Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Постановка задачи проектирования

Глава 2. Анализ существующих решений

Глава 3. Разработка алгоритмов и модели станции для сети

3.1 Маршрутизация передачи маркера

3.2 Формирование сети. Самоорганизующиеся сети

3.3 Способы маршрутизации при нескольких каналах поддерживаемых на одном устройстве

3.4 Способы маршрутизации при нескольких каналах поддерживаемых на разных устройствах

3.5 Способы маршрутизации при подключении абонентского оборудования

3.6 Способы маршрутизации при отказе абонентского оборудования

3.7 Режим восстановления передачи данных с места разрыва

3.8 Дополнительный алгоритм учета вероятностного характера воздействующих помех

3.9. Алгоритм инициализации сети

3.10 Построение имитационной модели

Глава 4. Оценка эффективности предложенных решений

Заключение

Список используемых источников



Введение

В 21 веке технологии передачи данных эволюционируют с все возрастающей скоростью. Основная тенденция развития - переход от проводной к беспроводной передаче данных, увеличение скорости беспроводной передачи данных, увеличение количества и качества мобильных сервисов.

Несмотря на растущую скорость передачи данных по беспроводным соединениям, требования к надежности требуют новых подходов и новых решений, так как высокий уровень надежности и качества могут обеспечить только проводные соединения. Например, такие как Token Ring. Детерминированный доступ позволяет избежать коллизий при подключении и работе в сети, а так же гарантирует определенную полосу пропускания для передачи данных.

Для беспроводных соединений на данный момент наибольшей популярностью обладает технология Ethernet. Она удобна в развертывании и настройке, однако не обладает той детерминированностью, которую реализуют проводные соединения Token Ring.

Моя исследовательская работа - это попытка скрестить «ежа и ужа», т.е. разработать мобильную беспроводную сеть, которая обладала бы детерминированностью, чтобы избежать коллизий соединений и обеспечить поочередное использование радиоканала пользователями для более надежной передачи информации и эффективного мониторинга сети с целью улучшения ее возможностей самовосстановления в случае сбоя в работе одной или нескольких абонентских станций.



Глава 1. Постановка задачи проектирования

В рамках данного исследования необходимо разработать методы и алгоритмы функционирования беспроводной кольцевой структуры с физической топологией «звезда», с детерминированным маркерным доступом.

Таким образом необходимо разработать следующие алгоритмы:

1. Алгоритм формирования сети. Самоорганизация сети из базовых элементов - абонентских станций.

2. Алгоритм передачи данных внутри сети с использованием многоканальности и сегментарности сети.

3. Алгоритм обработки отказа абонентского оборудования (не монитор)

4. Алгоритм автоматического восстановления сети после отказа одного или нескольких из узлов.

Следовательно, из внешнего воздействия на сеть можно выделить следующие факторы:

· Воздействие преград на пути распространения сигнала.

· Полная или частичная потеря сигнала абонентом вследствие удаления абонента от зоны покрытия, т.е. от ближайшего к нему монитора кольцевой сети.

К пропускной способности сети требования, в данном случае, более чем умеренные. Больших скоростей передачи данных не требуется, но требуется надежность их передачи.

С учетом того, что на данном этапе разрабатывается логическая структура сети, т.е. методы и алгоритмы взаимодействия, будем рассматривать модель сети в реальных условиях, с учетом внешних факторов (внешние помехи преднамеренного и случайного характера, параметры надежности, факторы внутреннего функционирования).

Организационно-штатная структура.

Характеристики отделения полиции:

1. Численность - 32 человека

2. Машинное оснащение - 10 машин

Взвод численностью 32 человека делится на 4 отделения по 7 человек в каждом и вертолетную группу численностью в 4 человека. Во главе взвода стоит лейтенант, во главе каждого отделения - сержант. Лейтенанта замещает старший сержант, каждого сержанта - младший сержант. К каждому отделению прикреплен патрульный автомобиль.

Определение нагрузки и типа информации.

Внутри ИВС работают следующие сервисы:

- сервис передачи приказов;

- передача данных от датчиков к элементу сети;

- передача данных между элементами сети;

- сервис голосовой связи;

- сервис передачи графических данных.

