Курсовая работа на тему:

«Радиосеть передачи данных»

Часть 1

Выполнил: студент гр.319

Мелешков Илья

В данной курсовой работе требуется спроектировать радиосеть для оперативного обмена данными между подвижными объектами без помощи выделенного сетевого узла, и отвечающую следующим требованиям:

1)      адаптация сети к местоположению терминалов;

2)      постоянная проверка работоспособности терминалов командным узлом радиосети.

Каждый терминал сети оснащается аудио, фото и др. датчиками, информация с которых может быть затребована командным узлом радиосети.

Так же даны характеристики сети:

·         Максимальное количество активных абонентов в сети: 70 ;

·         Радиус зоны обслуживания: 1020 м;

·         Гарантируемая скорость передачи данных: 0.3 Мбит/с;

·         Тип местности: городская застройка;

·         Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 3*10-6;

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

·         PR: 75%;

·         Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.

1.1. Обоснование предполагаемой архитектуры решения, пояснение задач и схемы взаимодействия "пользователь - радиосеть - объекты наблюдения". Проработка состава сетевого терминала, отражающего выполнение возлагаемых на объект задач; анализ задач командного узла. Характеристика и пояснение практической реализации следующих задач сетевого объекта: "способ подключения аудио, фото и др. датчиков к сетевому терминалу и организация удаленного потокового соединения с каждым из датчиков; проверка работоспособности терминалов командным узлом радиосети" - пояснение стратегии командного узла вида "обнаружил объекты/проверил работоспособность/доложил оператору", анализ способов построения/выбора маршрутов доставки собственных и транзитных сообщений, анализ предполагаемых видов данных и проработка примера подготовки сообщений.

Основываясь на условиях курсовой работы, можно сделать вывод, что сеть децентрализована, и для основы её построения можно выбрать систему типа Ad-Hoc или IBSS. Каждый терминал в данной струткуре является маршрутизатором, то есть абонентские станции взаимодействуют непосредственно друг с другом, из-за чего улучшается адаптация сети к местоположения терминалов и уменьшается вероятность разрыва соединения. Так же к преимуществам данной сети можно отнести простоту организации и быстрое развертывание. Минусами же являются – сложность алгоритмов маршрутизации и слабая защищеность от помех.

Рис. 1 Архитектура решения.

Архитектура системы определяется условиями и характеристиками, которые были предоставлены к работе. Источником сообщения является терминал-маршрутизатор, а получатетлем – командный узел сети, который предназначен для передачи команд и сбора информации с каждого терминала для вывода её в удобном виде через компьютер с установленным на нём программным обеспечением.

Задачи сети:

1)      мониторинг (проверка состояния);

2)      управление  (предоставление информации пользователю через командный узел по требованию);

3)      обеспечение свободного входа и выхода абонентов из структуры сети (без потери качества связи в сети);

4)      обеспечение связи между терминалами в условиях городской застройки (достаточное количество терминалов и качество их работы).

Исходя из предполагаемого вазимодействия элементов системы можно определить основные функции которые будет выполнять терминал:

1)      принятие, обработка и выполнение команд;

2)      ретрансляция сообщений;

3)      отправка координат на командный пункт;

4)      прослушивание канала связи (выполняется без участия оператора или базового           ПО оператора).

Рис.2 Функциональная схема терминала

Состав терминала:

1)      радиомодуль (принятие и отправка сигнала с необходимой точностью и скоростью, организация функциональности L1 и L2 уровней);

2)      устройство управления терминалом (выполнение протоколов взаимодействия с другими терминалами и организация работы внутри терминала);

3)      информационная система (хранение таблиц маршрутизации, микропрограммного обеспечения и протоколов управления и взаимодействия);

4)      драйвер (программное обеспечение для подключение переферийных устройств);

5)      переферийные устройства (фото-, видеокамера, микрофон, датчики, GPS-устройства, ПК).

Основываясь на вышесказанном и задачах сети, можно построить диаграмму состояний терминала (Рис. 3).

Рис. 3 Диаграмма состояний терминала.

Состояния терминала: 

1) Сон (прослушивание канала, ожидание широковещателнього сообщения);

2) Синхронизация (применение значений временных меток из широковещательного сообщения);

3) Установление маршрута соединения

• Аутентификация или идентификация передающего терминала;
• Дополнение таблицы маршрутизации своим идентификатором; 
• Передача широковещательного сообщения следующим терминалам.

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.

Для выполнения сетью всех заложенных функций потребуются несколько видов сообщений: служебные, широковещательные и сообщения с данными от объектов.

