Множественный доступ абонентов к временному ресурсу ZigBee каналов. – ЧАСТЬ 1

Как уже отмечалось выше, важным потребительским свойством, обу­словливающим широкое применение приборов ZigBee, является их низкое энер­гопотребление. При таком условии передача сообщений возможна только двумя способами:

–                посредством строго синхронизированной работы трансиверов различных приборов сети при их прямой связи (Direct Transmission);

—          посредством применения промежуточного передаточного элемента, благо­даря которому обеспечивается разделение во времени интервалов передачи сообщения источником и приема сообщения получателем, т.е. посредством «непрямой» связи (indirect transmission).

Прямая связь между приборами реализуется в сетях с полносвязной (Реег- to-Peer) топологией (рис. 4.34, б), однако технология синхронизации работы приборов такой сети при низком значении коэффициента использования ими временного ресурса стандартом [62] не рассматривается. В случае непрерыв­ной работы приемников всех приборов, что противоречит потребностям низ­кого энергопотребления, предусматривается доступ источников сообщений к временному ресурсу методом CSMA/CA в произвольный момент времени.

«Непрямая» связь между приборами реализуется посредством промежуточно­го хранения сообщений координаторами сети; «развязка» временных интервалов передачи сообщения источником (Source Device) и приема сообщения получателем (Destination Device) достигается посредством независимой связи с координатором каждого из оконечных приборов. «Непрямая» связь предусматривается стандартом [62] в качестве основной технологии передачи сообщений. Она может быть реализо­вана в сетях с топологией типа звезда, дерево и кластерное дерево (рис. 4.34 а, 4.35, 4.36). В сети последней из названных топологий различные кластеры находятся в не­перекрывающихся зонах персонального радиовлияния (POS) и сообщение между уда­ленными приборами передается рядом координаторов ветвей и координаторов PAN. Технология маршрутизации сообщений регламентируется спецификациями ZigBee (надстроенные протокольные уровни над протоколами стандарта ШЕЕ 802.15.4).

Однозначная доставка сообщений получателям обеспечивается благодаря применению персональных адресов приборов (Device Address) и идентифика­торов сетей (PAN Identifier – PANID). Источник сообщения определяется иден­тификатором сети источника (Source PANID) и персональным номером прибо­ра в пределах этой сети (Source Address). Получатель сообщения определяется идентификатором сети получателя (Destination PANID) и своим персональным сетевым номером (Destination Address).

Предусматриваемые [62] длины двоичных идентификаторов PAN и адресов приборов (2 октета) совпадают и обеспечивают возможность идентификации 216= 65 тысяч сетей и приборов в каждой из них. Различные сети (кластеры), во избежание взаимных помех, функционируют посредством использования раз­личных частотных каналов, именуемых в стандарте [62] логическими каналами (Logical Channel). Совместно с номером канальной страницы логический канал однозначно определяет полосу частот, используемую сетью.

Согласно технологии обеспечения множественного доступа приборов сети к ее частотному каналу различают два возможных режима работы сети:

–                маячковый режим (Beacon-enabled mode), состоящий в том, что координа­тор синхронизирует работу ассоциированных с ним приборов и упорядо­чивает использование временного ресурса занимаемого частотного канала посредством регулярной широковещательной передачи маячковых сообще-

ннй/фреймов (Network Beacon):

–                безмаячковый режим (Non Beacon-enabled mode), состоящий в том, что коор­динатор после образования сети прекращает передачу маячковых сообщении и взаимодействует с приборами сети только при поступлении от них соответ­ствующих уведомлений (в частности, служебных фреймов запроса).

Применение маячкового режима связано с увеличенным энергопотреблени ем приборов (в особенности, координатором) по сравнению с безмаячковым Последний, обеспечивая уменьшение энергопотребления, лишает сеть полез ных функциональных свойств, присущих маячковому режиму

Упорядоченное использование временного ресурса частотного канала сети обеспечиваемое маячковым режимом, сводится к следующему (см. рис. 4.39)

1. Ограниченные маячковыми фреймами интервалы времени, именуемые маячковыми интервалами (Beacon Interval – BI), подразделяются координато­ром на два периода: активный (Active) и неактивный (Inactive). Передача сооб­щений от источника координатору и от координатора к получателю осуществля­ется только в течение активного периода. В течение неактивного периода энергопотребление отключается.

Рис. 4.39. Структура маячкового интервала и суперфрейма

2.            Активный интервал, именуемый суперфреймом (Superframe), включает 3 со­ставляющие: маячковый фрейм, период состязательного доступа (Contention Access Period – САР) и «бессостязательный» период (Contention Free Period – CFP). Весь су­перфрейм подразделяется на 16 равных отрезков – слотов суперфрейма (Superframe Slot). Маячковый фрейм входит- в состав 0-го слота, а число слотов, относящихся к периодам САР и CFP, определяется координатором в соответствии с потребностями распределения временного ресурса согласно заявкам абонентов. Существование САР является обязательным, а его минимальная длительность (Minimum СНР Length) ре­гламентирована (существование CFP, в отличие от САР, не является обязательным).

3.            Значения длительностей маячкового интервала (BI) и суперфремла (Superframe Duration – SD) устанавливаются независимо с соблюдением соот­ношения BI>SD (этому соответствует изменение соотношения между активным и неактивным интервалами). Равенство BI = SD соответствует активной работе сеш в течение всего маячкового интервала. Значения BI и SD изменяются сту­пенчато от нормируемого минимального значения (Base Superframe), близкого к 15-4-1<И сд0 максимального значения, близкого к 251 с (подробнее см. ниже).

