Способ построения маршрутов в узкополосной радиосети

-

Телекоммуникационные системы и компьютерные сети

УДК 621.396.42

Ю.Б. Нечаев, А.А. Епифанцев, М.Ю. Сидоров способ построения маршрутов в узкополосной радиосети

Перспективная узкополосная радиосеть представляет собой систему, обладающую функциями самоорганизации и самовосстановления, и состоит из идентичных узлов, каждый из которых сочетает в себе функции маршрутизатора и оконечного устройства. При таком варианте построения сети надежность обеспечивается благодаря высокой избыточности, выраженной в дублировании доступных путей прохождения данных. В случае, когда один из узлов отказывает, сетевой трафик может быть перенаправлен к любому другому узлу.

Реализация таких функциональных особенностей исключает возможность использования статической маршрутизации со статичными маршрутными таблицами, которые создаются вручную администратором сети и также вручную корректируются в случае произошедших изменений в топологии, т. к. подобный алгоритм приемлем либо в небольших сетях с простой топологией, либо в сетях с установившейся топологией [1]. В перспективной радиосети ДКМВ, МВ диапазона передача информации происходит с использованием ретрансляторов и различных маршрутов, что, в свою очередь, требует использования динамической маршрутизации в автоматическом режиме.

Узкополосный доступ из-за ограниченной пропускной способности затрудняет решение рассматриваемой задачи и накладывает жесткие ограничения на объем служебной информации, что не позволяет применять протоколы маршрутизации, используемые в беспроводных широкополосных сетях с ячеистой топологией [2]. Поэтому одним из основных критериев при построении протокола маршрутизации будет небольшой объем служебной информации и минимальная нагрузка на каналы связи.

Функциональные возможности перспективной узкополосной радиосети значительно рас-

ширены относительно других узкополосных радиосетей и приближаются к возможностям широкополосных систем связи. Основными возможностями перспективной системы связи являются: самоорганизация и реконфигурация; индивидуальный вызов; групповой вызов; широковещательный вызов; режим прямой связи;

режим связи с использованием ретрансляции в автоматическом режиме;

одновременная передача речи и данных с коммутацией каналов;

одновременная передача речи и данных с коммутацией пакетов;

одновременное обслуживание нескольких абонентов;

приоритетный доступ; приоритет информации.

Цель работы - разработка протокола маршрутизации, позволяющего адаптировать сеть к меняющейся интенсивности входного потока заявок и обеспечивающего предоставление пользователю описанного выше набора услуг в условиях сложной быстро меняющейся помеховой обстановки при наличии замираний сигналов.

Последние исследования маршрутизации в сетях радиосвязи [3, 4] показывают, что адаптировать сеть к меняющейся нагрузке и обеспечить устойчивый обмен информацией при высокой динамике топологии сети позволяет использование гибридных протоколов маршрутизации. Такие протоколы представляют собой сочетание упреждающей (проактивной) и реагирующей (реактивной) стратегий маршрутизации:

реактивный режим осуществляет построение маршрутных таблиц в узлах сети непосредственно перед передачей информации (по запросу); проактивный режим регулярно обновляет ин-

Научно-технические ведомости СПбГПУ 4' 2011 Информатика. Телекоммуникации. Управление

формацию в маршрутных таблицах узлов всей сети.

Обмен информацией в беспроводной сети осуществляется кадрами с использованием выделенных частот для передачи пользовательской и служебной информации. Такая особенность предъявляет дополнительные требования к аппаратной платформе, реализация описанных функций становится возможной при использовании в станциях многоканальных приемников.

