Радиосеть передачи данных

Часть 1

 

Выполнили:

Ст. гр. №218

Минаков В.А.

Асеева Е.С.

 

 

 

 

         Задание курсового проекта состоит в проектировании радиосети, предназначенной для оперативного обмена данными между подвижными объектами, без использования специально выделенных сетевых узлов. Каждый терминал сети оснащается аудио, фото и другими датчиками, информация с которых может быть затребована командным узлом радиосети.

          Требования к системе:

- Адаптация сети к изменению местоположения терминалов;

- Постоянная проверка работоспособности терминалов командным узлом радиосети.

Исходные данные к проекту:

·       Максимальное количество абонентов: 45

·       Радиус зоны обслуживания: 100 м

·       Гарантируемая скорость передачи данных: 0,1 Мбит/с

·       Тип местности: городская застройка

·       Вероятность ошибки на бит, не более P_b: 10^-6

·       Мощность излучения P_изл: <0,1 Вт

·       PR: 75%

Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

    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.

 

Данная система предназначена для оперативного обмена данными без специально выделенного сетевого узла. Таким образом, сеть будет основываться на децентрализованной архитектуре или сеть типа Ad-hoc (Рис.1) (который также называют Independent Basic Service Set (IBSS), или peer – to – peer (точка - точка)). Преимуществами данной архитектуры является удобство быстрого развертывания сетей, свободно меняющаяся топология, а также огромная устойчивость сети к «разрывам» каналов связи, так как, каждый терминал исполняет роль маршрутизатора. Недостатками данной архитектуры является сложность алгоритмов маршрутизации и значительная уязвимость для различного рода атак злоумышленников.

 

Рис. 1 структурная схема сети Ad hoc.

В состав сети будет включен командный узел (КУ), предназначенный для сбора информации с каждого из терминалов сети и предоставления ее оператору.

Резюмируя вышесказанное, требуется определить структурную схему сети. (Рис. 2)

Рис. 2 Структурная схема разрабатываемой сети.

Задача данной сети обеспечить связь между терминалами с целью трансляции информации на командный узел, в условиях городской застройки.

В данной схеме каждый терминал является маршрутизатором для передачи сообщений другого терминала на командный узел радиосети.

Таким образом, источником сообщений является терминал, а получателем командный узел радиосети.

Краткая характеристика целевого ПО

Основная задача программного обеспечения функционирующего на терминале – это обслуживание сценариев взаимодействия элементов сети, внутренних элементов терминала, а также кодеков сжатия звука и изображения.

Задача ПО установленного на компьютере командного узла значительно шире. В частности в список задач входит прием данных с  GPS-трекеров и их вывод на экран ПК в удобной форме. Также обслуживание кодеков фото и аудиоданных, вывод их на экран компьютера КУ. Помимо этого требуется и непосредственное участие командного узла во взаимодействии между терминалами и, как следствие, обслуживание сценариев взаимодействия и таблиц маршрутизации.

Функции терминала:

- Запись аудио и фотоданных в информационную подсистему;

- Постоянный контроль доступности соседних терминалов и корректировка таблиц маршрутизации;

- отправка аудио и фотоинформации на командный узел сети по его запросу;

- постоянная отправка координат на КУ.

Исходя из задач терминала, обобщенная функциональная схема примет вид: (Рис. 3)

Рис. 3 Функциональная схема терминала

В состав функциональной схемы терминала входят:

- Радиомодуль – предназначен для приема/отправки, с заявленной скоростью и достоверностью потока битов, адресованных как командному узлу, так и другим терминалам.

-Сценарий взаимодействия – отвечает за «поведение» устройства в ситуациях, когда оно взаимодействует с внешними устройствами.

-Информационная подсистема – обеспечивает хранение таблиц маршрутизации, запись и долговременное хранение информации, полученной с периферийных устройств.

-Интерфейсное устройство – обеспечивает согласование периферийных устройств и радиомодуля.

- Периферийные устройства – фотодатчик, аудио датчик, GPS-трекер.

 

Функции командного узла:

- инициация начала работы сети;

- отправка запросов на получение аудио и видеоданных с любого из терминалов находящегося в сети;

- мониторинг координат терминалов посредством GPS – трекеров;

-мониторинг работоспособности терминалов;

-запись в информационную подсистему принятых данных от терминалов сети.

Исходя из задач командного узла обобщенная функциональная схема примет вид: (Рис. 4)

 

Рис. 4 функциональная схема КУ.

