1.4. Построение иерархической модели разрабатываемой системы в соответствии с рекомендациями OSI. Краткий анализ необходимых уровней и подуровней модели с обоснованием основных выполняемых задач.Оценка необходимости наличия сетевого и транспортных уровней в разрабатываемой системе.
Одним из популярных стандартов, на основе которого можно рассмотреть структуру сети, является Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI). Модель OSI охватывает все сетевые функции, группируя их в так называемые уровни, задачи которых выполняются различными компонентами сети рис.1:
| Модель OSI | ||
|---|---|---|
Тип данных | Уровень (layer) | Функции |
| Данные | 7. Прикладной (application) | Доступ к сетевым службам |
| 6. Представления (presentation) | Представление и кодирование данных | |
| 5. Сеансовый (session) | Управление сеансом связи | |
| Сегменты | 4. Транспортный (transport) | Прямая связь между конечными пунктами и надежность |
| Пакеты | 3. Сетевой (network) | Определение маршрута и логическая адресация |
| Кадры | 2. Канальный (data link) | Физическая адресация |
| Биты | 1. Физический (physical) | Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными |
На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы…
Канальный уровень (англ. Data Link layer) — уровень сетевой модели OSI, который предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки (посылает повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.
На этом уровне работают коммутаторы, мосты.
Задача канального уровня – обеспечить взаимодействие устройств внутри локальной сети путем передачи специальных блоков данных, которые называются кадрами (frame). В процессе формирования они снабжаются служебной информацией (заголовком), необходимой для корректной доставки получателю, и, в соответствии с правилами доступа к среде передачи, отправляются на физический уровень.
При приеме данных с уровня PHY необходимо выделить кадры, предназначенные данному устройству, проверить их на отсутствие ошибок, и передать сервису или протоколу, которому они предназначались.
Нужно обратить внимание, что именно канальный уровень отправляет, принимает, и повторяет кадры в случае коллизии. Но определяет состояние разделяемой среды физический уровень.
Задача канального уровня – обеспечить взаимодействие устройств внутри локальной сети путем передачи специальных блоков данных, которые называются кадрами (frame). В процессе формирования они снабжаются служебной информацией (заголовком), необходимой для корректной доставки получателю, и, в соответствии с правилами доступа к среде передачи, отправляются на физический уровень.
При приеме данных с уровня PHY необходимо выделить кадры, предназначенные данному устройству, проверить их на отсутствие ошибок, и передать сервису или протоколу, которому они предназначались.
Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.
1.5. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы абонентского терминала, отражающих решения выполненных ранее п.1.1-1.3. Построение целостной диаграммы состояний терминала, отражающей функциональные связи режимов работы.
Терминалы могут работать в следующих режимах:
-«сон». Характеризуется минимум потребляемой энергии и отсутствие каких-либо задач. В данном режиме терминал проводит большую часть времени.
-«запрос вызова». В данном режиме терминал выходит из состояния «сон» при необходимости сделать вызов.
-«ожидание вызова». В данном режиме терминал выходит из состояния «сон» при получении сигнала «вызов» от базовой станции и начинает конкурентную борьбу за канал. После получения подтверждения возможности передачи терминал переключается в режим «активный».
-«активный». В данном режиме терминал начинает передачу данных на подвижную станцию. После окончания передачи он переходит в состояние «ожидание подтверждения»
-«ожидание подтверждения». В данном режиме терминал ожидает пакет подтверждения через сервер от подвижной станции. При получении пакета подтверждения терминал переходит в режим «сон». В случае получения сигнала «ошибка» терминал переходит в режим «активный» и вновь пытается передать пакет.
1.6. Проработка сценариев взаимодействия абонентских терминалов с базовой станцией (точкой доступа) или другими терминалами сети – в зависимости от выбранной в пп.1.1, 1.2 концепции построения сети. Определение необходимых для взаимодействия идентификаторов и широковещательных параметров сети. Анализ способов обеспечения энергосбережения.
Опираясь на исходные данные, предложим вариант построения радиосети.
– Тип местности: Городская местность;
– Радиус зоны обслуживания: 1,7 км.
АФТ точки доступа устанавливается на вышке, располагаясь над всеми зданиями в радиусе зоны обслуживания. Так как присутствуют высотные здания используются MIMO антенные системы. Таким образом, расположив точку доступа с антенным блоком в центре зоны обслуживания, мы обеспечим полное покрытие территории. Соответственно, необходимо рассмотреть взаимодействие терминалов лишь с одной точкой доступа.
