Система сбора данных с подвижных станций часть 2.

1.3.1. Описание назначения сервисов канального уровня исходя из контекста решаемых задач (п.1.2). Определение способа идентификации служебных и информационных сообщений, пояснение способа адресной и широковещательной доставки сообщений на канальном уровне. Пояснение организации доступа к ФК, решение проблемы коллизий при организации доступа к сети.

Канальный уровень берет символы из потока, предоставляемого физическим уровнем, и составляет из них пакеты, считая для каждого, так называемую контрольную сумму. Также канальный уровень отвечает за установление соединений между узлами сети и передачу сообщения канального уровня средствами физического. Этот уровень решает следующие задачи: выделение пакетов из потока, формирование пакетов, проверка целостности пакетов, адресация сообщений, организация доступа к физическому каналу.

Канальный уровень обычно состоит из двух подуровней. Это подуровень управления доступом к физической среде – CАС (Channel Access Control) и подуровень МАС (Media Access Control).

На САС подуровне должна минимизироваться частота возникновения коллизий. На МАС подуровне реализуются адресная передача сообщений, проверка целостности, на основе расчета контрольных сумм CRC, сбор и разбор пакетов канального уровня.

В разрабатываемой системе адресными являются сообщения от точки доступа до терминалов и от терминала до точки доступа. Например, с помощью оператора находящегося в ЦСИ, на точку доступа поступает запрос с целью получения дополнительной услуги. Точка доступа пересылает запрос предоставления дополнительной услуги на терминал по каналу трафика. Широковещательные сообщения точки доступа (ВССН), являются не адресными, и предназначены всем терминалам.

Канальный уровень должен иметь возможность обнаружения и коррекции ошибок. Надежность передачи обеспечивается в нашем случае путем фиксирования границ кадра, помещая специальную последовательность битов в его начало и конец, а затем добавляя к кадру контрольную сумму (CRC). Контрольная сумма вычисляется по некоторому алгоритму как функция от всех байтов кадра. На стороне получателя канальный уровень группирует биты, поступающие с физического уровня, в кадры, снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой, переданной в кадре. Если они совпадают, кадр считается правильным. Если же контрольные суммы не совпадают, фиксируется ошибка, и формируется запрос на повторную передачу поврежденного кадра.

Чтобы передаваемая и принимаемая информация приходила именно тому адресату, для кого она предназначена, в состав кадра канального уровня всегда добавляется поле, содержащее уникальный идентификатор (UIN), которому предназначаются передаваемые данные, а так же абонента, который эти данные передает. В нашей системе это UIN терминалов или UIN точек доступа.

Так как канальный уровень оперирует пакетами данных, то необходимо реализовать механизм управления потоком приема/передачи пакетов, а так же механизм их синхронизации. Чтобы определить границы пакета, необходимо в его начало и конец вставить специальное поле-индикатор (FI), которое по сути будет являться нулевым битом и будет обозначать начало и конец пакета. Если переданный пакет принят с ошибкой и должен быть передан повторно, то необходимо знать, какой именно пакет ошибочный. Для этого в пакет необходимо добавить поле, содержащее номер пакета. Нумерация пакетов так же позволяет в случае перезапроса корректно расположить принятые пакеты в необходимом порядке.

ФК - это, так сказать, хранилища физической среды передачи, на базе которых буду строиться все остальные каналы связи (КС). Есть различные способы организации этих хранилищ, т.е. способы доступа к физической среде. Например, FDMA (с частотным разделением каналов), TDMA (с временным разделением каналов), CDMA (с кодовым разделением каналов). Согласно требованиям к нашей системе, необходимо использовать минимально возможный диапазон частот. Так же особенностью системы является то, что вероятность одновременного обслуживания точкой доступа более одного терминала одновременно крайне мала (т.к. более одной группы туристов на одной стоянке вряд ли будут находиться одновременно). Сеанс связи терминала с точкой доступа будет непродолжительным и ограничится передачей небольшого объема необходимых данных, а так же коротким обменом речевыми сообщениями при необходимости. Наиболее целесообразным использовать в качестве метода доступа к среде TDMA, т.е. метод доступа с временным разделением каналов. При TDMA физическим каналом является временной слот с определенным номером, которому отводится определенный сеанс связи. Дуплекс в процессе связи так же будет временным – отдельный TDMA- канал для передачи, отдельный – для приема. Три ФК будут зарезервированы физическим уровнем для собственных нужд – это канал частотной подстройки (FCCH), канал временной синхронизации (SCH), а так же канал радиоизмерений. Канал радиоизмерений будет содержать специальную последовательность, проанализировав состояние которой, можно сделать вывод о качестве канала. Остальные ФК будут переданы на канальный уровень, который должен их распределить по функциональному назначению.

