Самоорганизация сетей WiMedia – ЧАСТЬ 1

Рассматриваемые ниже вопросы самоорганизации сетей WiMedia ограни­чиваются аспектами их создания, изменения состава абонентов и прекращения существования сети (в полном объеме понятие самоорганизации охватывает все вопросы функционирования WiMedia-пикосети, как эпизодической/Ad-Hoc сети). Управление процессами самоорганизации осуществляется посредством взаимодействия программных средств управления MAC подуровнем (MLME) с программными средствами управления устройства в целом (DME), включая прикладной уровень модели протоколов OSI (рис. 4.24).

Инициализация пикосети. Инициализация пикосети включает процессы ска­нирования (Scanning) частотных каналов, обнаружение канала с минимальным уровнем помех и активизацию (Starting) работы устройства, принимающего на себя функции координатора пикосети (PNC). Выполнение перечисленных со­ставляющих предполагает взаимодействие программных средств DME, MLME и PLME (рис. 4.24).

Сканирование частотных каналов по сути заключается в анализе излучений на различных частотах нормативного диапазона технологии WiMedia с целью выявления маячковых сигналов сетей, использующих эти частоты. По результа­там сканирования определяется рейтинг частотных каналов, исходя из критерия минимального уровня помех.

1.            Активизация работы координатора начинается с излучения им маячковых сигналов с указанием идентификатора пикосети (PNID), нормативного адреса устройства и исходных параметров суперфрейма (см. рис. 4.27). Активизация работы координатора считается началом работы пикосети. Существенно, что устройству координатора присваивается два идентификатора: идентификатор координатора (PNCID), который используется устройством при передаче фрей­мов управления сетью (выполнении функций PNC), и идентификатор устрой­ства (DEVID), который используется при передаче фреймов данных (выполне­нии функций, не связанных с координацией пикосети).

В случае, если сканирование выявляет отсутствие незанятых (вакантных) частотных каналов, активизация работы независимой пикосети недопустима. Устройство-инициатор создания пикосети может обратиться к PNC одной из существующих сетей с запросом на создание соседней пикосети за счет времен­ного ресурса существующей.

Координатор, осуществляя распределение времени СТАР периода суперф­рейма независимой пикосети, обязан предусматривать интервал, в течение ко­торого он производит контроль сторонних излучений в занимаемом сетью ча­стотном канале. Обнаружение сторонних излучений вызывает необходимость действий PNC по изменению статуса пикосети [44].

2.            Ассоциация и деассоциация абонентов сети. Ассоциация абонентов про­изводится посредством диалога между PNC и устройством (DEV), желающим стать абонентом сети. В процессе диалога DEV и PNC обмениваются фрейма­ми/командами управления, предусмотренными для ассоциации (рис. 4.31).

Рис. 4.31. Диалоговый обмен фреймами между устройством WiMedia и координатором в процессе ассоциации (а), деассоциации (<5J

и PNC-хэндовера (в)

Процесс ассоциации инициализируется заинтересованным DEV посредством передачи PNC фрейма запроса ассоциации (Association Pxquest), в котором со­держатся сведения о телекоммуникационных возможностях (Overall Capability) устройства, его нормативном адресе, статусе, в котором устройство заинтересо­вано (абонент сети или PNC соседней сети), и контрольном интервале времени (Association Timeout Period – ATP) для оценки факта взаимосвязи устройства с се­тью. PNC подтверждает получение запроса (АСК) и производит оценку возмож­ности ассоциации обратившегося DEV, исходя из различных аспектов загрузки сети. Результат оценки сообщается DEV фреймом ответа па запрос (Association Response). Последний содержит решение об ассоциации или отказе в ней и код обоснования принятого решения (значительное количество имеющихся абонен­тов, отсутствие необходимого ресурса времени и пр.). В случае приемлемости ас­социации, устройству сообщается номер его идентификатора, как абонента сети (DEVID) или как координатора соседней сети (NbrlD), и значение АТР, исходя из которого PNC будет производить оцешеу активности работы ассоциируемою устройства в сети (в случае, если DEV не производит передачу сообщений в тече­ние интервала, превышающего АТР,. он считается утратившим связь с сетью).