Сервис передачи приказов представляет собой полу-автоматизированный комплекс команд, при котором приказ, исходящий от одного элемента, попадает ко всем командирам (элементам, находящимся у командиров взводов), состоящим в сети. От простой передачи информации сервис отличается первостепенным приоритетом в передаче сообщения.

Передача данных от датчиков к элементу сети выражена, по сути, как передача данных от элемента к элементу. Датчик подключен к одному из элементов сети и, пропуская данные через АЦП (в случае надобности), передает данные элементу сети, пославшему соответствующий запрос.

Передача данных между элементами сети, по сути, универсальна. Любая информация, не относящаяся ко всем остальным категориям, относится именно к этой.

Сервис голосовой связи - самый емкий с информационной точки зрения сервис. Он дает возможность непрерывного голосового общения между членами кольца, а также посылать голосовые сообщения элементам других колец. Предполагается, что в зависимости от тестов на пропускную способность сети будет выбран наиболее подходящий уровень качества звуковой связи (битрейт). Сервис должен работать постоянно и поддерживать определенный уровень качества.

Сервис передачи графической информации нужен, чтобы оценить качественно некое событие, происходящее перед глазами абонента, прикрепленного к элементу сети. Графическая информация может, в зависимости от скорости передачи данных представлять собой либо поток статических изображений, либо же видео-картинку, предназначенную для быстрых каналов связи. Качество графического изображения и видео-картинки также напрямую зависит от пропускной способности каналов связи.

Анализ информационных потоков.

Рассмотрим информационные потоки, которые могут течь по каналам связи с учетом описанных выше сервисов, предоставляемых ИВС.

- сервис передачи приказов: действует крайне редко с точки зрения расписки загрузки каналов. Тем не менее, существует расписка приказов по кодам, являющих собой три цифры, образующих трехзначное число. Приказы интерпретируются клиентскими частями, а внутри каналов существуют как последовательности трех цифр в десятичной системе исчисления.

- передача данных от датчиков к элементу сети: существуют фиксированные значения количества информации, поступающие от датчиков. Каждый датчик посылает определенный типовой массив информации, причем массив этот для всех датчиков одинаков.

- передача данных между элементами сети: информационный фон, общий поток информации между элементами сети. Запросы показаний датчиков от элементов как данного, так и других колец, передача текстовых сообщений между элементами сети, а также обмен служебной информацией.

- сервис голосовой связи: ориентировочное качество голосовой связи между членами кольца - 128 Кб/сек.

- сервис передачи графических данных: передача графических картинок разрешением 1650х1090 пикселей.

Возможные направления развития системы.

При развитии ИВС и увеличении требований могут возникнуть следующие направления в развитии системы:

- необходимость работы беспрерывной видеосвязи внутри взвода, а также к главе общей группы;

- увеличение скорости работы сети;

- улучшение качества голосовой связи;

- улучшение качества передаваемой информации.



Глава 2. Анализ существующих решений

В этом разделе я хотел бы привести для анализа два существующих решения, каждое из которых в наибольшей степени обладают отдельными необходимыми нам качествами, однако не сочетает в себе их всех одновременно.

Token Ring

Token Ring - это локальная вычислительная сеть кольцевой структуры с маркерным доступом.

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени.

Если у станции, владеющей маркером, имеется информации для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность "начало блока данных"), дополняет информацией, которую он хочет передать и, наконец, отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети.[1] Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает "раннего освобождения маркера" - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет,прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети.

Сети Token Ring используют несколько механизмов обнаружения и компенсации неисправностей в сети.[2] Например, одна станция в сети Token Ring выбирается "активным монитором" (active monitor). Эта станция, которой в принципе может быть любая станция сети, действует как централизованный источник синхронизирующей информации для других станций кольца и выполняет разнообразразные функции для поддержания кольца. Одной из таких функций является удаление из кольца постоянно циркулирующих блоков данных. Если устройство, отправившее блок данных, отказало, то этот блок может постоянно циркулировать по кольцу. Это может помешать другим станциям передавать собственные блоки данных и фактически блокирует сеть. Активный монитор может выявлять и удалять такие блоки и генерировать новый маркер.

