Мобильные телекоммуникации

GSM — система, базирующаяся в основном на коммутации каналов. Применение модема на переносной ЭВМ позволяет подключиться к сети Интернет. Но здесь не все беспроблемно. Базовые станции временами теряют связь друг с другом (переключение с канала на канал), что может приводить к 300 миллисекундным потерям данных. Как уже говорилось выше, здесь высока вероятность ошибок. Так, нажав клавишу "a", можно получить на экране букву "я". Да и расценки за минуту работы в Интернет здесь весьма высоки. В связи с этим был разработан стандарт на цифровую систему коммутации пакетов .

Система работает поверх AMPS и обеспечивает информационную пропускную способность на уровне 9,6 Кбит/с. CDPD довольно точно следует модели OSI и состоит из трех типов станций: мобильные ЭВМ, базовые станции и базовые интерфейсные станции. В CDPD определены три типа интерфейсов. Е-интерфейс (внешний по отношению к CDPD-провайдеру) соединяет CDPD-область с определенной сетью. I-интерфейс (внутренний по отношению к CDPD-провайдеру) соединяет CDPD-области друг с другом. A-интерфейс (эфирный) используется для связи базовой станции с мобильной ЭВМ. В функции этого интерфейса входит сжатие и шифрование данных, а также исправление ошибок. 274-битные блоки сжатой и зашифрованной информации вкладываются в 378-битовые блоки, предназначенные для коррекции ошибок с привлечением алгоритма Рида-Соломона. К каждому такому блоку добавляется семь 6-битовых флагов. Результирующие блоки имеют 420 бит и передаются в виде семи 60-битовых микроблоков. Каждый микроблок имеет свой собственный 6-битовый флаг, используемый для индикации состояния канала. Эти микроблоки передаются к базовой станции со скоростью 19,2 Кбит/с. Канал с аналогичным быстродействием создается для пересылки информации в противоположном направлении. При обмене применяется мультиплексирование с делением по времени. При этом временные домены имеют длительность 3,125 мсек (60 бит).

Когда мобильная ЭВМ хочет что-то передать, прослушивается канал базовой станции и проверяется флаг, сообщающий, свободен ли входной канал базовой станции. Если канал занят, ЭВМ, вместо ожидания очередного временного домена, пропускает псевдослучайное число временных доменов, после чего повторяет попытку. Если повторная попытка неудачна, время ожидания увеличивается примерно вдвое. Когда, наконец, ЭВМ обнаруживает, что канал свободен, она начинает пересылку своих микроблоков. Предусмотрена процедура, препятствующая попытке всех ЭВМ, готовых к передаче, захватить канал, как только он оказался свободным. Этот алгоритм называется DSMA (Digital Sense Multiple Access). Но, несмотря на применение DSMA, столкновение все же возможно, так как две или более ЭВМ могут воспользоваться одним и тем же временным доменом для начала передачи. Для выявления столкновений предусмотрен специальный флаг, который позволяет судить, корректно ли доставлен предыдущий микроблок. К сожалению, это происходит не мгновенно, а лишь после нескольких микроблоков. При обнаружении ошибки передача прерывается.

Следует иметь в виду, что информационный обмен имеет более низкий приоритет по отношению к передаче голосовых данных.

Предусмотрена возможность создания выделенных CDPD-каналов.

Немалую проблему для мобильной связи ЭВМ составляет маршрутизация. В традиционной схеме каждая ЭВМ имеет постоянный IP-адрес (во всяком случае на время сессии). При мобильной связи это не так. Путь передачи пакета в Интернет определяется IP-адресом места назначения. Машины могут быть стационарными, мигрирующими или мобильными. Мигрирующими ЭВМ называются тогда, когда их положения время от времени изменяется (например, портативная ЭВМ переносится из здания в здание и там подключается к сети). Такие машины не меняют своего положения во время сессии.

Для решения этой проблемы в каждый узел, где имеются мобильные объекты, должны содержать программы "локальный агент" и "внешний агент". Локальный агент – это программа, которая отслеживает истинное положение ЭВМ, приписанной к данной локальной сети. Внешний агент – программа, выявляющая появление новых ЭВМ в зоне обслуживания. Данная программа часто размещается в узле мобильной связи. Сеть разбивается на области, которые могут быть ячейками мобильной связи или локальными сетями.

