Метод сетевого взаимодействия комплекса средств радиодоступа абонентов

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1 Анализ функционального состава и архитектуры системы сетевого
радиодоступа абонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1 Основное назначение системы сетевого радиодоступа . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Функциональный состав сети персональной связи . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Архитектура сети радиодоступа персональной связи . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Требования к разрабатываемому ПО САУ КССРА . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 Протокол доступа персональной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5.1 Структура кадров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5.2 Типы пакетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.3 Типы физических каналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.3.1 Физический канал управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5.3.2 Физический канал трафика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.4 Временные счётчики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.5 Сетевые процедуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.5.1 Процедура синхронизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.5.2 Процедура регулирования мощности передатчика . . . . . . . . . 16
1.5.5.3 Процедура предоставления доступа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.5.4 Процедура подтверждения работоспособности станций . . . . 17
1.5.5.5 Процедура установления персональной связи . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.5.6 Процедура передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6 Физический уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.7 Вывод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 Разработка программной модели протокола . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1 Общая модель системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2 Моделирование сетевых процедур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.1 Процедура синхронизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.2 Процедура регулировки мощности передатчика . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.3 Процедура подтверждения работоспособности станции . . . . . . . 31
2.2.4 Процедура предоставления доступа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3 Вывод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3 Разработка архитектуры программной части системы радиодоступа 34
3.1 Выбор инструментария разработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.1 Bare metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.2 Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.3 QNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.4 Результаты сравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2 Архитектура САУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.1 Формы межзадачного взаимодействия QNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Архитектура программной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4 Разработка программного обеспечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4.1 Система автоматизированного управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4.2 Поддержка интерфейсов физического уровня . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.2.1 Пакет «Интерфейсы» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.2.2 Интерфейсы для взаимодействия с ООД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4.2.3 Элементы обеспечения телефонной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4.2.4 Модули взаимодействия с пользователем . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4.2.5 Пакет «Память» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.2.6 Пакет «Интерфейс абонента» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.2.7 Пакет «Контроллеры» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4.3 Реализация протокола персональной связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.3.1 Пакет «Система синхронизации» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4.3.2 Пакет «Режим работы системы» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4.3.3 Пакет «Система регулировки мощности» . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4.3.4 Пакет «Система управления сетью персональной связи» . . . 49
3.5 Вывод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Список сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Приложение А — Архитектура САУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Приложение Б — Выбор типа пакета в служебном канале . . . . . . . . . . . . . . . 61

На основании результатов анализа архитектуры, функционального со-
става, а также принципов и стандартов организации взаимодействия эле-
ментов и узлов системы радиодоступа абонентов сформирован перечень
требований, предъявляемых к ПО, таких как требования к:
– обеспечению дистанционного управления цифровыми каналами стан-
ций спутниковой связи;
– управлению режимами работы станций и информационным обменом;
– управлению получением и обработкой служебных сообщений;
– управлению вводом/выводом из внешних ООД или от собственных
речепреобразующих устройств;
– отображению на графическом экране служебной и пользовательской
информации.
Выполнен анализ протокола доступа персональной связи, это позво-
лило определить перечень реализуемых процедур:
– процедура синхронизации;
– процедура регулирования мощности передатчика;
– процедура предоставления доступа;
– процедура подтверждения работоспособности станций;
– процедура установления персональной связи;
– процедура передачи данных.
На основании результатов анализа, в том числе физического уровня и
процессорной части были определены необходимые модули и интерфейсы,
которые нужно реализовать в подсистеме взаимодействия с периферийным
оборудованием:
– модуль обработки пакетов Ethernet;
– модуль взаимодействия с ПЛИС по AXI шине;
– модуль взаимодействия с периферийными устройствами, расположен-
ными в ПЛИС.
Выполнено моделирование в среде MATLAB/Simulink моделей следу-
ющих процедур:
– процедуры синхронизации;
– процедуры регулировки мощности передатчика;
– процедуры подтверждения работоспособности станции;
– процедуры предоставления доступа.
