Разновидности, структура и управление передачей сообщений. – ЧАСТЬ 1

Согласно протокольным принципам передачи сообщений между узлами сетей, реализуемых согласно модели OSI, структура сообщений в сетях WiMedia явля­ется фреймовой и отвечает типовым правилам формирования фреймов MAC и

PHY уровней. Содержание и разновидности сообщений, которыми обмениваю ся узлы сетей WiMedia, аналогичны рассмотренным выше при изложении свГ дений о Wi-Fi сетях (см. главу 3). Специфичными являются условия транспо сообщений (типы применяемых фреймов, способы их наполнения и упаковки супсрфреймы САР и СТАР), способы идентификации абонентов при адресации фреймов, а также способы обеспечения достоверности и конфиденциальности передачи сообщений.

Краткие сведений о транспорте сообщений в сетях WiMedia посредством их фреймовой передачи сводятся к следующему.

1. Соотношение структуры фреймов MAC и PHYуровней. Содержание пе­редаваемых сообщений и служебная информация, необходимая для их доставки адресату, содержится во фреймах МАС-уровня. Структурно эти фреймы состо­ят из заголовка (MAC header) и тела (MAC body). Последнее включает полез­ную нагрузку (payload) и контрольную последовательность циклического кода (Frame Check Sequence – FCS), посредством которого выявляется наличие ис­кажений в передаче фрейма МАС-уровня. Взаимосвязь составных частей MAC и PHY фреймов иллюстрируется рис. 4.26. PHY-фреймы отличаются от МАС- фреймов следующими особенностями:

– во-первых, дополнением МАС-фрейма заголовком, преамбулой и символами концевика (PHY Header, Preamble, Tail Symbols);

во-вторых, фрагментацией тела и заголовка фрейма MAC уровня, объедине­нием заголовков MAC и PHY и дополнением их контрольной последователь­ностью циклического кода заголовков (Header Check Sequence – HCS).

Рис. 4.26. Взаимосвязь элементов MAC и PHY фреймов

Передача символов различных элементов PHY фрейма производится с раз­ными скоростями (см. обозначения на рис, 4.26), Сведения о скорости передачи данных в теле MAC фрейма (она может принимать значения от 22 Мбит до 55 Мбит/с), а также сведения об объеме полезной нагрузки (он может лежать в пределах от 64 до 2048 октетов), указываются в заголовке PHY фрейма. Пре­амбула PHY фрейма обеспечивает выполнение ряда фупкцнй, связанных с при­емом радиосигналов. Символы концевика необходимы для обеспечения рабогы канального декодера. Выявление возможных искажений в заголовках MAC и PHY фреймов производится посредством применения циклического кода CCITT CRC-16, а выявление искажений в полезной нагрузке MAC фрейма – примене­нием кода CCITT CRC-32 [44].

В целом дополнение фреймов MAC уровня служебными полями фреймов физического уровня связано с решением задач транспорта, соответствующих нижнему уровню модели OSI.

2. Сведения, содержащиеся в заголовках фреймов. Заголовки MAC фреймов содержат служебные сведения, необходимые для обеспечения доставки переда­ваемых сообщений. К ним относятся сведения о типе передаваемых сообщений, их адресации, временных характеристиках передачи и др. Структура заголовков одинакова для фреймов всех типов, (см. рис. 4.27).

Рис. 4.27. Структура заголовков MAC фреймов

Заголовок состоит из нескольких субполей, содержание которых позволяет

объединить их в следующие группы:

•                идентификация сети, адресата и источника сообщений осуществляется по­средством данных субполей PNID, DestID, SrcID; идентификатор сети (PNID) выбирается координатором при организации сети и используется для разли­чения фреймов разных пикосетей, работающих на одной площади (в частно­сти, родительской, дочерних и соседних пикосетей); идентификаторы адресата (Destination ID – DestID) и источника (Source ID – SrcID) являются условными номерами соответствующих устройств (их число в одной PN может достигать 243); номера присваиваются координатором при ассоциации устройств в сеть;