Для обеспечения решения проблемы коллизий при организации доступа к сети на физическом уровне необходимо предусмотреть ряд служб.

Так как наша система цифровая, необходима битовая синхронизация. Для этой цели будем использовать систему фазовой автоподстройки частоты.Для использования в качестве средства передачи радиоинтерфейс, необходимо наличие модулятора/демодулятора, обеспечивающего при этом как можно меньшую занимаемую ПЧ и необходимую достоверность.

Для борьбы с пакетами ошибок в системе есть эффективный способ, не вносящий избыточности в передаваемое сообщение. Это перемежение. В общем случае выбор глубины перемежения зависит от двух факторов. С одной стороны, чем больше расстояние между соседними символами, тем большей длины пакет ошибок может быть исправлен. С другой стороны, чем больше глубина перемежения, тем сложнее аппаратно-программная реализация оборудования и больше задержка сигнала. В нашей системе в связи с относительно небольшими расстояниями передачи и малой вероятностью возникновения пакетов ошибок, целесообразно использовать относительно не глубокое перемежение. 

Для повышения достоверности передачи данных путем устранения битовых ошибок будем использовать модуль помехоустойчивого кодирования.

1.3.2. Выделение типов логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Краткое пояснение назначения сообщений, передаваемых по каждому ЛКС (в соответствии с п.1.5.6.). Способы обеспечения достоверности принимаемых сообщений в каждом ЛКС.

ЛКС используемые на канальном уровне, частично были рассмотрены во второй статье при рассмотрении сценария взаимодействия терминала с точкой доступа. Перечислим и дадим краткую характеристику используемым ЛКС.

Широковещательный канал – основное назначение канала, это передача таких сведений о точке доступа всем терминалам, как идентификатор точки доступа, профиль настройки физического уровня, пакеты временной и частотной синхронизации, номер цикла передачиТерминал принимает эту информацию, определяет что находится в зоне обслуживания точки доступа, где имеет право передавать сообщения.

Канал случайного доступа – предназначен для отправки на точку доступа текущего подготовленного сообщения. Терминалы вступают в конкурентную борьбу за канал передачи данных по каналу случайного доступа. Если терминал выигрывает в конкурентной борьбе, он незамедлительно передает свое сообщение. Если в результате передачи произошла коллизия или возникли ошибки при передаче, терминал заново вступает в конкурентную борьбу за канал, для того чтобы заново передать текущее сообщение.

Канал управления – предназначен для передачи команд управления и оповещения с точки доступа на терминал. Сообщения, передаваемые по этому каналу, могут быть такие как сообщения о готовности к передаче, или сообщение успешного приема. Также сообщения этого канала могут предназначаться, конкретному пользователю, с целью получения от него дополнительной услуги.

Способы обеспечения достоверности принимаемых сообщений в каждом ЛКС.

Для достоверности принимаемой информации используется поле контрольной суммы (CRC). Суть заключается в том, что контрольная сумма вычисляется на передающей стороне. С математической точки зрения, контрольная сумма представляет собой хэш-функцию, вычисленную по небольшому количеству бит, внутри блока данных. Полученное значение записывается в поле контрольной суммы. На приемной стороне известен алгоритм, по которому будет вычислена контрольная сумма. После приема пакета данных, по принятым битам вычисляется новая контрольная сумма на приемной стороне, полученное значение контрольной суммы сравнивается с принятым. При совпадении результатов можно сделать вывод, что целостность данных сохранена.

1.3.3. Вычисление долевой оценки пропускной способности ЛКС, оценка полного трафика системы. Составление сводной таблицы ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.

Сумма всех интервалов, приходящихся на каждый ЛКС, равна 100%. Для долевой оценки отведем  каждому интервалу свое процентное соотношение:

1,На широковещательный канал отводится 5 % от всей пропускной способности физического канала;

2,На канал случайного доступа отводится – 93 %

3,На канал оповещения отводится – 2 %


рис.1. Оценка пропускной способности ФКС.

Составим сводную таблицу.


рис.2 Сводная таблица ЛКС.

1.3.4. Пояснение структуры сообщения (пакета) канального уровня: описание предполагаемых видов пакетов и необходимых полей.

рис.3. Структура пакета канального уровня.

Поле I/G – поле предназначенное для указания типа сообщения, адресное или широковещательное.

Поле Тип канала - в данном поле указывается какие сведения передаются: служебная или пользовательская информация.

Поля адреса – содержит адреса отправителя и получателя пакета.

Поле профиля функционирования – информация о том, на каком профиле в данный момент идет работа системы.

Поле данных – содержит непосредственно информацию, которую необходимо передать.

Поле CRC – контроль целостности пакета.

