3.Разработка канала передачи данных (L2).

3.1. Пояснение идеи логического соединения L2 уровня: назначение, основание для установления, контроль функционирования, завершения соединения. Виды логических соединений в проектируемой радиосети.

Канальный уровень (L2) предназначен для организации логического соединения между СС и Т. Логическое соединение (ЛС) необходимо для того, чтобы сетевые объекты договорись о неких правилах передачи данных от Т к СС.

 Основанием для установления логического соединения является вещание широковещательного сообщения(BCCH) от СС, отправка которого начинается после включения приложения на сканере сети. Завершением соединения является отправка специального сообщения от сканера сети терминалу с целью завершения сеанса. За контролем функционирования сети отвечает служба ARQ, действия которой были описаны в предыдущих пунктах работы.

Виды логических соединений в сети: BCCH (широковещательный канал), RACH (канал случайного доступа), AGCH (канал разрешенного доступа), DCH (Data channel (канал вызова)).

3.2. Задачи службы передачи данных канального уровня в виде пояснения обработки информационных и служебных сообщений на L2 уровне: фрагментация/дефрагментация сообщений, нумерация блоков данных L2 уровня, обеспечение целостности и определение назначения блоков и т.п.

Канальный уровень предназначен для организации доступа к физической среде, а также осуществление контроля за ошибками, которые могут возникнуть, за это отвечает метод измерения контрольной суммы CRC.

На канальном уровне происходит обмен сообщениями как информационными, так и служебным, под информационным трафиком понимается передача данных от Т к СС, под служебными сообщениями подразумевается сообщения службам L3 уровня, для того чтобы различать данные типы сообщений необходимо ввести дополнительное поле P в структуре сообщения, которое будет являться идентификатором, если P=0, то сообщение информационное, если Р=1, то служебное. Помимо поля тип сообщения необходимы следующие поля: A – адресат, требуется указывать к какому из терминалов предназначено сообщение при передаче сообщений от СС, также поле S- источник сообщения, то есть поле, указывающее от какого терминала, приходит сообщение на СС, поле адресат в этом случае не нужно, так как получатель один- сканер сети. Стоит отметить, что фрагментация на L2 уровне не предусмотрена, так как объем передаваемых сообщений небольшой.

 3.3. Характеристика информационного трафика, поступающего на L2 уровень, виды сигнальных сообщений плоскости управления. Обоснованный анализ необходимых логических каналов (ЛКС), оценка пропускной способности ЛКС в обоих направлениях.

 Под информационным трафиком в данной сети подразумеваются данные с датчиков поступающие на L2 уровень терминала. Сигнальные сообщения в данной сети адресуются службам L3 уровня, это службы опроса данных и служба ARQ.

Рассмотрим логические каналы, которые необходимы в нашей радиосети:

1) Широковещательный канал (BCCH)-предназначен для вещания широковещательного сообщения, тем самым обозначает присутствие СС.

2) Канал случайного доступа (RACH)-  канал, предназначен для отправления запроса терминалом на регистрацию в сети.

3) Канал разрешенного доступа(AGCH)-по этому каналу передается ответ на запрос сканером сети.

4)DCH- канал вызова, предназначенный для опроса терминалов.

Большая часть трафика уходит на передачу данных с датчиков между Т и СС, поэтому канал DCH занимает 83 % пропускной способности. Также достаточная часть трафика уходит на канал случайного доступа, потому что одновременно на СС может поступать несколько заявок от терминала, каналы BCCH и AGCH используют по 1 % трафика.

Таблица 1. Пропускная способность ЛКС.

3.4. 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. Назначение ЛКС к типам сообщений L2 уровня (результаты п.3.2,3.3 свести в таблицу).

На L2 уровне происходит передача широковещательного сообщения от СС к Т по каналу BCCH, данное сообщение не является адресным, так как это сообщение вещается всем терминалам в зоне обслуживания, а не конкретному Т. СС сообщением BCCH сообщает о наличии сети в зоне покрытия, терминал обнаруживая широковещательное сообщение подает запрос на регистрацию в сети , на этот запрос СС должен ответить терминалу(данное сообщение адресное) об успешном/неудачном подключении к сети, как правило, данное сообщение передается по каналу AGCH и обязательного ответа не требует. Дальнейшие сообщения связаны с передачей команд от СС к Т, которые являются адресными и требуют ответа в виде сообщений трафика, которые являются не адресными.

Сообщения BCCH гарантированного ответа не требуют, а сообщения по каналу RACH и AGCH требуют обязательного ответа, в случае если с первого раза не были доставлены эти сообщения, то передающий сетевой объект повторит их через некоторый промежуток времени. Для гарантированной доставки информационных сообщений используется служба ARQ и служба контроля качества активного соединения ( принцип действия которых рассмотрим позднее).

3.5. Проработать сценарий гарантированной доставки сообщений одного из ключевых ЛКС в виде повторной передачи неверно принятого сообщения (ARQ).

За гарантированную доставку сообщений отвечает служба ARQ расположенная в уровне L3, который является подуровнем L2. Данная служба, как описывалось ранее, необходима для контроля принятых сообщений. Принцип работы данной службы состоит в том, что СС проверяет целостность принятого сообщения и если одно из сообщений было принято неверно, то происходит отправка сообщения NAK, с целью повтора передачи непринятого сообщения, а если сообщение принято без ошибок то отправляется сообщение ACK.

