Тема работы:

 

«Радиосеть передачи данных»

 

Часть 1.

 

Выполнили:

Студенты группы 319

Филатов А.В.

Кирьянов Д.А.

Исходные данные к работе:

·        Максимальное количество активных абонентов в сети: 50

·        Радиус зоны обслуживания: 80 м

·        Гарантируемая скорость передачи данных: 0.1 Мбит/с

·        Тип местности: городская застройка

·        Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 10-6

·        Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,1 Вт

·        Рекомендуемая технология передачи: OFDM

·        PR: 75%

·        Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

 

Целью данной курсовой работы является разработка системы обеспечивающей высокоскоростную передачу данных между подвижными объектами без помощи выделенных сетевых узлов. Каждый терминал сети должен получать в реальном масштабе времени информацию о других активных терминалах и иметь возможность обмена сообщениями с любым из них.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Обоснование предполагаемой архитектуры решения, пояснение задач и схемы взаимодействия "пользователь - радиосеть – другие пользователи

 

 

 

Рис. 1 Принципиальная модель системы

 

 

Анализ предполагаемой архитектуры.

 

         Система предназначена для обеспечения беспроводного сбора данных с подвижных объектов (команда МЧС или подобные мобильные группы) с целью аудио и видео фиксации их действий, а также определения их места положения. Особенностью системы является возможность сбора данных о любом участнике сети без выделенных сетевых узлов.

         Устройством, обеспечивающим передачу данных является терминал (аудио-видео регистратор с GPS трекером).  Каждый терминал является маршрутизатором для передачи сообщений другого терминала на командный узел радиосети.  Инициатором начала передачи данных является командный узел.  Информация с терминала отображается на мониторе терминала командного узла. Максимальное расстояние между терминалами  80 м. Количество участников  сети – до 50.

 Терминалы при подключении сами уведомляют о своем наличии участников сети, тем самым формирую таблицу маршрутизации. Каждый терминал имеет данные обо всех участниках сети.

 Так как аудио и видео потоки передаются непрерывно,  выбранный оператором командного узла терминал осуществляет постоянную передачу данных. Координаты GPS передаются с интервалом в 1 секунду.

 

 

Рис. 2 Архитектура решения.

 

 В проектируемой сети функции выделенных узлов выполняют сами  терминалы, бразом, сеть будет основываться на децентрализованной архитектуре или сеть типа Ad-hoc не имеющей выделенных узлов. Терминалы сети в соответствии с алгоритмом маршрутизации и на основании таблицы доступных маршрутов  осуществляют трансляцию сообщений и ретрансляцию не предназначенных терминалу сообщений другим  узлам.

 В состав сети будет включен командный узел (КУ), предназначенный для сбора информации с каждого из терминалов сети и предоставления ее оператору. 

 При обнаружении новых сетевых узлов (8 терминал  рис.2): новый сетевой узел сам уведомляет о себе всех участников сети, а новому сетевому объекту в свою очередь предоставляется список активных сетевых узлов.







Рис. 3 Структура 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 – видекамера, микрофон, GPS-трекер, или персональный компьютер (для командного узла).

 

 

 

 

 

1.2. Анализ видов информационных сообщений, выделение источника каждого конкретного сообщения и получателя.

 

Терминал пользователя отправляет 2 вида сообщений:

- служебные (команды), предназначенные для ТД (запрос о регистрации, сообщения о активном/неактивном статусе терминала);

- сообщения для других терминалов (передача видео и аудио файлов, координаты GPS).






Рис. 4 Структура служебного сообщения об активности терминала

 

Периодически терминал  уведомляет о своем нахождении в сети.  Для чего терминал отправляет служебное сообщение. Т.к. топология сети подразумевает наличие не более 50 терминалов в данной сети. Каждому терминалу выделяется собственный временной интервал. (Временные интервалы фиксированы. Так-как наличие свободного временного интервала может вызвать нарушение работы сети. В следствии того что при близком расположении терминалов, не будет свободных каналов для уведомления о наличии участника сети.) По наличии сигнала в выделенном временном интервале, терминал узнает о наличии в сети другого терминала.

 

Каналы для передачи видео, звука, GPS координат и уведомлении о себе

- симплексный. Для передачи команд - дуплексный.



Рассмотрим подробный анализ «жизненного цикла» сообщений подаваемых с главного терминала:

 

На главном терминале пользователю доступен журнал зарегистрированных абонентов. Пользователь терминала Т1 решил посмотреть видеопоток с  Tn. И отправляет команду на трансляцию. 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 другими терминалами, блок управления терминалом формирует запрос на передачу информации, а радиомодуль формирует радиосигнал.  Радиомодуль терминала ретранслятора(ов)  принимает сигнал,  который с помощью журнала абонентов сети определяет терминал, которому предназначены данные и отправляет их терминалу взаимодействующему с терминалом-получателем. Далее команда поступает на терминал Tn.

 

Рассмотрим подробный анализ «жизненного цикла» сообщений подаваемых на главный терминал:

 

На терминала Тn поступил запрос на трансляцию видео сообщения главному терминалу T1.  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 другими терминалами, блок управления терминалом формирует запрос на передачу информации, а радиомодуль формирует радиосигнал. Радиомодуль терминала ретранслятора(ов)  принимает сигнал,  который с помощью журнала абонентов сети определяет терминал, которому предназначены данные и отправляет их терминалу взаимодействующему с терминалом-получателем.

На стороне получателя происходят те же манипуляции с сигналом, что в Tn, только в обратном порядке.


   1.При формировании первого фрагмента сообщения





 

Рис. 5 - структура передаваемых видео и аудио данных на главный терминал

 

Рис. 6 - структура передаваемых данных GPS на главный терминал

 

 

После передачи первого фрагмента

 


Рис. 7 - структура широковещательных сообщений

 

 

2.При формировании служебных сообщений:


Рис. 8 - структура данных передаваемых на главный терминал

 

 

 

Аудио, видео файлы и файлы с GPS координатами имеют различную структуру и передаются раздельно без потери информации. Это увеличивает производительность. В сообщениях сессии указываются адреса терминалов, опции доставки  файлов, и другая информация для обработки и хранения сообщений. А в последующих сообщениях передается только поток битов, который кодирует само сообщение, номер его фрагмента и номер сессии, которой сообщение принадлежит.

 

 

 

1.3. Краткая характеристика целевого ПО, пользовательский интерфейс.

 

Для пользователя главного терминала:

 

Пользователь главного терминала имеет предустановлено ПО  на своем устройстве. При подключении к сети пользователю становится доступен список активных терминалов.

Далее пользователь из списка активных абонентов, выбирает терминал, с которого будет осуществляться приём информации (видео со звуком и GPS координаты).

 

1.4. Обоснование иерархических моделей объектов радиосети - как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений согласно сценариям ее работы.

 

 

Рис. 9 – характеристика целевого ПО

 

Основной задачей, возлагаемой на ПО рассматриваемой сети, является обеспечение удаленного управления любым из затребованных оператором командного узла терминалов. Целью подобного управления является доставка команд командного пункта на требуемый терминал сети, с целью получения от него аудио, видеоинформации и координат GPS. 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 терминалы с целью остановки трансляции. После чего, создается сообщение с набором команд для другого комплекта терминалов, и цикл операций повторяется до завершения функционирования сети. Главным преимуществом разрабатываемой сети является взаимозаменяемость всех терминалов (за исключением терминала командного узла).   

 

 

 

 

 

 

Литература:

1.     https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwiOwuCxqenPAhXrCJoKHdT7CBAQFggcMAA&url=https%3A%2F%2Fcyberleninka.ru%2Farticle%2Fn%2Fmarshrutizatsiya-v-besprovodnyh-mobilnyh-ad-hoc-setyah.pdf&usg=AFQjCNE6rsJoowKRcSQdDhA9ZqErzASz_g&sig2=Ws0FgtzzIQo84OtNo0Io5g&bvm=bv.136499718,d.bGs

2.     http://omoled.ru/publications/view/802