Звездообразная топология сети IBM Token Ring также способствует повышению общей надежности сети. Т.к. вся информация сети Token Ring просматривется активными MSAU, эти устройства можно запрограммировать так, чтобы они проверяли наличие проблем и при необходимости выборочно удаляли станции из кольца.

Преимущества Token Ring

· Отсутствие коллизий в сети

· Детерминированность доступа

Недостатки Token Ring

· Общие задержки, связанные с передачей маркера

· Невысокая общая скорость передачи данных

Ethernet

Обычно схема Ethernet сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Ethernet даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

В качестве достоинств Ethernet следует отметить:

* простоту установки и эксплуатации;

* невысокую стоимость реализации, обусловленную простотой и невысокой стоимостью сетевых адаптеров и концентраторов;

* возможность использования различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы.

К недостаткам сети Ethernet можно отнести:

* снижение реальной скорости передачи данных в сильно загруженной сети, вплоть до ее полной остановки;

* трудности поиска неисправностей: при обрыве кабеля отказывает весь сегмент ЛВС и локализовать неисправный узел или участок сети достаточно сложно.

Таким образом, проанализировав данных представителей технологий передачи данных, можно сделать простой вывод о том, что первому не хватает мобильности, а второму надежности. Для исследовательской разработки в данной работе я постараюсь использовать преимущества каждого из них, при этом также постараюсь нивелировать недостатки. Позаимствуем у Ethernet мобильность и удобство развертывания, а у Token Ring возьмем топологию и маркерный доступ. Стоит отметить, что логическая кольцевая топология Token Ring вовсе не обязывает нас использовать физическую кольцевую топологию. Даже наоборот, физическая топология типа «звезда» позволит нам обеспечить даже большую надежность с точки зрения обработки ситуаций отказов абонентского оборудования.



Глава 3. Разработка алгоритмов и модели станции для сети

Проектируемая система представляет собой сеть пользователей, объединённых при помощи беспроводного канала в логическую кольцевую структуру, но с использованием физической топологии «звезда». Т.е. все пользователи в логическом кольце подключены к одному из пользователей данного кольца, на которого возлагаются функции маршрутизации и мониторинга сети.[3] В дальнейшем он будет называться просто - монитор. Сразу хочу отметить тот факт, что монитор по прежнему такой же пользователь сети, как и все остальные, и имеет те же самые права, что и остальные, плюс права монитора на генерацию и регенерацию маркера.

Рис.1 Подключение абонентов по структуре «звезда».

Обмен данными в сети осуществляется только при наличии у пользователя особого пакета - маркера, разрешающего ему осуществлять передачу данных. Данный маркер последовательно переходит от абонента к абоненту по логическому кольцу. Если абоненту необходимо передать данные, то он удерживает этот маркер на время передачи данных, но не дольше отведенного маркером времени. В случае, если данных на передачу нет - сразу предает маркер следующему абоненту. Так как все абоненты соединены в «звезду» через монитор, то передача маркера и ее контроль осуществляется монитором, но благодаря тому, что передача маркера последовательна внутри одного кольца, дополнительные ресурсы на вычисление маршрутных путей не требуется и маршрутизация внутри кольца сводится к пассивной коммутации.

Рис. 2 Обмен данными.

Могут возникнуть ситуации, когда есть необходимость разделить сеть на подсети. Например, для разделения абонентов на бригады, или же, в случае, когда абоненты сети распределились широко по местности и один монитор не охватывает всех абонентов своим покрытием. В этом случае применяется то, что я назвал суперкольцо. Это способ соединения, когда абоненты распределяются по подсетям (отдельным кольцам), а мониторы этих колец, в свою очередь, сами объединяются в кольцо (супер кольцо). Это позволяет всем абонентам находиться в одной распределенной сети и передавать данные через суперкольцо даже между самыми удаленными пользователями.

3.1 Маршрутизация передачи маркера

Осуществляется последовательно, согласно таблице маршрутизации, которая представляет собой последовательность строк, которые содержат информацию об абонентах сети.

Например.

<number id> | <mac address> | <address> | <Qos> | …

1 | 4E-5D-60-66-DB-05 | 192.168.0.1 | …

2 | 4E-5D-60-66-DB-05 | 192.168.0.2 | …

3 | 4E-5D-60-66-DB-05 | 192.168.0.3 | …

По окончанию сеанса передачи данных, маркер возвращается к монитору, который отправляет его следующему по списку абоненту. Таким образом, внутри одного канала (одной подсети) передача маркера является прозрачной, а коммутация сводится к пассивной.