Когда пользователь появляется в некоторой области, его ЭВМ должна там зарегистрироваться у внешнего агента. Периодически каждый внешний агент широковещательно уведомляет о своем существовании. Мобильный пользователь может некоторое время ждать такого уведомления или сам послать широковещательный запрос типа "Имеется ли здесь внешний агент?".

В процессе регистрации мобильная ЭВМ передает внешнему агенту свой IP-адрес (в домашней локальной сети), текущий МАС-адрес и некоторую информацию, обеспечивающую нужный уровень безопасности.

Внешний агент контактирует с локальным агентом мобильной ЭВМ, размещенным в ее локальной сети, уведомляя его о том, что его ЭВМ находится именно здесь, и направляя свой IP-адрес и параметры, обеспечивающие безопасность.

Локальный агент анализирует полученные данные (сюда входит и временная метка). Если с его точки зрения все в порядке, он посылает уведомление об этом внешнему агенту.

Когда внешний агент получает подтверждение от локального агента, он заносит необходимые данные в таблицы (базу данных) и уведомляет мобильную ЭВМ об успешной регистрации. В идеале при уходе из области пользователь должен бы уведомить внешнего агента об этом. Но чаще всего это не производится.

Рассмотрим случай, когда хозяин мобильной ЭВМ, живущий в Красноярске, оказался в командировке в Москве, едет в автомобиле и хочет прочесть электронную почту в своем офисе дома. Как он может это практически сделать?

Пакеты, посылаемые пользователю мобильной ЭВМ, перехватываются локальным агентом. Последний определяет по своим записям, где в данный момент находится мобильная ЭВМ, и определяет адрес соответствующего внешнего агента в Москве. Далее локальный агент инкапсулирует пакет в поле данных IP-пакета и посылает его внешнему агенту. Такая процедура называется туннелированием. Получив пакет, внешний агент извлекает вложенные данные и посылает их мобильной ЭВМ. После этого локальный агент предлагает отправителю посылать данные непосредственно мобильному адресату, инкапсулируя их в кадры, направляемые внешнему агенту, а не в локальную сеть приписки данной машины. Если мобильная ЭВМ покидает область данного внешнего агента и попадает в область другого агента, вся процедура должна повториться вновь. После широкого внедрения адресации IPv6 мобильной ЭВМ можно будет присваивать новый уникальный адрес, что может упростить протокол общения. Схема таких пересылок при работе с мобильной машиной показана на рис 8.6.

GSM использует довольно сложную комбинацию методик ALOHA, TDM и FDM. CDPD для передачи одиночных кадров не вполне согласуется с алгоритмом CSMA. Впрочем, существует еще один метод формирования радио каналов — CDMA (Code Division Multiple Access).

Метод CDMA принципиально отличается от описанных выше, которые использовали для демультиплексирования доступа FDM, TDM или ALOHA. CDMA позволяет каждой станции осуществлять передачу во всем частотном диапазоне постоянно. Множественные передачи реализуются с привлечением теории кодирования. Здесь предполагается, что сигналы, совпадающие по времени, складываются линейно.

В CDMA каждый бит-тайм делится на m коротких интервалов, называемых чипами. Обычно используется 64 или 128 чипов на бит. Каждой станции присваивается уникальный m -битный код (chip sequence). Чтобы передать 1 бит, станция посылает свой чип-код. Для простоты далее будем предполагать, что m=8. Для того, чтобы послать нулевой бит, посылается дополнение чип-кода по модулю один. Никакие другие кодовые последовательности не разрешены. Например, пусть станции 1 поставлен в соответствие чип-код 01010101, тогда при посылке логической 1 она отправляет код 01010101, а при отправке логического нуля — 10101010. Если имеется канал с полосой 1 МГц и 100 станций с FDM, то каждая из них получит по 10 кГц (10 Кбит/c при 1 бите на Гц). При CDMA каждая станция использует весь частотный диапазон, так что будет получена скорость передачи 1 мегачип в секунду. При менее 100 чипов на бит CDMA обеспечивает большую пропускную способность, чем FDM. Для упрощения введем двухполярную нотацию, где нулю соответствует -1, а единице +1. Тогда чип-код станции 1 получит вид -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1. Каждая из станций получает уникальный чип-код. Чип-коды можно представить в виде m-компонентных векторов. Чип-коды выбираются так, что все они попарно ортогональны (не любой уникальный чип-код пригоден, так, если станция 1 имеет чип-код 01010101, то станция 2 не может иметь чипкод 10101001, но чип-код 10100101 вполне допустим). Математически это можно выразить следующим образом:

