Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ШИРОКОПОЛОСНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ
|
Введение
1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ 9
1.1. Общее описание и структура проблемы 9
1.2. Описание процесса проектирования 10
1.3. Особенности процесса проектирования 12
2. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ 14
3. РЕАЛИЗАЦИЯ 17
3.1. Ввод исходных данных 17
3.2. Структурно-топологическое проектирование 22
3.2.1. Размещение базовых станций 23
3.2.2. Соединение базовых станций и центрального офиса 24
3.3. Выбор маршрутов 26
3.5. Моделирование функционирования 32
3.6. Выбор базовых станций и каналов связи 39
3.7. Оценка качества и эффективности функционирования 39
3.7.1. Расчёт стоимости оборудования 39
3.7.2 Расчёт временных задержек 40
3.8. Оптимизация проекта 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ 52
Приложение 1: Запуск функции Main (Program.cs) 52
Приложение 2: Главное окно программы 52
Form1.cs 52
Form1.Designer.cs 77
Приложение 3: Окно помощи пользователю 104
Form2.cs 104
Form2.Designer.cs 104
Приложение 4: Окно формирования матрицы нагрузки 109
Form3.cs 109
Form3.Designer.cs 111
Приложение 5: Окно ввода исходных данных 113
1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ 9
1.1. Общее описание и структура проблемы 9
1.2. Описание процесса проектирования 10
1.3. Особенности процесса проектирования 12
2. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ 14
3. РЕАЛИЗАЦИЯ 17
3.1. Ввод исходных данных 17
3.2. Структурно-топологическое проектирование 22
3.2.1. Размещение базовых станций 23
3.2.2. Соединение базовых станций и центрального офиса 24
3.3. Выбор маршрутов 26
3.5. Моделирование функционирования 32
3.6. Выбор базовых станций и каналов связи 39
3.7. Оценка качества и эффективности функционирования 39
3.7.1. Расчёт стоимости оборудования 39
3.7.2 Расчёт временных задержек 40
3.8. Оптимизация проекта 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ 52
Приложение 1: Запуск функции Main (Program.cs) 52
Приложение 2: Главное окно программы 52
Form1.cs 52
Form1.Designer.cs 77
Приложение 3: Окно помощи пользователю 104
Form2.cs 104
Form2.Designer.cs 104
Приложение 4: Окно формирования матрицы нагрузки 109
Form3.cs 109
Form3.Designer.cs 111
Приложение 5: Окно ввода исходных данных 113
Известно, что на сегодняшний день общество нуждается в постоянном доступе к сети Интернет. На протяжении последних десятилетий происходит активное распространение компьютерных сетей (рис. 1), позволяющих осуществлять обмен данными между вычислительными устройствами [1].
Система устройств, соединённых каналами связи и обеспечивающая приём и передачу данных между конечными устройствами, называется сетью передачи данных (СПД) (рис. 2). Территориально рассредаточенные устройства, или вычислительные комплексы, различного типа и назначения взаимодействуют друг с другом, выполняют функции серверов и рабочих станций, выступая в роли абонентов СПД. Абонентами могут быть локальные, корпоративные компьютерные сети. В рамках СПД абоненты объединены в единое целое на основе сетевых протоколов. Из этого можно сделать вывод, что СПД образует аппаратно-программное ядро любой глобальной сети [2]. СПД, как правило, имеет сложную как техническую, так и логическую архитектуру, причём области изучения и проектирования сетей непрерывно расширяются и развиваются. Например, коммутируемый (удалённый) доступ посредством телефонной сети общего пользования не соответствует современным реалиям и не способен в полной мере удовлетворять запросам пользователей. В первую очередь, это связано с невысокой пропускной способностью, предоставляемой таким традиционным способом передачи данных.
Широкополосные беспроводные сети же способны обеспечивать высокоскоростную «двухстороннюю связь» с непрерывным доступом в Интернет [3]. Беспроводные сети также являются приоритетным способом организации корпоративных сетей, чем пользуются как самые крупные международные организации, так и небольшие частные фирмы. Кроме того,
беспроводные сети активно используются для передачи данных на большие расстояния, особенно при отсутствии сильно разветвлённой кабельной инфраструктуры. Облегчает жизнь Интернет-провайдерам и тот факт, что беспроводные сети зачастую используют не лицензированный бесплатный диапазон частот.