3.2 Формирование сети. Самоорганизующиеся сети

Принцип «Я здесь!»

При пассивном состоянии унарных абонентов, т.е. еще до их объединения в сеть, они, используя широковещательные свойства протоколов, направляют по радиоканалам пакеты, обозначающие их присутствие в данном вещательном диапазоне. Таким образом, улавливая эти пакеты, им удается обнаружить друг друга в пределах эфирных частот.

Подключение абонентов

Если один абонент хочет подключиться к другому абоненту, то он проводит запрос на подключение. В случае согласия инициатор формирует маркер и передает его согласившемуся абоненту. Таким образом, они формируют сеть из двух машин, где инициатор становится монитором. Монитор формирует таблицу маршрутизации - последовательность в которой абоненты должны получать маркер. В дальнейшем обработкой запросов на подключение занимается монитор.

Если унарный абонент хочет подключиться к такой сети, то он направляет запрос на подключение и ожидает ответа. Один из абонентов, обладающий маркером в момент получения запроса на подключение от третьего абонента, подключает его к сети если он является монитором этой сети. Если же обращение на подключение пришло обычному пользователю, то он перенаправляет запрос монитору. В данном случае большим преимуществом является использование физической топологии «звезда», так как для того чтобы перенаправить запрос монитору не требуется обходить все кольцо и ждать пока запрос доберется до монитора. Пользователь-посредник перенаправляет запрос на подключение от нового абонента монитору сразу, так как имеет прямую связь с ним.

Если абонент, который пытается подключиться к сети, является монитором другой сети, то возможны три варианта подключения.

· Переход абонента в другую сеть

· Объединение сетей с помощью суперкольца

· Слияние сетей в единую сеть

Переход абонента в другую сеть

В данном случае абонент-монитор передает полномочия монитора другому пользователю, отключается от своей сети, подключается к новой сети, как рядовой пользователь.

Объединение сетей с помощью суперкольца

При объединении в суперкольцо монитор первой сети посылает запрос на подключение монитору второй сети. В случае согласия инициатор подключения формирует маркер суперкольца и посылает его согласившемуся монитору второй сети.

Слияние сетей в единую сеть

Рис.3Алгоритм слияния сетей в единую сеть.

При слиянии в одну сеть кольцо монитор первой сети также посылает запрос на подключение монитору второй сети. В случае согласия инициатор передает данные своей таблицы маршрутизации согласившемуся монитору второй сети. Монитор второй сети добавляет их в конец своей таблицы маршрутизации. Монитор второй сети становится рядовым абонентом первой сети наравне со всеми остальными абонентами своей сети. Стоит отметить, что такой вариант возможен, только в том случае, если все абоненты второго кольца находятся в зоне покрытия сигнала монитора первого кольца. В противном случае применяется объединение через суперкольцо.

Стоит отметить, что слияние в одну сеть возможно в том случае, если мощности сигнала, т.е. зоны покрытия монитора сети, к которой производится подключение, достаточно, чтобы охватить всех новых пользователей.

3.3 Способы маршрутизации при нескольких каналах поддерживаемых на одном устройстве

Разделение по каналам осуществляется с помощью частотного разделения канала на подканалы. По аналогии с Wi-Fi, если вещание осуществляется в частотном промежутке 2,4-2,7 ГГц, то разделение каналов можно осуществить выделением частоты соответствующему каналу. Например, 2,4 ГГц - первому подканалу, 2,5 ГГц - второму, 2,6 ГГц - третьему и 2,7 ГГц - четвертому.

Вариант 1. На каждом канале используется свой маркер.

При использовании на каждом канале своего маркера, каналы формируют собой обособленные независимые подсети с собственными таблицами маршрутизации. В каждой сети абоненты передают данные между собой. Если абоненту подсети A (на канале 1, например) необходимо передать данные абоненту из подсети B (на канале 2), то маршрутизатор переносит запись этого абонента из таблицы маршрутизации подсети A (на канале 1) в таблицу маршрутизации подсети B (на канале 2) и сообщает абоненту о необходимости переключиться на канал 2. Таким образом, абоненты оказываются в одной подсети, и второй абонент может передать данные первому, как только получит маркер этой подсети.



