2. Проработка
плоскости управления сценариями взаимодействия (L3)
2.1.
Назначение плоскости управления (сигнализации) радиосети, пояснение идеи
двустороннего управления решениями на L3 уровне в виде
"событие->воздействие->исполнение->уведомление об
исполнении". Выделение основных служб плоскости управления и пояснение их
задач.
2.1.1. Назначение плоскости управления (сигнализации) радиосети.
Плоскость управления
(сигнализации) радиосети используется для определения правил взаимодействия
сетевых объектов, то есть здесь прописаны действия, которые сетевые объекты
должны произвести в случае конкретных ситуаций. Данная плоскость управления
реализуется на служебном L3 уровне. На
данном уровне происходит формирование служебных сообщений, например, широковещательных,
которые передают профиль настройки физического уровня. Также здесь реализована
служба контроля качества соединения.
2.1.2. Пояснение идеи двустороннего управления решениями на L3 уровне
в виде "событие->воздействие->исполнение->уведомление об
исполнении".
Двустороннее управление решениями поясню на примере службы контроля
качества соединения. Терминал передает данные телеметрии на ТД. При этом на ТД
фиксируется, что сигнал слишком слабый, и допускаются ошибки. Служба контроля
качества соединения на ТД формирует служебное сообщение, которое содержит в
себе команду об увеличении уровня передаваемого терминалом сигнала. Данное
сообщение отправляется на терминал и поступает в службу контроля качества
соединением, где, после расшифровки сообщения, принимается решение, что
необходимо повысить уровень передачи. Затем поступает команда на передатчик об
увеличении уровня сигнала, и качество соединения становится допустимым для
дальнейшей передачи трафика. Также может сложиться ситуация, что уровень
сигнала на терминале достаточно высок, и больше его увеличить не удастся,
поэтому после приема служебного сообщения от ТД о повышении уровня передачи,
необходимо отправить сообщение на ТД об успешном или неудавшемся исполнении
команды.
Если увеличить уровень сигнал не получилось, то
служба контроля качеством соединения будет искать другие варианты повышения
качества соединения. Например, если терминал находится на границе зоны
радиопокрытия данной ТД и переходит в зону радиопокрытия другой ТД, то
соответствующей службой может быть принято решение об окончании сеанса связи
терминала с данной ТД, и попытке
установления соединения с другой ТД.
Однако может быть и
обратная ситуация, ТД принимает сигнал хорошо, а вот на терминал приходит низкий
уровень сигнала. Тогда происходят обратные действия. Служба контроля качеством
соединения терминала формирует сообщение о плохом качестве приема. Это
сообщение, поступив на аналогичную службу на ТД, сигнализирует о том, что
необходимо принять решение об увеличении
уровня передаваемого сигнала. После попытки увеличения сигнала, на ТД
отправляется служебное сообщение об удачном или неудачном повышении уровня
сигнала.
2.1.3. Выделение основных
служб плоскости управления и пояснение их задач.
Выделим основные службы L3 уровня. К ним относятся:
1. Служба установления соединения;
2. Служба контроля качества соединения;
3. Служба управления мобильностью.
Служба
установление соединения осуществляет первоначальную установку соединения между
сетевыми объектами. В данной службе формируются следующие служебные сообщения: сообщение
о профиле настройки физического уровня, сообщение запроса на оказание ТК
услуги, сообщение о выделении ресурсов для связи, сообщение об окончании сеанса
связи.
Служба
контроля качества соединения осуществляет контроль качества, передаваемых и
принимае6мых сообщений. Пример работы данной службы был описан выше в п. 2.1.2.
Если качество принимаемых сообщений недопустимо низкое и происходит много
ошибок приема, то данная служба формирует сообщения для такой же службы
сетевого объекта, с которым ведется передача данных, о том, что необходимо
изменить профиль настройки физического уровня или повысить сигнал передачи. В
случае, когда в данную службу приходят сообщения от сетевого объекта, с которым
ведется передача данных, о том, что передаваемые сообщения принимаются с
большим количеством ошибок, то данная служба формирует соответствующие команды
для физического уровня о перестройке профиля физического уровня или повышения
уровня сигнала. В случае, когда данной службе не удается улучшить качество
соединения, начинают подключаться другие службы. В одном из вариантов, если
терминал подходит к границе зоны радиопокрытия, может поступить команда в
службу управления мобильностью о том, что необходимо переключится на другую ТД.