Предложенный протокол использует маршрутные таблицы, хранящиеся в каждом из узлов сети. В проактивном режиме каждая абонентская станция сети информирует других абонентов, находящихся в пределах радиовидимости, о собственных возможностях по обеспечению радиодоступа. Интервалы для передачи таблиц маршрутизации (работы проактивной части маршрутизации) выделяются в начале служебного интервала на пользовательской частоте, закрепляются за каждой станцией сети и назначаются ей из радиоданных (существует однозначное соответствие между номером станции и ГО кадра). Остальная часть служебного временного интервала используется для передачи запросов к базовой станции на выделение ресурса. Использование проактивной части протокола маршрутизации позволяет получить информацию о соседях первого

порядка станции, передающей таблицу связности (по 3 бита на абонента), 0 - станция не в зоне прямой видимости (не является соседом первого порядка), 1-7 - станция находится в зоне прямой видимости, величина значения показывает качество канала связи (табл. 1).

Реактивная составляющая протокола маршрутизации использует служебную частоту для построения маршрутов к абонентам, о которых не содержится актуальной информации в таблице маршрутизации станции-отправителя. Реактивная часть используется только в случаях, когда абонент имеет очередь на передачу информации и его таблица маршрутизации не содержит информации об актуальном маршруте к получателю. Пакеты запроса и ответа на запрос построения маршрута представлены в табл. 2 и 3 соответственно.

На пользовательской частоте для передачи запроса на построение маршрута реализуется метод CSMA/CD (конкурентный доступ к среде с определением коллизий). Станция слушает эфир, и если канал свободен, ожидает случайное время отсрочки, затем, если канал свободен, станция начинает передачу информации [5].

Рассмотрим сеть, изображенную на рисунке.

Маршрут представляется совокупностью соединений, а качество маршрута считается равным

Т абл ица 1 Информационная часть пакета проактивной части протокола маршрутизации

Идентификатор пакета А1 А2

011 000 001

Идентификатор Время Адрес Адрес Адрес

непосредственного

пакета жизни пакета отправителя получателя

получателя

Табл ица 3

Информационная часть пакета ответа на запрос построения маршрута реактивной части протокола маршрутизации

Идентификатор Адрес Адрес Адрес Качество Число

непосредственного получателя

пакета отправителя получателя маршрута ретрансляций

Табл ица 2

Информационная часть пакета запроса на построение маршрута реактивной части протокола маршрутизации

Телекоммуникационные системы и компьютерные сети

Топология рассматриваемой узкополосной сети

качеству соединения на маршруте с наименьшим показателем качества. При условии использования в сети однотипных устройств разница в качестве соединений между станциями зависит от состояния канала. Данный способ определения качества маршрута обусловлен наличием эффекта «бутылочного горлышка», когда из-за участка маршрута с наименьшей пропускной способностью скорость информационного обмена на маршруте падает до его уровня.

На основе информации, полученной от про-активной составляющей протокола маршрутизации, маршруты между соседними абонентами

строятся автоматически. При вызове абонента с использованием одной ретрансляции применяется направленный запрос на установление соединения (при наличии в таблице маршрутизации актуального маршрута к получателю).

Реактивная составляющая протокола маршрутизации использует служебные частоты с заданным законом движения для построения маршрутов к абонентам, о которых не содержится актуальной информации в таблице маршрутизации станции-отправителя (табл. 4).

При построении ДКМВ сети с 10-битной адресацией (что позволяет обслуживать до 1024 абонентов) размеры пакетов служебной информации протокола не превышают 36 бит. Пакетный режим передачи данных реализуется со скоростью 2400 бит/с при использовании 16-символьного кода Рида-Соломона (в одном символе содержится 4 бита) из которых восемь символов информационные. Такой способ кодирования позволяет исправить три из восьми информационных символов. Передача пользовательской информации в сети ведется пакетами размером по 96 байт [7]. Соответственно, для построения маршрута максимальной длины (с двумя ретрансляциями) при отсутствии коллизий во время множественного

Т аб лица 4

Пример таблицы маршрутизации узла А для узкополосной сети, состоящей из семи узлов [6]

Получатель

В С В Е О

21 2 2 2 1 1

В 02 1 1 2 1 2

123 20 120 173 112 213

4 4 3 4 4 4

Адрес С 1 47 0 7 2 315 2 321 1 298 2 255

следующего 3 1 3 2 4 0 4 1 4 2 4 3

ретранслятора В

145 267 1 3 14 78

Е - - - - - -

- - - - - -

О - - - - - -

1 Качество маршрута.

