В проектируемой системе наша точка доступа (ТД) находится на подвижной транспортной станции, передвигающейся по какому-то данному ей району. Базовая станция (БС) оснащена GPS – навигацией для определения собственного местоположения. Зная собственные координаты, ТД, посредством которой происходит сбор информации, имеет список терминалов (Т), находящихся в зоне её радиопокрытия и далее выполняет целевой опрос в соответствии с текущим списком терминалов. Каждый терминал сети имеет привязку к конкретному физическому лицу (владельцу квартиры), а также к географическим координатам своего местоположения, что помогает точке доступа создать перечень доступных терминалов в данный период времени и в данной точке Земли.  Все данные, приходящие на БС сохраняются на USB накопитель для последующей передачи в Центр Сбора Информации (ЦСИ).

Источником сообщений трафика (сообщений с данными) будет являться терминал при счётчиках, а конечным получателем - ЦСИ.  Если говорить о служебных (командных) сообщениях, то здесь так же и Т, и ТД будут являться как отправителем, так и получателем.

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

Рис. 2 Обобщённая схема работы сети

Организация сети требует определенного программного обеспечения для своих компонентов. Основной задачей, возлагаемой на ПО рассматриваемой сети, является обеспечение удаленного качественного сбора данных точкой доступа с любого доступного ей терминала из списка. Для этого требуется достоверная доставка команд от ТД к Т. Сформированный на уровне L3 точки доступа запрос на передачу данных поступает сразу на L1 и происходит его транспортировка на уровень L1 терминала. После проведения радиоизмерений одновременно происходит передача с уровня L1 значения уровня мощности принятого запроса на L3, где принимается решение о том, является ли этот уровень достаточным для дальнейшей безошибочной работы терминала или необходимо формирование запроса на корректировку мощности ТД по маршруту L3-L2-L1 от терминала к L1 точки доступа и дальнейшей обработки этого запроса на L2-L3 уровнях, а также передача принятого сообщения с L1 на L2 уровень, где происходит распаковка поля адреса для определения ему ли адресовано это сообщение, что также повлияет на дальнейшие действия. Если же уровень оказался достаточным для Т, то после L1 уровня сообщение поступает на L2,откуда ведется запрос-команда микроконтроллеру на сбор показаний со счетчиков и формирования сообщения трафика которое потом проследует по маршруту L2-L1 терминала к L1-L2-физический интерфейс точки доступа (Рис.2).
Да,конечно же, мы могли обойтись только наличием уровня L1 и L2 как в сети Wi-Fi путем разделения уровня L2 на 2 части, одна из которых занимается принятием решений ,а 2 обеспечением множественного доступа ,но ,однако, наш подход с 3 уровнями оказался более подходящим для точного разграничения выполняемых функций.

1.1.3 Описание обобщенных функциональных схем терминала и выделенного узла сети, пояснение цели и места радиомодуля в составе терминала.

Терминалом является устройство сети, выполняющее следующие функции:

- приём команды и обработка её службой управления терминалом, т. е. определение типа команды и принятие решения о её дальнейшем направлении (на уровень L3, либо на  микроконтроллер для передачи данных);

- формирование пакета сообщений трафика и передача его ТД после запроса;

- формирование служебных сообщений, т. е. сообщений о требуемых корректировках мощности;

- переход в спящий режим для экономии энергии, т. е. после каждого сеанса связи каждый терминал переходит в режим сна на указанный точкой доступа период.

Функциональная схема терминала, отражающая все эти функции представлена на Рис. 3.

Рис. 3 Функциональная схема терминала

Сообщение, пришедшее на приёмное устройство, в первую очередь, декодируется (FEC), затем происходит формирование сообщения L2 уровня, которое поступает на блок проверки целостности поступившего сообщения. Информация о проверке направляется на блок принятия решений, в случае повреждения принимается решение о запросе на повторную отправку. Каждый раз производятся радиоизмерения, результат которых попадает так же в блок принятия решений. В зависимости от результатов будет приниматься решение о необходимости формирования служебного сообщения об увеличении уровня мощности точки доступа. В информационной системе хранятся координаты местонахождения терминала и привязка к физическому лицу, а также данные сообщений, которые возможно будут запрошены на повторную отправку в случае ошибки или каких-либо неполадок. Блок обработки и формирования служебных сообщений служит для обработки принятых служебных сообщений и их оценки, и в то же время для формирования служебных сообщений для ТД (таких, как требования по увеличению мощности). Блок формирования и обработки сообщений трафика, в свою очередь, служит конкретно для формирования сообщений, содержащих показания счётчиков, по запросу ТД.

Радиомодуль в составе терминала предназначен для отправки сообщений по радиоканалу, приёма сообщений, обеспечения помехоустойчивости, избежания коллизий путем синхронизации, а также для оценки качества радиоканала.

К функциям узла сети относятся:

-определение собственного местоположения с помощью GPS - приёмника и формирование списков доступных терминалов в данной зоне радиопокрытия;

- опрос доступных терминалов для получения данных;

- отправка повторного запроса при возникновении неполадок;

- генерация и отправка служебных сообщений, таких как требования по увеличению уровня мощности и ARQ - сообщения (ACK - положительное, NAK - отрицательное).

