Тема работы:

«Высокоскоростной радиомост»

Часть 1.

Выполнили:
Студенты группы 218
Исаев М.О.
Симонова Ю.С.



Исходные данные к работе:
  • Радиус зоны радиопокрытия: 300 м
  • Максимальная скорость передачи данных в обоих направлениях: 8Мбит/с
  • Тип местности: городская застройка
  • Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 10-7
  • Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,5 Вт
  • Рекомендуемая технология передачи: OFDM
  • PR: 80%
Целью данной курсовой работы является разработка системы обеспечивающей высокоскоростную передачу данных между двумя сетевыми узлами с использованием топологии «точка-точка». Инициатором связи может быть любой узел.

    1.1 Архитектура решения
        1.1.1 Обоснование функционального состава радиосети, определение источника и получателя сообщений

    В рамках курсовой работы нам необходимо разработать радиосеть, основной функцией которой является достоверная доставка информации между абонентами сети - пользователями, использующими для этого терминалы, способные использовать физическую среду для передачи данных.
    В соответствии с техническим заданием, терминалы могут меня свое местоположение в зоне радиопокрытия - городе с нестабильной помеховой обстановкой, из-за которой часть передаваемых данных по радиоканалу может исказиться и придти с ошибкой, что недопустимо. Поэтому Терминалам необходимо реализовывать помехозащищенную передачу данных, чтобы свести к минимуму количество ошибок во время передачи, но если таковые всё же возникают, терминалам необходимо либо их исправить либо, если это невозможно силами терминала, то необходимо организовать повторную передачу поврежденных данных.

    Данные передающие в нашей сети делятся на пакеты. Эти пакеты состоят из нескольких полей, которые содержат в себе пользовательские данные и служебную информацию. Для реализации задачи проектируемая сеть будет иметь топологию "точка-точка". Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна организации; недостатком - невозможность расширения сети, так как таким образом можно связать лишь два терминала. Для того чтобы было возможным передача данных в такой сети абонентам требуется установить синхронизацию, поэтому один из терминалов должен объявить себя мастером сети. В нашем случае мастером сети становится тот терминал, что раньше включается в сеть или же при отключении мастера от сети ведомый терминал может принять решение занять его место и обеспечивать сетевую синхронизацию.
Функциональная схема радиосети представлена на рисунке 1.

Рисунок 1  Функциональный состав радиосети

    Таким образом проектируемая нами сеть будет иметь в своем составе 2-а подвижных терминала, соединение между которыми устанавливается через радиоинтерфейс. Оконечные устройства абонентов, находящихся при терминалах, будут подключаться через USB-интерфейс к последним, что позволит пользователям обмениваться данными.

    В случае изображенном на рисунке 1-ый терминал находящийся при первом пользователе уже является мастером сети, соответственно он обеспечивает синхронизацию, что позволяет одному из терминалов инициализировать сеанс связи.

    Так как наша сеть организована по принципу "точка-точка", то запрашивать передачу или приём данных может любой из терминалов находящихся в сети не зависимо, мастер этот терминал или нет, но только при условии установленной синхронизации. Если терминалы не согласованы, то сеанс связи не может быть реализован, потому как минимум терминалы не знают о том, кому передавать данные.

        1.1.2 Краткая характеристика целевого ПО терминала, пользовательского интерфейса (интерфейса взаимодействия с внешним объектом)

    В рамках курсовой работы для функционирования узла связи и его взаимодействия с пользователем целевой операционной системой будет выбрана Unix-подобная ОС в связи с открытостью ее исходного кода, большим количеством дистрибутивов и свободным распространением.

    Взаимодействовать с терминалом пользователь будет через свое личное устройство по средством использования периферийных устройств, взаимодействующих с программным обеспечением установленным в операционную систему и написанным на языке C++.

    Структурная схема терминалов представлена на рисунке 2.

Рисунок 2  Структурная схема терминалов

    В нашей сети терминалы связываются между собой через канал связи, т.е. физические уровни модели OSI терминалов связаны напрямую через физическую среду передачи. Протокол, обеспечивающий соединение двух физических уровней определяет правила передачи потока битов через физический канал от одного терминала другому.

