Опубликовано 12.09.2024 в 12:57 | Сообщение #
18Создание ad hoc сети на базе DMR радиостанций с использованием динамической ретрансляции: принцип работы
Введение
В условиях, когда требуется связь между множеством мобильных узлов без наличия централизованной инфраструктуры, использование ad hoc сетей является ключевым решением. Ad hoc сеть позволяет узлам напрямую взаимодействовать друг с другом, обеспечивая децентрализованную передачу данных. В данной статье рассмотрим способ построения такой сети на основе DMR (Digital Mobile Radio) радиостанций, с модификацией их прошивки для поддержки динамической ретрансляции и использования нескольких временных интервалов и частот.
### Основные элементы сети
DMR радиостанции используют TDMA (Time Division Multiple Access), что позволяет делить передачу данных на временные интервалы. В предложенной архитектуре ad hoc сети используются следующие ключевые элементы:
1. **Группы узлов (G0, G1, G2, G3, G4)**:
Каждая группа представляет собой набор радиостанций, находящихся в зоне действия друг друга. Группы формируются по географическому расположению:
- **G0** — начальная группа, откуда начинается передача.
- **G1, G2, G3, G4** — последующие группы, которые ретранслируют сигнал.
2. **Временные интервалы (S0 и S1)**:
В DMR передача данных осуществляется в двух временных слотах. В этой сети временные интервалы распределяются между группами для передачи и ретрансляции данных, что предотвращает интерференцию.
3. **Частоты (Fa и Fb)**:
Для уменьшения вероятности коллизий используется две различные частоты. Каждая группа использует свою частоту для передачи и ретрансляции, что помогает обеспечить стабильность сети.
4. **Транзитный флаг**:
Каждая радиостанция анализирует специальный бит флага транзита в заголовке передаваемого пакета. Этот бит определяет, нужно ли данной радиостанции ретранслировать принятые данные дальше по сети.
### Принцип работы сети
#### 1. **Начальная передача (G0)**
Начальный узел сети, принадлежащий группе **G0**, начинает передачу голосовых данных во временном интервале **S0** на частоте **Fa**. Радиостанции, входящие в группу **G0**, работают в одном временном интервале и на одной частоте, что позволяет им передавать данные непосредственно между собой без необходимости в ретрансляции.
#### 2. **Ретрансляция от G1**
Радиостанции группы **G1**, находящиеся в зоне действия группы **G0**, принимают сигнал, переданный во временном интервале **S0** на частоте **Fa**. Однако, чтобы избежать коллизий при передаче, радиостанции группы **G1** ретранслируют принятый сигнал во временном интервале **S1** на другой частоте — **Fb**.
Перед ретрансляцией каждая радиостанция группы **G1** проверяет бит флага транзита в принятом пакете. Если флаг указывает на необходимость ретрансляции, данные передаются дальше. Если флаг транзита не установлен, радиостанция останавливает передачу.
#### 3. **Ретрансляция от G2**
Радиостанции, принадлежащие группе **G2** (которые находятся за пределами зоны действия **G0**, но в зоне охвата **G1**), принимают сигнал от **G1** на частоте **Fb** во временном интервале **S1**. Эти узлы снова проверяют бит флага транзита и принимают решение о дальнейшей ретрансляции.
Если флаг указывает на продолжение передачи, радиостанции группы **G2** ретранслируют сигнал во временном интервале **S0**, но на той же частоте **Fb**, что и радиостанции **G1**. Это повторение ретрансляции необходимо для передачи сигнала радиостанциям в более отдаленных группах.
#### 4. **Ретрансляция от G3 и G4**
Радиостанции группы **G3**, находящиеся за пределами зоны действия **G1** (но в зоне **G2**), принимают сигнал от **G2** и ретранслируют его на частоте **Fa** во временном интервале **S1**. Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал не достигает конечной точки сети.
Узлы **G4**, принимая сигнал от **G3**, ретранслируют его обратно в интервал **S0** на той же частоте **Fa**, что позволяет передавать данные между всеми узлами, участвующими в сети.
### Роль флага транзита
**Флаг транзита** является ключевым элементом предложенной сети. Этот бит в заголовке пакета данных управляет ретрансляцией на каждом этапе. Его значение определяет:
- Необходимо ли ретранслировать сигнал в следующую группу.
- Какой временной интервал и частота должны использоваться для передачи.
Этот механизм позволяет избежать избыточной передачи данных и минимизировать задержки, так как каждая радиостанция ретранслирует сигнал только тогда, когда это необходимо.
### Преимущества предложенной сети
1. **Расширение зоны покрытия без использования ретрансляторов**:
Использование динамической ретрансляции между радиостанциями позволяет значительно расширить зону покрытия сети без необходимости в фиксированных ретрансляторах или центральной инфраструктуре.
2. **Уменьшение коллизий**:
Разделение временных интервалов и частот для каждой группы радиостанций минимизирует возможность коллизий при передаче данных. Это особенно важно в условиях плотной городской застройки или на местности с большим количеством преград.
3. **Автоматическое масштабирование сети**:
Предложенная система легко масштабируется: при увеличении количества узлов или расширении территории новые радиостанции автоматически присоединяются к соответствующим группам и начинают ретранслировать сигнал в соответствии с флагом транзита.
4. **Независимость от централизованного управления**:
Все решения о ретрансляции принимаются локально на уровне каждой радиостанции, что делает сеть полностью децентрализованной и устойчивой к сбоям отдельных узлов.
Заключение
Предложенная архитектура ad hoc сети на базе DMR радиостанций с использованием динамической ретрансляции предоставляет эффективное решение для создания децентрализованных сетей связи в условиях отсутствия инфраструктуры. Она обеспечивает расширение зоны покрытия и устойчивость к сбоям за счет использования временных интервалов, частотного разделения и флага транзита. Однако для её реализации требуется глубокая модификация программного обеспечения радиостанций и тщательная синхронизация сети.
Навигация
