1.2. Проработка сценария взаимодействия сетевых объектов

1.2.1. Обоснованный выбор способа организации физических каналов (ФК). Краткое описание процедуры множественного доступа служб L2-уровня к ФК, пояснение способа организации двустороннего обмена сообщениями.

Физический уровень решает две глобальные задачи: организация физических каналов связи (ФКС) и безошибочная передача/приём потока битов. ФКС – это элементарные «контейнеры» физической среды передачи, на базе которых будут строиться все остальные подканалы связи. Существуют различные способы организации «контейнеров»,  то есть виды доступа к физической среде. В системе будет использоваться множественный доступ с разделением по времени (Time Division Multiple Access - TDMA). Технология TDMA выбрана так же для того, чтобы использовать минимальный диапазон частот.

Работа сети стандарта 802.11 основана на концепции «общая шина», аналогичной Ethernet. В соответствии с этой концепцией в сети существует единственный широкополосный симплексный канал связи, который может быть занят только одним передающим устройством (АС или АР). Все остальные участники сети находятся в режиме ожидания освобождения канала связи. Если в сети начинается одновременная передача двух и более сетевых устройств, то неизбежно возникает коллизия. Для предотвращения коллизий необходим тщательный контроль уровня сигнала в канале связи (КС). С этой целью в беспроводных сетях стандарта 802.11 применяется подобный протокол CSMA/CА.

Важнейшие компоненты протокола CSMA/CA:

- контроль несущей;

- распределенная функция координации DCF;

- пакеты подтверждения;

- резервирование канала связи по технологии RTS/CTS.

При работе с использованием DCF станция, намеревающаяся передать блок данных, должна выждать определенное время после того, как освободилась среда и истек вектор резервирования сети NAV. Этот интервал времени называется межкадровым интервалом DCF (DIFS). По истечении интервала времени DIFS станция-терминал может принять участие в состязании за право доступа к среде. Терминалы пытаются зарезервировать КС с помощью кадра RTS.Посредством процедуры DCF кадр RTS посылается точке доступа. Все станции, которые находятся в зоне действия Терминала 1, извлекают из переданного пакета значение век-тора NAV и ожидают в течение времени, необходимого Терминалу 1 для получения подтверждения CTS и передачи собственно сообщения.

Рис.5. Конкурентный доступ с использованием кадров RTS/CTS

 После получения сообщения от ТД. Данные терминалы выждав интервал DIFS вступают в конкурентный доступ за канал. Выигравший терминал передает кадр RTS, во время передачи Терминал 2,3 и др. понимаю, что они проиграли и должны выждать время NAV RTS, сохраняя при этом значения своих счетчиков. Дальше выжидают интервал SIFS, для получения кадра CTS. Приняв кадр CTS, все станции выжидают время, необходимое для передачи Терминалом 1 сообщения на точку доступа АР и получения обратно подтверждения АСК. 

  Сообщение BCCH будет использоваться, если какую-либо информацию необходимо передать всем светильникам сети. Например: свой индентификатор, для того чтобы светильники знали какой сети принадлежат и некоторое третье лицо не смогло перехватить управление по радиосети. Так же по BCCH будут передаваться команды всем светильникам сети, например: выключиться. 

1.2.2. Краткий анализ развития событий, связанных с терминалом, начиная с момента его включения/активизации до момента его выключения.

После включения терминала будем считать, что он прошел зондирование сети, аутентификацию и ассоциацию, тем самым находится в режиме ожидания. Точка доступа при ассоциации оповещает терминал о том, что он принадлежит ей, производит подстройку по времени и передает информацию о том, в какие моменты времени терминал будут опрашивать.  Большую часть времени терминалы проводят в режиме ожидания, и выходит из него в определенные промежутки времени. Если на терминал пришло уведомление о наличии сообщения для передачи, Т принимает это сообщение и производит выполнение команды (либо изменение настроек освещения, либо запрос пакета телеметрии). Исполнив команду изменения яркости, Т отправляет на ЦТ отчет об исполнении команды, если это была адресная команда. Если запрос о пакете телеметрии, терминал отправляет пакет телеметрии и ожидает получение отчета о доставке пакета телеметрии на ЦТ. Если же ответа о получение не было получено, терминал повторяет передачу пакета.  Выключение терминала осуществляется по команде от ЦТ.

1.2.3. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы сетевых терминалов на основании описания п.1.2.2. Построение и описание графической диаграммы, отражающей взаимодействие режимов работы терминалов и поясняющей условия перехода терминалов из одного режима в другой.

Рис.6. Диаграмма состояний Т.

Рассмотрим режимы работы сетевых терминалов:

- режим ожидания – ЦТ, получив от светильника положительный ответ о том, что терминал в сети и готов к получению команд, ЦТ начинает последовательную передачу команд необходимым светильникам. В этом состоянии светильник находится в режиме ожидания команд управления и не отправляет никакие данные на терминал.

