Курсовая работа по дисциплине
«Системы и сети связи с подвижными объектами».
Тема: «Голосовая
радиопочта»
Часть 1
Выполнили:
студенты группы 319
Клычникова Н.В., Лукашова Е.В.
Целью данного курсового проекта является
проектирование системы голосовой почты, предназначенной для объединения в
единую сеть мобильных терминалов с целью доставки речевых сообщений другим
пользователям сети в пределах ограниченной территории.
Основные требования к системе:
- off-line доставка
сообщений: при отсутствии в сети адресата сообщение должно быть доставлено
позже;
- возможность доставки голосовых сообщений абонентам других
подобных сетей.
Исходные данные к проекту:
·
Максимальное
количество абонентов в сети: 700;
·
Радиус
зоны радиопокрытия: 5000 м;
·
Гарантируемая
(минимальная) скорость передачи данных: 256Kбит/с;
·
Тип
местности: городская застройка;
·
Вероятность
ошибки на бит Pb: 5*10-7;
·
Мощность
излучения подвижной станции Ризл : < 0.5 Вт ;
·
Рекомендуемая
технология передачи: OFDM PR: 75%;
·
Диапазон
частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.
1.1. Обоснование 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 сети мобильных терминалов с целью доставки подготовленных
речевых сообщений другим пользователям сети; анализ возможности доставки
голосовых сообщений абонентам других подобных сетей " - пояснение стратегии
по отношению к терминалам "обнаружил сеть/получил
сведения/зарегистрировался/приступил к исполнению задач пользователя",
анализ предполагаемых видов сообщений, способов отправки и получения сообщений;
проработка примера подготовки речевого письма.
Основная услуга беспроводной сети – адресная доставка сообщений между пользователями сети.
Архитектуру решения поставленной
задачи создания данной системы можно описать подобным образом: (рис.1):
Система состоит из ТД и множества мобильных терминалов, то есть для реализации системы был выбран структурированный вариант построения сети - обмен информацией ведется через точку доступа (ТД), которая реализует большинство процедур, связанных с управлением передачей данных, оставляя терминалам только простую обработку сигналов. Такой способ организации сети позволяет упростить управлением доступом к сети.
Обмен данными между терминалами различных ТД происходит с помощью единого информационного хранилища.
Единое информационное хранилище данных – файловая сеть, для хранения данных и их совместного использования клиентами хранилища. Клиенты хранилища используют сетевые протоколы на базе IP для сохранения и извлечения данных.
Рисунок 1. Архитектура решения поставленной задачи.
Взаимодействие
всех узлов сети осуществляется посредством единого набора правил передачи
сообщений – радиоинтерфейса.
Сеть передает свои параметры по широковещательному каналу. Для передачи информации 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.
Один из терминалов передает голосовое сообщение, ТД извещает терминал получателя 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
информационном хранилище 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
(это происходит в том случае, если пользователь при отправке сообщения указал,
что желает получить отчет о доставке).
Для связи
абонентов с абонентами других подобных сетей точка доступа будет обеспечивать
соединение с др. точками доступа через единое информационное хранилище. Каждая
ТД посылает запрос в хранилище – «имеются ли данные для нее?» И если имеются –
получает эти данные.
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.
Рассмотрим состав сетевого терминала
(выделенного узла сети): (рис.2)
Рисунок 2. Состав сетевого терминала (выделенного узла сети).
Радиомодуль
отвечает за формирование радиосигнала и достоверный прием потока битов.
Представляет собой небольшое USB-устройство (брелок-флешку), которое подключается к
терминалу.
Информационная
система – содержит: статистику (время работы абонента в сети, входящий и
исходящий трафик); сетевой адрес; персональный идентификатор ID.
Блок
управления - формирует запросы на передачу информации, принимает решение об
изменение своего режима работы.
Сетевой
контроллер - периферийное устройство, обеспечивающее соединение с ТД.
Кодер -
устройство кодирования/декодирования информации из цифрового представления в
аудиосообщение.
1.2. Анализ видов информационных
сообщений, выделение источника каждого конкретного сообщения и получателя.
Подробный анализ "жизненного цикла" сообщений - от события, инициирующего
появление сообщения, до момента его исполнения на приемной стороне. Проработка
структуры информационных сообщений.
Рисунок 3. Виды информационных сообщений.
Терминал
пользователя отправляет 2 вида сообщений: (рис.3)
- служебные,
предназначенные для ТД (запрос о регистрации, телеметрия, сообщения о
активном/неактивном статусе терминала);
- сообщения
для других терминалов (голосовые сообщения).