В поле I/устанавливается значения 0, в поле адреса устанавливается значение идентификатора точки доступа, в зоне обслуживания которой находится терминал. В поле «тип канала» указывается порядковый номер в двоичном виде канала (BCCH – 01, RACH –10, DCCH – 11). Рассчитаем значение поля данных:

На данные со скоростью движения отведем 1 байт;

На данные о пульсе – 2 байта;

На температуру тела – 1 байт;

На температуру двигателя – 1 байт;

На давление в шинах – 1 байт;

На измерение количества топлива – 1 байт.

В результате получается общих размер поля данных составляет 7 байтов, или же 56 бит.

Канал широковещательных сообщений. Поле I/G будет равно 1, поле адреса терминала заполняется последовательностью из 8 единиц. В поле «тип канала» указывается порядковый номер в двоичном виде канала. В поле адреса ТД записывается идентификатор точки доступа в двоичном виде.


рис.4. Структура сообщения BCCH.

Канал случайного доступа. В поле I/G устанавливается значения 0, в поле адреса устанавливается значение идентификатора точки доступа. В поле «тип канала» указывается порядковый номер в двоичном виде канала. В поле данных, текущее сообщение которое необходимо передать на точку доступа.


рис.5.Структура сообщения RACH.

Канал управления. Поле данных разделяется на 2 поля. Первое поле это поле подтверждения доставки – 1 бит. Если 1 успешная доставка сообщения, если значение 0, то данное поле не используется. Второе поле – запрос дополнительной услуги.


рис.6.Структура сообщения DCCH.

1.4 Краткое обоснование состава иерархических моделей выделенного узла сети и терминала в соответствии с рекомендациями OSI на основании п.1.2 и п.1.3. Определение и краткое пояснение основных видов служебных сообщений с указанием служб источников и получателей сообщения. Пояснение процесса формирования и обработки сообщений трафика и подсистемы управления в виде обобщения материала п.1.2 и п.1.3.

Каждый из уровней  модели OSI отвечает за выполнение определенных действий по подготовке информации к передаче по сети.

  Модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь по среде распространения от одной прикладной программы, к другой прикладной программе. Эталонная модель OSI делит задачу перемещения информации через среду распространения на семь менее крупных подзадач. Каждая из этих семи подзадач выбрана потому, что она относительно автономна и, следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию. Такое разделение на уровни называется иерархическим представлением. Каждый уровень соответствует одной из семи подзадач.

 Три верхних уровня классической модели OSI – прикладной, представительский и сеансовый – объединим в один уровень. На данном уровне будут решаться вопросы что, кому, как и когда передавать (или принимать), будут приниматься все решения в системе.     Поэтому данный уровень назовем уровнем «принятия решений».

 Следующий уровень транспортный. Он обеспечивает надежный механизм обмена данными, контролирует отсутствие ошибок в принимаемых данных, расположение пакетов в соответствующем порядке, их полноту. В нашей системе описанный ниже канальный уровень поддерживает весьма мощный и законченный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети. В этом отношении канальный уровень является самодостаточными транспортным средством, поэтому в наличие отдельного транспортного уровня нет необходимости.

 Далее в структуре OSI сетевой уровень. Сетевой уровень обеспечивает адресацию сообщений внутри сетей и между сетями. Выбирает физический маршрут передачи данных, исходя из состояния сети. Одной из задач сетевого уровня является доставка пакетов сетевого уровня любому узлу сети, коммутация каналов. В разрабатываемой системе сложную маршрутизацию использовать не имеет смысла, так как передаются сообщения от терминала к точки доступа и наоборот. Будем считать, что наличие сетевого уровня в данной системе не обязательно.



                                                                                                   Рис. 7. Модель OSI




Уровень «принятия решений» - решаются задачи :


  1. Доступ к сети и обслуживание пользователей.
  2. Определяет, пригодны ли данные для работы с ними, если нет, то преобразует в необходимый формат.
  3. Шифрование, дешифрование, сжатие данных, а также управление выводом периферийного устройства.
  4. Установление сеанса связи между двумя сторонами.
  5. Распознавание участников системы, регистрацию и администрирование.

В рамках данного уровня выполняются такие задачи, как взаимодействие точки доступа и участников соревнования (терминалов). Проводится анализ полученных данных с нижележащих уровней. В ходе анализа, данные могут быть либо с информацией от датчиков, либо с сообщениями контроля и управления. Таким образом, уровень "принятия решений", непосредственно связан с информационной подсистемой, для возможности сохранения или считывания данных с журналов ИС.


Список используемой литературы:

  1. С.А. Милованов - Система сбора данных с подвижных станций (часть 1). URL:http://omoled.ru/publications/view/288
  2. Бакке А.В. - "Лекции по курсу ССПО"
  3. КП на тему «Локальная радиосеть»  //URL:http://omoled.ru/publications/view/316