1.2.1. Описание назначения сервисов канального уровня. 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 решает следующие задачи:

• формирование пакетов;

• выделение пакетов из потока бит;

• организация доступа к физическому каналу;

• проверка целостности сообщения.

Для решения этих задач на канальном уровне существует 2 службы:

• Служба адресной доставки сообщений – осуществляет доставку сообщений. Каждому участнику сети присваивается свой уникальный адрес, состоящий из 24 бит. Все адреса хранятся в памяти точки доступа, также все терминалы знают адрес своего мастера. При поступления сообщения, на канальном уровне адрес сверяется с находящимися в базе данных. Если адрес не верен, соединение обрывается.

• Служба проверки целостности сообщений. Контролирует целостность сообщения на основе вычисления контрольной суммы. В разрабатываемой сети используется 2 вида контроля: MIC и CRC.

   В данной системе используется 2 вида сообщений: служебные и информационные. Служебные служат для передачи информации о сети, установления соединений, информационные – для передачи трафика. На служебные сообщения выделено 3 канала, на информационные 37 каналов(подробнее в 1 части).

  Разберемся с тем, как будет реализовываться адресная доставка сообщений на примере передачи пакета телеметрии:

Двунаправленный обмен между светильником и ЦУ возможен только после установления соединения между ними. Сначала терминал по каналам объявления сигнализирует о своей готовности к соединению (пакет собран), в то время как другое ЦУ прослушивает данные каналы. Когда мастер обнаруживает нужное устройство, он может послать запрос на установление соединения (Connection Request) светильнику, который устанавливает между ними соединение. С этого момента устройства могут осуществлять обмен по каналам данных.

  Для экономии энергии ведомое устройство по умолчанию находится в спящем состоянии, периодически просыпаясь для проверки наличия пакетов данных от ведущего. ЦУ определяет для светильников моменты времени, в которые они просыпаются для прослушивания канала, регулируя тем самым доступ устройств к среде передачи.  ЦУ также задает терминалам схему переключения частотных каналов. Параметры соединения передаются в сообщении запроса на установление соединения и могут быть обновлены при необходимости.

  Таким образом, адресная доставка сообщений начинается с установления соединения между ЦУ и терминалом, происходит это в 3 этапа: Объявление по BCCH, запрос на соединение и соединение. Широковещательными сообщениями в сети являются только сообщения объявления от терминалов. ЦУ широковещательно передавать сообщения не способен.

Доступ к физическому каналу.

   После установления соединения физический канал передачи данных разделяется фреймы. В течение фрейма все пакеты передаются по одному частотному каналу. Каждый фрейм начинается с передачи пакета ведущим устройством. В том случае, если ведомое устройство получило пакет, оно должно послать пакет-подтверждение. В то же время подтверждения от ЦУ к терминалу не требуется. Если сообщение не было получено, мастер получит его при следующем соединении.

  До тех пор, пока между ведущим и ведомым продолжается обмен пакетами соединение считается открытым. После передачи сообщений соединение прерывается и терминал засыпает. Другой возможной причиной завершения соединения, является неверный адрес устройства в пакете.

Избавление от коллизий.

  Каждый терминал четко знает в какие моменты времени он просыпается, ровно как и центр управления, все это четко прописано в системе, поэтому коллизий в системе не будет.

 1.2.2. Выделение типов логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Краткое пояснение назначения сообщений, передаваемых по каждому ЛКС.

Выделение типов логических каналов связи:

BCCH  (Broadcast Control Channel) – служит для передачи информации от терминала к ЦУ о готовности к соединению.

SDCCH (Standalone Control Channel)-  служит для обмена служебными сообщениями между терминалами и ЦУ сообщениями. В том числе и назначении частоты, на которой будет осуществляться обмен данными.

TCH  (Traffic Channel) – для обмена информационными сообщениями. Для организации дуплекса выделяется 2 канала.

                         Рис.1. Адресная доставка сообщений с учетом ЛКС.

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

   Будем считать, что сумма всех интервалов, приходящих с на ЛКС равна 100%.  Для долевой оценки отведем каждому логическому интервалу процентное соотношение. На широковещательные сообщения будет отводиться 25% диапазона. Оставшиеся 75% на каналы SDCCH.

  Всего в системе 40 каналов, 3 из них отходит под логические каналы. Значит, логические каналы составляют 7.5 % от всей пропускной способности системы.

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

Сообщение канального уровня собирается на основе структуры стека протоколов Bluetooth Low Energy.

                                                Рис.2. Структура стека протоколов.

Рассмотрим как выглядит сообщение канального уровня:

Рис.3. Структура сообщения канального уровня точки доступа.

• Преамбула – Определяет начало сообщения.

• Адрес – Адрес Bluetooth модуля.

• Заголовок PDU.

• Заголовок L2CAP .

• 0р – 0- уведомления, не требующие подтверждения;

          1-индикаторы, на которые терминал обязан ответить.

Передается только в составе сообщения от точки доступа.

•Данные – информационные сообщения, передаваемые в системе.

• MIC – контроль целостности сообщения.

• CRC – контроль целостности пакета.

Отличие сообщения канального уровня светильника от сообщения точки доступа будет в том что: 

• Поле Данные фиксированной длины 20 бит;

• Отсутствует поле 0р, так как мастер подтверждение о доставке не отправляет.

                     Рис.4. структура сообщения канального уровня светильника.

1.2.5. Рассмотрение примера обработки терминалом произвольного служебного сообщения: пояснение последовательности действий, выполняемых терминалом по факту приема сообщения.

  Рассмотрим пример: терминал принимает сообщение о запросе на соединение. Сообщение приходит на модуль BLE112, расшифровав сообщение, модуль отправляет запрос плату светильника с целью получить данные для передачи. Вместе с этим из запроса модуль находит номер частотного канала, на который ему необходимо настроиться. Получив данные, BLE112 переходит на частотный канал и посылает их точке доступа. Если у мастера нет информации для терминала, он засыпает на определенный временной интервал. Если информация имеется, он ее получает, проверяет целостность с помощью CRC, отправляет отчет о доставке и засыпает.

1.3. Краткое обоснование состава иерархических моделей выделенного узла сети и терминала в соответствии с рекомендациями OSI.

В нашем случае модель OSI состоит из 3 уровней:

Рис.5. Модель OSI.

  Канальный уровень служит для формирования пакетов, выделения пакетов из потока бит, организации доступа к физическому каналу, проверки целостности сообщения.

  Физический уровень предназначен для качественной доставки сообщений между объектами сети. На этом уровне обеспечивается помехоустойчивое кодирование и модуляция сообщения.

  Уровень принятия решений  определяет роли устройств, режимы и процедуры обнаружения устройств и сервисов, управление установлением соединения и безопасностью, обмен информацией между участниками сети.

 1.