Тема работы:
«Компактная
сеть радиодоступа».
Часть 1.
Выполнили:
студенты группы №218
Ведяскина Юлия,
Широких Дмитрий.
Исходные
данные к проекту:
v Максимальное
количество терминалов в сети: 64
v Радиус
зоны обслуживания: 50 м
v Топология
сети: комбинированная
v Максимальная
скорость передачи информационных данных: 2 Мбит/с
v Тип
местности: помещения
v Вероятность
ошибки на бит, не более Pb: 10-6
v Мощность
излучения подвижной станции Ризл : < 0,1 Вт
v Рекомендуемая
технология передачи: OFDM
v PR:
95%
v Диапазон
частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.
Задачей данного курсового
проекта является разработка компактной сети радиодоступа, которая предназначается для объединения в единую сеть
различных электронных устройств с целью оперативного обмена данными или сбора
данных (технология «умный дом»). Каждый терминал сети может получать в реальном
масштабе времени информацию о других активных терминалах и иметь возможность
обмена сообщениями с любым из них.
Введение.
Разработка компактной сети
радиодоступа, которая рассматривается в данном проекте, будет учитывать
особенности технологии «умный дом». Данная технология представляет собой интеллектуальную систему
управления домом, обеспечивающую автоматическую и согласованную работу всех
систем жизнеобеспечения и безопасности. Основной особенностью такой технологии
является объединение отдельных подсистем и устройств в единый комплекс,
управляемый при помощи автоматики. «Умный дом» включает в себя 5 базовых
подсистем управления: освещением, микроклиматом, безопасностью, электропитанием и общую систему
управления и связи.
Перед нами встаёт задача создать модель сети, с помощью
которой возможно реализовать технологию «умный дом». Представим пути её
решения.
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.
Ø Обоснование
функционального состава радиосети, определение источника и получателя
сообщений.
Структура проектируемой сети
выглядит следующим образом (рис 1):
ТОПОЛОГИЯ СЕТИ – КОМБИНИРОВАННАЯ:
Рис.1 Схема компактной
сети радиодоступа.
При разработке функциональной схемы учитывалась исходная информация
о топологии сети (комбинированная). Разрабатываемая сеть включает в свой состав
неподвижную точку доступа (АР)
и несколько терминалов (групп терминалов). Наличие точки доступа (неподвижной)
обуславливается следующим:
v каждому
терминалу необходимо осуществлять приём или передачу данных от другого терминала в реальном масштабе времени, так как
количество терминалов может достигать 64, то с точки зрения экономии мощности и
эффективности использования канального ресурса разумнее всего осуществлять
передачу с помощью точки доступа.
v значительное
число терминалов сети является неподвижным, следовательно, при использовании
неподвижной точки доступа, можно упростить расчёт энергетических параметров
сети, а также исключить авторегулировку
усиления сигнала в этих терминалах.
v удобная
система управления, которая при наличии фиксированной точки доступа, позволяет использовать
в качестве управляющего устройства несколько
терминалов (при наличии главного терминала, который делает систему иерархичной)
Источником сообщений в сети
является терминал, а получателем сообщения может быть как отдельный терминал,
так и группа терминалов. Например, при необходимости включить освещение можно
включить либо одну лампу, либо лампы во всем доме, подав соответствующую
команду с управляющего терминала.
Ø Краткая
характеристика целевого ПО терминала, пользовательского интерфейса (интерфейса
взаимодействия с внешним объектом).
Организация
сети требует определенного программного
обеспечения для своих компонентов. Для управляющих
терминалов в качестве такого ПО будет применяться
Unix-подобная система,
которая имеет широкое распространение на рынке и на настоящее время обладает
положительным опытом среди пользователей. Остальные терминалы, как и точка
доступа, будут запрограммированы на языке С.
Обобщенная
схема работы сети представлена на рис.2.
Рис.2 Обобщённая
схема работы сети.
Состав схемы пользователя:
Интерфейс пользователя - блок, предназначенный для
взаимодействия управляющего терминала и
пользователя. Входит в состав ПО
пользователя. С этого блока пользователь может оценить состояние любого
терминала (группы терминалов), а также
посылать команды управления какому-либо устройству сети.
Управление терминалами - блок,
предназначенный для обработки команд управления пользователя с целью последующей
ее передачи на L2 уровень.
Входит в состав ПО пользователя. Он формирует исполняемый код, а также приводит
информацию об адресе (адресах) терминалов-получателей команды.
L2 – блок, предназначенный
для обозначения канального уровня
сетевого взаимодействия, который формирует конечный адрес, проверяет
контрольные суммы и делит данные на
пакеты. Данный блок взаимодействует с блоком L2 точки доступа.
L1 - блок,
предназначенный для обозначения физического уровня сетевого взаимодействия,
который выполняет функции, необходимые для успешной передачи данных в
радиоканал.
Состав схемы АР:
Сценарий функционирования сети - предназначен
для определения сценария взаимодействия терминала и АР.
Блок прошивки и проведения измерений
– необходим для прошивки и проведения
измерений с другого устройства через USB-порт.
Блок подключения управляющего устройства
– реализует прямое подключение управляющего терминала к АР при помощи USB-порта (к примеру, в случае, если радиомодуль управляющего
терминала вышел из строя).
Контроллер сообщений – производит чтение
и запись информации о терминалах и команд в
буфер.
Буфер – выступает в качестве
хранилища данных служебного характера, сведений о терминалах (ПЗУ) и содержание
текущей команды (ОЗУ).
