Транспорт сообщений в WPAN технологи Bluetooth – ЧАСТЬ 1

Транспорт сообщений в телекоммуникационных сетях включает два аспекта:

1)            создание физических связей между элементами сети (устройствами) и со­ставными частями упомянутых элементов (например, контроллерами свя­зей устройств). В Bluetooth-сетях к физическим относят связи, которые ограничиваются радиочастотным и базовым уровнями (рис. 4.3, 4.5);

2)            создание логических связей между элементами различных протокольных уровней технологии Bluetooth. Логические связи внутри системы осущест­вляются на RF, LC, LM и L2CAP уровнях (рис. 4.5).

4.2.2.1. Физические каналы и физические связи. Физические каналы си­стем Bluetooth представляют собой каналы связи ведущего устройства пикосе- ти с ведомыми устройствами и именуются физическими каналами пикосетей (Piconet Physical Channel). Телекоммуникационные физические каналы, кроме совокупности элементов, обменивающихся электрическими сигналами, опреде­ляются также используемым частотно-временным и пространственным ресур­сом (технологией его использования). Применительно к физическим каналам пикосетей предмет рассмотрения сводится к использованию общего частотно- временного ресурса Bluetooth-сетей (см. 4.2.1).

В системах Bluetooth каждая пикосеть обладает набором физических каналов, разновидности которых соответствуют различным режимам рабо­ты пикосети. Далее рассматриваются физические каналы, существующие в режиме соединения и именуемые базовыми физическими каналами пикосе­ти (Basic Piconet Physical Channel). Процессам самоорганизации сети соот­ветствуют две другие разновидности физических каналов: физический канал режима опроса (Inquiry Scan Physical Channel) и физический канал режима запроса (Page Scan Physical Channel). Стандартом IEEE 802.15.1-2005 [17] до­полнительно предусмотрен адаптивный физический канал пикосети (Adaptive piconet physical Channel).

Базовые физические каналы различных пикосетей обеспечивают доступ к общему частотно-временному и пространственному ресурсу посредством кодо­вого разделения каналов (Code Division Multiple Access – CDMA) со скачкоо­бразным изменением частоты (т.н. Frequency Hopping CDMA – FH-CDMA) [20J- Ширина полосы частот Bs, занимаемой радиочастотным сигналом, в окрестно­сти скачкообразно изменяющейся несущей f , а также шаг сетки возможных

значений несущей составляет 1 МГц (рис. 4.7). Частотный ресурс ISM диапазо­на частот в США и большинстве стран Европы позволяет использовать до 79 несущих частот (см. 4.1.1).

Рис. 4.7. Скачкообразное изменение частоты в физических каналах

систем Bluetooth

Значение несущей частоты изменяется со скоростью 1600 с-1 (длитель­ность интервала работы на одной частоте равна 625 мкс). Нумерация сло­тов в течение всего времени работы устройства сквозная (рис. 4.7). Пе­реходные процессы перестройки несущей длятся около 260 мкс, так что эффективное время передачи сигналов в течение слота составляет около 325 мкс [5]. Значения несущих всех устройств пикосети изменяются псев­дослучайным образом в соответствии с т.н. псевдослучайной последова­тельностью изменения частоты (Frequency Hopping Sequence – FHS) Эта последовательность обеспечивает равновероятный выбор номиналов частоты в диапазоне возможных значений и имеет период, равный длитель­ности 227 слотов (около суток). Конкретный вид FHS вычисляется исходя из индивидуального номера ведущего устройства (Master) – Bluetooth Device Address (BD ADDR). Данный номер представляет собой 48-значный на­бор двоичных символов, из которых 32 используются для идентификации устройства: 8 определяют производителя, а 24 – номер изготовленного им устройства. Эти 24 символа используются для определения FHS пикосети. Применяться может любое возможное 24-значное число, за исключением 64-х, резервируемых для целей адресации, применяемой на этапе самоор­ганизации сети (см. п. 4.3.2).