Служба
управления мобильностью осуществляет контроль передвижения терминала. На
терминале она измеряет уровень сигнала от всех ТД, в зонах радиопокрытия
которых она находится, и отправляет эти данные в службу управления мобильностью
ТД. Там происходит слежение за изменением уровня сигналов, принимаемых
терминалом от различных ТД. Если в службе управления мобильностью ТД будет
замечено, что уровень сигнала данной ТД на терминале значительно ухудшается, а
уровень сигнала другой ТД является допустимым для качественного соединения, то
будет послана команда о передачи обслуживания. В случае если такая команда
пришла на терминал, то служба установления соединением заявляет о завершении
сеанса и посылает запрос на предоставление ТК услуги другой ТД.
2.2. Разработка иерархических моделей сетевых
объектов - как транспортной платформы доставки информационных (п.1.1-1.4) и
служебных сообщений (п.2.1). Выделение ключевых слоев модели (физические
ресурсы - канал передачи данных - службы управления сеансом соединения/сценариями
взаимодействия), пояснение задач служб уровней транспортной платформы.
В данной сети ведется передача различного
информационного трафика и служебных сообщений. К трафику относятся: данные
телеметрии, видеотрафик, команды управления, текстовые сообщения.
Каждый вид данных сообщений передается для разных
целей. Видеотрафик передается в реальном масштабе времени, при его передаче не
так высоко требование к качеству, так как несколько пакетов может потеряться,
но картинка будет разборчива. Более высокое требование к данным телеметрии,
текстовым сообщениям и командам управления, так как эти данные должны
передаваться без ошибок, ведь неправильно принятые данные могут помочь сделать
оператору неправильные выводы о состоянии охранников или неправильно принятые
команды управления повернут камеру не в ту сторону, которую задал оператор.
Служебные же сообщения, передаваемые по данной сети, предназначены для служб
управления, они также должны быть правильно приняты и доставлены в конкретные
службы.
Из всего
выше сказанного можно построить иерархическую модель сетевых объектов, как
транспортной платформы доставки информационных и служебных сообщений, и
выделить ключевые слои модели (рис.1).
Рисунок
1. Иерархическая модель сетевых объектов
Слой L3
является уровнем управления. На нем реализованы все службы управления. На ТД и
терминале помимо служб установления соединения и контроля качества соединения
есть служба управления мобильностью. На пункте охраны данная служба не
требуется, так как пункт охраны связан со всеми ТД и ТД неподвижны. Все
служебные сообщения с уровня L3
поступают на уровень L2.
Уровень
L2
обеспечивает формирование передаваемых пакетов данных, циклическое кодирование,
шифрование. На данный уровень поступают служебные сообщения и трафик, который
должен быть защищен и передаваться без ошибок. Все сформированные пакеты на L2 уровне отправляются на L1 уровень.
Уровень
L1
предназначен для взаимодействия с физической средой. На этом уровне происходит
модуляция сигнала, а также добавление пакетов временной и частотной
синхронизации. На этот уровень приходит также видеотрафик, так как он не
подвергается кодировки и шифрованию. После всех описанных действия радиосигналы
передаются по радиоканалу другим сетевым объектам.
2.3. Разработка правил идентификации сессий, сообщений,
процедур/служб обработки сигнальных сообщений (задачи в п.2.1), а также сетевых
объектов (организация адресного пространства радиосети).
2.3.1.
Разработка правил идентификации сессий.
Рассмотрим
начала сеанса связи пункта охраны с ТД. При включении пункт охраны начинает
посылать ШВС, в котором опрашивает ТД о готовности к работе. После
подтверждения готовности от ТД, пункт охраны выделяет каждой ТД ресурсы для
передачи трафика и ТД начинают передавать видеотрафик на пункт охраны.
Теперь
рассмотрим сеанс связи ТД с терминалом. В момент, когда происходит включение
ТД, она начинает вещать ШВС, для терминалов, которые находятся в зоне
радиопокрытия ТД. Когда терминалы принимают ШВС от ТД, они отправляют запрос о
передачи данных на ТД. Приняв запрос, ТД выделяет терминалу ресурсу и
начинается передача данных. Также при необходимости передачи текстовых
сообщений, ТД сообщает по ШВС или индивидуальному каналу связи с терминалом о
необходимости приема сообщений. Если происходила передача данных от терминала к
ТД, но в этот момент времени на ТД пришло сообщение для терминала, то передача
данных приостанавливается и производится передача сообщений, поступивших с
пункта охраны, так как они имеют больший приоритет.
2.3.2. Разработка правил идентификации сообщений,
процедур/служб
обработки сигнальных сообщений (задачи в п.2.1).