Рассмотрим
подробный анализ «жизненного цикла» сообщений: (рис.4)
Рисунок
4. «Жизненный цикл» сообщения.
В приложении
«Голосовая почта» на мобильном устройстве пользователю доступен журнал
зарегистрированных абонентов. Пользователь терминала А11 (далее т.А11) решил
отправить сообщение пользователю терминала А18 (далее т.А18) и записывает для
него аудиосообщение с помощью микрофона. 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 единое информационное хранилище, которое с помощью журнала абонентов
сети определяет терминал, которому предназначены данные и отправляет их ТД,
взаимодействующей с терминалом-получателем. ТД отправляет т.А18 извещение о наличии
данных для него, получив ответ о готовности принятия – отправляет сообщение из
хранилища, а т. А11 в свою очередь получает отчет о доставке.
На стороне
получателя происходят те же манипуляции с сигналом, что в т.А11, только в
обратном порядке. Голосовое сообщение воспроизводится с помощью динамика
мобильного устройства т.А18.
Проработка
структуры сообщений: (рис.5)
Рисунок 5. Структура сообщений.
Голосовые
сообщения и сообщения-сессии имеют различную структуру и передаются раздельно
без потери информации. Это увеличивает производительность. В сообщениях сессии
указываются адреса терминалов, опции доставки голосового сообщения и другая
информация для обработки и хранения сообщений. А в голосовых сообщениях
передается только поток битов, который кодирует само аудио-сообщение, номер его
фрагмента и номер сессии, которой сообщение принадлежит.
Когда сообщение служебное, его структура остается прежней, меняется только F(процедура обработки).
· Поле
«A1» - содержит адрес передатчика;
· Поле
«A2» - содержит адрес приемника;
· Поле
«F» несет информацию о том, какому кодеку
предназначено сообщение;
· Поле «Servise» содержит служебную информацию (свойства
доставки сообщения);
· Поле
«Date1» содержит дату отправки сообщения;
· Поле
«Date2» содержит дату, когда желательно достать
сообщение из информационного хранилища и доставить его;
· Поле
«КС» содержит контрольную сумму (CRC-код) служит для определения целостности
пакета;
· Поле «S» несет в себе номер сессии, нужно при сборке фрагментов в одно сообщение;
· Поле
«№» - номер фрагмента сообщения;
· Поле
«Info» содержит само голосовое сообщение или его
фрагмент.
1.3.-1.4. Краткая характеристика
целевого ПО терминала (выделенного узла сети), пользовательского интерфейса
(интерфейса взаимодействия с внешним объектом). Построение обобщенной
иерархической схемы радиосети, отражающей схему взаимодействия
"пользователь - радиосеть - объект управления".
Рассмотрим
характеристику целевого ПО терминала и пользовательского интерфейса: (рис.6)
Рисунок
6. Характеристика ПО терминала и пользовательского интерфейса.
Радиомодуль
– неотъемлемая часть, предназначенная для организации передачи-приема сообщений
по радиоресурсу. В нем реализуется функциональность L1, L2 уровней (физического и канального).
Сетевой контроллер – подчиняется заранее проработанному сценарию взаимодействия, исполнение которого основывается на диалоге сетевых устройств. Диалог же требует установления канала передачи данных, таким образом в составе ТД должен быть особый модуль (уровень L3), выполняющий управление поведением сетевого узла.
Основная цель работы сети - передача голосовых сообщений между пользователями сети. Это будет осуществляться посредством применения радиомодуля, подключенного к каждому терминалу, и специально установленного приложения "Голосовая почта". Пользователь записывает голосовое сообщение, затем выбирает команды, заложенные в программном обеспечении(ПО). Под контролем ПО происходит передача команд на радиомодуль через USB. Радиомодуль обрабатывает полученные данные и отправляет ТД. ТД принимает, обрабатывает их и передает соответствующему терминалу - получателю.
Интерфейс взаимодействия с пользователем должен обеспечивать:
1)переводить команды управления в сообщения.
2)принимать голосовое сообщение и предоставлять его пользователю.
3)отражать журнал зарегистрированных в сети пользователей .
Список
используемой литературы:
1. Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»
2. http://omoled.ru/publications/view/306
3. Пример иллюстраций к первому
выступлению https://yadi.sk/i/ZQnkNiWWw5W5R
4. Материал из Википедии «Файловая сеть»
https://ru.wikipedia.org/wiki/Файловая_сеть#NAS