Хотелось бы рассмотреть такой способ организации, как корпоративная сеть (КС). Данная система является неким отражением глобальной сети, и, в то же время, является скорее частной локальной сетью. Корпоративная сеть относится к многообещающим технологиям для расширения охвата и увеличения пропускной способности в сетях широкополосного беспроводного доступа [4]. В том числе, активно используется для предоставления высокоскоростного доступа мобильным пользователям [5].
Основная особенность архитектуры такой системы – централизованное управление, осуществляемое главным объектом системы – центральным офисом (ЦО). Он, выступая в качестве контроллера, отвечает за взаимодействие между распределёнными базовыми станциями (БС), подключенным к нему высокоскоростным оптоволокном, хранит и динамически обновляет информацию о текущем состоянии сети и её элементов. В первую очередь, к такой информации относится пропускная способность сети, использование каналов передачи данных (КПД), нагрузка во всех БС, количество потребляемой ими электроэнергии, некоторая общая информация о пользователях, например, требования к скорости [6]. На ЦО также возложена задача распределения ресурсов между кластерами сети и оптимизации функционирования, что возможно благодаря высокой производительности и вычислительным способностям. Офис является корневым узлом в древовидной структуре КС, что позволяет поддерживать связь со всеми станциями и способствует эффективному централизованному управлению.
Сеть делится на несколько ячеек (или кластеров), в центре каждой из которых находится своя БС. Зачастую это разделение обусловлено радиусом действия БС. Внутри каждого кластера присутствуют свои ортогональные коды. Общий трафик станции распределяется между пользователями внутри ячейки, или радиуса действия БС.
Среди пользователей при такой организации можно выделить статических и динамических. Будем их классифицировать исходя из их аппаратного обеспечения, то есть их устройств доступа к сети: фиксированные пользователи (ФП) и мобильные пользователи (МП) (рис. 4). Фиксированные пользователи потребляют стабильное количество трафика, то есть их требования практически остаются неизменными. К ФП относятся, например, торговые центры, учебные заведения, большие офисные здания и т.д. Таким образом, можно сделать вывод, что ФП получает ресурсы от одной и той же БС (или нескольких) и потребляет некоторую постоянную долю трафика в кластере. Предполагается, что за ФП стоит немалое количество конечных пользователей, что объясняет необходимость в стабильном доступе. К МП можно отнести владельцев ноутбуков и смартфонов. Их действия в сети нельзя назвать постоянными и строго заданными [7]. Пользователь может выполнить несколько поисковых запросов, получив и передав некоторое количество информации, а затем выйти из сети, тем самым прекратив всякое участие в разделении ресурсов. В качестве обратного примера можно привести просмотр фильма онлайн, либо видеозвонок, когда МП будет запрашивать трафик более продолжительный промежуток времени
Система устройств, соединённых каналами связи и обеспечивающая приём и передачу данных между конечными устройствами, называется сетью передачи данных (СПД) (рис. 2). Территориально рассредаточенные устройства, или вычислительные комплексы, различного типа и назначения взаимодействуют друг с другом, выполняют функции серверов и рабочих станций, выступая в роли абонентов СПД. Абонентами могут быть локальные, корпоративные компьютерные сети. В рамках СПД абоненты объединены в единое целое на основе сетевых протоколов. Из этого можно сделать вывод, что СПД образует аппаратно-программное ядро любой глобальной сети [2]. СПД, как правило, имеет сложную как техническую, так и логическую архитектуру, причём области изучения и проектирования сетей непрерывно расширяются и развиваются. Например, коммутируемый (удалённый) доступ посредством телефонной сети общего пользования не соответствует современным реалиям и не способен в полной мере удовлетворять запросам пользователей. В первую очередь, это связано с невысокой пропускной способностью, предоставляемой таким традиционным способом передачи данных.
Широкополосные беспроводные сети же способны обеспечивать высокоскоростную «двухстороннюю связь» с непрерывным доступом в Интернет [3]. Беспроводные сети также являются приоритетным способом организации корпоративных сетей, чем пользуются как самые крупные международные организации, так и небольшие частные фирмы. Кроме того,
беспроводные сети активно используются для передачи данных на большие расстояния, особенно при отсутствии сильно разветвлённой кабельной инфраструктуры. Облегчает жизнь Интернет-провайдерам и тот факт, что беспроводные сети зачастую используют не лицензированный бесплатный диапазон частот.
