МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Інститут комп’ютерних ігфомаційних технологій
Кафедра комп’ютеризованих систем управління
ДОПУСТИТИ ДО ЗАХИСТУ
Завідувач кафедри
Л
итвиненко
О.Є.
«
» 2013 р.
ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ
(ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА)
ВИПУСКНИКА ОСВІТНЬО-КВАЛІФІКАЦІЙНОГО РІВНЯ
"СПЕЦІАЛІСТ"
Тема: Програмне забезпечення радіомережі навігації та моніторингу
з лінійною топологією mesh-line
Виконавець: Пилипчук О. Ю.
Керівник: Литвинов В.В.
Нормоконтролер: Тупота Є.В.
Київ 2013
Національний авіаційний університет
Інститут комп’ютерних ігфомаційних технологій
Кафедра комп’ютеризованих систем управління
Освітньо-кваліфікаційний рівень спеціаліст
Спеціальність 7.05010202 "Системне програмування"
ЗАТВЕРЖУЮ
Завідувач кафедри
Литвиненко О.Є.
« » 2013 р.
ЗАВДАННЯ
НА ВИКОНАННЯ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ СТУДЕНТА
Пилипчука Олега Юрійовича
(прізвище, ім'я, по батькові)
1.Тема проекту (роботи): “Програмне забезпечення радіомережі
навігації та моніторингу з лінійною топологією mesh-line”
затверджена наказом ректора від " 31 " січня 2013 року № 167/ст.
2.Термін виконання проекту (роботи): з 11.03.2013 до 23.06.2013
3. Вихідні дані до проекту (роботи): завдання на дипломне проектування
4. Зміст пояснювальної записки (перелік питань, що підлягають розробці):
1) аналіз основних принципів побудови радіомереж ASNET;
2) основні поняття керування трафіком і ресурсами;
3) програмний моніторинг топології і трафіку радіомережі передачі даних.
.
5. Перелік обов’язкового графічного матеріалу:
1) структура топології радіомережі ASNET;
2) стек протоколів радіомережі;
3) схема програмної реалізації топології line - mesh;
4) вікно статистики по запущеним додаткам;
5) загальний алгоритм функціонування пристроїв мережі ASNET;
6) блок-схема алгоритму формування запиту до бази даних мережевих адрес.
6. Календарний план
№ п/п |
Етапи виконання дипломного проекту |
Термін виконання етапів |
Примітка |
1 |
Ознайомитись з постановкою задачі дипломного проектування |
11.03.13 |
виконано |
2 |
Вивчити спеціальну літературу і технічну документацію |
25.03.13 |
виконано |
3 |
Проаналізувати принципи побудови мереж ASNET |
05.04.13 |
виконано |
4 |
Написати розділ 1. Аналіз основних принципів побудови радіомереж ASNET |
15.04.13 |
виконано |
5 |
Проаналізувати основні поняття керування трафіком і ресурсами |
20.04.13 |
виконано |
6 |
Написати розділ 2. Основні поняття керування трафіком і ресурсами |
26.04.13 |
виконано |
7 |
Проаналізувати і реалізувати програмний моніторинг топології і трафіку радіомережі передачі даних |
20.05.13 |
виконано |
8 |
Написати розділ 3. Програмний моніторинг топології і трафіку радіомережі передачі даних |
07.06.13 |
виконано |
9 |
Підготовити графічний демонстраційний матеріал |
15.06.13 |
виконано |
10 |
Оформити відгук і рецензію |
18.06.13 |
виконано |
7. Дата видачі завдання
Керівник дипломного проекту Литвинов В.В.
(підпис)
Завдання прийняв до виконання Пилипчук О.Ю.
(підпис студента)
Реферат
Пояснювальна записка до дипломного проекту “Програмне забезпечення радіомережі навігації та моніторингу з лінійною топологією mesh-line”: 104 с., 21 рис., 16 літературних джерел, 1 додаток.
ASPNET, MESH-LINE, МЕРЕЖНА НАВІГАЦІЯ, РАДІОМЕРЕЖА, СТРУКТУРА МЕРЕЖІ,
Об’єкт дослідження – радіомережа.