- исполнение команд терминалом-режим при котором терминал выполняет команды от ЦТ или вносит необходимые изменения, а также отправляет отчет об исполнение.

- режим передачи данных Центральному Терминалу – светильник находится в этом режиме в случае ответа на запросы ЦТ, в случае передачи пакета телеметрии.

1.2.4. Обоснование необходимости и пояснение способа обеспечения энергосбережения сетевыми узлами.

Для обеспечения энергосбережения, при ассоциации терминала ТД установила  для него таймер, по которому данный терминал будут опрашивать. Тем самым терминал не будет постоянно работать, а только в те моменты в которые установила для него ТД.  

Сложно создать устройство, подключенное к WiFi, достаточное время работающее на автономном питании. Потребители не готовы менять батареи в датчиках каждые два-три месяца. Поэтому «выход в сеть» приходилось обеспечивать мостами, подключенным к постоянному электричеству. ESP8266 должен решить эту проблему. Теперь Wi-Fi можно использовать даже в автономных датчиках, работающих на небольших батареях. Благодаря использованию продвинутых механизмов управления энергопотреблением решения.

Если бегло посмотреть на характеристики потребления чипа, можно остаться в неведении. 215mA в режиме передачи — ничего особенного? Да, но стоит вчитаться в даташит и начинаешь понимать перспективы решения. ESP8266 потребляет около 60uA в режиме глубокого сна (с работающими часами реального времени) и меньше 1.0mA (DTIM=3) или меньше 0.5mA (DTIM=10) в режиме поддержания связи с точкой доступа Wi-Fi.

1.2.5. Обоснование необходимости контроля качества канала связи (организация радиоизмерений) как в активном, так и в пассивном состояниях сетевых узлов. Определение последовательности действия решения данной задачи и пояснение маршрута доставки данных контроля качества службе-получателю. Пояснение способа использования информации о качестве канала связи (изменение мощности передачи, переключение на другой профиль физического уровня и т.п.).

 Контроль качества канала связи в данной сети, можно обеспечить только при поиске сети, когда терминал ищет свою точку доступа по уровню мощности, чем больше уровень мощности, тем лучше для терминала, но не всегда он принадлежит нужной ТД. Тогда для того, чтобы обеспечить нормальный уровень мощности с ТД, к которому должен  относится терминал, необходимо дать команду о повышение уровня мощности.

1.2.6. Пояснение понятия сеанса соединения, описание используемых характеристик соединения: длительность передачи (количество передаваемых блоков сообщения), требуемое качество соединения, необходимость подтверждения получения информационного блока, актуальность механизма ARQ в процессе доставки и т.п. Подробное описание процесса доставки информационного сообщения от узла-источника до узла-получателя (с учетом п.1.2.1, п.1.2.4 и п.1.2.5), пояснение требуемых для адресной доставки идентификаторов и широковещательных параметров сети. Построение и подробное пояснение графической диаграммы, отражающей рассматриваемый сценарий, на основе практического примера доставки сообщения.

 Длительность передачи (количество передаваемых блоков сообщения), зависят от того, как пользователь будет передавать сообщение каждому терминалу в отдельности, группе терминалов или всем терминалам сразу. 

BCCH-для передачи широковещательной информации всем светильникам.

 На полученные от ЦТ команды, терминалы необходимы передавать уведомления об их исполнения, это помогает ЦТ узнать не только о правильности установленных параметров и правильности работы терминала, но и о качестве соединения с ним.

В данной система актуально использовать механизм защиты от ошибок ARQ. При отправке сообщения от ЦТ к Т, ЦТ указывает необходимость доставки отчета об исполнении и ждет отчет об исполнении команды. При отсутствии такого ЦТ отправляет команду заново. В случае, когда Т отправляет данные на ЦТ, ситуация аналогична – Т ждет отчета о доставке, если он не поступил, Т отправляет данные снова.

 В качестве узла-источника выступает ЦТ, процесса   доставки осуществляется следующим образом, пользователь формирует запрос для выбранных ему терминалов об изменение параметров освещения, ЦТ формирует сообщения, и сразу начинает передачу выбранным терминалам, затем ждет отчета о доставке с каждого терминала. Если ошибок   не обнаружено и все терминалы установили нужные  параметры, начинает передачу другим терминалам. Если же обнаружена ошибка, то ЦТ отправляет сообщение повторно, данному терминалу.

 При включения терминал проходит процедуру поиска сети, аутентификации и ассоциации. Получает личный идентификатор сети. Если пользователь формирует группы светильников, то ЦТ должен передать входящим в группу идентификатор группы. К широковещательным параметрам относятся идентификатор сети, он нужен для того, чтобы терминалы знали, что они привязаны именно к этому ЦТ.

 Список используемой  литературы:

1.     http://omoled.ru/publications/view/468

2.     http://omoled.ru/publications/view/464

3.     http://omoled.ru/publications/view/581