Наверх

Сеть управления освещением. Часть 2(исправлено)

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 поBCCH, 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.

1.2.2. 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.

На канальном уровне выделяются следующие логические каналы:

 •  Канал LCПо каналу LC передается низкоуровневая управляющая информация, относящаяся к процедуре ARQ (повторная передача пакетов по запросу), сообщения управления потоком и определения характеристик полезной нагрузки. Протокол LC выполняет функции поиска устройств по всем каналам, определения доступности устройств на конкретной частоте, установления соединения. Используется в точке доступа.

 •  Канал LM. Протокол LMP обеспечивает установление соединения между устройствами Bluetooth и управление этим соединением, включая выполнение функций синхронизации по коду, аутентификации, шифрования.

Пользовательский асинхронный канал UI. Переносит асинхронные данные пользователя по каналу ACL.


 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 протоколовBluetooth 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.

Иерархические модели точки доступа и терминала будут различны. Это объясняется тем, что устройства BLE несовместимы со стандартным Bluetooth, устройства BLE не могут взаимодействовать с классическими Bluetooth-устройствами, а так как управляющее устройство – ПК,оно должно быть совместимо с  другими устройствами. Поэтому в качестве ТД используется двухрежимное устройство BLE, а в качестве терминала однорежимное BLE.

  Иерархия системы Bluetooth содержит четыре уровня, которые реализуют функции трех нижних уровней модели OSI:

•Физический уровень (PHY);

•Канальный уровень (LL);

• Уровень управления соединением;

•Уровень управления логическим подключением и адаптацией;

    В свою очередь эти уровни делятся на 2 подсистемы: контроллер и хост.

   Физический и логический уровни ядра BLE группируются в подсистему, называемую контроллером BLE. Контроллер BLE состоит из оборудования физического уровня (приемопередатчик RF), контроллера соединений Link Controller, модуля управления ресурсами Baseband Resource Manager, контроллера управления соединениями Link manager и модуля управления устройством Device  Manager.

  Важнейшие функции контроллера Bluetooth реализованы на канальном уровне. На этом уровне осуществляется доступ к физической среде и  предоставляется асинхронный режим (ASL) – направленное на обмен данными.

  Вторая подсистема, реализуемая в BLE, называется хостом и включает в себя: уровень логической связи (Logical Link ControlLLC), протокол адаптации (Adaptation ProtocolL2CAP), протокол атрибутов (Attribute ProtocolATT), протокол атрибутов профилей устройств (Generic Attribute ProfileGATT), протокол обеспечения безопасности (Security Manager ProtocolSMP), протокол обеспечения доступа к функциям профиля устройств (Generic Access Profile (GAP).

Контроллер и хост Bluetooth взаимодействуют между собой посредством интерфейса HCI (Host Controller Interface). Интерфейс HCI обеспечивает командный интерфейс доступа к ресурсам логических уровней состороны L2CAP.

Рассмотрим уровни модели точки доступа:


Рис.2. Модель точки доступа.

Физический уровень (PHY) соответствует передаче на центральной частоте 2,4 ГГц с использованием гауссовской частотной манипуляции GFSK (Guassian Frequency-Shift Keying).

   Канальный уровень (Link Layer) контролирует процесс работы радиоканала и управляет его состоянием.

 Подуровень управления соединениями (Link Manager - LM) предназначен для осуществления управления асинхронными ACL (виртуальными, непостоянно выделенными) соединениями.

 Подуровень управления соединением (Link Control - LC) предназначен для управления потоком транспортных пакетов, а также обеспечивает организацию канального взаимодействия устройств, включая процедуры установления и разъединения. На этом подуровне организуется канал LC, сообщения которого размещаются в заголовке пакета PHY уровня и реализуется транспортный протокол канального уровня LC. Протокол LC выполняет функции поиска устройств по всем каналам, определения доступности устройств на конкретной частоте, установления соединения.

 Адаптированный протокол управления логическими связями L2CAP предназначен для согласования протоколов верхнего уровня с транспортным протоколом канального уровня LC. Протокол L2CAP является базовым протоколом передачи данных для Bluetooth. Протоколы верхних уровней используют L2CAP в качестве транспортного протокола.

Верхний уровень модели представляет собой набор профилей, регулирующих работу системы.

   Уровень SM (Security Manager) определяет методы, с помощью которых реализуется соединение между устройствами. Кроме того, на этом уровне вырабатываются инструкции о мерах безопасности при соединении различных устройств и степени конфиденциальности передаваемых данных.

   Протокол ATT ограничивает передачу данных и позволяет модулю пересылать другим устройствам только ту часть данных, которые помечены как «атрибуты». В контексте этого протокола устройство, передающее «атрибуты», обозначается как «сервер». Устройство, принимающее «атрибуты», обозначается как «клиент». При этом определенные на уровне LL роли устройств в качестве «мастера» и «ведомого» не зависят от того, как эти устройства определены на уровне ATT. Поэтому и «сервер» и «клиент» могут выступать как в качестве «мастера», так и в качестве «ведомого».

   Уровень GATT реализует сервисную службу, которая вырабатывает дополнительные детальные инструкции, как именно должно быть реализовано взаимодействие между устройствами на уровне ATT. Уровень GATT определяет структуру профилей. Весь процесс передачи данных между двумя устройствами в стан- дарте BLE реализуется только через уровень GATT. Поэтому абсолютно все приложения и профили в стандарте BLE, так или иначе, взаимодействуют с профилем GATT.

   Профиль общего доступа GAP. Это основной профиль Bluetooth, отвечающий за поддержание связи между устройствами, выявление других доступных профилей, а также за безопасность. Этот профиль должен быть включен во все устройства Bluetooth, так как в него входят функции, необходимые для работы всех основных протоколов Bluetooth

Уровни модели терминала.

Основным отличием модели терминала от модели точки доступа является структура контроллера. Контроллер BLE состоит из оборудования физического уровня (PHY) и канального уровня (LL).

                                             

                                                                        Рис.3. Уровни модели терминала.

Соединение точки доступа с терминалом организуется как показано на следующем рисунке:


                                                                               Рис.4. Соединение точки доступа и терминала.

 1. 

2. http://www.ti.com/lit/ug/swru271f/swru271f.pdf

3. http://www.wireless-e.ru/assets/files/pdf/2011_02_16.pdf

4. http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2014/04/TI_Wireless_SS2541_BluetoothSmart.pdf

5. Лекции "По курсу ССПО" Бакке А. В.

6. Учебное пособие Bluetooth.

Прикрепленные файлы

Комментарии

Комментариев пока нет
Статья опубликована в группах