4. Состязательный доступ ассоциированных в сеть абонентов, включая коор­динатора PAN и координаторов ветвей, осуществляется методом CSMA/CA с ис­пользованием дискретной сетки времени для оценки занятости канала (Clear Channel Assessment – CCA); сетка времени привязана к сетке слотов суперфрейма, в связи с чем метод доступа именуется методом слогового контроля несущей с предотвраще­нием коллизий (Slotted CSMA/CA). Временной ресурс периода CFP распределяется координатором между абонентами согласно поступившим от них заявкам на предо­ставление гарантированных слотов времени (GTS); координатор в широковещатель­ном режиме оповещает абонентов сети о распределении ресурса CFP в маячковом фрейме (с указанием числа и номеров предоставляемых слотов). Абоненты, заявки которых удовлетворены, в пределах соответствующих GTS передают и принимают имеющиеся сообщения, не опасаясь наличия взаимных помех (более подробно сведе­ния о транспорте сообщений рассматриваются далее в подразделе 4.4.2).

5. Маячковые фреймы, широковещательно передаваемые координаторами PAN и ее ветвей, содержат спецификации соответствующих суперфреймов (Superframe Specification) и сведения о хранящихся у координаторов сообщениях для абонентов сети; спецификации суперфреймов включают сведения о длительностях BI, SD и САР; значения SD и САР однозначно определяют длительность CFP; сведения о CFP детализируются включением информации о распределении между абонентами GTS (их количестве, длительности, местоположении в пределах CFP, адресах при­боров, которым они предоставляются); сведения о хранящихся для абонентов со­общениях ограничиваются указанием количества и списка адресов абонентов (Pending Address Specification, Address List); пользуясь этими сведениями, соответ­ствующие абоненты обязаны запросить данные у координатора (Data Request), а последний – передать данные (Data), завершив, таким образом, непрямую передачу сообщения между их источшпсом и получателем (рис. 4.40).

Рис. 4.40. «Непрямая» передача данных в маячковом режиме

6. Суперфреймы PAN, характеристики которых определяются PAN- координатором (PANC), и суперфреймы отдельных ветвей, характеристики ко­торых определяются их координаторами, согласовано чередуются во времени В начале маячкового интервала сети располагается суперфрейм PAN, вслед за ним в пределах неактивного интервала поочередно располагаются суперфреймы различных ветвей (см. рис. 4.41, в случае наличия одной ветви). Время задержки суперфрейма ветви (Start Time) превышает длительность суперфрейма PAN. Ко­ординатор ветви осуществляет прием маячкового фрейма суперфрейма PAN и должным образом согласует параметры своего суперфрейма.

Рис. 4.41. Чередование суперфреймов сети PAN и ветви в пределах

маячкового интервала

7. Конфигурация суперфрейма (перечень и характеристики его составляю­щих) и параметры сети (ее идентификатор, используемый частотный канал) мо­гут изменяться в процессе работы сети, сопровождаясь изменениями в доступе к использованию временного ресурса канала абонентами сети. Переустановка характеристик сети (Realigning a PAN) осуществляется после широковещатель­ной передачи координатором команды переустановки (Coordination Realignment Command), в которой содержатся сведения о новых параметрах сети. Команда переустановки передается непосредственно вслед за маячковым фреймом, отра­жающим действующие параметры сети. Обновленные параметры применяются начиная с очередного маячкового фрейма. Аналогичное сообщение (команда) передается координатором прибору, который по каким-либо причинам утратил связь с координатором, – «осиротевшему» (Orphaned) прибору. Эта передача, в отличие от команды перестройки, является адресной и осуществляется в ответ на запрос «осиротевшего» прибора (Orphaned Notification).

Количественные значения регламентированных [62] характеристик суперф- рейма (Superframe Configuration) взаимосвязаны со скоростью передачи данных в используемом сетью канале (табл. 4.19). Длительность элементов суперфреи- ма (табл. 4.20) устанавливается в безразмерных единицах – символах (Symbol), число которых соответствует длительности рассматриваемого элемента. Дли­тельность одного символа каналов 0.. Л0 совпадает с длительностью бита пере­даваемых данных; в каналах. 11.. .26 длительность символа равна длительности четырех бит; соответственно, длительности символов оказываются различными „ равными 50, 25 и 16 мкс для каналов 0, 1…10, 11. ..26 (в порядке перечисле­ния). Размерные значения характеристик элементов суперфрейма в табл 4 20) приведены для каналов 0, 11.. .26 (диапазон 2.4 … 2.83 ГГц)

Нормативные значения длительности суперфрейма (SD) и маячкового интерва­ла (BI) изменяются ступенчато и показательно относительно базовой длительности суперфрейма (BSD); основание показательной функции равно 2, а значения пока­зательной степени носят наименования «порядок суперфрейма» (SO) и «порядок маячкового интервала» (ВО); значения SD и BI определяются соотношениями:

Рис. 4.42. «Непрямая» передача данных в безмаячковом режиме

Источник сообщений (прибор 1) передает фрейм данных координатору в произвольное (определяемое его распорядком) время. Координатор принимает сообщение и сохраняет его до поступления фрейма запроса (Data Request) от прибора 2. С получением последнего, координатор передает хранящийся фрейм данных и завершает, таким образом, его передачу от прибора 1 к прибору 2. Получение фреймов запроса и данных всеми абонентами сети подтверждается служебными сообщениями АСК.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100