Рис. 4 Обособленные подсети.

Вариант 2. На всех каналах используется один маркер.

Все абоненты обслуживаются последовательно, согласно таблицам маршрутизации, переходя от одной таблице к другой. Перевод маркера с одного канала на другой осуществляется монитором и для конечных абонентов является абсолютно прозрачным.

Хочу отметить, что такой вариант хорош при небольшом территориальном распространении абонентов, и что все абоненты должны находиться в зоне покрытия монитора.

3.4 Способы маршрутизации при нескольких каналах поддерживаемых на разных устройствах

Разделение по каналам осуществляется с помощью частотного разделения канала на подканалы.

Все мониторы суперкольца поддерживают таблицу маршрутизации суперкольца в актуальном состоянии, т.е. после полного цикла пройденного маркером каждый монитор «знает» о существовании всех остальных. Это важная составляющая устойчивости сети к отказам оборудования и самовосстановления. маршрутизация станция сеть помеха

Рис.5 Частотное разделение на подканалы.

Вариант 1. В каждом подканале (подсети) свой маркер, маршрутизаторы соединены в суперкольцо.

При организации суперкольца также возможны варианты физической топологии кольцо или звезда. Независимо от физической топологии, данные между маршрутизаторами будут передаваться также по маркеру. Стоит отметить, что при организации сети с применением суперколец, монитор, если он не являются рабочей станцией с полномочиями монитора, а относится к отдельному классу устройств, является полноправным участником обмена информацией, наравне с прочими абонентскими станциями, и может удерживать у себя маркер для передачи данных в случае необходимости.

Для передачи данных между абонентами находящихся в разных подсетях (на разных каналах) можно применить два возможных алгоритма. Выбор одного из них обусловлен возможными задержками при передаче из-за ожидания маркера.

Первый вариант, по аналогии со случаем, когда маршрутизация всех каналов осуществляется одним устройством, заключается в «перебросе» пользователя в другую подсеть (на другой канал), где находится адресат. Т.е. передачи его запаси в другую таблицу маршрутизации, находящуюся на устройстве, обслуживающем канал (подсеть) адресата.

Второй вариант - источник передает данные монитору своего канала, который передает их монитору канала адресата по суперкольцу при получении маркера суперкольца. Монитор канала адресата, получив эти данные, передает их адресату в тот момент, когда ему необходимо передать адресату маркер подсети согласно таблице маршрутизации.

Выбор одного из этих вариантов обусловлен объемом данных, которые требуется передать и временем, которое требуется на их передачу. Для варианта передачи данных через суперкольцо стоит участь, что потребность передать данные абонентам из другой подсети может возникнуть сразу у нескольких (в самом худшем случае у всех) абонентов данной подсети. Таким образом, они все будут передавать данные маршрутизатору подсети, которые неизбежно будут на нем накапливаться, т.е. становиться в очередь, так как сам маршрутизатор должен обладать маркером суперкольца, чтобы передать данные маршрутизатору другой подсети. Если объем данных конкретного абонента, которые требуется передать, достаточно велик, то издержки на переключение данного абонента на канал адресата могут оказаться существенно меньше чем задержки передачи этих данных через суперкольцо, особенно учитывая очередь на маршрутизаторе. Переключение абонента на канал адресата позволит им обмениваться данными внутри одной подсети, что позволяет существенно сократить задержки между ними, так как маршрутизация передачи маркера внутри одного канала (подсети) полностью прозрачна и осуществляется в пассивном режиме. Так же стоит отметить, что этот вариант возможен только в случае, если зоны покрытия монитора подсети адресата достаточно, чтобы принять в подсеть отправителя.

Вариант 2. Во всех подканалах один маркер, маршрутизаторы соединены в суперкольцо.

На уровне суперкольца монитор владеет маркером суперкольца до тех пор, пока маркер подсети не пройдет полный цикл.

Маркер совершает полный цикл внутри одного канала и возвращается к монитору данного канала, который пересылает его следующему монитору в суперкольце, который, в свою очередь запускает маркер в цикл по своему каналу и ожидает его возвращения для передачи следующему в суперкольце.

