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.

На уровне L3 определяются правила проведения сеанса связи, данные правила выполняются с помощью сообщений сигнализации. Данные сообщения формируются в специальных службах, например, служба опроса данных или служба автоматической повторной передачи ARQ. Служба опроса данных формирует широковещательные сообщения, и сообщения опроса от сканера сети к терминалу с целью собрать данные с датчиков, а также выполняет регистрацию в сети терминала, а служба ARQ необходима для повторной передачи неверно принятого сообщения, то есть после приема данных СС уведомляет Т об успешной (сообщение ACK)/неуспешной (NAK) передаче трафика.

Также в данной сети необходима еще одна служба- контроль качества активного соединения, с целью гарантированной доставки сообщения. В случае если при передаче возникли ошибки в приеме, то сначала решать эту проблему будет служба ARQ, но если при повторной передаче возникают ошибки либо отсутствие данных, то данная служба формирует сообщения(PWR) с целью увеличить мощность передачи для последующего приема непринятых сообщений.

Рассмотрим двустороннее управление решениями на L3 уровне на примере службы ARQ. Терминал передает данные с датчиков на СС, в ходе приема сообщений не удалось целостно передать информацию, тогда СС отправляет служебное сообщение NAK с целью запроса на повторную передачу того пакета, который был неверно принят, терминал принимает это сообщение и начинает передавать данные, которые не были приняты.

Таким образом, в данной сети подразумевается три службы L3 уровня:

Служба опроса данных, служба ARQ, служба контроля качества активного соединения.

Рисунок 1. Иерархическая модель сетевых объектов.

Уровень L3 входит в состав L2 и управляет сценарием взаимодействия сетевых объектов, он включает в себя службу опроса данных, службу за контролем качества соединения и службу ARQ, на этом уровне происходит обмен служебными сообщениями между этими службами одного сетевого объекта с другим.

Основной задачей L2 уровня является организация доступа к физическому каналу, и надежная доставка информационных сообщений адресату для этого используют методы помехоустойчивого кодирования, а также есть метод, осуществляющий проверку целостности принятого сообщения. В нашем случае на уровень L2 терминала поступают данные с датчиков, которые сначала фрагментируются на пакеты, а затем поступают на L1 уровень. Также на L2 поступают служебные сообщения, сформированные на L3 уровне.

Уровень L1 обеспечивает физические каналы между СС и Т, то есть обеспечивается передача потока битов.

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).

Идентификация сессии будет осуществляться следующим образом: после того как сформирован список активных терминалов, СС поочередно будет опрашивать терминалы, то есть в определенный момент времени доступ к физическому ресурсу будет иметь 1 терминал, таким образом доступ к физической среде основывается на технологии TDMA. При передаче данных от Т к СС в структуре сообщения будет указываться идентификатор Т, (идентификатор СС не требуется, так как в данной сети он один и его параметры будут известны терминалу при установлении соединения), при обмене сообщений с другим терминалом будет указываться идентификатор следующего терминала и так далее.

Терминал осуществляет отправку служебных сообщений (службам L3 уровня) и информационных сообщений (данные с датчиков), если сообщение служебное, то в структуре сообщения будет указан его тип P равным одному, если же сообщение информационное, то P равно нулю. От СС поступают только служебные сообщения, поэтому поле P всегда будет равен 1. Также в структуре служебных сообщений необходим идентификатор служб, чтобы службы L3 уровня понимали кому из них, адресуется это 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.

На рисунке 2 изображена диаграмма состояний терминала.

Рис.2 Диаграмма состояний терминала.

При включении терминала, он переходит в состояния поиска широковещательного сообщения (1). После нахождения сообщения BCCH, терминал отправляет запрос на регистрацию в сети (2). Если подключение произойдет успешно, то терминал получит сообщение об опросе данных и перейдет в состояние передачи данных (3), если же не получится подключиться к СС, то Т перейдет в состояние поиска BCCH (4). В случае успешной передачи данных (СС принял все данные без ошибок), то СС отправляет сообщение ACK- сообщение, которое несет информацию об удачном приеме данных (5). После чего СС отправляет команду на  завершение сеанса и терминал переходит в состояние поиска BCCH (10). Но, если данные приняты неверно, то СС отправляет сообщение NAK- сообщение о не удачном приеме данных, которые нужно повторно передать (6), терминал исходя из этого сообщения начинает повторную передачу данных (7), после чего Т также получает сообщение ACK (9), если же повторная передача данных не принесла успехов (сообщение также принято с ошибкой либо не принято вовсе), то терминал принимает сообщение PWR(8), которое “говорит” что нужно увеличить мощность передачи  , после начинается повторная передача непринятого сообщения, но с увеличенной мощностью передачи, затем после успешного приема терминал также принимает сообщение ACK(9) , а после получает команду на завершения сеанса и переходит в состояние поиска BCCH(10).