Самым первым будут использоваться широковещательные сообщения, они формируется вначале рабочего цикла системы. За счет них проводится опрос абонентских терминалов и заполнение таблицы маршрутизации для дальнейшей работы сети. Инициирующим фактором широковещательного сообщения будет команда оператора командного узла на поиск требуемой ему станции, а получателем оконечный терминал, который даст ответ на командный узел системы.

Вторым основным видом сообщения будут служебные сообщения. Они генерируются из команд оператора в командном узле, абонентский терминал в свою очередь их генерировать не может, то есть в данном случае командный узел является ведущим устройством, а терминал – ведомым. В этих сообщения будет содержать запрос на передачу визуальной или голосовой информации от нужной станции и запросы на получение данных о станции. «Жизненный цикл» служебного сообщения: подача команды от оператора, определение в него адреса сообщения и номера команды, преобразование в требуемый сигнал, передача по промежуточным терминалам в текущем канале связи, прием его на оконечной станции, обработка в информационной системе.

Сообщения с данными от объекта начнут формироваться после включения необходимого для оператора источника информации на терминале, по команде сформированной в устройстве управления терминалом после приема запроса от оператора. В данном сообщении могут содержать фото, звук и другая информация с датчиков терминала и его периферийных устройств.

 1.3. Краткая характеристика целевого ПО терминала (выделенного узла сети), пользовательского интерфейса (интерфейса взаимодействия с внешним объектом). Практическое пояснение способа предоставления теле- коммуникационных услуг сетью с учетом изложенных особенностей ПО и материала п.1.1, 1.2.

Рис. 4 Виды поддержки выделенного узла сети

Функции командного узла:

1)      отправка команд (запросов) на активацию и получение информации с определенного терминала сети;

2)      предоставление принятых данных оператору;

3)      мониторинг сети (координатного положения терминалов и их работоспособности);

4)      инициация заполнения таблиц маршрутизации.

В командном узле происходит преобразование запросов (команд) от оператора, вводимых с помощью ПО, то есть генерация служебных сообщений, передача сообщений разного типа (служебные и широковещательные), хранение данных необходимых для функционирования сети, синхронизация терминалов для снижения задержек, влияющих на качественную передачу чувствительных к ним (звуковых) сигналов. 

Заполнение таблиц маршрутизации происходит в начале функционирования сети, после отправки широковещательных сообщений, тем самым определяется зона покрытия сети, пока не найдется оконечный терминал. Этот процесс начинается с передачи сообщения с командного узла о поиске нужного терминала на терминала, который находится в зоне его радиопокрытия. Если искомый терминал не найден, то сообщение ретранслируется на другие терминалы дальше. Параллельно с этим, от терминала к терминалу, заполняется таблица маршрутизации. После тиго как искомый терминал был найден. он оправляет сообщение на командный узел по кратчайшему пути (с наименьшей метрикой). Командный узел принимает решение об отправке запроса на ретрансляцию данных, далее терминал начинает передачу. 

1.4. Обоснование иерархических моделей объектов радиосети - как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений согласно сценариям ее работы. Построение обобщенной иерархической схемы радиосети, отражающей схему взаимодействия "пользователь - радиосеть - объект управления". Характеристика радиоинтерфейса сети.

Рис. 5 Характеристика целевого ПО

Главной задачей работы программного обеспечения является предоставление возможности управления любым терминалом из радиосети по требованию оператора. Взаимодействие "пользователь - радиосеть - объекты наблюдения" можно представить в виде цепочки действий: оператор через ПО компьютера выбирает информацию, которую ему нужно получить от объекта наблюдения (аудио, фото и т.д.), радиосеть по средствам команд для промежуточных терминалов (создание канала связи) передает команду на оконечный терминал, он обрабатывает полученную команду и передает обратно требуемые данные для оператора (информация может быть получена с помощью периферийных устройств, подключенных через USB или другие порты, на оконечном терминале). Для запроса информации от другого пользователя текущий сеанс связи останавливается (подается команда о его завершении на все участвующие станции) и формируется новая цепочка терминалов, которая потребуется для формирования канала связи с требуемым пользователем.

Основная идея формирования маршрута в данной системе состоит в том, чтобы найти маршрут от командного узла до оконечного терминала с наименьшей метрикой, для больше скорости передачи сообщения и меньших рисков по потере связи между объектами из-за выхода из строя одного из промежуточных терминалов.

Данная сеть может использоваться службами охраны правопорядка на массовых мероприятиях для отслеживание обстановки и фиксации нарушений. Для развертывания и организации системы не требуется много времени и абонентскими терминалами могут быть мобильные и портативные устройства.