Правила
идентификации сообщений состоят в том, что в каждом передаваемом пакете есть
адресные поля, которые сообщают о том, на какой уровень и к каким службам
необходимо отправить данное сообщение. Например, на пункт охраны пришло
сообщение с ТД, в котором содержатся видеотрафик и данные телеметрии. В пакете
на L1
уровне будет указано, какая часть пакета является видеотрафиком, а какая часть
пакета является данными телеметрии и должна быть отправлена на уровень L2. Также, если пришло служебное
сообщение, то в нем будет указан номер службы, для которой это сообщение
предназначено, например 1-служба установления соединения, 2-служба контроля
качества соединения, 3-служба управления мобильностью. Уровни, на которые
должны быть отправлены различные сообщения, более подробно были расписаны в
п.2.2.
2.3.3. Разработка правил идентификации сетевых
объектов (организация адресного пространства радиосети).
При
передаче сообщений между сетевыми объектами, они должны понимать с кем ведут
сеанс связи. Для этого у каждого сетевого объекта есть свой идентификационный
номер, который прошивается заранее и вносится в базы данных сетевых объектов.
Общая база данных всех идентификаторов имеется на пункте охраны. Она
предназначена для сверки идентификаторов ТД и терминалов с данными ТД
(координаты, где расположена ТД, какая камера расположена на этой ТД) и данными
охранников (имя, фамилия, личная информация).
При
передаче, в каждое сообщение вносится идентификатор, который позволяет понять
сетевому объекту, который принял это сообщение, от кого оно. Например, ТД
вещает ШВС, в котором есть идентификатор ТД, терминал принимает его, и понимает
какому ТД необходимо отправить запрос об оказании ТК услуги. В сообщение
запроса терминал вносит свой идентификационный номер и идентификатор ТД,
который предназначается это сообщение. Таким образом, при передаче сообщений
между сетевыми объектами, в каждом сообщении есть идентификатор отправителя и
получателя. Исключением являются лишь ШВС сообщения, в них содержатся только
адреса отправителей. Если же ТД необходимо передать сообщение конкретному
терминалу, но сеанс связи с ним не установлен, то в этом случае в ШВС
включается номер терминала, которому необходимо войти в связь с ТД и принять
сообщение.
2.4. Формирование диаграмм состояний сетевых
объектов (выделенных узлов, терминалов) с учетом мер по обеспечению
энергосбережения. Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов и
анализ задач (режимов), выполняемых в этих состояниях.
2.4.1. Диаграмма состояния терминала.
Рисунок
2. Диаграмма состояния терминала
Находясь
в данном состоянии, терминал находится в пассивном режиме, в котором
потребляется минимальное количество энергии. Из этого состояния терминал
выходит в двух случаях: необходимо принять данные с датчиков (1) и записать их
в буфер или был зафиксирован BCCH
от
ТД (2) и необходимо либо передать данные телеметрии на ТД, либо принять
текстовое сообщение, переданное с пункта охраны.
Прием
данных с датчиков производится через определенные заданные промежутки времени.
После окончания приема данных с датчиков терминал возвращается в состояние
поиска BCCH.
Когда
терминал принимает BCCH
от
ТД, то терминал переходит в состояние отправки запроса на ТД о предоставлении
ТК услуги. Когда ТД предоставит терминалу ресурсы для передачи данных (3),
терминал перейдет в состояние обмена данными с ТД. Из этого состояния терминал
может периодически переходить в состояние оценки качества связи (5) и в
состояние поиска и приема BCCH
от
других ТД (4). В состоянии поиска и приема BCCH других
ТД терминал производит измерение уровня сигнала от других ТД и дальнейшую
передачу этих измерений на ТД, с которой установлено соединение. После успешной
передачи данных телеметрии терминал переходит в пассивный режим, в котором
продолжается поиск и контроль BCCH.
Стоит отметить различия поведения терминала при отправке
данных телеметрии и приеме текстового сообщения от пункта охраны. Данные
телеметрии, как говорилось выше, терминал собирает с датчиков через
определенные промежутки времени, когда необходимое количество данных
накопилось, то он обязан связаться с ТД для их передачи, либо продолжать
накапливать данные с датчиков. То есть в данном случае терминал, если данных
телеметрии не хватает, может не входить в связь с ТД. Однако может случиться ситуация,
что датчики сбоят и не предоставляют данные, поэтому терминал также обязан
выходить на связь с ТД, если данные с датчиков долгое время не поступают, тогда
на пункте охраны будет замечено о неполадке датчиков.
