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: 100м

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

·       Тип местности: городская застройка

·       Вероятность ошибки на бит, не более 

·       Мощность излучения :

·       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)) 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.

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 архитектуру решения. (Рис. 1) 


Рис. 1 Архитектура решения.

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 и пользовательского интерфейса.


Рис.2 характеристика целевого ПО.

Основной задачей, возлагаемой на ПО рассматриваемой сети, является обеспечение удаленного управления любым из затребованных оператором командного узла (КУ) терминалов (Т) (Рис.2). Целью подобного управления является доставка команд КУ на требуемый Т. сети, с целью получения от него аудио и видеоинформации. Предлагаемое решение состоит в реализации наборов команд управления терминалами, направленными на реализацию канала связи посредством нескольких Т., для обеспечения соединения пользовательского интерфейса КУ с периферийными устройствами оконечного Т. По требованию оператора командного узла, в любой момент времени, информация может быть затребована с другого терминала. В этом случае генерируется сообщение, содержащее соответствующую команду и отправляется на оконечный и ретранслирующие Т. с целью остановки трансляции. После чего, создается сообщение с набором команд для другого комплекта Т., и цикл операций повторяется до завершения функционирования сети. Главным преимуществом разрабатываемой сети является абсолютная взаимозаменяемость терминалов.  

Функции терминала:

- Постоянное прослушивание канала связи;

- Получение команд и их применение, или ретрансляция;

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

- отправка координат на КУ.

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


Рис.3 обобщенная функциональная схема терминала.

В состав функциональной схемы терминала входят:

- Радиомодуль – предназначен для приема/отправки, с заявленной скоростью и достоверностью потока битов.

-Служба управления терминалом – обслуживание протоколов взаимодействия с другими терминалами, а также внутренних устройств.

-Информационная подсистема – обеспечивает хранение таблиц маршрутизации, хранение микропрограммного обеспечения, протоколов управления и взаимодействия с внешними устройствами.

-Драйвер периферийных устройств – служит программной поддержкой подключения периферийных устройств (которым мжет являться ПК оператора КУ).

- Периферийные устройства – фотодатчик, аудио датчик, GPS-трекер, или персональный компьютер.

Функции командного узла:

- инициация заполнения таблиц маршрутизации;

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

- мониторинг координат терминалов посредством GPS – трекеров;

-предоставление принятых данных оператору КУ.

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 и широковещательных сообщений.


Рис.3 анализ основных видов поддержки, оказываемых выделенным узлом терминалам сети.

Широковещательные сообщения поиска рассылаются в начале функционирования сети  и адресуются всем терминалам, находящимся в его зоне радиопокрытия. Предназначены для заполнения таблиц маршрутизации Т., если в зоне доступа терминала получившего сообщение нет нужного Т, то сообщение отсылается далее до достижения искомого. Далее оконечный Т, которому и было адресовано сообщение, отправляет ответ на терминал инициализирующий поиск, а терминалы записывают данные в таблицу маршрутизации по пути, которым прошло сообщение.
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.

Исходя из п.1.1 следует, что в целом реализация данной 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 поиске нужного ему терминала на Т., заходящиеся в его зоне радиовидимости. Если искомого терминала нет, то терминалы рассылают это сообщение терминалам далее. Последовательно записывая маршрутную информацию в таблицу маршрутизации (ТМ). После обнаружения сетью искомого Т. он отправляет сообщение на КУ по маршруту с наименьшей метрикой (числом посредствующих терминалов). КУ принимает решение об отправке запроса на трансляцию данных, после чего Т. начинает ее осуществлять.

Для корректной работы сети в целом следует рассмотреть вопрос о синхронизации терминалов, участвующих в доставке информации. С этой целью данные синхронизации записаны в преамбуле широковещательного или служебного сообщения распространяемого между терминалами. Таким образом, в начале работы синхронизация происходит всех терминалов (ретрансляторов и оконечного терминала) с терминалом при КУ.

Исходя из рассмотренного выше, следует сформировать диаграмму состояний терминала (Рис.4)


Рис. 4  Диаграмма состояний терминала.

Далее следует дать краткую характеристику каждому из состояний терминала:

1) Сон – прослушивание канала, в ожидании сообщения широковещательного характера;

2) синхронизация – применение значений временных меток, заложенных в широковещательном или служебном сообщении;

3) установление маршрутов соединения;

А) аутентификация/идентификация передающего Т;

Б) дополнение  маршрутных данных своим ID;

В) передача широковещательного сообщения далее в сеть.

Исходя из вышесказанного, следует выделить основные состояния Т

1) Терминал бездействует;

2) Терминал – источник трафика;

3) Терминал – ретранслятор трафика.

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.