Проведена отработка протокола по полученным моделям, которая по-
казала, что моделирование в среде Simulink не может обеспечить должный
механизм взаимодействия модулей, т.к. полученная система не предназна-
чена для реальных условий использования и требует разработки отдельного
программного обеспечения.
Исходя из полученных результатов выбран инструментарий для даль-
нейшей разработки, и на основании предложенного выбора была разработа-
на архитектура САУ, а так же части программной системы:
– драйвер интерфейса С1-ФЛ-БИ;
– модуль обработки пакетов Ethernet;
– модуль работы с клавиатурой;
– модуль работы с дисплеем;
– пакеты системы автоматизированного управления:
∙ пакет «Память»;
∙ пакет «Интерфейс абонента»;
∙ пакет «Контроллеры»;
∙ пакет «Система синхронизации»;
∙ пакет «Режим работы системы»;
∙ пакет «Система регулировки мощности»;
∙ пакет «Система управления сетью персональной связи»;
Таким образом предложен метод сетевого взаимодействия в составе
комплекса средств сетевого радиодоступа абонентов, базирующийся на про-
токолах ETSI EN 300 392 и IEEE 802.11, позволяющий организовывать работу
оборудования сетевого радиодоступа.
s[32]s
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АСР — Абонентская станция радиодоступа
БАСР — Базовая абонентская станция радиодоступа
ЕССС — Единая система спутниковой связи
КССРА — Комплекс средств сетевого радиодоступа абонентов
ООД — Оборудование обработки данных
ОСРВ — Операционная система реального времени
ПС — Персональная связь
ПСП — Псевдо-случайная последовательность
РПУ — Речепреобразующее устройство
ССС — Станция спутниковой связи
ШАС — Шифровальная аппаратура связи
AMBA — Advanced microcontroller bus architecture
ARM — Advanced RISC machine
AXI — Advanced extensible interface
DSP — Digital signal processor
ETSI — The European telecommunications standards institute
FN — Frame number
IPC — Interprocess communication
MCBSP — Multichannel buffered serial port
MN — Multiframe number
SN — Symbol number
SPI — Serial peripheral interface
SIM — Subscriber identity module
TDD — Time division duplex
TDMA — Time division multiple access
TETRA — Terrestrial trunked radio
TN — Timeslot number

1. Спутниковая связь [Электронный ресурс] // ООО «Трилайн Си-
стемс». — Режим доступа: http://3lsystems.ru/equipment/satellite/ (дата обра-
щения: 2019-05-23).
2. Волков, Л.Н. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и ха-
рактеристики : учеб. пособие / Л.Н. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шина-
ков. — Москва : Эко-Трендз, 2005. — 392 с.
3. The changing world of satellite communication [Электронный ресурс] //
World Technology Evaluation Center. — Режим доступа: http://www.wtec.org/
loyola/satcom2/0102.htm.
4. Сомов, А.М. Спутниковые системы связи : учеб. пособие / А.М. Со-
мов. — Москва : Горячая линия. — 2012. — 244 с.
5. Что такое транкинг (или транк)? [Электронный ресурс] // SAGA ҫ си-
стемы радиосвязи. — Режим доступа: http://www.sagatelecom.ru/encyclopedia/
systems/detail.php?ID=75 (дата обращения: 2018-10-29).
6. Транковая (транкинговая) связь [Электронный ресурс] // Системы
связи. — Режим доступа: https://www.2491040.ru/Trunk.html.
7. Транкинговая связь [Электронный ресурс] // Радиал. — Режим до-
ступа: https://www.radial.ru/faq/tranking/.
8. Булдаков, Г. А. Обзор аналоговых стандартов транкинговой связи /
Г.А. Булдаков // Omega Science. — 2016. — С. 13ҫ21.
9. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое
применение / Б. Скляр. — Москва : Вильямс. — 2003. — 1104 с.
10. Технология TDMA: гарантия построения надежной беспроводной
сети [Электронный ресурс] // РУБА. — Режим доступа: http://wifi.kz/articles/
tekhnologiya-tdma-garantiya-postroeniya-nadezhnoy-besprovodnoy-seti/.