Получив фрейм ответа, ассоциируемое устройство повторно отправляет PNC фрейм запроса, шгорый отличается от первого тем, что содержит приня­то сведения о присвоенном DEVID и АТР. Получение фрейма подтверждается

PNC. С момента получения второго фрейма ЛСК устройство считается ассо­циированным в сеть. PNC широковещательно уведомляет всех абонентов сети о возможностях нового абонента в очередном маячковом фрейме.

Деассоциация устройств может производится по инициативе PNC или DEV. Она осуществляется по результатам диалогового обмена фреймами запроса де- ассоциации (Disassociation Request) и подтверждения (АСК) получения запроса (рис. 4.31, б). Фреймы запроса, отправляемые DEV или PNC, идентичны; они содержат единственное информационное субполе, в котором указывается код причины (Reason Code) деассоциации (истечение интервала АТР, невозмож­ность дальнейшего обслуживания устройства и пр.). Факт деассоциации от­ражается координатором в информационном поле ассоциированных устройств маячкового фрейма (деассоциированное устройство исключается из перечня ас­социированных). Продление статуса ассоциированного абонента при условии отсутствия сообщений для передачи может производиться посредством переда­чи координатору зондирующего запроса (Probe Request) без указания запраши­ваемой информации (формальный запрос).

3. Формирование дочерних и соседних пикосетей. Соседние сети инициа­лизируются устройствами, которые изначально выступают в качестве инициа­торов создания собственных пикосетей, но не могут реализовать свои планы вследствие занятости всех частотных каналов существующими на рассматри­ваемой площади пикосетями. Единственный путь реализации планов создания пикосети состоит в совместном использовании ресурсов занятости канала с уже существующей пикосетью, получив согласие быть для нее соседней.

Дочерние сети инициируются абонентами действующей пикосети, у кото­рых потребность создания собственной (дочерней) пикосети возникла после их ассоциации в качестве одиночных абонентов, причем создание собственной пи­косети должно сопровождаться сохранением связи дочерней сети с исходной родительской.

Общая черта соседних и дочерних пикосетей состоит в том, что совместное использование ими временного ресурса частотного канала существующей пико­сети достигается посредством обращения к ее координатору с запросом (Channel Time Request) на выделение псевдостатистического собственного слота време­ни (Pseudo-Static Private СТА) в течение периода СТАР. С запросами на ввде- ление времени к координатору обращаются все абоненты, заинтересованные в предоставлении им GTS. Признак запроса на предоставление СТА для создания зависимой сети (дочерней или соседней) состоит в том. что инициатор ее соз­дания во фрейме запроса указывает совпадающие идентификаторы источника (SrcID) и получателя (TrgID) сообщений, передаваемых в СТА. Различие запро­сов инициаторов создания зависимых сетей различных разновидностей состоит в том, что в качестве SrcID и TrgID они приводят:

–                DEVID – в запросе на создание дочерней пикосети;

–                NbrlD – в запросе на создание соседней пикосети..

Приняв решение, координатор сообщает инициатору о предоставлении тому канального времени (Channel Time Response). В ответе указывается код принятого решения (согласие на предоставление, отказ в предоставлении, причина отказа) и длительность предоставляемого слота в случае положительного решения. По­лучив согласие координатора на предоставление собственного СТА для создания пикосети (соседней, дочерней), устройство-инициатор обретает статус координа­тора соответствующей зависимой пикосети, определяет ее идентификатор PNID (он должен отличаться от идентификатора родительской сети) и приступает к вы­полнению функций координатора (см. подразделы 4.3.1,4.3.2).