В случае же, когда с ТД передаются текстовые сообщения с
пункта охраны, терминал всегда обязан войти в связь с ТД и принять это
текстовое сообщение.
2.4.2. Диаграмма состояния ТД.
ТД постоянно ведет передачу видеотрафика на пункт охраны,
поэтому в ее диаграмме состояния (рис.3) не предусмотрен пассивный режим. В
связи с этим, как утверждалось в пункте 1.4, ТД имеет бесперебойный источник
питания.
Рисунок
3. Диаграмма состояния ТД
После
включения ТД переходит в состояние обмена данными с пунктом охраны.
Периодически ТД вещает BCCH
(1), то есть переходит в режим отправки BCCH. Когда с терминала приходит заявка
об оказании ТК услуги (2), ТД выделяет ресурсы терминалу (3) и переходит в
состояние обмена данными с терминалом. Из этого состояние ТД периодически
переходит в состояние оценки качества соединения (4). После успешного обмена
данными с терминалом (5), ТД переходит в состояние обмена данными с пунктом
охраны. В данном состоянии помимо передачи видеотрафика также передадутся
данные телеметрии, принятые с терминала. Если же с пункта охраны придет
текстовое сообщение, предназначенное для ТД, то в сообщении BCCH ТД
оповестит, что для конкретного терминала с пункта охраны передается сообщение.
2.5. Проработка ключевых сценариев взаимодействия
объектов сети: обнаружение/идентификация сети, регистрация/привязка к сети,
реализация сеанса предоставления услуги и т.п.. Разработка сценария,
выполняющего оперативное реагирование на изменение качества соединения (как
будет оцениваться качество соединения, как управлять свойствами активного
соединения сетевых объектов).
2.5.1. Проработка ключевых сценариев взаимодействия
объектов сети: обнаружение/идентификация сети, регистрация/привязка к сети,
реализация сеанса предоставления услуги и т.п..
Рисунок
4. Сценарий обнаружения сети и предоставления ТК услуги
Когда терминал принимает BCCH, то в его службе установления
соединением формируется запрос на оказание ТК услуги. После прихода этого
запроса на данный служебный уровень ТД, формируется служебное сообщение о
параметрах сети и выделенных ресурсах для терминала. Это сообщение также
приходит в службу установления соединения, расшифровывается и в соответствии с
ним подаются команды на настройку физического уровня. После успешной настройки
физического уровня начинается передача данных телеметрии на ТД. После
подтверждения об успешном приеме в службе установления соединения терминала
формируется служебное сообщение о завершении сеанса для соответствующей службы
ТД. Затем происходит завершение сеанса связи терминал с ТД. В случае, когда не
терминал передает данные, а ТД передает сообщения терминалу, последние действия
происходят зеркально противоположно, то есть ТД передает сообщения, терминал
заявляет об успешном приеме, а ТД объявляет о завершении сеанса.
2.5.2. Разработка
сценария, выполняющего оперативное реагирование на изменение качества
соединения (как будет оцениваться качество соединения, как управлять свойствами
активного соединения сетевых объектов).
В процессе обмена информации может возникать ухудшение
качества связи, в связи, с чем увеличивается количество ошибок в принимаемых
сообщениях. Для поддержания качества соединения планируется оценка качества
связи и перестройка физического уровня для улучшения качества связи. Эту задачу
осуществляет служба контроля качества соединения. При обмене данными между
сетевыми объектами, в этой службе также происходит обмен сетевыми сообщениями.
Оценка качества соединения осуществляется на L1 уровне, и данные передаются на L3 уровень в службу контроля
качества соединения. Если в случае приема терминалом тестового сигнала от ТД,
который периодически передается по каналу связи, фиксируется недостаточная
мощность сигнала или искажения, то служба контроля качества соединения
терминала формирует сообщение для соответствующей службы ТД. В данном сообщении передаются результаты
измерений, и на их основании будет происходить перестройка физического уровня
ТД. Если понадобится не просто поднять уровень сигнала, а вместе с этим
перестроиться на новый профиль настройки физического уровня, то ТД пошлет на терминал сообщение, что необходимо
также перестроиться на необходимый профиль настройки физического уровня. Модель, поясняющую организацию контроля качества соединения, можно видеть на рис.5.
Рисунок 5. Контроль качества соединения
Библиографический
список:
1. Виноградов Н. С. - Радиосеть сбора данных с ПО. Часть 1
2.
Бакке А.В. – лекции по курсу "Системы и сети связи с
подвижными объектами"