1.1 Цель – проработка идеи создания радиотелефонной сети связи для предоставления услуг передачи данных и речи небольшого числа абонентов в пределах ограниченной территории.
Краткое описание задачи.
В данной курсовой работе требуется разработать систему, предназначенную для предоставления услуг передачи данных и речи небольшого числа абонентов на ограничен-ной территории.
Основные требования, предъявляемые к проектируемой системе:
- телефонный трафик является доминирующим;
- оперативное изменение пропускной способности для услуг передачи данных.
Исходные данные:
Количество абонентов в сети: 55
Радиус зоны обслуживания: 400м
Тип местности: производственные помещения.
Вероятность отказа обслуживания: 5%
Вероятность ошибки на бит Pb: 1*10-5
Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 0,35 Вт.
PR: 90%
Типичным примером требуемой в задании системы может послужить система связи сотрудников заводского цеха между собой. Следовательно, в перечень услуг такой сети входят:
- прием и передача голосового трафика между абонентами мобильной связи;
- прием и передача небольших текстовых сообщений (sms);
- определение номера вызывающего абонента;
- рассылка абонентам новостной информации по sms;
- регистрация стоимости оказанной услуги терминалу.
1.1 Обоснование предполагаемой архитектуры решения, пояснение задач и схемы взаимодействия "пользователь - радиосеть - другие пользователи". Проработка состава сетевого терминала (выделенного узла сети), отражающего выполнение возлагаемых на объект задач. Характеристика и пояснение практической реализации следующих задач точки доступа: " организация совместного предоставления услуг передачи данных и речи " - пояснение стратегии по отношению к терминалам "обнаружил сеть/зарегистрировался/приступил к исполнению задач пользователя", анализ предполагаемых видов данных, способов предоставления услуг передачи данных и речи; проработка примера подготовки сообщений для установления речевого соединения.
Основное назначение проектируемой сети – передача и прием голосового трафика. Каждому абоненту, который передает речевое сообщение, необходимо выделить физический канал с заданной постоянной пропускной способностью. Распределением и предоставлением каналов по требованию терминалов будет заниматься АТС.
Так как территория обслуживания ограничена небольшим радиусом – 400 м. и количество абонентов внутри сети не превышает 55, то система, по сути, является компактной и для организации такой достаточно одной базовой станции, размещенной над производственным зданием.
Структуру подвижной связи можно рассматривать как систему массового обслуживания (СМО) типа М/М/n/0, где М – входной и выходной пуассоновский потоки, n – число каналов, 0 – число мест в очереди. Пусть СМО использует nc физических каналов. Пусть каждый абонент делает в среднем один вызов в 15 минут, то есть λ=0,066 вызов/мин, а среднее время разговора Т=2 мин. Тогда интенсивность трафика будет равна
ρ1 = λ*Т = 0,066*2 = 0,132 (Эрл) [1]
При заданной вероятности отказа (5%) и количеству физических каналов nc=55 , учитывая возможность одновременного соединения всех терминалов сети с сетью ТФОП. Для этого необходимо организовать 55 дуплексных каналов связи. Значение трафика по таблицам Эрланга будет равно:
ρс = 44 (Эрл).
Тогда число абонентов, которые могут быть обслужены, определяется как
L = ρс/ ρ1 = 44/0.132 = 333 (абонентов) [2] .
Исходя из расчета, видно, что сети необходимо и достаточно иметь 1 БС, которая может реализовать 55 физических каналов.
Система на начальном этапе проектирования представляется в виде "черного ящика", который что-то берет у абонента на своем входе и это что-то без изменений передает на свой выход. Так называемый "черный ящик" включает в себя цифровую АТС и радиооборудование, которое потребуется для соединения АТС с подвижным терминалом. Концепция функционирования системы будет выглядеть следующим образом: 55 возможно передвигающихся терминалов в радиусе 400 метров от центра, где установлена базовая станция. Весь трафик будет проходить через АТС, как между абонентами внутренней сети, так и при связи с внешней сетью. Так, как основная задача системы - это передача и приём голосового трафика в реальном времени то для каждого абонента необходим выделенный канал. Распределение и предоставлением каналов по требованию терминалов будет заниматься цифровая АТС. Концепция функционирования системы будет выглядеть следующим образом:55 возможно передвигающихся терминалов в радиусе 400 метров от центра, где установлена базовая станция. Весь трафик будет проходить через АТМ, как между абонентами внутренней сети так и при связи с внешней сетью. Подходящее решение цифровой АТС - это решение компьютерной телефонии (VoIP) Sangoma. В настоящее время это один из вариантов свободного решения компьютерной телефонии (в том числе, VoIP) с открытым исходным кодом от компании Digium, в комплексе с необходимым оборудованием обладает всеми возможностями классической АТС, поддерживает множество VoIP-протоколов и предоставляет богатые функции управления звонками . Для того чтобы АТС имела доступ к подвижным терминалам потребуется радиооборудование. Основным элементом этого оборудования является базовая станция. Доступ к базовой станции и управление ею будет осуществляться из вне – через интернет цифровой АТС, а ей администратором. Интернет будете подключаться сетью общего пользования. Подключение к сети интернет позволит не только управлять сетью, но и содержать резервные копии базы данных сети на различных серверах таких, как например «яндекс диск», а это в свою очередь разрешит проблему возможной потери данных в результате каких-либо проблем с базовой станцией.