Передача сообщений между Bluetooth-устройствами пикосети осущест­вляется пакетами разной длительности: 1-, 3- и 5-слотовыми. Структурно пакеты могут отличаться по составу полей (Entity) различного назначения. Полный перечень полей включает (рис. 4.8, а)\ поле кода доступа к пикосети (Access Code), заголовок пакета (Header) и поле полезной нагрузки (Payload). Длительность элементов данных (Raw Bit), число которых в различных по­лях обозначено на рис. 4.8, а, равна 1 мкс, а скорость их передачи (Raw Bit Rate) составляет 1 Мслот/с (длительность структурных полей пакета в ми­кросекундах численно равна числу содержащихся в них элементов). Каждый элемент данных передается посредством гауссовой частотной манипуляции (Gaussian Frequency Shift Keying – GFSK) несущей^(/г) с девиацией частоты порядка 115 кГц.

Начало передачи каждого пакета совпадает с началом слота. Заверше­ние пакета осуществляется до окончания слота (этим обеспечивается резерв времени, необходимого для переходных процессов перестройки устройств Bluetooth; его длительность – около 260 мкс). Пакеты ведущего устройства начинаются в четных слотах, пакеты ведомых устройств – в нечетных [16, 17]. «Вложение» пакетов различной длительности в слоты иллюстрируется на временных диаграммах рис. 4.8, б. Несущая частота радиочастотных ко­лебаний сохраняется неизменной и равной f (k) в течение всего времени пе­редачи пакета, независимо от его длительности (/с – порядковый номер слота, соответствующего началу пакета). По завершении передачи пакета значение несущей определяется:

1)            после передачи 1-слотового пакета – значением элемента последовательно­сти FHS, соответствующим /сЫ-му слоту, т.е. f(k+1):

2)            после передачи 3-слотовых пакетов -f (k+3);

3)            после передачи 5-слотовых пакетов -/(/с+5).

Эффективность использования временного ресурса с увеличением дли­ны пакетов возрастает, поскольку относительная доля «накладных» расхо­дов транспорта пакетов (служебные поля, интервал перестройки) умень­шается.

Рис. 4.8. Структура пакетов сообщений технологии Bluetooth (а) и временные диаграммы изменения несущей частоты для трех вариантов длительности применяемых пакетов (б) – однослотовых, трехслотовых и пятислотовых

В технологии Bluetooth предусматривается обнаружение и коррекция иска­жений передаваемых сигналов, возникновение которых связано с наличием шу­мов различного происхождения и взаимных помех между устройствами разных пикосетей (квазислучайное скачкообразное изменение несущих не исключает их кратковременных совпадений [22, 23]).

Обнаружение и коррекция искажений осуществляется за счет канально­го кодирования и повторной передачи (ARQ) пакетов, в которых обнаружены ошибки [17, 20]. Связи между ведущей и ведомой станциями при реализации механизма ARQ относятся к логическим и рассматриваются далее в п. 4.2.2.2

Канальное кодирование данных различных полей пакетов (рис. 4.8, а) осу­ществляется раздельно для каждого поля. При этом используются различные методы канального кодирования. Например, символы поля полезной нагрузки и символы поля заголовка сначала кодируются циклическим кодом с обнаруже­нием ошибок посредством контроля четности (CRC). При этом символы поля заголовка дополняются 8 поверочными символами (Header Error Correction – НЕС), а-символы поля полезной нагрузки – 16 поверочными символами. Затем символы поля полезной нагрузки кодируются кодом Хэмминга со скоростью 2/3, a CRC – код поля заголовка – путем трехкратного повторения каждого из полученных символов.

Источник: Гепко И.А., Олейник В.Ф., Чайка Ю.Д., Бондаренко А.В.  Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития. – К.: «ЕКМО», 2009. – 672 с.

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