    Канальные уровни терминалов между собой связаны виртуального, а непосредственно связаны через физический уровень и канал связи. Протоколы канального уровня определяют правила использования физического уровня узлами сети, так же могут использоваться для обнаружения и возможного исправления ошибок, возникший на физическом уровне. Если своими силами исправить ошибки не удалось, то информация о ошибке передается на уровень выше.
    Сетевые уровни терминалов, как и канальные связаны между собой через сеть, то есть посредство канального, физического уровня модели OSI и физического канала связи, отвечают за организацию различных сценариев сети, например, установление синхронизации, передача данных, радиоизмерения, механизи ARQ и т.д.
    Основной задачей возлагаемой на терминалы является обмен данными между пользователями при терминалах. Так же необходимо поддерживать синхронизацию в сети для обеспечения возможности выполнения основной задачи.
    Рассмотрим случай функционирования сети. Пусть первый терминал является мастером и синхронизирует сеть. Второй терминал в таком случае является ведомым. У пользователя при терминале-мастере возникает необходимость передать данные другому пользователю при ведомом терминале. Поэтому с помощью периферии и программного обеспечения своего устройства пользователь-инициатор формирует данные, которые преобразуются программным обеспечением и операционной системой в поток битов, передаваемых на L2-уровень терминал через USB-интерфейс. Совместимость терминала и пользовательского устройства обеспечивают драйвера установленные в последнем. На канальном уровне происходит преобразование потока битов информационного сообщения пользователя в пакет физического уровня, который передается через беспроводную сеть ведомого терминалу. Ведомый же терминал, приняв пакет физического уровня, преобразовывает его в поток битов и отправляет на свой L2-уровень, который в свою очередь с помощью USB отправляет битовую последовательность на оконечное устройство другого пользователя, где затем средствами ОС и ПО информационное сообщение становится понятным для восприятия адресатом.
    В случае когда передавать или принимать данные ни одному пользователю не требуется, терминалы находятся в энергосберегающем режиме, периодически просыпаясь для поддержания синхронизации друг с другом.
        1.1.3 Описание обобщенных функциональных схем терминала и выделенного узла сети, пояснение цели и места радиомодуля в составе терминала.
    Так как разрабатываемая сеть состоит только из двух терминалов, то функции выполняемые каждым из них будут следующие:
    1. Установление синхронизации между терминалами.
    Синхронизация необходима для того, чтобы была возможна передача данных в сети. Для этого при подключении к сети терминал слушает канал связи в целях услышать широковещательное сообщение. Если через определенный промежуток времени BCCH-сообщение получено не было, терминал принимает решение самому проводить рассылку этих сообщений, тем самым обеспечивая возможность установления синхронизации терминалу, который подключится после него.

    2. Формирование запросов
    При установленной синхронизации терминалы имеют возможность получить доступ к каналу связи, но для передачи данных терминал-отправитель должен сформировать запрос и отправить его терминалу-адресату, на который последний в свою очередь обязан ответь либо разрешив передачу, либо отказав.
Так же если терминал-адресат зафиксировал ошибки в принятом сообщении, то ему необходимо сформировать запрос на повторную отправку поврежденных частей сообщения.

    3. Проведение радиоизмерений
    Радиоизмерения проводятся каждым терминалом с целью оценки качества канала связи.
Они  играют важную роль в выборе пути развития сценария текущего соединения. Полученные результаты анализируются информационной подсистемой терминала, и затем в зависимости от помеховой обстановки в канале выбирается такой профиль передачи, чтобы обеспечить максимально возможную скорость с как можно меньшими потерями данных.

    4. Переход в режим энергосбережения
    Режим энергосбережения призван уменьшить потребляемую терминалом энергию батарей, когда передачи данных не происходит. Т.е. если передача данных не происходит, то терминалы переходят в спящий режим, просыпаясь только для поддержания синхронизации в сети. Таким образом снижается потребляемая терминалами энергия.

Функциональная схема представлена на рисунке 3.
                                Рисунок 3 – Функциональная схема терминала
РМ – радиомодуль отвечает за формирование и достоверный прием потока битов.
USB контроллер –выполняет согласование оконечного оборудования пользователя с другими устройствами входящими в состав терминала терминала.
БФС – блок формирования сообщений.
БПИ – блок проведения измерений, необходим для реализации достоверной доставки сообщений внутри сети. От проводимых измерений зависит выбор профиля работы сети.
ИПС – информационная подсистема отвечает за выбор сценариев работы терминала. На основе проводимых радиоизмерений выбирается профиль работы сети. 

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

    В рамках курсовой работы сеть будет организована таким образом, что данные будут передаваться по запросу, т.е. вызывающий терминал будет запрашивать разрешение на передачу у вызываемого терминала.

    Также для обеспечения синхронизации при передаче данных один из терминалов должен быть "мастером", а другой - "ведомым". В нашей системе "мастером" будет терминал, который быстрее включился в сеть: при включении терминал пытается принять BCCH-сообщение от терминала-мастера; если такого сообщения нет, то терминал заявляет, что сам становится мастером и начинает периодически транслировать BCCH-сообщение.

    На рисунке 4 приведена диаграмма состояний терминала.

Рисунок 4 – Диаграмма состояний терминала

    Основным режимом работы терминала является режим ожидания. В этом режиме терминал слушает канал, ожидая синхронизации. При необходимости передачи данных, терминал выходит из пассивного режима, формирует запрос на передачу и ожидает подтверждения, после получения последнего начинает незамедлительно передавать данные, послу передачи сообщений трафика терминал-отправитель ожидает подтверждения от терминала-получателя, что он получил все данные верно.

    Для получения данных, вызываемый терминал получит заявку от вызывающего терминала, на которую ему необходимо ответить подтверждением или отказом, в случает подтверждения, терминал-адресат будет получать данные, после получения ему будет необходимо отправить подтверждение о полученных данных.

    Если заявка на прием\передачу была отклонена, терминал возвращается в режим ожидания до следующей синхронизации. Решение по поводу принятия заявки или отказа от нее принимаются пользователем при терминале.

    В случае возникновения коллизий и регистрации получения ошибочного сообщения, терминал принявший это сообщение, формирует запрос на повторную передачу сообщения. Если после передачи данных подтверждения не последовало, то терминал-отправитель будет считать, что пакет не принят и попытается осуществить повторную передачу последнего сообщения.










Список используемой литературы:

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

2. КП "Локальная радиосеть" Часть 1. Доработанная.