Сетевой контроллер – обеспечивает доступ устройства к персональному компьютеру (ПК) посредством применения технологии Ethernet.

Другие элементы схемы аналогичны рассмотренным ранее, в рамках функциональной схемы терминала сети.

Роль командного узла сети

Командный узел предназначен для генерации служебных сообщений посредством интерпретации команд оператора КУ. Также он осуществляет синхронизацию терминалов сети, посредством которых обеспечивается передача информации, чувствительной к задержкам (звуковая информация), передача служебных сообщений и сообщений поиска.

Сообщения поиска рассылаются в начале функционирования сети  и адресуются всем терминалам. Предназначены для заполнения таблиц маршрутизации Т.
К служебным сообщениям относятся запросы на передачу речи или ее прекращение, или ответ на запрос. Причем, как говорилось выше, КУ должен генерировать служебные сообщения для терминалов и принимать их, в то время как Т может только принимать сообщения от командного узла. Отсюда следует что в нашей системе КУ является ведущим устройством, а Т – ведомым.

Функции оператора КУ включают в себя выбор терминала, с которого будет осуществлена передача информации, визуальный контроль, за географическим положением терминалов посредством специализированного ПО и принятие решений об обновлении таблиц маршрутизации в ручном режиме (при необходимости).

1.2 Обоснование возможности решения поставленной задачи на основании результатов п1.1, описание основных моментов функционирования радиосети. Пояснение роли выделенного узла сети.

Особенности функционирования сети

Для функционирования сети типа Ad hoc немаловажным фактором является заполнение таблиц маршрутизации. Визуальное представление этого дает диаграмма состояний терминала. (Рис. 5) Этот процесс начинается, когда командный узел передает сообщение о начале работы на терминал, находящийся в зоне его радиопокрытия (Т1). Далее Т1 начинает поиск остальных терминалов сети, для этого он отправляет широковещательное сообщение в сеть с целью обнаружения Т2. После получения подтверждения идентификации Т2, в таблицу маршрутизации Т1 записываются данные о маршруте подключения к Т2. Данный процесс повторяется до обнаружения всех терминалов находящихся в сети. В случае если какой либо терминал не обнаружен, Т1 отправляет отчет на командный узел об ошибке обнаружения терминала с определенным ID. На КУ происходит анализ полученной информации и, в случае необходимости, повторный поиск ранее не обнаруженного терминала, или о временном исключении его из списка заявленных, до востребования.

После успешной идентификации терминалов оператор КУ может отправлять запросы на трансляцию аудио или фото сигнала. Для этого оператор КУ посылает сообщение некоторому требуемому терминалу, по заведомо известному маршруту и начинает осуществлять прием данных.

Также в техническом задании отмечено требование адаптации сети к изменению местоположения терминалов. Для реализации данного аспекта предложено внедрение в структуру терминалов и командного узла GPS-трекера, информация с которого будет передаваться на КУ (также оснащенный трекером) по служебным каналам независимо от передачи фото и аудиоинформации. На командном узле полученные координаты GPS будут систематизироваться специализированным программным обеспечением, и интерпретироваться в доступную для оператора форму. Так как терминалы, рассматриваемые в данном курсовом проекте можно рассматривать как малоподвижные, то обновления данных таблиц маршрутизации будет происходить по требованию оператора КУ, или в автоматическом режиме, по результатам оценки их координат и координат КУ. Для этого программа вывода GPS координат на экран должна «знать» достаточно точные координаты  и приблизительную зону радиопокытия каждого из терминалов. В случае выхода какого либо Т из зоны действия соседнего устройства, маршрут к этому терминалу должен быть обновлен без обрыва передачи информации на КУ.

Наличие факта передачи информации о местоположении терминалов, в то же время, будет служить критерием функционирования того или иного элемента сети.

 

 

Рис. 5 Диаграмма состояний терминала.

Исходя из особенностей функционирования радиосети, следует разработать диаграмму состояний командного узла. (Рис. 6)

Рис. 6 Диаграмма состояний командного узла.

Описание диаграммы состояний КУ:

- Выход из ждущего режима по требованию оператора;

- отправка сообщения поиска на Т находящийся в зоне действия КУ;

- прием ответа от терминала;

- отправка служебного сообщения о запросе на передачу данных;

- подтверждение терминалом готовности передачи данных;

- прием данных от терминалов сети.

 

 

 

 

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.http://omoled.ru/publications/view/443.