Терминал и точка доступа взаимодействуют между собой в соответствии со схемой, представленной на рис. 7
После включения терминал делает запрос на регистрацию, пересылая свой MAC-адрес по открытому каналу. Никакой идентификации точки доступа не требуется, так как она всего одна. Точка доступа ставит в соответствие этому MAC-адресу номер ID, и отправляет его в качестве ответа терминалу. Терминал запоминает свой ID. Далее его общение с точкой доступа производится с помощью ID. Это пример удачной регистрации, то есть терминал нашел сеть, а сеть, соответственно, терминал. Если ответ от базовой станции не пришел, терминал повторяет попытку регистрации до тех пор, пока базовая станция его не зарегистрирует, либо, пока терминал не выключится.
Одновременно с ответом терминалу о регистрации базовая станция заполняет первоначальными данными об абоненте любую пустую строку в регистре активных абонентов (рис. 2). К первоначальным данным относятся: ID и ограничение скорости. Таким образом, терминал занял свое почетное место в списке обслуживаемых абонентов, в соответствии с очередностью которого он будет подключаться к сети Internet.
Начиная с этого момента терминал слушает открытый канал и ждет, когда же объявят его ID.
Предположим, что интересующий нас терминал имеет какой-то номер ID7.
Точка доступа, обслужив терминал с номером ID6, делает выборку из регистра активных абонентов следующего номера (ID7), и передает его по открытому каналу (ID7+Start). Этот ID принимают все терминалы, но так как он соответствует только одному терминалу, то именно этот терминал понимает, что ему можно начинать передачу данных. В ответ на принятый терминалом запрос он пересылает точке доступа свой ID7+Start, и начинает обмен данными. Если точка доступа в ответ не получает ID7+Start, то она устанавливает флаг повторного запроса и повторяет запрос. Если ID7+Startне пришел и во второй раз, то флаг повторного запроса сбрасывается, и к значению поля «Счетчик не отвеченных запросов» для данного ID прибавляется единица. Точка доступа переходит к обслуживанию следующего абонента с номером ID8. Если значение поля «Счетчик не отвеченных запросов» превышает 10 (т.е. терминал не отвечал в течение 10 циклов обхода всех абонентов), то терминал считается выключенным, а соответствующая строка в регистре активных абонентов очищается. Перед очисткой из нее переносятся в регистр зарегистрированных пользователей (рис. 3) некоторые данные: израсходованный трафик из регистра активных абонентов складывается с общим трафиком из регистра зарегистрированных пользователей. Если общий трафик превышает некоторый порог, то для данного абонента включается режим ограничения скорости доступа. Подробнее про этот режим чуть ниже. Накопление общего трафика производится в течение какого-то периода времени (например, месяца). Когда этот период закончится, в регистре зарегистрированных абонентов очистятся поля «Общий трафик» и «Ограничение скорости» для всех абонентов.
Вернемся к рис. 7. Если точка доступа получила от терминала ответ ID7+Start, то она начинает обслуживать абонента с номером ID7, предоставляя ему весь канал для обмена данными с Internet. По прошествии некоторого времени точка доступа посылает по открытому каналу терминалу ID7 сигнал ID7+Stop, сигнализируя о прекращении обмена данными, и закрывая для него канал выхода в Internet переходит к обслуживанию следующего терминала ID8. Терминал ID7 принимает сигнал ID7+Stop, и переходит в режим прослушивания канала.
Отправляя сигнал ID+Stop, точка доступа прекращает передачу данных в одностороннем порядке. Ей не нужно подтверждение терминала. Если вдруг терминал не принял данный сигнал, то в условиях прекратившейся передачи, он воспримет это как сбой связи и начнет процедуру перерегистрации, отправляя свой MAC-адрес по открытому каналу. Но в регистре активных абонентов ID соответствующий этому MAC-адресу есть (его оттуда никто не удалял), следовательно, точка доступа ничего не делает, а лишь отправляет ответ терминалу, что тот зарегистрирован. Терминал успокаивается и начинает ждать своей очереди.
Теперь подробнее о механизме ограничения скорости. Как указывалось в п. 1.3., поле «Ограничение скорости» регистра активных абонентов (рис. 2) состоит из двух бит. Первый бит b1 копируется из соответствующего поля регистра зарегистрированных абонентов (рис. 3). Второй бит b2 устанавливается в “1”. Точка доступа, переходя к обслуживанию следующего абонента, смотрит значения бита b1 и если он равен “0” (ограничения скорости нет), то обслуживает абонента. Если же этот бит равен “1”, то смотрит значение бита b2. Если в b2 хранится “1”, то туда записывается “0”, и точка доступа, не обслуживая данного абонента, сразу переходит к обслуживанию следующего. Таким образом, происходит пропуск одного цикла обслуживания абонентов. В следующем цикле точка доступа у этого абонента увидит значение “0” в бите b2, запишет туда “1” и обслужит его. В остальных циклах процедура повторяется.
Кстати, большую часть времени терминал находится в пассивном режиме прослушивания открытого канала связи, чем и обеспечивается энергосбережение, т.к. в этом режиме происходит минимальное энергопотребление.
Литература: