1.3. Построение канального уровня системы (L2)
1.3.1. Описание назначения сервисов канального уровня исходя из контекста решаемых задач (п.1.2). Опре-
деление 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.

  В разрабатываемой системе канальный уровень (КУ) решает следующие задачи:

формирование пакетов, выделение пакетов из потока бит, организация доступа к физическому каналу связи, возможность обнаружения и коррекции ошибок, адресация сообщений, управление доступом к физическим каналам.

Для решения этих задач на КУ должны быть реализованы  следующие сервисы:

- сервис адресации;

- сервис проверки целостности;

          Сервис адресации осуществляет адресную доставку сообщений. Следует сказать о том, что передача и получение сообщений осуществляется строго в отведенный временной интервал согласно шкале распределения временных интервалов (ШРВИ) между терминалами. Для обеспечения адресной доставки сообщений в системе, на канальном уровне используются уникальные идентификационные номера терминалов (IDТ) и точки доступа (IDТД). Присвоение идентификационных номеров осуществляется на этапе подготовки радиосети к работе, т.е. с момента установления или обновления информационной системы терминалов и точки доступа. Следует отметить, что список возможных идентификационных номеров терминалов (IDТ) хранится в информационной системе точки доступа. Т, в свою очередь, также  известен список идентификационные номеров ТД (IDТД).

            Помимо адресных сообщений в системе используются также широковещательные сообщения (ШВС).С целью организации широковещательной передачи информации от точек доступа терминалам, широковещательное сообщение передается в специально отведенный временной интервал 

            Сервис проверки целостности осуществляет проверку достоверности принимаемых сообщений канального уровня на основе алгоритма  расчета контрольных сумм CRC. В данной системе будет использоваться CRC-4 и CRC-8. Выбор CRC-4 и CRC-8 объясняется наименьшим временем, затрачиваемым на вычисления контрольной суммы.

          На канальном уровне следует предусмотреть сервис  формирования / расформирования пакетов КУ и службу управления доступом  к физическому каналу связи. Доступ к физическим каналам будет осуществляться на основе метода множественного доступа с фиксированным распределением – FAMA (Fixed Assigned Multiple Access). Метод FAMA, как известно, эффективен в системах, работающих в реальном масштабе времени. Разрабатываемая система видеонаблюдения как раз является такой. Метод FAMA основан на постоянном закреплением терминалов за определенным физическим каналом. Для реализации этого метода ТД формирует шкалу распределения временных интервалов, эта шкала содержит сведения о том какой временной интервал закреплен за каким терминалом. И передается терминалам в составе широковещательного сообщения. Для возможности выбора модификации стандарта MPEG-4 с лучшим качеством видеоизображения необходимо предусмотреть некоторые дополнения методаFAMA. Основным дополнением является возможность резервирования дополнительного КС для того, чтобы терминал имел возможность передачи видеопотока в соответствии с модификацией с лучшим качеством видеоизображения. Резервирование дополнительного КС возможно, если в радиосети не функционирует хотя бы один терминал. В случае, если в сети зарегистрировался новый терминал, то дополнительно назначенные КС сбрасываются, и далее передача видеопотока осуществляется в соответствии со шкалой распределения временных интервалов (ШРВИ).


Рис.1. Общая структура  сообщения канального уровня

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


Рис.2. Логические каналы связи, используемые в радиосети.

Рассмотрим подробнее данный рисунок. Точка доступа передает всем терминалам широковещательный сигнал. Для передачи этой информации  необходимо организовать широковещательный канал BCCH. После нахождения широковешательного сигнала терминал фиксирует в информационной системе , что он в сети с IDТД, и что осуществлять передачу на точку доступа нужно в обозначенный интервал. Также широковещательное сообщение будет использоваться для проведения процедуры регистрации т.к., инициатором проведения регистрации является точка доступа. Процедура регистрации осуществляется следующим образом: активные терминалы, получив широковещательный сигнал, осуществляют подтверждение по каналу ACH о том, что они активны, и эти сведения заносятся в информационную систему точки доступа. Такая процедура периодически повторяется. Подтверждение наличия терминалов в сети осуществляет в тот интервал времени, который определен ШРВИ.  В случае, если терминал принял широковещательный сигнал с ошибками, то он продолжает поиск интервала, в котором передается широковещательный сигнал, и, далее, осуществляет прием этого сообщения.

           После проведения процедуры регистрации может осуществляется передача терминалам команд управления видеокамерой. Подробная процедура поведения сети при осуществлении управления видеокамерой описана в [1, см. активный режим]. Для передачи команд управления видеокамерой, а также для передачи сообщений сигнализации (сообщение о смене профиля функционирования системы или сообщение  об изменении мощности передачи терминала) необходимо организовать канал управления CCH. Следует сказать  о том, что необходимо предусмотреть два различных канала управления. Канал ССH/video  для передачи команд управления видеокамерой. Канал ССH/profile  для передачи сообщений сигнализации. В случае, если одновременно появилась необходимость передачи сообщения сигнализации и команды управления видеокамерой, то сообщения сигнализации имеют высокий приоритет, а команды управления видеокамерой – низкий. Для команд управления видеокамерой и для сообщений сигнализации требуется гарантированная доставка. Для этого в системе следует предусмотреть автоматический запрос повторной передачи (англ. Architectural Research Quarterly – ARQ). В проектируемой системе будет использоваться так называемая ARQ с остановками (см. рисунок 3).Точка доступа перед началом очередной передачи ожидает подтверждения об успешном приеме предыдущей. Если передаваемое сообщение принято с ошибкой, то терминал передает отрицательное подтверждение приема (NAK); точка доступа повторяет передачу ошибочно принятого сообщения и только после этого передает следующий по очередности сообщение. Для передачи сообщений подтверждения о доставке в сообщении канала DTCH, о котором будет сказано ниже, необходимо предусмотреть специальный флаг, в котором будет отмечаться нужна повторная передача или нет. Если точка доступа приняла с ошибками сообщение канала DTCH, то точка доступа повторяет передачу не подтвержденного сообщения канала ССH.


Рис.3. Метод ARQ с остановками

При поступлении на точку доступа команды на активацию видеокамеры терминал осуществляется резервирование КС, в этот момент в информационной системе точки доступа в журнале активных терминалов ставится флаг, что этот канал, закрепленный за этим терминалом, занят. Номер этого канала соответствует номеру интервала закрепленного за этим  терминалом в ШРВИ. При поступлении на точку доступа команды на смену модификации стандарта MPEG-4 в журнале активных терминалов проверяется, сколько терминалов сейчас осуществляют передачу видеопотока, и какая у этих потоков модификация стандарта MPEG-4. Если есть возможность сменить модификацию, точка доступа  резервирует первый не занятый канал связи. И точка доступа сообщает номер этого канала терминалу.
1.3.3. Вычисление долевой оценки пропускной способности ЛКС, оценка полного трафика системы. Состав-
ление сводной таблицы ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.
Основной услугой, предоставляемой системой, является передача данных, то большая часть общей пропускной способности будет приходиться на канал трафика – не менее 90 %.Отведем на него 94 %. Сообщения канала АСН не учитываются т.к. его функции выполняет канал DTCH. Представим долевую оценку на рисунке 4.

Рис.4. Долевая оценка пропускной способности логического канала связи

Скорость для передачи по каналу трафика DTCH, согласно выбранной модификации MPEG-4, составляет 1400кбит/с. Следует отметить, что для передачи по каналу CCH достаточно скорости 5 кбит/с.

   Суммарная скорость передачи по каналу трафика DTCH  для 6 терминалов равна 8,4 Мбит/с. С учетом того, что на физическом уровне будет осуществляться помехоустойчивое кодирование со скоростью кодирования 1/2.

Составим сводную таблицу логических каналов связи .

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

Сообщение канала ВСCH  представлено на рисунке 5


Рис.5. Сообщение канала BCCH

Рассмотрим рисунок, на нем:

- TS (Training sequence), поле которое необходимо терминалам для обнаружения ШВС – 80 бит;

- N, поле которое необходимо терминалу для точного определения начала мильтикадра – 2бит ;

- DATA, в котором содержится IDТД (состоит из 4 бит) и ШРВИ для 8 терминалов (4бита на IDТ и 4 бита на номер, соответствующего временного интервала);

- CRC, необходимо для выполнения задач сервиса проверки целостности, размерность поля – 4 бит;

fill, необходимо для того чтобы привести сообщения различных каналов к одинаковой длине – 33 бит;

Сообщение канала ССН на рисунке 6


Рис.6. Сообщение канала ССН

- DATA, в этом поле содержится код выполняемой команды управления, размерностью 182 бит;

- TYPE, поле которое необходимо терминалу для того, чтобы знать это новое сообщение или повторно передаваемое. Для этого поля достаточно 1 бита;

- CRC, размерность поля – 4 бит.

Сообщение канала ACH,  DTCH  на рисунке 7


Рис.7. Сообщение канала ACH,  DTCH 

- FL_ARQ, в этом поле содержатся сведения о подтверждении/не подтверждении приема, достаточно 1 бита;

- DATA, в этом поле содержится код выполняемой команды управления, размерностью 182 бит;

- CRC, размерность поля – 4 бит.

Как видно из структуры пакетов , то все пакеты одинаковой длины - 182 бита. Отсутствие полей адреса отправителя и получается, а также типа сообщения объясняется тем, что передача сообщений будет осуществляется по неизменной структуре мультикадра и известной ШРВИ. Структура мультикадра будет описана в последующих пунктах. Иными словами, терминалам и ТД в любой момент времени известно сообщение какого типа и кому оно предназначается.

1.3.5. Рассмотрение примера обработки терминалом произвольного служебного сообщения: пояснение по-
следовательности действий, выполняемых терминалом по факту приема сообщения.

Служебная информация может быть двух видов: широковещательной и адресной. Примерами адресной служебной информации могут быть команды точке доступа  уменьшить мощность. Поэтому при декодировании принятого сообщения терминал  выполняет следующую последовательность действий:

1.      Определяет тип сообщения (служебное или информационное) и к какому каналу оно относится с помощью информации, содержащейся в заголовке сообщения (поле Type). Далее будем рассматривать только вариант со служебным сообщением;

2.      Выделяет из заголовка адресную часть, проверяя адресная или широковещательная информация;

3.      Проверяет достоверность переданной информации, вычисляя контрольную сумму и сравнивая ее с полученным на передающей стороне значением (поле CRC);

4.      Выделяет информационную часть, в которой содержится назначение сообщения;

5.      Формирует и передает ответ

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 слу-
жебных сообщений с указанием служб источников и получателей сообщения. Пояснение процесса формиро-
вания и обработки сообщений трафика и подсистемы управления в виде обобщения материала п.1.2 и п.1.3.
Рассматриваемая радиосистема дистанционного видеоконтроля  довольно простая и для ее реализации необходимо всего 2 уровня: физический уровень и канальный уровень.

Рис.8. Модель OSI.
 Помимо канального и физического уровня, как показано на рисунке, в системе присутствует уровень L3 - мозг системы. На этом уровне закладываются сценарии взаимодействия терминалов с точкой доступа, анализируются принятые сообщения, выполняются команды, принимаются решения такие как: повышение уровня мощности и    решение довести до пользователя информацию о неисправности видеокамеры. 
 Физический и канальный уровни выполняют транспортные функции, доводя до терминалов команды уровня L3 точки доступа и передавая в обратном порядке пакет телеметрии с уровня L3 терминалов. Важен тот факт, что уровни L3, как и канальные не могут общаться непосредственно друг с другом и сообщению необходимо пройти долгий путь, постоянно преобразуясь, чтобы достичь адресата.
Канальный уровень представляет собой два подуровня:
MAC-службы, отвечающие за организацию сообщений канального уровня. На этом уровне, пакет поступивший с L3 уровня и поток битов с физического уровня преобразуются в кадры. Так же содержит в себе три связанных процессов:
1)процесса запроса (зондирования);
2)процесса аутентификации;
3)процесса привязки.
СAС-служб, отвечающая за случайный доступ к ФК. 

Список литературы :
1.http://omoled.ru/publications/view/712
2.http://omoled.ru/publications/view/447
3.http://omoled.ru/publications/view/625
4.Лукашин И.В. Радиосистема дистанционного видеоконтроля (Часть 2)http://omoled.ru/publications/view/459