Рис.6. Маршрутизаторы соединены в суперкольцо.

3.5 Способы маршрутизации при подключении абонентского оборудования

При физической топологии типа звезда все соединения проходят через монитор, который управляет передачей маркера, разрешающего абонентскому оборудованию передавать данные. Однако, для целей подключения и отключения от сети будем использовать запросы двух типов соответственно, которые можно передавать монитору даже в отсутствие маркера.

Режимы

· Первый

· Последний

· Подключение на месте

Первый

Маршрутизатор добавляет данные абонента в начало таблицы маршрутизации.

Последний

Маршрутизатор добавляет данные абонента в конец таблицы маршрутизации.

Подключение на месте

Если в момент поступления запроса маркер находится у одного из абонентов, то маршрутизатор добавляет запись подключаемого абонента после записи текущего абонента. Если в момент поступления запрос а маркер вернулся к маршрутизатору, то он добавляет запись подключаемого перед записью того абонента, которому должен передать маркер, и передает маркер только что подключенному абоненту.

3.6 Способы маршрутизации при отказе абонентского оборудования

Режимы

· Жесткое отключение

· Второй шанс

· Игнорирование проблемы

Жесткое отключение

Если указанный абонент не отвечает в течение таймаута (заданного промежутка времени до начала принятия мер), то он выкидывается из таблицы маршрутизации.

Второй шанс

Если указанный абонент не отвечает в течение таймаута, то он перемещается в конец таблицы маршрутизации.

Игнорирование проблемы

Если указанный абонент не отвечает в течение таймаута, то маршрутизатор игнорирует отсутствие ответа, создает новый маркер, и отправляет его следующему (в таблице маршрутизации) абоненту.

Рис.7 Создание нового маркера.

3.7 Режим восстановления передачи данных с места разрыва

В случае, если абонент вышел из зоны покрытия, т.е. удалился достаточно далеко от ближайшего к нему участника сети, и потерял сигнал, как следствие потерял возможность передавать и получать информацию, и не смог завершить передачу данных, могут быть приняты меры по восстановлению передачи с места «разрыва».

Абонент «потерялся», следовательно он не вернул маркер. Монитор зафиксировал то, что передача данных не завершилась, а сеанс завершился таймаутом (превышением допустимого времени) ответа.

Как только «потерявшийся» окажется в зоне досягаемости сигнала одного из участников и попробует восстановить соединение с сетью, в случае согласия, монитор вернет ему маркер (согласно установленной после прерывания связи последовательности) и сообщит с какого места необходимо возобновить передачу данных.

3.8 Дополнительный алгоритм учета вероятностного характера воздействующих помех

При обнаружении постепенного качества сигнала, после пересечения определенного порогового значения, монитор инициирует реструктуризацию сети. Пользователи, сигнал между которыми достаточно хороший замыкаются в кольца с выделением некоторых абонентов этих колец в мониторы. Затем эти мониторы сами замыкаются в суперкольцо.

3.9. Алгоритм инициализации сети

Построение аналитической модели

Данный алгоритм предназначен для работы в много сегментной сети. Его преимущество по сравнению с другими заключается в наиболее быстром развертывании сети, так как маркеры передаются на все устройства одновременно.

Применим следующие обозначения кодов связности:

«0»- элемент не имеет связей;

«1»- элемент имеет одну связь с другим элементом;

«2»- элемент имеет две связи.