4. Смена координатора пикосети (PNC хэндовер). В отношении выполнения функций координатора сети устройства WiMedia отличаются своими возможно­стями (Capability), в частности, не всем устройствам присуща способность вы­полнять эти функции. Соответственно, устройство, инициализирующее создание сети, может уступать по своим возможностям устройству, которое ассоциируется в сеть. Сведения о своих возможностях ассоциирующееся устройство сообщает координатору во фрейме запроса ассоциации. В случае, если возможности ассо­циирующегося устройства превосходят возможности действующего PNC, стан­дарт [44] предусматривает смену координатора сети (PNC Handover). Другой причиной хэндовера может служить прекращение, участия в сети действующего координатора при необходимости сохранения пикосети (в этом случае превосход­ство свойств преемника функций координатора может не соблюдаться).

Перечень свойств WiMedia-устройств, принимаемых во внимание при со­поставлении их возможностей для выполнения функций PNC, включает (но не исчерпывается) следующие:

–                максимальное количество устройств, которые могут быть ассоциированы в сеть;

–                максимальное количество слотов СТАР периода суперфрейма сети;

–                максимальное значение мощности радиосигналов сети;

–                возможность обеспечения конфиденциальности передачи сообщений в сети (security);

–                возможность питания устройства от сети переменного тока. Технология PNC хэндовера обеспечивает непрерывность функционирова­ния пикосети при смене координаторов (в частности, непрерывность передачи потоков изохронных данных). Эта непрерывность достигается:

1)           передачей приемнику сведений о всех каналах связи в сети (распределении временного ресурса суперфрейма между всеми устройствами сети);

2)           передачей приемнику идентификатора устройства-координатора (PNCID);

3)           широковещательным оповещением устройств сети о смене координатора с указанием номера суперфрейма, начиная с которого происходит смена;

4)           передачей функций координатора в момент смены суперфреймов (предше­ственник завершает управление с окончанием предыдущего суперфрейма, а преемник приступает к управлению с началом последующего суперфрейма). Хэндовер инициализируется действующим координатором посредством пере­дачи кандидату в преемники фрейма запроса хэндовера (PNC Handover Request). В запросе приводятся сведения о текущем состоянии сети, в частности, о числе ее абонентов и распределении времени СТАР периода суперфрейма между ними (числе СТА слотов). В ответе адресата (PNC Handover Response) содержится

код его реакции на предложение: согласие или отказ осуществить хэндовер (см рис. 4.31, в). В случае согласия действующий PNC передает сведения об ис­пользовании временного ресурса всеми устройствами пикосети (PNC Handover Information). Этот фрейм при необходимости (например, при большом объеме по­лезной нагрузки) может быть фрашентирован. Получив полную информацию о сети, предполагаемый преемник подтверждает согласие на хэндовер или отказы­вается от него. Прием второго ответа (отказа) подтверждается (АСК) действую­щим PNC и, в случае согласия, служит основанием для широковещательного опо­вещения абонентов сети о предстоящем хэндовере. Оповещение осуществляется действующим PNC посредством включения соответствующего IE (PNC Handover) в последний маячковый фрейм, который им передается. В IE указываются норма­тивный адрес устройства нового координатора, его идентификатор как устройства сети (DEVID) и номер маячкового фрейма (Handover Beacon Number), начиная с которого осуществляется хэндовер. Преемник, получив фрейм подтверждения (АСК) своего вторично выраженного согласия на хэндовер, осуществляет прием последнего маячкового фрейма своего предшественника и приступает к выполне­нию функций нового координатора с использованием идентификатора PNCID, ра­нее принадлежавшего предшественнику. Первый маячковый фрейм нового PNC начинается в момент, предусмотренный предшествующим PNC.

5. Прекращение работы пикосети. Прекращение работы пикосети (Stopping Piconet Operations) осуществляется ее координатором в случае, если он испыты­вает потребность выхода из состава абонентов, а в сети отсутствуют устройства, способные выполнять функции PNC. Прекращение работы осуществляется вслед за широковещательным оповещением об этом всех абонентов посред­ством размещения в маячковом сигнале соответствующего информационного элемента (PNC Shutdown). Оповещение продолжается в течение нескольких су­перфреймов с тем, чтобы абоненты предприняли необходимые действия: завер­шили работу или подключились к другой пикосети.

