Источник: материалы Всеукраинского конкурса студенческих научных работ, компания «Киевстар», 2007 г.
Развитие радиосетей передачи данных в настоящее время занимает одно из важнейших мест среди задач технического прогресса. В первую очередь эти системы призваны обеспечивать беспроводный доступ к узлам провайдеров сетевых услуг, как для подвижных абонентов, так и для стационарных, в условиях, когда прокладка кабелей к ним технически невозможна или экономически невыгодна.
Пользователи, постоянно меняющие свое местоположение и стремящиеся при этом поддерживать связь с сетью, выделяются в специальную группу, называемую группой мобильных пользователей. Таким образом, задача маршрутизации в такой сети заключается в том, чтобы посылать пакеты мобильному пользователю через его домашний адрес, где бы сам пользователь ни находился.
Для сети, узлы которой связаны между собой как через проводные системы передачи данных, так и через радиоканалы, должна существовать возможность преобразования протоколов и форматов данных при переходе их из одной среды в другую. Поэтому одним из ключевых аспектов проектирования беспроводных систем передачи данных является интеграция вышеназванных систем в единую информационную сеть.
В последнее время принято говорить о создании в недалеком будущем некой единой всемирной сети связи, которая объединит сегодняшние разрозненные магистральные сети государств и компаний. Пока что проект этой «сети следующего поколения» (Next Generation Network – NGN) или «новой сети общего пользования» (New Public Network – NPN) – это маркетинговый лозунг, под которым понимают сети, основой которых должна быть коммутация пакетов в сочетании с техническими средствами регулирования информационных потоков. Существенной частью такой сети станет развитая система радиосетей передачи данных различных технологий, с помощью которых будет осуществляться доступ к узлам провайдеров сетевых услуг. Кроме того, будут развиваться радиосети подвижной связи, основанные на коммутации пакетов.
Целью разработки усовершенствованных сетей беспроводной связи является их органичное слияние с системой NGN без лишних преобразований форматов сообщений и протоколов, а также при минимальных начальных и эксплуатационных капиталовложениях.
Одним из основных отличительных свойств сетей с пакетной коммутацией состоит в том, что в них объединены два фундаментальных принципа передачи данных: принцип широковещательной
передачи в коллективно используемом канале связи и принцип коммутации (или маршрутизации) пакетов. Пакетные радиосети при обмене информацией между абонентами, находящимися в пределах
взаимной радиовидимости, можно отнести к моноканальным сетям, аналогичным соединениям с общей шиной Ethernet, где процедуры передачи данных и процедуры координации происходят и единой
полосе радиочастот. Таким образом, организация широковещания в ней подобна организации широковещания в сети с общей шиной. Применение коммутации пакетов в радиосетях позволяет создавать
на их основе сложные комплексы, обеспечивающие надежную передачу данных в условиях нестационарности среды распространения радиосигнала, а также динамичного характера топологии и матрицы
связности абонентов.
Соответственно семи уровням эталонной модели введена семиуровневая иерархия протоколов OSI, которые принято разделять на две группы по ориентации выполняемых ими функций. К первой относят протоколы
прикладного, представительного и сеансового уровней. Вторую группу протоколов образуют сетевой, канальный и физический протоколы, которые в значительной мере зависят от используемых средств соединения.
Транспортный протокол является связующим звеном между указанными группами.
Специфическими особенностями относительно свойств передающей среды обладают протоколы второй группы, поэтому их проектирование является ключевым моментом для построения радиосетей передачи данных. Для рассматриваемых в данной
работе многозвенных сетевых соединений с последовательной передачей пакетов от одного симплексного ретранслятора к другому ключевой является задача координации коллективного использования радиоканала множеством абонентов. Решение
этой проблемы происходит на канальном уровне и связано с выделением дополнительного подуровня управления множественным доступом, а в списке протоколов - соответственно, протокола множественного доступа.
В данной научной работе оценивается перспективность использования для станций-ретрансляторов радиосетей передачи данных гибкого адаптивного протокола случайного множественного доступа с разрешением конфликтов, разработанного
на основе базовых протоколов множественного доступа с контролем несущей (МДКН) путем расширения понятия занятости радиоканала на область специально созданной фазы разрешения конфликта. Протокол включает в себя процедуры
централизованного формирования ретранслятором фазы разрешения конфликта, децентрализованного принятия решения о передаче в этой фазе, а также процедуры адаптации параметров фазы разрешения конфликта к текущему уровню трафика с
целью удержания пропускной способности радиоканала.
В режиме приема пакет одновременно проверяется на наличие ошибки. Если ошибки в нем не обнаружено, то ретранслятор ожидает поступления следующего пакета. Если ошибка зафиксирована, то непосредственно после этого ретранслятор принимает
решение о том, что произошло столкновение пакетов, и передает в широковещательный канал короткий (не более 10% длительности пакета данных) пакет разрешения конфликта (ПРК).
Предусмотрена дополнительная схема фиксации ошибки по сигналу несущей, равной длительности пакета. Эта схема должна включаться, когда после появления несущей в заданный интервал времени не включилась схема контроля ошибки. В течение фазы
разрешения конфликта ретранслятор не передает другие ПРК, чем обеспечивается ее завершение без прерывания. После этого радиоканал предоставляется всем без исключения абонентам в свободное пользование. Пакеты, претерпевшие конфликт, начинают
повторную передачу через промежуток времени случайной величины, как и в гибком протоколе МДКН.
Предложенный в данной работе для ретрансляторных станций стандарта GSM протокол случайного множественного доступа с разрешением конфликтов и альтернативной маршрутизацией пакетов призван оптимизировать их
функционирование в составе магистральной транспортной сети мобильной связи. Его достоинствами являются: использование централизованного формирования ретранслятором фазы разрешения конфликта, использование
процедур децентрализованного принятия решения абонентами о передаче в этой фазе, также возможность адаптации параметров фазы разрешения конфликта к текущему уровню трафика с целью удержания пропускной способности
радиоканала в оптимальных пределах. Применение альтернативной маршрутизации, по результатам проверки работы алгоритма с помощью специально разработанной программы, позволяет снизить почти вдвое среднюю задержку в
сети, если сравнивать с результатами работы по алгоритмам Дейкстры и Беллмана-Форда.
При написании работы мною использовалась специальная литература, рекомендованная нашей кафедрой для изучения вопросов проектирования телекоммуникационных систем. При обработке имеющегося материала обращалось внимание на соответствие его поставленной
задаче, степени подробности раскрытия проблем проектирования беспроводных телекоммуникационных сетей, актуальность изложенных сведений. Кроме того, учитывалась возможность использования предлагаемых решений в условиях интеграции в информационные сети
следующего поколения.