11. TDMA — Time Division Multiply Access [Электронный ресурс] // Про-
фессиональные средства связи. — Режим доступа: http://www.mobilradio.ru/
information/vocabulary/tdma.htm.
12. ГОСТ 27232-87 Стык аппаратуры передачи данных с физическими
линиями. Основные параметры. — Введ. 01.01.1988. — Москва : Издательство
стандартов, 1987. — 7 с.
13. Cowley, J Communications and Networking: An Introduction / J. Cowley.
— London : Springer. — 2013. — 235 p.
14. Продвинутая шинная архитектура микродиспетчера [Электронный
ресурс] // Новые знания! — Режим доступа: http://ru.knowledgr.com/01044758/
ПродвинутаяШиннаяАрхитектураМикродиспетчера.
15. AMBA4 AXI4-Stream Protocol [Электронный ресурс] // University of
Idaho. — Режим доступа: http://www.mrc.uidaho.edu/mrc/people/jff/EO-440/
Handouts/AMBA-Protocols/AXI-Stream/IHI0051A-amba4-axi4-stream-v1-0-
protocol-spec.pdf.
16. ARM IHI 0022F.b AMBA AXI and ACE Protocol Specification. — 2017. —
England, Cambridge : ARM Limited. — 440 p.
17. Иглин, С.П. Математические расчеты на базе Matlab / С.П. Иглин. —
Санкт-Петербург : BHV. — 2005. — 640 с.
18. Курбатова, Е.А. MATLAB 7. Самоучитель / Е.А. Курбатова. — Москва :
Вильямс. — 2005. — 256 с.
19. Алексеев, Е.Р. MATLAB 7. Самоучитель / Е.Р. Алексеев, О.В. Чесноко-
ва. — Москва : НТ Пресс. — 2006. — 464 с.
20. Черных, И.В. Simulink: Инструмент моделирования динамических
систем / И.В. Черных. — MATLAB.Exponenta. — 2003. — 252 с.
21. Дьяконов, В.П. Simulink. Самоучитель / В.П. Дьяконов. — Москва :
ДМК-Пресс. — 2013. — 782 с.
22. Stateflow — Model and simulate decision logic using state machines and
flow charts [Электронный ресурс] // MathWorks. — Режим доступа: https://
www.mathworks.com/products/stateflow.html.
23. Что такое Stateflow? [Электронный ресурс] // Bourabai Research. —
Режим доступа: http://bourabai.kz/cm/stateflow11.htm.
24. Stateflow 5. Руководство [Электронный ресурс] // MATLAB. — Режим
доступа: http://matlab.exponenta.ru/stateflow/book1/index.php.
25. Linux Kernel [Электронный ресурс] // The Linux Kernel Archives. —
Режим доступа: https://www.kernel.org/linux.html (дата обращения: 2019-05-
09).
26. QNX Software Development Platform 6.5.0 SP1 [Электронный ресурс] //
Blackberry QNX. — Режим доступа: http://www.qnx.com/developers/docs/6.5.0
SP1.update/com.qnx.doc.adas.nav/topic/bookset.html.
27. Операционная система QNX [Электронный ресурс] // SWD Software. —
Режим доступа: http://www.swd.ru/index.php3?pid=572.
28. Операционная система реального времени QNX [Электронный ре-
сурс] // Habrahabr. — Режим доступа: https://habr.com/ru/post/124656/.
29. QNX: секретное оружие в стадии конверсии [Электронный ресурс] //
CIT Forum. — Режим доступа: http://citforum.ru/operating-systems/articles/qnx/.
30. QNX Neutrino RTOS — System Architecture. — Canada : QNX Software
Systems, 2005. — 404 p.
31. AMBE-2000 and 2020 Vocoder Chip Description [Электронный ресурс] //
Digital Voice Systems, Inc. — Режим доступа: https://www.dvsinc.com/products/
a20x0.shtml (дата обращения: 2019-03-17).
32. СТО 4.2ҫ07ҫ2014 Система менеджмента качества. Общие требования
к построению изложению и оформлению документов учебной деятельно-
сти. — Введ. 2014. ҫ Красноярск : СФУ, 2014. ҫ 60 с.