор вида модуляции, выделение широковещательной информации от сообщений, предназначенных пользователю.

1.2.Обоснование возможности решения поставленной задачи на основании результатов п. 1.1., описание основных моментов функционирования радиосети. Пояснение роли выделенного узла сети.

Выделенный узел сети (точка доступа) в рассматриваемой сети выступает в роли управляющего и маршрутизатора. Он управляет поведением терминалов,  может ограничивать или вовсе запрещать активность некоторых терминалов – в этом выражается роль выделенного узла как управляющего узла. Весь трафик сети сначала приходит на точку доступа и затем ретранслируется получателям согласно адресной таблице записанной в ТД – в этом выражается роль выделенного узла как маршрутизатора.

Рассмотрим основные моменты функционирования сети, а именно:

1.      Включение ТД и инициализация сети;

2.      Администрирование сети;

3.      Подключение терминалов к ТД;

4.      Обмен сообщениями между участниками сети;

5.      Обновление и расширение сети.


Рис. 7 Сценарий соединения двух терминалов

 

Включение ТД и инициализация сети

При включении ТД, начинается инициализация блока управления. Блок управления в свою очередь инициализирует все остальные блоки и,если при инициализации ошибок не обнаружено, передает блоку служебной связи (БСС) команду на начало работы. БСС считывает из памяти данные о сети (ее ID, пароль) и начинает формировать сигнал BCСН. Сформированный сигнал передается на радиомодуль для последующего излучения. ТД переходит в режим ожидания.

Администрирование сети

Администрирование и управление сетью может осуществляться как с любого терминала беспроводной сети, так и с устройства подключенного через Ethernet. Средством управления ,например ,является веб-интерфейс, к которому можно обратиться через любой интернет-браузер. Администратор может изменять различные параметры сети (имя сети, пароль и т.д.), накладывать ограничения на количество трафик отдельным пользователям и группам пользователей, вести мониторинг всей сети.

Подключение терминалов к ТД

    При включении терминала происходит аналогичные действия. Когда терминал инциализирует сообщение канала BCCH, пользователю предлагается подключиться к сети. При его согласии терминал отправляет запрос ТД. В запросе указывается пароль, необходимый для доступа и ID терминала. При получении запроса ТД обращается к информационной системе и проверяет, имеет ли данный пользователь право на подключение. Если пара ID-пароль совпадает, то терминал подключается к сети и ТД зачисляет его в список активных терминалов.

Обмен сообщениями между участниками сети

Перед передачей сообщения терминал запрашивает у ТД готовность получателя к принятию сообщения. Если получатель не отвечает в течении определенного времени (после определенного числа попыток), то отправителю приходит соответствующий ответ и передача прерывается. Если получатель готов к приему, терминал-отправитель передает сообщение точке доступа. Точка доступа пересылает сообщение соответствующему получателю. Терминал-получатель сравнивает контрольные суммы и при наличии ошибки запрашивает у отправителя пакет заново.

Обновление и расширение сети

При необходимости обновления «прошивки» администратор, через веб-интерфейс ТД,может обновить как саму ТД,так и все терминалы. Для расширения сети администратору достаточно заказать новые терминалы и вписать их в базу пользователей ТД.

 

Исходя из вышесказанных выкладок можно сделать вывод, что проектируемая сеть может выполнять возложенные на нее задачи.



Список используемой литературы:

1. Бакке А.В. "Лекции по курсу: Системы и сети связи с подвижными объектами".

2. Маковеева М.М.,Шинаков Ю.С. "Системы связи с подвижными объектами".

3. Скляр Б. "Цифровая связь".

4. Статья "Локальная радиосеть.Часть 1."Жуков А.Ю.-http://omoled.ru/publications/view/598.