Принцип работы алгоритма

Принцип данного алгоритма в том, что существует антенна с электронным сканированием луча, которая посылает маркеры на все элементы сети. Алгоритм начинает работу, когда появляется запрос на построение сети. Далее с помощью антенны с электронным сканированием луча происходит поиск элементов и посылка маркеров на них. С помощью этих маркеров также устанавливается расстояние до каждого элемента. Когда все элементы были найдены и связи с ними заключены, происходит формирование кольца, по порядку от ближнего элемента к дальнему. После заключения этой связи по кольцу отправляется маркер, который должен проверить целостность кольца. В случае если маркер вернулся обратно, мы считаем, что кольцо сформировано. Если посланный маркер обратно не пришел, элемент проводит сканирование на предмет наиболее удаленного от него элемента с кодом «2». Этот шаг отражает реагирование на неисправность, а именно - выход из строя какого-либо элемента системы, вследствие чего возникнет неравномерность в установке соединений по разным сторонам кольца. Если элемент не находится, алгоритм переходит к началу и вновь проводит процедуру инициализации с нуля. После нахождения такового элемента с ним заключается принудительное соединение. Далее производится выборка наиболее удаленного соседа, и соединение между наиболее удаленным соседом и выбранным элементом разрывается. По сформированному кольцу пускается маркер. Если кольцо сформировано, и маркер вернулся обратно, следует проверка на наличие рядом сформированного кольца путем поиска элементов с другим ID кольца. Если таковые находятся, с другим кольцом устанавливается соединение. Алгоритм завершается.

1. Несколько элементов могут находится на одинаковом расстоянии от первого элемента. В таком случае, вводится дополнительная компонента, называемая силой сигнала, соответственно, чем выше данный параметр, тем раньше будет заключена связь с элементом.

2. Нужно избежать подключения к элементам другого кольца при формировании сегмента. Этого можно достичь путем идентификации элементов, участвующих в создании сегмента.

Блок-схема алгоритма



Рис. 8 Алгоритм инициализации сети.

Аналитическая оценка

T = [(N - 1)div2 + (N - 1)mod2]( фо + Ту/с) + 3фо + 3Ту/с + Тз ,

где

Тз - время, за которое маркеры передаются на элементы при нахождении таковых.

фо - время, которое затрачивает элемент на опрос соседей и обработку их ответов;

Ту/с - время, за которое между двумя элементами устанавливается соединение.

Зесь

Ту/с = 488 µс

фо = 354 µс

Тз=3000 µс

3.10 Построение имитационной модели

Выбор и обоснование аппаратно-программного комплекса имитационного моделирования

При построении имитационной модели была использована система OPNET. Выбор данного комплекса обусловлен наличием доступной версии для ПК, удобством его настройки и достаточным функционалом для моделирования процессов рассматриваемой сети.



Глава 4. Оценка эффективности предложенных решений

Чтобы провести оценку эффективности предложенного алгоритма, нужно сравнить его с уже существующими решениями. Например алгоритм формирования кольца выглядит следующим образом:

T2 = [(N - 1)div2 + (N - 1)mod2]( фо + Ту/с) + 3фо + 3Ту/с + Тпасn

где

Тпасn - время, за которое маркер обходит по кольцу в пассивном режиме, т.е. элементы работают только как ретрансляторы;

Тпасn = (N - 1)(фф + Tп);

фф - время, которое элемент тратит на фоновые операции, не связанные с исполнением конкретного алгоритма;

Tп - время передачи маркера между двумя элементами;

фо - время, которое затрачивает элемент на опрос соседей и обработку их ответов;

Тус - время, за которое между двумя элементами устанавливается соединение.

В виду того что Тпасn = 3500 µс, соответственно наглядно представляется превосходство предложенного решения по сравнению с существующим ранее.



Заключение

В рамках данной работы была разработана аналитическая модель работы TR-сети с физической топологией звезда, была выбрана система имитационного моделирования. В виду многосегментного устройства сети была составлена приблизительная имитационная модель в виде блок-схемы.



Список используемых источников

1. WTRP-Wireless Token Ring Protocol, Mustafa Ergen, Duke Lee, Raja Sengupta, Pravin Varaiya

2. Hardware Design of Wireless Physical Token Ring System for Mobile and Cellular Communication, Nidal F. Shilbayeh and Mahmoud Z. Iskandarani, American Journal of Applied Sciences 1 (3): 176-183, 2004, ISSN 1546-9239

3. Jingqiu Zhang, Kuang-Hao Liu, and Xuemin (Sherman) Shen, A Novel Overlay Token Ring Protocol for Inter-Vehicle Communication / Dept. of Elec. & Comp. Eng., University of Waterloo, Waterloo, ON Canada, N2L 3G1, 2006

4. Mustafa Ergen, Duke Lee, Raja Sengupta, Pravin Varaiya, «WTRP-Wireless Token Ring Protocol», 2002

Размещено на Allbest.ru