*              тип передаваемых фреймов (Frame Туре) определяет функциональную роль сообщений, содержащихся в теле фрейма, перечень функциональных раз­новидностей сообщений (типов фреймов) включает:

~ фреймы данных (Data Frame);

–                фреймы управления (Command Frame);

–                маячковые фреймы (Beacon Frame);

–                фреймы подтверждения безошибочного приема сообщений (АСК Frame), применяемые в двух разновидностях (рассматриваются ниже);

• характеристики последовательности передачи сообщений приводятся в субполях индексации потока (Stream Index), фрагментации (Fragmentation) и последующих данных (More Data); в субполе индексации содержатся сведения о порядке следования фреймов во времени (применяется асин­хронная и изохронная передача); в субполе фрагментации приводятся све­дения, во-первых, о месте передаваемого фрейма в последовательности фрагментов, на которые делится передаваемое сообщение, и, во-вторых, о месте передаваемого фрейма в общем числе переданных устройством фреймов; субполе последующих данных содержит сведения о продолже­нии/завершении передачи данных рассматриваемым устройством в преде­лах выделенного ему СТА слота;

контроль достоверности передаваемых сообщений осуществляется в сети посредством передачи фреймов подтверждения безошибочного приема переданных фреймов (за исключением широковещательных); применяется две формы подтверждения достоверности: немедленное подтверждение (Immediate АСК – ImmACK) и задержанное подтверж­дение (Delayed АСК – DlyACK); немедленное подтверждение приме­няется по отношению к каждому фрейму вслед за его безошибочным приемом; задержанное подтверждение – по отношению к безошибоч­ному приему определенной совокупности фреймов изохронного пото­ка; форма контроля достоверности отражается субполем АСК; передача искаженного фрейма, прием которого не подтвержден, повторяется до успешного завершения приема; сведения о повторении передачи приво­дятся в субполе дублирования (Retry).

3. Сведения, содержащиеся в маячковых фреймах. Маячковым фреймам (Beacon Frame – BF) свойственна типовая структура МАС-фрейма, включающая заголовок и тело фрейма (рис. 4.26, 4.33). Сообщения, содержащиеся в поле по­лезной нагрузки маячкового фрейма, определяют все аспекты самоорганизации и функционирования пикосети. Текущие изменения запросов абонентов сети на использование ее временного ресурса обуславливает необходимость обновле­ния содержащихся во фреймах сведений для каждого суперфрейма. Полезная нагрузка BF включает два поля (рис. 4.28, а):

–                поле параметров синхронизации пикосети (PN Synchronization Parameters), в котором содержатся общие сведения о пикосети и распределении ее времен­ного ресурса в рамках суперфрейма;

–                поле информационных элементов (Information Elements – IE), в котором со­держатся сведения о структуре пикосети, характеристиках ее устройств и о гарантированном распределении времени между узлами СТАР периода рассматриваемого суперфрейма; в соответствии с содержанием сообщении поле информационных элементов делится на субполя IE различных типов (например: IE распределения времени между слотами периода СТАР, IE идентификатора сети (BSID), IE родительской сети и др.). Предоставление в BF общих сведений о пикосети и о распределении вре­менного ресурса иллюстрируется диаграммами рис. 4.28, а, б (содержание этих

сведений, частично, рассматривалось выше). Общие сведения о пикосети сво- дятся к указанию:

–                разновидности сообщений, которые допускается передавать в течение пе­риода состязательного доступа (эти сведения содержатся в субполях «Дан­ные САР» («САР Data»), «Команды САР» («САР Commands»), «Ассоциация САР» («САР Association»));

–                наличия в суперфрейме временных слотов (МСТА) для передачи управляю­щих сообщений к частоте повторения этих слотов (эти сведения содержатся в субполях «Использованное МСТА» («МСТА Used») и «Ответ PNC» («PNC Response»));

–                применения конфиденциальной передачи сообщений (субполе «Режим SEC» от англ. «SEC Mode»);

–                максимально допустимой мощности излучаемых в течение суперфрейма сиг­налов (субполе «Максимальный уровень мощности передачи» от англ. «Мах TX Power Level»);

–                стандартного 64-значного адреса WiMedia-устройства координатора сети (субполе «адрес PNC» от англ. «PNC Address»).

