Рисунок 1. Иерархическая модель.

2.3. Формирование диаграмм состояний сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов). Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов и анализ задач (режимов), выполняемых в этих состояниях. Анализ решений по обеспечению энергосбережения.

Терминал после включения начинает поиск сети. Приняв широковещательное сообщение, терминал переходит к процессу регистрации в сети. После регистрации терминал находится в свободном состоянии. Из этого состояния он выходит при приеме широковещательных сообщений, а также приеме многоадресных сообщений запроса телеметрии и необходимости передавать телеметрию, при этом решив эти задачи, терминал возвращается обратно в свободное состояние. Кроме того, из свободного состояния терминал может перейти в состояние приема команды управления, если такая команда передана на данный терминал. Из состояния приема команд управления терминал также возвращается в свободное состояние. 

Рисунок 2. Диаграмма состояний терминала светильника

Пульт управления в данной сети решает следующие задачи: передача широковещательных сообщений, запрос телеметрии, прием телеметрии от терминалов, регистрация новых терминалов в сети и передача сообщений, содержащих команды управления. Всвязи с данными задачами у пульта управления есть несколько состояний: состояние, в котором ПУ рассылает широковещательные сообщения, посылает многоадресные сообщения запроса телеметрии и принимает телеметрию, из этого состояния ПУ при необходимости регистрировать новые терминалы, переходит в состояние регистрации, а затем возвращается в состояние запроса и приема телеметрии. Из этого состояния ПУ переходит в некоторое пассивное состояние. Также из пассивного состояния и состояния передачи ВССH и приема телеметрии пульт управления выходит и при необходимости передавать команды управления. Диаграмма состояний пульта управления представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Диаграмма состояний пульта управления.

Стоит отметить, что важной задачей является обеспечение энергосбережения объектами сети. В данной сети эта задача решается путем перевода терминалов в свободное состояние и перевода ПУ в пассивное состояние. В этих состояниях сетевые объекты потребляют малое количество энергии.

2.4. Разработка сценария реализации телекоммуникационного сеанса, описание поэтапной стратегии службы L3 уровня. Проработка элементов стратегии, выполняющих оперативное реагирование на изменение качества соединения (как будет оцениваться качество соединения, как управлять свойствами активного соединения сетевых объектов?)

Как уже было сказано ранее, пульт управления предает широковещательные сообщения (BCCH), терминалы принимают это сообщение. Терминалы, которые не зарегистрированы в сети, передают на ПУ сообщение регистрации. После процедуры регистрации (если она необходима) пульт управления начинает сбор телеметрии. ПУ отправляет группе терминалов многоадресное сообщение запроса телеметрии и выделяет каждому терминалу ресурс для передачи телеметрии. Терминалы, пользуясь этим ресурсом, отправляют телеметрию на пульт управления. После чего ПУ переходит к опросу следующей группы терминалов.

В некоторый момент времени на ПУ поступает команда от приложения, ПУ формирует команды для передачи на терминал.

Если команда от приложения поступила тогда, когда пульт управления ведет сбор телеметрии с группы терминалов, то он завершает сбор телеметрии с данной группы терминалов, и прежде чем начать опрос следующей группы выполняет процедуру передачи команд управления. Данная процедура заключается в следующем: ПУ вызывает нужный терминал (группу терминалов), выделяет ресурс для дальнейшей передачи, и получив ответ от терминала, передает непосредственно команды управления. Приняв и выполнив данные команды, терминал отправляет на ПУ отчет о выполнении команд. Затем ПУ продолжает свою работу по сбору телеметрии.

Стоит отметить, что терминал при приеме команд управления и пульт управления при приеме телеметрии производят радиоизмерения. По результатам таких измерений службой установления и контроля соединения терминала (ПУ) может быть сформировано служебное сообщение для такой же службы ПУ (терминала). В таком сообщении содержаться команды изменения параметров соединения, к примеру, увеличение мощности передачи.

На этом цикл взаимодействия ПУ и терминалов завершается. Следующий цикл так же начинается с передачи пультом управления широковещательного сообщения.

Все вышесказанное представлено в виде иллюстрации на следующем рисунке.

Рисунок 4. Процесс взаимодействия ПУ и терминалов.

3. Разработка канала передачи данных (L2).

3.1. Задачи службы передачи данных канального уровня: пояснение механизма обработки информационных и служебных сообщений на L2 уровне (подготовка к доставке сообщений:фрагментация/дефрагментация сообщений, нумерация блоков данных L2 уровня, обеспечение целостности и определение назначения блоков и т.п.). Характеристика служебного и информационного трафика, поступающего на L2 уровень.

На канальном уровне существует служба передачи данных. Задачами этой службы является формирование и адресная доставка сообщений, содержащих команды управления. На канальный уровень могут поступать информационные сообщения, адресованные модулю управления (микроконтроллеру) или служебные сообщения, направленные соответствующей службе L3 уровня. Для различия этих сообщений в структуре сообщения предусмотрено однобитовое поле, принимающее различные значения в зависимости от назначения передаваемого сообщения. Любое сообщение, служебное или информационное, поступает на канальный уровень. На канальном уровне осуществляется фрагментация полученного сообщения на блоки, каждый из которых нумеруется. Для контроля целостности на канальном уровне предусмотрено добавление к блоку сообщения поля CRC. Служебным трафиком, поступающим на канальный уровень, являются небольшие сообщения, направленные службе установления и контроля соединения L3 уровня. Информационный трафик поступает на канальный уровень от модуля управления ПУ или микроконтроллера терминала. Информационными сообщениями являются команды управления и данные телеметрии.

3.2. Выделение типов сообщений L2 уровня, анализ их атрибутов (адресные/широковещательные, уведомительные или требующие обязательного ответа/шифрования, служебное/информационное и т.п). Обоснование гарантированной/негарантированной доставки указанных видов сообщений.

Сообщения канального уровня могут быть широковещательные и адресные (многоадресные). Широковещательные сообщения может передавать только пульт управления, это сообщение получают все терминалы, оно содержит информацию о данной сети. Многоадресные сообщения передает ПУ на терминалы в случае запроса телеметрии. Получение такого сообщения требует от терминала отправки ответного сообщения. В качестве ответного все терминалы отправляют информационное сообщение, в котором содержаться данные телеметрии, такое сообщение является адресным и направлено пульту управления.  Адресные сообщения ПУ отправляет нужному терминалу при передаче команд управления, эти сообщения также являются информационными и могут быть адресованы как одному терминалу, так и сразу группе терминалов, в последнем случае сообщение является многоадресным. 

3.3. Обоснованный выбор алгоритма доступа к канальным (физическим) ресурсам, пояснение структуры физических ресурсов. Описание стратегии планирования распределения канальных ресурсов. Анализ предлагаемого алгоритма доступа к ресурсам на предмет возникновения коллизий и пояснение решения по их устранению.

Инициатором соединения в данной сети всегда является пульт управления. ПУ отправляет сообщение запроса телеметрии при сборе телеметрии и сообщение вызова при передаче команд управления. При этом ПУ выделяет ресурс для передачи терминалами телеметрии и передачи команд управления.

В данной сети будем использовать алгоритм множественного доступа с временным разделением каналов. Благодаря этому, в конкретный момент времени только один терминал будет обладать полным доступом к физической среде и проблемы, связанные с появлением коллизий, не возникнут.

Как говорилось ранее, в начале каждого цикла пульт управления передает широковещательное сообщение и далее начинает сбор телеметрии. При этом между широковещательным сообщением и сообщением запроса телеметрии есть интервал времени для регистрации новых терминалов. Стоит отметить, что при регистрации имеет место борьба за канал между терминалами, желающими зарегистрироваться в сети. Проиграв борьбу, терминал ждет следующего широковещательного сообщения , чтобы  снова попытаться зарегистрироваться.

После регистрации ПУ отправляет группе терминалов сообщение запроса телеметрии, в этом сообщение содержится очередность, в которой терминалы должны передавать телеметрию. Поскольку телеметрия всегда передается в течение примерно одного и того же промежутка времени, терминалы, зная этот промежуток с неким защитным интервалом (для избежания коллизий)  и свой номер в этой своеобразной очереди, рассчитывают время, которое им необходимо подождать, после чего передают данные телеметрии на пульт управления.

 Список используемых источников: 

1. Д.Р.  Золотов - КП " Радиосеть управления освещением ". Часть 2. 

 URL: http://omoled.ru/publications/view/1206

2. А.В. Бакке – лекции по курсу «Системы и сети связи с подвижными объектами».