3.6. 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. Формирование правила распределения физических ресурсов между ЛКС (п.3.4).

Алгоритм доступа к физическим ресурсам будет основан на технологии TDMA. Данная технология подходит для моей сети в связи с тем, что СС необходимо опросить в порядке очереди терминалы для избежание коллизий данная технология подходит в самый раз, то есть для каждого терминала будет выделен свой тайм-слот. Таким образом, только один из терминалов будет иметь полный доступ к физической среде. Нулевой тайм слот выделяется под BCCH, второй под AGCH, а со второго по 10 для DCH такая совокупность тайм слотов образует кадр, второй кадр будет идентичен первому.

Рассмотрим такую ситуацию, что при ответе на регистрацию в сети терминалы не “услышали” своих номеров, то тогда они ждут следующий этап RACH и снова пытаются заявить о себе.

3.7. Построение временной диаграммы, отражающей использование физических ресурсов для L2 соединений (логических каналов).

На рисунке 3 представлена временная диаграмма в соответствии с пунктом 3.6.

Рисунок 1. Временная диаграмма отражающая использование физических ресурсов для L2 соединений.

Сканер сети по каналу BCCH вещает широковещательное сообщение, терминалы обнаруживая его подают запрос на подключение к сети по каналу RACH, затем по каналу AGCH сканер сообщает терминалам о подключении к сети, таким образом в СС сформируется список активных терминалов, исходя из которого будет произведен опрос следующим образом: по каналу DCH поочередно будут вызываться терминалы для сбора данных, порядок очереди вызова был описан в п 1.2. После 8 фаз опроса, снова будет выделен физический ресурс под канал BCCH и цикл повторится. В случае если несколько терминалов подали заявку на регистрацию, то терминал чей запрос был не услышан СС, то он дождется следующего цикла RACH и отправит повторный запрос, если таких терминалов два , то другой подаст запрос через цикл RACH.Если при передаче данных возникли ошибки, то СС в следующем цикле опроса снова вызовет данный терминал, если же повторная передача не принесла успехов, то СС через цикл вызовет снова этот терминал но в сообщении вызова будет указано увеличь мощность передачи.

3.8. Пояснение назначения и размерности полей пакетов канального уровня (п.3.4,3.5). Согласование транспортных возможностей пакетов и информационной емкости сообщений.

Объем передаваемых пакетов составляет 128 бит, рассмотрим различные размерности полей канального уровня.

Рисунок 2. Структура сообщения BCCH.

На рисунке 2 представлена структура сообщения BCCH, как говорилась ранее это сообщение служебное и не является адресным, поэтому поле адресат отсутствует, как и поле тип сообщения. В данном структуре нам необходимы поля CRC , которое занимает 16 бит , также стоит отметить что поле Data делится на 2 части , то есть до флага L будет информационная часть , а после будет заполнение 0 битами.

 

 

Рассмотрим структуру сообщения RACH (рисунок 3), в нем содержится поле S-источник сообщения, оно предназначено для того чтобы СС какой терминал подает заявку на регистрацию, данное поле занимает 6 бит. Поле CRC предназначено для проверки целостности принятого сообщения и занимает 16 бит. Оставшийся объем памяти занимает поле DATA , но так как 106 бит для сообщения RACH является довольно большим , то здесь также есть разделение в флагом L на полезную информацию и нулевые биты.

 Рисунок 3. Структура сообщения RACH.

 

 

Структура сообщения AGCH представлена на рисунке 4. Данная структура похожа на структуру сообщения BCCH, дело в том, что СС этим сообщением уведомляет всех терминалов, которые подали заявку на регистрацию об успешном/неуспешном подключении к сети, поэтому оно является многоадресным и поле A- адресат входит в поле DATA и занимает 113 бит, оставшийся объем уходит на поле CRC.  

Рисунок 4. Структура сообщения AGCH.

 

На рисунке 5 и 6 представлены структуры сообщений DCH от сканера сети и терминала. В этих них входят следующие поля: P- тип сообщение указывающие каким является передаваемое сообщение служебное или информационное. В сообщении от СС необходимо указывать кому предназначается сообщение для этого присутствует поле A,а в структуре сообщения от терминала необходимо указывать от кого приходит сообщение для этого есть поле S- источник сообщения. Также в структуру сообщений входят поля DATA и CRC.

Рисунок 5. Структура сообщения DCH СС.

Рисунок 6. Структура сообщения DCH T.

3.9. Разработка функциональной схемы L2 уровня.

 

Функциональная схема L2 уровня передающего тракта изображена на рисунке 7. На L2 уровень будут поступать сообщения с L3 уровня, который является подуровнем L2, а также данные с датчиков. Сначала будет происходить сборка сообщений L2 уровня, после рассчитывается контрольная сумма CRC и добавляется в структуру сообщения и затем сообщение L2 уровня поступит на L1 уровень.

 

Рисунок 7. Функциональная схема L2 уровня передающего тракта.

Функциональная схема L2 уровня принимающего тракта выглядит следующим образом (рисунок 8). Здесь происходит обратные действия по сравнению с передающим трактом, сначала происходит проверка CRC, затем произойдет разборка сообщений, после данные поступают на L3 уровень либо данные отображаются в интерфейсе СС.