Предмет дослідження – радіомережа з лінійною топологією mesh-line.
Мета дипломного проекту – розробка та створення програмного забезпечення моніторингу радіомережі з лінійною топологією mesh-line.
Метод проектування – визначення основних правил передачі даних та параметрів системи, які при цьому змінюються, розробка програмного забезпечення з застосуванням мов програмування високого рівня.
Прогнозні припущення щодо розвитку об’єкта дослідження – створення системної утиліти та використання її в комп’ютерних радіомережах з топологією mesh-line.
Результати дипломного проектування рекомендується використовувати при розробці програмних засобів, які підтримують моніторинг комп’ютерних радіомереж.
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СКОРОЧЕНЬ, ТЕРМІНІВ 7
ВСТУП 8
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ РАДІОМЕРЕЖ ASNET 13
1.1. Проблеми розробки мережі радіодатчиків ASNET і методи їх вирішення. 14
1.2. Сфера застосування мереж ASNET. 18
1.3. Технологія зв'язку в радіомережі датчиків ASNET. 19
1.4. Надійність і безпека в мережі ASNET. 23
1.5. Компоненти ASNET. Типи фізичних пристроїв і їх функції в мережі. 27
1.6. Висновки до розділу 28
РОЗДІЛ 2 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ КЕРУВАННЯ ТРАФІКОМ І РЕСУРСАМИ 31
2.1. Обмеження механізмів керування 31
2.2. MPLS і керування трафіком 33
2.3. Орієнтований MPLS-граф 35
2.4. Фундаментальні проблеми керування трафіком в MPLS 36
2.5. Аналіз сучасних програм оцінки і контролю трафіку у мережі 37
2.6. Висновки до розділу 51
РОЗДІЛ 3 ПРОГРАМНИЙ МОНІТОРИНГ ТОПОЛОГІЇ І ТРАФІКУ РАДІОМЕРЕЖІ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ 53
3.1. Топологія і структура радіомережі передачі даних. 53
3.1.1. Базові топології мереж LR_WPAN. 53
3.1.2. Асоціація - входження вузла до складу PAN 54
3.1.3. Створення мережі ASNET з топологією кластерів "line-mesh". 56
3.2. Вибір стека протоколів для платформи розробки радіомережі ASNET. 60
3.3. Зв’язки між основними модулями програми 67
3.4. Основні екранні форми програми 68
3.5. Алгоритми розробки програмних модулів аналізу архітектури мережі ASNET 71
3.6. Архітектура стеку комунікаційних протоколів для радіомереж ASNET 77
3.7. Висновки до розділу 88
ВИСНОВКИ 90
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 93
Додаток А Лістинг коду програмних процедур і классів для організації роботи мережевих пристроїв 95
Додаток Б Схема алгоритму формування запиту до бази даних мережевих адрес 104
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СКОРОЧЕНЬ, ТЕРМІНІВ
CGI – Common Gateway Interface (загальний інтерфейс об’єднання)
CRM – Customer Relationship Management
DNS – Domain Name Service (сервер доменних імен)
FTP – File Transfer Protocol (протокол передачі файлів)
HTML – Hypertext Markup Language (гіпертекстова мова описання)
HTTP – Hypertext Transport Protocol (протокол передачі гіпертексту)
JVM – Java Virtual Machine (машина перенесення програм Java)
LAN – локальная мережа (ЛОМ)
SQL – Structured Query Language (структурована мова запитів)
TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol (протокол управління передачею/межмережевий протокол)
URL – Universal Resource Locator (адреса сторінки в Інтернеті)
WWW – World Wide Web (загальносвітове павутиння)
АБД – адміністратор баз даних
БД – база даних
КT – керування трафіком
ВСТУП
Низькошвидкісна персональна радіомережа Low Rate Wireless Personal Area Network - LR WPAN (що має назву ASNET), на відміну від локальних радіомереж WLAN що не вимагає інфраструктури, пропонує реалізацію малогабаритних, енергоефективних, недорогих рішень для широкого спектру практичних завдань автоматизації і збору інформації, які вимагають контролювати стан безлічі датчиків або виконавчих пристроїв, розміщених на великих відстанях, і до яких складно або небажано підводити дротяні лінії. ASNET - це розподілена мережа, що здатна до самоорганізації, яка об'єднує між собою за допомогою радіоканалів в єдину мережу тисячі датчиків і виконавчих пристроїв, що не вимагають передач великих об'ємів інформації, - аби вони були простими, дешевими, з наднизьким споживанням енергії і з нескладним механізмом підключення до мережі. Економічна, автономна і надійна мережа ASNET зі швидкістю передачі 250 Кбіт/с на базі стандартів LR_WРAN і DQDB_R забезпечує автоматизацію виробництва і збір даних від різних типів датчиків.
Для створення ASNET був обраний мініатюрний, економічний і дешевий універсальний радіомікроконтроллер "РМК" JN5148 ф. Jennic з інтегрованими на одному кристалі радіотрансивером, RISC -процесором і розвиненою периферією з аналоговими і цифровими інтерфейсами для прямого підключення датчиків до радіомодуля сенсора. Технічні параметри JN5148 і засоби розробки з наборами рішень типових Додатків дозволяють швидко розробити необхідне ПЗ при проектуванні гіпермережі з ієрархією "сенсор - радіотракт - кластер - гіпермережа".
Мережа ASNET використовує два типи радіомодулів на базі РМК JN5148 з радіотрансиверами, що працюють на радіоканалах 11-26 безліцензійного радіодіапазону 2.4-2.5 ГГц з модуляцією O-QPSK: вузли і сенсори. Сенсори мають інтерфейси для підключення датчиків (температури, тиску, освітленості, рівня вібрацій, місця розташування і т. п.), тоді як для вузлів ці інтерфейси не використовуються.
Технологія ASNET-радіомережі збору і передачі вимірювальних даних від датчиків орієнтована на передачу за розкладом невеликих об'ємів інформації від безлічі джерел. Вузли і сенсори мережі ASNET мають тільки акумуляторне живлення і більше 99 % часу знаходяться в сплячому режимі з низьким рівнем споживання енергії, забезпечуючи тим самим тривалішу роботу акумуляторів. Розвиток і модернізація мережі ASNET не вимагають заміни вже створеної апаратури.
Стандарт IEEE 802.15.4 дозволяє створити LR_WPAN із швидкістю передачі даних 250 кбіт/с при радіусі дії вузлів мережі до 500 м. Стандарт орієнтований на розробку дешевих радіомодулів, що працюють від автономного енергоживлення з низьким споживанням. Використовуються короткі 16 байт контейнери, кадри ≤ 118 байт і пакети даних ≤ 240 байт. Передача коротких пакетів ─ відмінна риса систем управління, моніторингу і збору даних від сенсорів.
Проблеми розробки мережі радіодатчиків ASNET і методи їх вирішення.
Мережі ASNET мають специфіку їх розгортання і технічного обслуговування порівняно з іншими мережевими технологіями. Урахування цієї специфіки спрощує інженерний процес розробки мереж. Проблеми впровадження мереж ASNET усуваються під час їх розробки з ухваленням нових технічних рішень:
масштабування мережі;
маршрутизація;
асоціація;
фрагментація;
форматування;
відмовостійкість
локалізація;
зручність розгортання.
Головною метою керування трафіком є досягнення ефективної й надійної роботи мережі. Керування трафіком стало неодмінною функцією багатьох автономних систем, через високу вартість послуг Інтернет.
Дану проблему можна вирішити за рахунок програмного комплексу контролю-реєстрації активності користувача в мережі.
Тобто, віддалений контроль або збір статистики дій користувача ПК. Зібрані дані нам дозволяють:
- одержати статистику: які програми використовувались, які сайти відвідувались, скільки на це було затрачено часу… Маємо реальний час зайнятості «роботою» працівника; Ви скажете неможливо повність позбавитись використання комп’ютера у робочий час у власних цілях, адже людям, працюючим за ПК потрібна розрядка, так я повністю згідний, але можливо, і навіть потрібно знати скільки часу користувач реально працював
отримати контроль над користувачем в режимі реального часу
відстежувати, що користувач бачить на моніторі;
відстежувати, які процеси і коли завантажені в системі;
відстежувати, які веб сайти і як довго були відкриті.