2 Число ретрансляторов на маршруте.

3 Время последнего обновления маршрута, с (в случае, если по указанному маршруту не передавалось пользовательской информации, а информация о существовании маршрута получена в результате работы протокола маршрутизации, значение поля «качество маршрута» устанавливается в да).

Научно-технические ведомости СПбГПУ 4' 2011 ^ Информатика. Телекоммуникации. Управление

доступа к разделяемой среде требуется передача 216 бит служебной информации протокола маршрутизации, что составляет 1/35 часть от передачи 10 пакетов информации пользователя при реактивном режиме работы протокола маршрутизации.

Использование при построении узкополосной радиосети предложенного протокола маршрутизации позволяет своевременно реагировать на изменение топологии сети, поддерживая актуальные маршруты между узлами сети. Возможно использование следующих режимов работы протокола при построении маршрута: гибридный; проактивный; реактивный.

Особенности работы алгоритма протокола маршрутизации, и использование механизмов уменьшения объема собственной служебной информации за счет поэтапного перехода с гибридного режима на создающий меньшую нагрузку реактивный, помогают избежать излишней нагрузки на сеть, при этом предоставляя возможность принятия решения о выборе наилучшего маршрута исходя из оценки качества маршрута, числа ретрансляций, времени последнего обновления маршрута.

Наличие указанных режимов работы протокола позволяет адаптировать процедуру маршрутизации к меняющейся интенсивности входного потока заявок, динамике узлов сети, адаптировать сеть к внешним воздействиям.

список литературы

1. Николаев, В.И. Системы, сети и устройства радиосвязи [Текст] / В.И. Николаев, Ю.Б. Нечаев, В.В. Прилепский [и др.]. -Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004.- С. 321-329.

2. Нечаев, Ю.Б. Особенности построения узкополосной радиосети с ячеистой топологией [Текст] / Ю.Б. Нечаев, С.И. Григорьев, М.Ю. Сидоров, А.А. Епифанцев // Теория и техника радиосвязи. -2009. -№3. -С. 25-29.

3. Вишневский, В. Маршрутизация в широкополосных беспроводных mesh-сетях стандарта IEEE 802.11s [Текст] / В. Вишневский, Д. Лаконцев, А. Сафонов [и др.] // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2008. -№6. -С. 64-69.

4. Вишневский, В.М. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G [Текст] / В.М. Вишневский, С.Л. Портной,

И.В. Шахнович. -М.:Техносфера, 2009. -С. 206-212.

5. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов [Текст]/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. -СПб.: Питер, 2006. -С. 394-395.

6. Interoperability and performance standards for medium and high frequency radio systems, Appendix D [Текст] / HF Radio Networking, MIL-STD-188-141B, 1999. -P. 578.

7. Бояршинов, М.А. Реализация пакетной передачи данный в КВ радиостанциях с адаптацией к условиям связи [Текст] / М.А. Бояршинов, К.С. Третьяков // Матер. IX Междунар. науч.-техн. конф.: Физика и технические приложения волновых процессов. -Челябинск, 2010. -С. 229-230.

УДК 621.394./.396

В.Ю. Бабков, А.Н. Степутин

повышение точности позиционирования в сетях мобильной связи

Для оказания пользователям сотовых сетей мобильной связи таких услуг, как помощь при авариях, срочная медицинская помощь, решение специальных задач в плане розыскных мероприятий и др., требуется высокая точность определения географических координат абонентских станций и их однозначная привязка к цифровой карте местности.

Существующие методы, использующиеся в сетях мобильной связи, не обеспечивают требуемую точность позиционирования АС, необходима разработка и внедрение новых подходов без применения спутниковых систем позиционирования.

В данной статье рассматривается решение этой задачи на основе совместно функционирующих сетей мобильной связи и специальной пе-