Исключение составляют зависимые сети (соседние или дочерние), одна из которых может быть сохранена в качестве самостоятельной. Выбор этой сети осуществляется PNC, прекращающим работу. Оповещение о выборе отражает­ся в информационном элементе PNC Shutdown, где указывается идентификатор устройства (DEVID), который управляет сохраняемой зависимой сетью (другие зависимые сети прекращают работу или подключаются к другим пикосетям). Координатор сохраняемой зависимой сети исключает из своего маячкового сиг­нала IE о родительской сети (Parent Piconet), оповещая, таким образом, абонен­тов своей сети о том, что она стала самостоятельной.

Прекращение работы зависимых пикосетей в рамках сохраняющейся роди­тельской сети может инициироваться PNC последней или PNC зависимой пикосе­ти. Диалоговый обмен фреймами управления между PNC родительской и зависи­мой сетей предусматривает передачу команд запроса о деассоциации (Disassociation Request), если прекращает работу соседняя сеть, и запроса о предоставлении ка­нального времени (Channel Time Request), если прекращает работу дочерняя сеть (в запросе последней отражается отказ от используемого сетью СТА).

Координатор зависимой сети информирует своих абонентов о прекращении ее работы посредством IE PNC Shutdown в своих маячковых фреймах, а коорди­натор родительской сети прекращает предоставление соответствующих СТА.

В заключение изложенных сведений о высокоскоростных WPAN отметим, что стандарт IEEE 802.15.3 [44], регламентирующий спецификации MAC и PHY уровней этих сетей (скорость передачи данных 11…55 Мбит/с), разрабатывал­ся исходя из предположения, что спецификация MAC уровня будет применима по отношению к сверхскоростным WPAN (скорость передачи данных до 480 Мбит/с). Предполагавшийся подход принимался во внимание двумя соперни­чающими объединениями, которые производили разработку альтернативных спецификаций PHY уровня: 1) UWB Forum, ориентированным на использование технологии DS-UWB; 2) WiMedia Alliance, ориентированным на использование технологии MB-OFDM [46, 12, 49, 50]. Расхождение в позициях упомянуты? объединений, вызвавшее прекращение деятельности TG3a в январе 2006 г. [47] привело к существенным изменениям первоначальных подходов к стандаргиза ции сверхскоростных WPAN [51].

Объединение UWB Forum, из которого в 2006 г. вышли инициаторы его созда ния – фирмы Motorola и Freescale [52], продолжило работы в двух направлениях:

–                с одной стороны, объединение переключилось на стандартизацию примене ния UWB сигналов для целей создания низкоскоростных WPAN; в рамках ра бочей группы WG 802.15 разработка соответствующего стандарта осущест влялась целевой группой TG 802.15.4 айв марте 2007 г. разработка был успешно завершена [53];

–                с другой стороны, UWB Forum расширил задачу стандартизации сверхско ростных WPAN новой областью применения – беспроводного домашнег телевидения с высоким разрешением (High Definition – HD); разработка com ветствующего стандарта (Wiless HD 1.0) завершена в конце 2007 г. [54]. По инициативе WiMedia Alliance, Международной организацией стандар

тизации (International Organization for Standardization – ISO) и Международно! электротехнической комиссией (International Electrotechnical Commission – IEC в марте 2007 г. также был принят ряд международных стандартов. Предыстори; этого результата связана с обращением WiMedia Alliance в Еета International которая в конце 2005 г. приняла 2 стандарта, регламентирующих спецификацш MAC и PHY уровней сверхскоростных WPAN с использованием технологи MB-OFDM, а именно, стандартов ЕСМА-368, ЕСМА-369 [55, 56]. Последую щее обращение Еста International в ISO/IEC привело к утверждению соответ ствующих международных стандартов ISO/IEC 26 907 и ISO/IEC 26 908 [55] Таким образом, применение UWB технологии WiMedia Alliance получило меж дународную поддержку [57].


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