Функциональная схема узла сети, отражающая все перечисленные функции представлена на Рис.4.

Рис. 4 Функциональная схема узла сети

Как только GPS – приёмник принимает координаты местоположения ТД, точка доступа обращается к информационной подсистеме, которая содержит в себе базу координат всех терминалов. Исходя из этого, формируется список доступных терминалов в специально выделенном для этого блоке. И далее уже по полученному списку формируется запрос данных у Т в виде служебного сообщения. Основной задачей узла сети является приём данных со счётчиков (приём сообщений трафика). Принятое сообщение должно быть декодировано, произведена синхронизация, сборка сообщения и проверка его целостности. Далее информация поступает на блок обработки сообщений трафика и данные фиксируются в информационной подсистеме. Блок обработки и формирования служебных сообщений необходим для формирования команд для Т, указанных выше в функциях узла сети. Решение о корректировки мощности происходит в блоке принятия решений.

1.1.4 Пояснение роли выделенного узла сети, анализ основных видов поддержки, оказываемых выделенным узлом терминалам сети.

Роль выделенного узла сети:

-Он является ведущим в сети, обеспечивая работу сети в целом;

-Начало сеанса связи начинается с сообщений, сгенерированных именно точкой доступа, и никак по – другому;

-Хранение базы данных для опроса,которая,в свою очередь является пополняемой;

-Сбор данных ,что и является целью разрабатываемой сети.

Виды поддержки:

-Осуществляется синхронизация по времени, что позволяет избежать возникновения коллизий;

-ARQ сообщения терминалам;

-Радиоизмерения

Рис. 5 Роль выделенного узла сети

На данном рисунке (Рис. 5) мы видим, что список доступных терминалов является пополняемым в силу наличия координат терминалов в ПО. Исходя из этого списка по мере продвижения ТД исполняет различные типы задач: постоянно выполняемы и интерактивны.

К постоянно выполняемым задачам относится только функция транспортировки сообщений. А к интерактивным задачам отнесём изменение уровня мощности, происходящее в зависимости от радиоизмерений, передача запроса от ТД при достижении точки маршрута, передача ARQ а также передача терминалу информационной команды «сон в течение интервала времени t».

1.2. Обоснование возможности решения поставленной задачи на основании результатов п.1, описание основных моментов функционирования радиосети. 

Основные моменты функционирования радиосети:

1) используется метод поочерёдного опроса доступных терминалов сети. Среди особенностей данной сети можно выделить использование GPS – устройства, что позволяет существенно упростить алгоритм множественного доступа.

2) В системе имеется режим энергосбережения, т.е. наш терминал отключается на определенное время после передачи нужных данных точке доступа, причём промежуток времени является варьируемым. Но необходимо учитывать,что в сообщении от ТД к терминалу время, на которое надо отключиться, указывается в часах, следовательно, постоянно ТД из реального времени (идеального-месяц,неделя,...) всегда должна вычитать 2 часа для учета того,что ТД движется и может попасть в некую загвоздку по пути. 

3) Для увеличения надежности передачи в сети следует предусмотреть наличие ARQ- метода автоматического запроса подтверждения о приёме. Существует два вида подтверждения о приёме: положительное (ACK) и отрицательное (NAK). ACK говорит об удачном приёме и дальнейших действий от терминала не требуется, а NAK - сообщение говорит об ошибочном приёме, в нём также указывается номер пакета, который Т должен передать повторно.

4) Наличие РИ (радиоизмерений) в системе делает её более усовершенствованной и готовой к различным неблагоприятным эффектам (порча оборудования радиопередатчика с течением времени и т.д.). 

Ориентируясь на данные моменты функционирования радиосети, выделим соответствующие режимы работы терминала и составим его диаграмму состояний (Рис. 6). 

Терминал выходит из режима сна (1) и получает от точки доступа запрос данных (2). Получив этот сигнал, Т проводит радиоизмерения (3), после чего, в зависимости от результатов проводит дальнейшие действия. А именно, если уровень сигнала является достаточным и устройство хорошо "слышит" ТД, то терминал переходит к считыванию показаний и передаче этих данных (4), но, если такой мощности недостаточно и связь является слабой, Т принимает решение послать точке сообщение содержащее необходимые корректировки по мощности (5), которые стоит произвести. Далее на терминал поступает повторное сообщение- запрос, но уже с отрегулированным уровнем сигнала (6), после чего осуществляет передачу считанных со счётчиков данных (5). Затем в действие вступает метод ARQ. ТД, приняв пакет, должна подтвердить удачный, либо неудачный приём. Если наш терминал получает сообщение типа NAK, то он обязан произвести повторную передачу запрашиваемого пакета (7), принятого некорректно, если же это ACK - сообщение, пересылки не требуется. Получив команду с дальнейшими инструкциями, Т проводит установку времени до следующего пробуждения (8) и тут же переходит в режим энергосбережения, а именно в режим сна (1).

Рис. 6 Диаграмма состояний терминала

Список используемой литературы:

1. Бакке А.В. "Лекции по курсу Системы и сети связи с подвижными объектами".
2. http://omoled.ru/publications/view/104 .
3. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. "Системы связи с подвижными объектами".