З огляду на це велика необхідність у розробці спеціалізованих програмних засобів для проведення моніторингу звертань користувачів по мережі, що утворює передачу пакетів даних – дана передача називається трафіком.
При цьому ключові характеристики, що поєднані з керуванням трафіком, можуть належати до наступних категорій:
1) орієнтовані на трафік;
2) орієнтовані на ресурси.
Завдання, що орієнтовані на керування трафіком, містять у собі аспекти поліпшення інформаційних потоків. У моделі "оптимальних зусиль" для Інтернет-сервісу ключове завдання керування трафіком містить у собі: мінімізацію втрат пакетів і затримок, оптимізацію пропускної здатності й узгодження найкращого рівня послуг. У даній моделі мінімізація ймовірності втрати пакетів є найбільш важливим аспектом. Статистично задані характеристики трафіка (такі як розкид часу доставки пакетів, ймовірність втрати й максимальний час доставки) стають важливими в прийдешніх диференційованих послугах Інтернет. Одним з підходів рішення таких проблем є оптимізація використання всіх наявних ресурсів мережі. Зокрема , бажано гарантувати, щоб субнабори мережних ресурсів не були перевантажені, у той час як аналогічні ресурси на альтернативних маршрутах недовантажені. Смуга пропускання є критичним ресурсом сучасних мереж. Отже, центральною функцією керування трафіком є ефективне керування пропускною здатністю.
Мінімізація перевантажень є первинним завданням. Тут мова йде не про короткочасні перевантаження, а про довгострокові, що впливають на поводження мережі в цілому. Перевантаження звичайно проявляється двояко:
1) коли мережних ресурсів недостатньо або вони не відповідають існуючому завантаженню;
2) коли потоки трафіка неефективно розподілені по наявних ресурсах;
Перший тип проблем перевантаження може бути вирішений шляхом:
розширення ресурсу;
застосування класичних засобів керування перевантаженням;
сполучення цих підходів. Класичне керування перевантаженням намагається регулювати рівень потреби, знижуючи його до наявного в розпорядженні рівня ресурсів. Класичне керування перевантаженням містить у собі: обмеження потоку, керування шириною вікна для потоку, керування чергами в маршрутизаторі, диспетчеризацію й т.д..
Другий тип проблем перевантаження, пов'язаний з неефективним розміщенням ресурсів, може бути вирішений за допомогою керування трафіком.
Вузол мережі в праві припинити резервування смуги пропускання як тільки він не одержує чергового підтвердження від приймача або передавача.
Резервування смуги пропускання так само може бути припинене після передачі приймачем або передавачем запиту на скасування з'єднання.
Взагалі, перевантаження, що пов'язане з неефективним розміщенням ресурсів, може бути зменшене за допомогою політики балансування навантаження в різних фрагментах мережі. Завданням таких стратегій є мінімізація максимального перевантаження або навпаки мінімізація максимуму використання ресурсу. Коли перевантаження мінімізоване шляхом оптимального розміщення ресурсів, втрати пакетів і затримка доставки падають, а сукупна пропускна здатність зростає. Таким чином, сприйняття кінцевим користувачем якості мережного обслуговування покращується.
На основі цих задач можна сформулювати об’єкт та мету дослідження.
Об’єкт дослідження – радіомережа.
Предмет дослідження – радіомережа з лінійною топологією mesh-line.
Мета дипломного проекту – розробка та створення програмного забезпечення моніторингу радіомережі з лінійною топологією mesh-line.
Метод проектування – визначення основних правил передачі даних та параметрів системи, які при цьому змінюються, розробка програмного забезпечення з застосуванням мов програмування високого рівня.
Можливі прогнози щодо розвитку об’єкта дослідження можуть бути представленні у створенні робочого зразка програми та використанні його в мережних комп’ютерних системах за умови можливості встановлення клієнтських робочих місць на всіх комп’ютерах у мережі.