Взаимодействие всех узлов сети осуществляется посредством единого набора правил передачи сообщений – радиоинтерфейса. В составе выделенного в радиосети радиоресурса должен быть широковещательный канал, по которому передаются параметры сети.
Пользовательские терминалы, находясь в радиусе действия радиосети, посылают запрос точке доступа (А1) о регистрации в сети. Вместе с ответом на запрос им присваивается индивидуальный номер (идентификатор), который начинается с номера точки доступа (А11-А1n). ТД производит аутентификацию абонента и заносит терминал в журнал активных абонентов.
Для передачи данных терминалу необходимо перейти в активный режим. По каналу для передачи терминал передает данные, которые записываются в буфер ТД. ТД в свою очередь извещает другой терминал о наличии данных для него. Если терминал, для которого адресовано сообщение, находится в сети, ТД отправляет данные, если же он отключен или занят, то данные остаются в буфере ТД и через каждый период Т (сек) точка доступа повторно отправляет извещение о наличии сообщения этому терминалу и, при получении ответа о готовности принять сообщение, отправляет данные. После передачи данных ТД оповещает терминал на передающей стороне о том, что данные приняты.
Для связи абонентов с абонентами других подобных сетей точка доступа будет обеспечивать соединение с др. точками доступа через стандартный интерфейс и протокол.
Точка доступа представляет собой главное управляющее устройство сети.
ТД выполняет следующие задачи:
Передачу ID сети по каналу;
Оповещения абонентов о новом сетевом объекте и наоборот;
Организация соединения между терминалами;
Аутентификация и идентификация абонентов;
Ведение журнала абонентов;
Сбор статистики;
Организация подключения терминалов к внешней сети.
1.2
В системе имеет место всего лишь один выделенный узел (рис.1). В состав узла входят такие компоненты, как: подвижный терминал, внешнее хранилище и цифровая АТС. Управление услугами программируется администратором сети. Данные об абонен-тах сети хранятся в базе данных системы. АТС через базовую станцию устанавливает соединение как между абонентами внутри сети, так и между абонентами в ТФОП. Функции маршрутизации вызовов и предоставление дополнительных услуг, таких как определение номера и регистрации стоимости оказанной услуги, также выполняет АТС.
Рис. 2 Блок-схема базовой станции.
В состав АТС, в свою очередь, входят базовая станция (БС) и терминал. БС (рис. 2) включает в себя элементы: трансмиттер – для передачи и приема информации от базовой станции к мобильной и наоборот; подсистема питания, представляющая собой электросеть общего пользования с блоком бесперебойного питания на случай аварийного отключения электроэнергии; блок памяти; процессор RTOS; модем, для доступа к ТФОП.
Рис. 3 Блок-схема терминала.
Подвижный терминал (рис.3) выполняет задачи мониторинга сети и выполнения сценариев соединения, а также хранения пользовательской и идентификационной информации абонентов. Для этого терминал обязан иметь пригодный интерфейс для взаимодействия с пользователем, а также ряд составляющих: трансмиттер, подсистема питания, операционная система, звуковая подсистема и файловая подсистема.
Анализ видов информационных сообщений, выделение источника и получателя:
Рисунок 4. Анализ видов информационных сообщений, выделение источника и получателя.
Терминал пользователя отправляет 2 вида сообщений:
- служебные, предназначенные для ТД (запрос о регистрации, телеметрия, сообщения о активном/неактивном статусе терминала);
- сообщения для других терминалов (голосовой трафик, текстовые сообщения).
Подробный анализ «жизненного цикла» сообщений:
Рисунок 5. «Жизненный цикл» сообщения.
В приложении «Телефон» на мобильном устройстве пользователю доступен журнал зарегистрированных абонентов. Пользователь терминала А11 (далее т.А11) решил отправить запрос вызова пользователю терминала А18. Кодер кодирует сигнал в поток битов, информационная система добавляет к этим битам дополнительные биты, в которых закодирована информация для обработки и доставки данного сообщения. Сетевой контроллер обеспечивает соединение с ТД, блок управления терминалом формирует запрос на передачу информации, а радиомодуль формирует радиосигнал.
Радиомодуль ТД принимает сигнал, который поступает на блок управления и одновременно сохраняется в буфер памяти ТД. Блок управления читает сообщение с запросом вызова и с помощью журнала информационной системы определяет терминал, которому оно предназначено. Если т.А18 не находится в зоне действия этой ТД, то с помощью сетевого контроллера ТД отправляет сообщение во внешнюю сеть. Если же т.А18 находится в зоне покрытия ТД, то блок управления отправляет ему извещение, получив ответ о готовности принятия – отправляет сообщение из буфера. На стороне получателя происходят те же манипуляции с сигналом, что в т.А11, только в обратном порядке. Голосовой трафик воспроизводится с помощью динамика мобильного устройства т.А18.
Литература:
· http:// radiolay.ru
· http:// omoled.ru
· Лекции ССПО
· Вишневский В.М. "Широкополосные беспроводные системы передачи данных и информации" М. Техносфера, 2005 г.