Рассмотрим диаграмму состояний сканера сети, представленную на рисунке 3.

Рис.3 Диаграмма состояний СС.

При запуске приложения на СС устройство переходит в состояние вещания BCCH (1). После сканеру поступит запрос на регистрацию в сети от терминала сети (2).  в случае если подключение произошло успешно, то СС отправит команду на опрос данных и перейдет в состояние приема данных (3), если же подключение осуществить не удалось, то СС вернется в состояние вещания BCCH (4). После приема данных СС отправляет сообщение ACK в случае если данные приняты правильно без ошибок (5), но если в ходе приема произошли ошибки, то СС отправляет сообщение NAK (6), где указывает номер ошибочного пакета, который нужно передать повторно и СС переходит в состояние повторного приема (7). После приема данных СС также уведомляет терминал о правильности принятого сообщение путем отправки ACK (9). Если данные снова были приняты неверно, то СС формирует сообщение PWR с целью повторной передачи непринятого сообщения (8) (данное сообщение формируется службой контроля качества активного соединения), но уже с увеличенной мощностью передачи, после успешного приема СС также отправляет сообщение ACK (9). Затем СС отправляет сообщение о завершении сеанса (10).

 Основная часть энергия, потребляемая терминалом, уходит на технологические процессы, поэтому энергия, затрачиваемая контролером, радио терминалом незначительная и к тому же сбор информации происходит в небольшой промежуток времени, поэтому дополнительные меры по энергосбережению не нужны. В сканере сети, также, не предусмотрены дополнительные меры по энергосбережению, в связи с тем, что опрос данных предполагает небольшой объем времени, при котором влияние на заряд аккумулятора будет незначительным.

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).

Рассмотрим сценарий взаимодействия объектов сети. После включения приложения на СС, он будет вещать сообщение BCCH для обнаружения необходимого терминала. В свою очередь терминал находится в состоянии поиска BCCH, после его обнаружения Т подаст запрос на регистрацию (запрос формируется службой L3 уровня-служба опроса данных) в сети и будет ожидать ответа от СС, в случае положительного ответа СС выделяет канальный ресурс и запрашивает данные (сообщения опроса данных формируются службой L3 уровня СС), после Т начинает передавать данные.

В случае если несколько терминалов подали заявку на регистрацию в сети, то возникает коллизия в этом случае воспользуемся моделью чистая ALOHA, то есть терминал при возникновении коллизии будет посылать повторный запрос на регистрацию в случайный момент времени (данный запрос формируется в службе опроса данных), соседний терминал с которым произошла коллизия также будет подавать запрос в случайный момент времени.

 СС производит проверку целостности сообщений (данная операция происходит на L2 уровне методом проверки целостности принятого сообщения (CRC)), если данные приняты верно, то СС отправляет сообщение ACK, если же данные ошибочны, то сканер отправляет сообщение NAK с целью повторной передачи непринятого сообщения, также предусмотрен переход на работу с увеличенной мощностью передачи, если при повторной передачи сообщения также были неприняты, для этого СС отправляет сообщение PWR(сообщение формируется службой контроля качества активного соединения). После повторного приема СС также уведомляет Т об удачном приеме данных сообщением ACK, стоит отметить что данные виды сообщений формируются службой ARQ на L3 уровне. После отправки сообщения ACK сканер сети объявляет о завершении сеанса.

На рисунке 4 представлен сценарии взаимодействия сетевых объектов, а на рисунке 5 сценарии взаимодействия сетевых объектов с использованием повторной передачи данных.

Рисунок.4 Сценарий взаимодействия сетевых объектов.

Рисунок.5 Сценарий взаимодействия сетевых объектов с использованием повторной передачи.

В моей сети проводить оценку качества активного соединения не имеет смысла, потому что трафик является пульсирующим и представляет небольшой объем, то передача сообщений раньше закончится чем пройдут радиоизмерения, но для гарантированной доставки сообщений есть служба контроля качества активного соединения, которая используется в случае если при повторной передачи также возникают ошибки, либо информация вовсе не передается, то эта служба формирует сообщение PWR с целью передачи непринятого сообщения с большей мощности передачи.  

Библиографический список:

1.Бакке А.В. – лекции по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами".

2.Калюшина М.-  КП  на тему “Радиосеть сбора данных. Часть 2”

http://omoled.ru/publications/view/1326

3.Рихард А.- КП на тему «Радиосистема управления подвижными объектами». Часть 2. http://omoled.ru/publications/view/1373