Блоки L1
и L2 выполняют
аналогичные функции, за исключением того, что они осуществляют обмен данными со
всеми терминалами сети.
Состав схемы терминала:
Датчики, регуляторы и проч. - устройства, которые непосредственно снимают
информацию о состоянии той или иной подсистемы и выполняют команды.
Микроконтроллер – управляет датчиками,
регуляторами и проч.
Служба управления устройством –
переводит сигнал управления с уровня L2 в исполняемый код, а также
осуществляет обработку сообщений о состоянии терминала с целью ее последующей
передачи на L2 – уровень.
Блоки L1
и L2 выполняют
аналогичные функции, которые рассматривались в схеме пользователя.
Ø Описание
обобщенных функциональных схем терминала и выделенного узла сети, пояснение
цели и места радиомодуля в составе терминала.
Под терминалом (рис. 3)
понимается особый модуль, выполняющий
функции:
v Приём
команды с радиоканала и доведение её до управляемого устройства.
v Считывание
данных с управляемого устройства и передача их по радиоканалу.
v Дежурный
приём по каналу ВССН.
v Переход
в спящий режим для экономия энергии.
В составе терминала можно выделить следующие блоки:
Радиомодуль отвечает за прием и передачу потока битов с заданным
качеством по радиоканалу.
Микроконтроллер содержит информационную подсистему, которая хранит
сценарии поведения управляемого устройства и данные маршрутизации; блок, в котором находятся
данные о состоянии управляемого устройства; а также элемент, который отвечает
за управление работой устройства.
Рис.3
Функциональная схема терминала сети.
К функциям узла (рис.4) можно отнести:
v Передача широковещательного ВССН-сигнала (содержащего в себе ID сети,
флаг доступности, синхронизацию по времени и частоте), а также передача
сведений о терминалах сети по тому же каналу.
v Распределение
канального ресурса по запросу от терминалов.
v Предоставление
канального ресурса.
Рис.4
Функциональная схема выделенного узла сети.
В структуре
выделенного узла радиомодуль
используется для приёма и передачи потока битов по радиоканалу с заданным
качеством.
Сценарий отвечает за порядок взаимодействия точки доступа и
терминала в различных ситуациях.
Блок прошивки и измерений необходим для внесения корректировок в
работу сети, а также для оценки работы физического уровня.
Информационная подсистема хранит данные об адресе передаваемого
сообщения, передаваемое сообщение, информацию о состоянии всех терминалов.
Сетевой контроллер обеспечивает связь точки доступа с управляющим
устройством через USB.
Ø
Пояснение роли выделенного узла сети, анализ
основных видов поддержки, оказываемых выделенным узлом терминалам сети.
Задачи точки доступа делятся
на постоянно исполняемые и интерактивные (рис. 5). К постоянно исполняемым
относится передача сигнала ВССН, который
содержит сведения о терминалах. К интерактивным – приём запросов на выделение
канального ресурса, ответ на данные запросы, выделение канального ресурса (приём
или передача).
Выделенный узел сети исполняет
роль блока, в котором происходит перенаправление сообщений от одного терминала
к другому (другим). Он не является источником сообщений.
К основным видам поддержки
можно отнести:
-каналы синхронизации по
частоте и времени;
-флаги доступности сети
Рис.5.Роль
выделенного узла сети.
1.2.
Обоснование возможности решения поставленной задачи на основании результатов п.1,
описание основных моментов функционирования радиосети.
Особенности функционирования
сети.
При моделировании компактной сети радиодоступа была
применена технология R-Aloha.Суть её
заключается в том, что заявки, поступающие от
терминалов на точку доступа, вступают в конкурентную борьбу. Победивший
терминал первым отправляет заявку на точку доступа, дожидается ответа с кодом
канала передачи данных, после чего может свободно предавать данные без
коллизий, которые возможны только на этапе передачи заявки. Для того, чтобы пронаблюдать особенности данной сети, стоит привести диаграммы состояний АР (рис.6) и терминала (рис. 7). 
Основным
состоянием точки доступа является передача широковещательного сигнала ВССН, на
этом этапе АР передает информацию о ID сети, данные для синхронизации, флаг занятости радиосети
и сведения о всех терминалах сети. После
чего точка доступа переходит в состояние
приёма заявок RACH,
где осуществляется приём служебных сообщений с заявкой на предоставление КР. Затем
АР отвечает на заявки (РСН), ответив, она выделяет свободный канал. По
окончании передачи (по каналу ТСН) точка доступа возвращается в первоначальное
состояние. При необходимости непосредственного вызова терминала с АР после состояния
ВССН она переходит в состояние РСН ( вызывает терминал по каналу подтверждения
запроса на выделение КР).
Рис.7 Диаграмма
состояний терминала сети.
Основной
режим работы терминала - спящий режим, из которого он периодически переходит в
состояние дежурного приема по каналу ВССН. При наличии необходимости передать
данные терминал переходит в состояние передачи заявки на услугу (RACH). После чего, дожидаясь
ответа, переходит либо в состояние передачи данных (получает КР, если есть
свободный канал), либо в состояние сна. Из состояния передачи данных ведётся
дежурный приём на ВССН для
синхронизации.
Список используемой литературы:
1.Бакке А.В.
"Лекции по курсу: Системы и сети связи с подвижными объектами".
2. http://www.razumdom.ru/technology
3.Дж. Гейер «Беспроводные
сети»