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. В данной работе осуществляется разработка радиоинтерфейса терминала, то есть будут разрабатываться правила взаимодействия терминала и ТД, а также терминала и пункта охраны. ТД и терминал образуют одно изолированное  адресное пространство, в котором происходит их взаимодействие, то есть службы, осуществляющие управление их взаимодействием расположены на канальном уровне. Пункт охраны и терминалы находятся в различных адресных пространствах, поэтому для взаимодействия данных сетевых объектов необходим сетевой L3 уровень, в котором находятся службы, осуществляющие управление взаимодействием пункта охраны и терминала.

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 работы службы контроля качества передаваемых данных. Пусть, в случае передачи данных между терминалом и ТД, на терминале стали появляться множество пакетов с ошибками, то есть успешный обмен данными между терминалом и ТД невозможен. Тогда в службе контроля качества передачи данных терминала формируется служебное сообщение для такой же службы ТД, в котором говорится о регистрации недопустимого количества ошибок. После прихода служебного сообщения на ТД, в службе контроля качества передачи данных ТД формируется служебное сообщение для терминала, в котором говорится о смене профиля настройки физического уровня на более помехоустойчивый. После перестройки физического уровня, терминал сообщает об успешной перестройке и готовности снова передавать/принимать данные.

2.1.3. Выделение основных служб плоскости управления и пояснение их задач.

         Выделим основные службы L3 уровня. К ним относятся:

1.     Служба общей информации о сети;

2.     Служба управления доставкой данных;

3.     Служба контроля качества передачи данных;

4.     Служба ARQ;

5.     Служба доступа;

6.     Служба управления мобильностью.

Служба общей информации о сети формирует широковещательные сообщения канала BCCH, в которых содержится информация о сети, то есть идентификатор ТД, а также информация о соседних ТД.

Служба управления доставкой данных осуществляет передачу запросов о необходимости передачи данных, а также об успешной передачи данных и завершении сеанса связи.

Служба контроля качества передачи данных осуществляет отправку сообщений о необходимости соответствующей настройки физического уровня на терминале, а также подачу команд управления на физический уровень, которые осуществляют его настройку, то есть выбор модуляции, кодирования.

Служба ARQ следит за достоверной передачей данных. Если некоторые пакеты были переданы с ошибками, то в данной службе формируется запрос на повторную передачу ошибочно принятых сообщений.

Служба доступа осуществляет проработку механизма взаимодействия нескольких терминалов с одной ТД.

Служба управления мобильностью отвечает за контроль передвижения терминала, смену терминалом обслуживающей ТД. Когда терминал выходит за пределы обслуживания ТД, ему необходимо отправить сообщение на пункт охраны о смене местоположения, то есть о переходе в зону обслуживания другой ТД. В случае, когда будет необходимо отправить сообщение с пункта охраны на терминал, будет понятно на какую ТД необходимо отправить данное сообщение. Помимо этого будет вестись отслеживание терминалов. Более точные координаты охранников будут передаваться с данными телеметрии. Для понимания того, что терминал переходит из зоны обслуживания одной ТД в зону обслуживания другой ТД, будет вестись контроль уровней BCCH различных ТД путем радиоизмерений. Если уровень сигнала обслуживаемой ТД значительно падает, а уровень сигнала соседней ТД становится допустимым для установления соединения, то происходит перевыбор 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 работе идет рассмотрение взаимодействия терминала с ТД и с пунктом охраны. В данной сети идет передачи данных телеметрии с терминала на пункт охраны, а также передача текстовых сообщений с пункта охраны на терминалы.

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 взаимодействием между сетевыми объектами, расположенными в разных адресных пространствах. В данной сети такими сетевыми объектами являются пункт охраны и терминалы. На данном уровне реализована служба управления мобильностью.