Сведения о временном ресурсе суперфрейма содержатся, во-первых, в поле параметров синхронизации (рис. 4.28, а) и, во-вторых, в информационном эле­менте распределения ресурса между слотами периода СТАР (рис. 4.28, б). В поле параметров синхронизации приводятся сведения о длительности суперф­рейма (субполе «Длительность суперфрейма», от англ. «Superframe Duration») и о длительности интервала состязательного доступа (субполе «Время окончания САР», от англ. «САР end time»). В этом же поле приводится порядковый номер суперфрейма, отсчитываемый 48-разрядным счетчиком (субполе «Маркер вре­мени», от англ. «Time Token»). Информационный элемент, содержащий сведе­ния о распределении времени между СТА слотами, состоит из блоков, в каждом из которых приводятся данные об использовании одного из слотов (структура СТА-блока иллюстрируется рис. 4.28, б). В блоке указываются идентификато­ры получателя и источника сообщения (субполя «DestID» и «SrcID»), длитель­ность слота и его временное положение относительно начала BF (субполя «Дли­тельность СТА» от англ. «СТА duration» и «Размещение СТА», от англ. «СТА location»), индекс разновидности сообщения (субполе «Индекс потока», от англ. «Stream Index»).

Сообщения, содержащиеся в маячковых фреймах, связаны с большинством аспектов радиотехнологии WiMedia, и в дальнейшем сведения о них будут упо­минаться неоднократно по мере необходимости.

4. Сведения, содержащиеся во фреймах управления. Сообщения, пе­реносимые фреймами управления, обеспечивают самоорганизацию пико­сетей и их функционирование в установившемся состоянии (состоянии соединения ассоциированных в сеть устройств).

Фреймов управления (MAC Command Types) насчитывает более ЗС►разно­видностей [44], которые по функциональным признакам можно разделить

на 3 группы;

фреймы управления самоорганизацией, в которых передаются коман социации, деасеоциации, образования зависимых сетей и команды 1 а°" ные с обеспечением конфиденциальности сообщений;    ‘ °Вязан"

фреймы управления информационным обменом о возможностях сети и дящих в ее состав устройств; фреймы этой группы включают команды з ^ са (request command) и ответа (response command) по всем существен Р°~ аспектам работы сети, в частности, по характеристикам каналов связи- Ш фреймы управления ресурсами сети, к которым относятся команды’ пределения временного ресурса частотного канала (time allocation) и ко" манды менеджмента уровня мощности (Power Management) передавав

мых сигналов.

Рис. 4.28. Структура полезной нагрузки маячкового фрейма (а) и СТА блока информационного элемента (IE), содержащего сведения о распределений

времени между СТА слотами (б)

Обмен фреймами управления между устройствами является диалоговым, что предполагает двустороннюю передачу сообщений (за исключением не­которых широковещательных информационных фреймов, источником кото рых является координатор сети). В соответствии с направленностью о з р- ных сведений о технологии WiMedia (использование частотно-временно

ресурса) в настоящем пункте приводятся выборочные сведения о фреймах управления распределением времени (Channel Time Allocation) и фреймах контроля состояния каналов связи (Channel Status Commands). Структурно фреймы управления, аналогично фреймам других типов, включают заголо­вок (Header) и тело фрейма (Body), полезная нагрузка которого носит наи­менование командного блока (Command Block). Поле последнего содержит два служебных субполя: субполе типа команды (Command Туре) и длины ин­формационной части (Length), и субполе собственно информационной части (Command Pay load).                                                                  ,

Диалоговый обмен фреймами управления распределением временного ре­сурса осуществляется между устройствами пикосети и ее координатором. Цель диалога состоит в выявлении потребностей устройств касающихся предостав­ления гарантированных временных слотов (GTS) периодов СТАР суперфреймов и распределения ресурса этих периодов в каждом из суперфреймов.