Хотелось бы рассмотреть такой способ организации, как корпоративная сеть (КС). Данная система является неким отражением глобальной сети, и, в то же время, является скорее частной локальной сетью. Корпоративная сеть относится к многообещающим технологиям для расширения охвата и увеличения пропускной способности в сетях широкополосного беспроводного доступа [4]. В том числе, активно используется для предоставления высокоскоростного доступа мобильным пользователям [5].
Основная особенность архитектуры такой системы – централизованное управление, осуществляемое главным объектом системы – центральным офисом (ЦО). Он, выступая в качестве контроллера, отвечает за взаимодействие между распределёнными базовыми станциями (БС), подключенным к нему высокоскоростным оптоволокном, хранит и динамически обновляет информацию о текущем состоянии сети и её элементов. В первую очередь, к такой информации относится пропускная способность сети, использование каналов передачи данных (КПД), нагрузка во всех БС, количество потребляемой ими электроэнергии, некоторая общая информация о пользователях, например, требования к скорости [6]. На ЦО также возложена задача распределения ресурсов между кластерами сети и оптимизации функционирования, что возможно благодаря высокой производительности и вычислительным способностям. Офис является корневым узлом в древовидной структуре КС, что позволяет поддерживать связь со всеми станциями и способствует эффективному централизованному управлению.
Сеть делится на несколько ячеек (или кластеров), в центре каждой из которых находится своя БС. Зачастую это разделение обусловлено радиусом действия БС. Внутри каждого кластера присутствуют свои ортогональные коды. Общий трафик станции распределяется между пользователями внутри ячейки, или радиуса действия БС.
Среди пользователей при такой организации можно выделить статических и динамических. Будем их классифицировать исходя из их аппаратного обеспечения, то есть их устройств доступа к сети: фиксированные пользователи (ФП) и мобильные пользователи (МП) (рис. 4). Фиксированные пользователи потребляют стабильное количество трафика, то есть их требования практически остаются неизменными. К ФП относятся, например, торговые центры, учебные заведения, большие офисные здания и т.д. Таким образом, можно сделать вывод, что ФП получает ресурсы от одной и той же БС (или нескольких) и потребляет некоторую постоянную долю трафика в кластере. Предполагается, что за ФП стоит немалое количество конечных пользователей, что объясняет необходимость в стабильном доступе. К МП можно отнести владельцев ноутбуков и смартфонов. Их действия в сети нельзя назвать постоянными и строго заданными [7]. Пользователь может выполнить несколько поисковых запросов, получив и передав некоторое количество информации, а затем выйти из сети, тем самым прекратив всякое участие в разделении ресурсов. В качестве обратного примера можно привести просмотр фильма онлайн, либо видеозвонок, когда МП будет запрашивать трафик более продолжительный промежуток времени
В рамках выпускной квалификационной работы была создана система проектирования базовой инфраструктуры беспроводных широкополосных сетей. Данная система опирается как на классические и хорошо известные принципы проектирования. Для проектировщиков процесс привычно разделён на несколько основных этапов, на которых есть возможности пользоваться как проверенными реализованными алгоритмами, так и создавать инфраструктуру вручную. Но в то же время система имеет уникальные черты. В частности, в качестве основного элемента, связующего формирование инфраструктуры сети и вычисление основных характеристик, выступило моделирование функционирования. Система была многократно протестирована на всевозможных примерах (некоторые из них на рис. 42-44).
Более того, была добавлена возможность оптимизации проекта. И действительно, качество и, что важнее, соотношение цена/качество неизменно росло в ходе последующих итераций проектирования. Система была разработана, в том числе, на фундаменте опыта отечественных авторов литературы о проектировании сетей передачи данных. Но всё-таки основной опорой для разработки стали идеи и теоретические расчёты о настоящем и будущем компьютерных сетей из современных иностранных источников.
Таким образом, созданная система проектирования базовой инфраструктуры беспроводных широкополосных сетей показала, что способна справляться с поставленными перед ней задачами, а на практике доказала свою работоспособность.
Более того, была добавлена возможность оптимизации проекта. И действительно, качество и, что важнее, соотношение цена/качество неизменно росло в ходе последующих итераций проектирования. Система была разработана, в том числе, на фундаменте опыта отечественных авторов литературы о проектировании сетей передачи данных. Но всё-таки основной опорой для разработки стали идеи и теоретические расчёты о настоящем и будущем компьютерных сетей из современных иностранных источников.
Таким образом, созданная система проектирования базовой инфраструктуры беспроводных широкополосных сетей показала, что способна справляться с поставленными перед ней задачами, а на практике доказала свою работоспособность.