Уровень L2 в данной сети разделен на две части: подуровень управления, на котором реализованы службы управления взаимодействия ТД и терминалов, а также подуровень передачи сообщений, который обеспечивает формирование передаваемых пакетов данных, циклическое кодирование, шифрование. На подуровень передачи сообщений 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 вопрос идентификации сессии в рассматриваемой сети. После отработки службы доступа, ТД выделяет выбранному терминалу физический ресурс для передачи данных. Стоит отметить, что физический ресурс будет разделяться по времени. Вопрос разделения физических ресурсов более подробно будет рассмотрен в пункте 3. Таким образом, когда ТД выделяет определенному терминалу физический ресурс, по каналу передачи данных будет вестись передача сообщений, в которых будет указываться идентификатор ТД и терминала. Данные идентификаторы в сообщениях канала передачи данных и будут являться идентификаторами сессии.

         При наступлении следующей сессии обмена данными между этой ТД и другим терминалом в сообщениях будут указываться идентификатор этой же ТД и нового терминала.

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. Таким образом, в передаваемых между ТД и терминалом сообщениях в адресных полях будет указываться служебное это сообщение или сообщение трафика, а также для какой службы предназначено это сообщение, если оно является служебным.

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).

Идентификатор представляет собой двоичное число, которое представляется в виде последовательности бит. В зависимости от количества ТД или терминалов поля “идентификатор ТД” и “идентификатор терминала” будут иметь разную длину. Для начала рассмотрим ситуацию, в которой могут использоваться до 16 точек доступа и до 64 терминалов, то есть размерность поля идентификатора для ТД будет размером 4 бита, а размерность поля идентификатора терминала будет размером 6 бит. К примеру, ведется обмен между ТД с идентификатором 1001 и терминалом с идентификатором 011001, тогда данные двоичные числа и будут указываться в полях  идентификаторов сетевых объектов.

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, которому 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. 

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.

Терминал расположен в экипировке охранников и питается от аккумулятора, поэтому необходимо предусмотреть энергосберегающий режим. В данном режиме терминал будет осуществлять поиск BCCH, а также контроль BCCH.

Рисунок 2. Диаграмма состояния терминала

После включения терминала(1) он осуществляет поиск BCCH ТД, когда он найдет подходящую BCCH (2), он начнет контролировать ее, то есть будет готов передать запрос на ТК услугу или принять сообщение с пункта охраны. Из этого состояния пассивного режима терминал может выйти в активный режим в следующих случаях: необходимо через определенные промежутки времени опрашивать датчики для сбора данных(3), необходимо передать данные телеметрии на пункт охраны(4) и с пункта охраны пришло сообщение, которое терминал должен принять(6).

Когда терминалу необходимо передать данные телеметрии на ТД(4), терминал осуществляет подачу запроса на ТД об оказании ТК услуги. В состоянии подачи запроса работает служба доступа, которая по определенному алгоритму пытается получить доступ к физическим ресурсам. После получения доступа к физическим ресурсам(5) терминал переходит в состояние обмена данными с ТД. Во время обмена данными с ТД, терминал периодически переходит в состояние оценки качества передачи данных(7). В данном состоянии осуществляет свою работу служба контроля передачи данных. Работа данной службы кратко была рассмотрена в пункте 2.1.2.

После окончания обмена данными с ТД (8), терминал переходит в состояние поиска BCCH.

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 терминала, ТД перейдет в состояние выделения ресурсов для терминала. В данном состоянии по каналу доступа будет отправлено сообщение о том, что терминалу необходимо занять ресурс и принять 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: сценарий работы службы управления доставкой данных  и сценарий случайного доступа к физическим ресурсам.

         Рассмотрим сценарий работы службы управления доставкой данных. Данная служба организует и  контролирует процесс обмена данными между терминалом и ТД. Предположим, что терминал собрал необходимый объем данных телеметрии и ему необходимо передать эти данные на пункт охраны. Тогда вначале служба управления доставкой сообщений формирует запрос на ТД о предоставлении ТК услуги. Затем после отработки службы доступа при успешном выделении ресурсов осуществляется передача данных телеметрии. После успешной доставки данных служба управления доставкой данных формирует сообщение об успешной передаче и о завершении сеанса предоставления ТК услуги. Описанный выше сценарий отражен на рисунке 4.