Во фрейме запроса времени (Channel Time Request) устройство-источник сообщений приводит список адресатов, которым предназначены сообщения, вид сообщений (асинхронные, синхронные), число необходимых GTS в те­чение СТАР-периода суперфреймов, требуемую скорость передачи данных, продолжительность их передачи и пр. Потребности в предоставлении GTS могут отличаться по их числу в течение СТАР-периода, длительности сло­тов, периодичности передачи. Во фреймах ответа (Channel Time Response) координатора содержатся сведения о полном или частичном удовлетворении запроса устройства, при этом не исключается возможность отказа в удовлет­ворении запроса.

Обмен фреймами запроса и ответа о состоянии канала связи (Channel Status Commands) может осуществляться между любыми двумя устройствами сети (включая PNC), поддерживающими взаимную связь. Такой обмен преследует цель оценки достоверности передачи сообщений для выявления необходимое™ изменения мощности передаваемых сигналов. Перечень сведений, характери­зующих достоверность передачи сообщений, нормирован [44], поэтому фрейм запроса (Channel Status Request) не содержит полезной нагрузки команды и ограничивается указанием лишь ее типа и длины. Во фрейме ответа на запрос (Channel Status Response) приводятся упомянутые нормативные статистические сведения, характеризующие достоверность передачи: общее число суперф­реймов, число безошибочно принятых фреймов, число искаженных фреймов. Последние величины дают возможность произвести оценку вероятности иска­жений передаваемых сообщений (вычислить частоту появления искажений) и f принять решение о необходимости передачи команды об изменении мощности передаваемых сигналов (Transmit ppwer change).

4. Защитные меры обеспечения многостанциокного доступа к временному ресурсу сети. Предотвращение взаимных помех между элементами сети, наряду с централизованным распределением ее пременного ресурса и синхронизацией отсчета времени в устройствах, обеспечивается за счет использования защит­ных временных интервалов двух разновидностей;

1)            защитных интервалов (Guard Time) между элементами суперфрейма ~ маячковым фреймом, периодами состязательного (САР) и произвольного (СТАР) доступа, а в пределах последнего – между гарантированными сло­тами времени (GTS); положение защитных интервалов в пределах суперф­рейма показано на рис. 4.29, а;

2)            межфреймовых интервалов (Interframe Space – IFS) (показаны на рис 4.29 б, в), вводимых при последовательной передаче различных фреймов в пределах одного элемента суперфрейма (в пределах интервала САР и сло­тов интервала СТАР). В зависимости от типа отделяемых фреймов и спо­соба их передачи (асинхронный, синхронный) различают 4 вида IFS- MIFS, SIFS, BIFS и RIFS (их наименования и типовые значения длитель­ностей приведены в табл. 4.17).

Рис. 4.29. Положение защитных интервалов в пределах суперфрейма (а) и межфреймовых интервалов различной длительности в пределах СТА слотов (б, в) [44]

Межфреймовые интервалы минимальной длительности (M1FS) применяют­ся для разделения широковещательных фреймов, а также фреймов изохронных потоков, по отношению к которым подтверждение неискаженной передачи не производится (по – АСК) или производится с задержкой (Dly-ACK). Интерва­лы SIFS применяются, во-первых, для разделения фреймов данных и фреймов подтверждения их неискаженной передачи (АСК), и, во-вторых, для разделе­ния фреймов и защитных интервалов. Интервалы RIFS отделяют фреймы, не­искаженный прием которых не подтвержден, от дублей их повторной передачи. Наконец, интервалы BIFS разделяют фреймы, передаваемые в течение состяза­тельного периода (САР) суперфрейма.

Таблица 4.17

Разновидности и значения длительности межфреймовых интервалов, предусмотренные стандартом [44]

Аббревиатура IFS

Наименование 1FS

Типовая величина, мке

MIFS

Минимальные (Minimum) IFS

2

SIFS

Короткие (Short) IFS

10

RIFS •

IFS повторной передачи (Retransmission)

21

BIFS

IFS отката (Backoff)

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