$$Hullet G = \frac{1}{m}\sum_{i=1}^m H_i G_i = 0$$

где $$H_i$$ и $$G_i$$ - компоненты векторов чип-кодов $$H$$ и $$G$$. Это равенство указывает, что число разных компонентов равно числу равных. Если $$G$$ и $$H$$ ортогональны, то и $$G ullet \vec H = 0$$. В то же время:

$$G ullet G = \frac{1}{m}\sum_{i=1}^m G_i G_i = 1$$

Когда сигналы от разных станций совпадают во времени и складываются, принимающая сторона легко может вычислить наличие соответствующей компоненты. Если компоненты суммарного сигнала $$S_i$$, то компоненты $$G_i$$ вычисляются с помощью произведения $$S_i ullet H$$. Действительно, если:

$$S = F + \vec G + H$$

$$S ullet H = (F + \vec G + H) ullet H = F ullet H + \vec G ullet H + H ullet H = 0 + 0 + 1 = 1$$

Здесь первые два слагаемых равны нулю в силу ортогональности выбранных чип-кодов. Последнее же слагаемое равно 1 согласно формуле [8.1]. Во всех этих рассуждениях предполагалось, что все станции работают синхронно и начинают передачу чип-кодов одновременно.

Для пояснения метода рассмотрим конкретный пример в выше предложенной нотации. Присвоим станциям F, G, H, I ортогональные чип-коды:

$$F=01010101 \to -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1$$

$$G=10100101 \to +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1$$

$$H=10011001 \to +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1$$

$$I=11111111 \to +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1$$

Теперь рассмотрим четыре варианта наложений:

Только $$F \to S_1=[-1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1]$$

$$F+I \to S_2=[0 +2 0 +2 0 +2 0 +2]$$

$$F+G+H \to S_3=[+1 -1 -1 +1 -1 +1 -3 +3]$$

$$F+ \vec G + H \to S_4=[-1 +1 -3 +3 +1 -1 -1 +1]$$

Для выявления наличия компоненты G выполним операции "умножения" согласно описанным выше правилам.

S1*G =[-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1]/8=0 (G отсутствует)

S2*G =[0 -2 0 -2 - +2 0 +2]/8=0 (G отсутствует)

S3*G =[+1 +1 -1 -1 +1 +1 +3 +3]/8=1 (G имеется — передана логическая 1)

S4*G =[-1 -1 -3 -3 -1 -1 +1 +1]/8=-1 (G имеется — передан логический 0)

Хотя теоретически здесь все прекрасно, наложение слишком большого числа чип-кодов может создать проблемы и, в конечном итоге, привести к ошибкам. Здесь невозможно также применение кодов, допускающих коррекцию ошибок, и предполагается, что получатель всегда знает, кто является отправителем.

Мы уже живем в век мобильных телефонов, ими люди пользуются в транспорте, несмотря на запреты, за рулем авто и в самолетах. Сейчас легко представить, сколько людей в аэробусе за время полета решат воспользоваться телефоном. Они будут при этом создавать независимые потоки радиоизлучения в достаточно широком частотном диапазоне, ведь все они будут работать на разных частотах (см. рис. 8.7А). Это может создавать помехи навигации. Проще всего запретить пользование мобильным телефоном в полете, но это создает неудобства пассажирам.

А теперь представим себе, что в каждом пассажирском кресле имеется разъем для подключения телефона или персональной ЭВМ (Laptop). Все эти приборы в этом случае объединяются в локальную бортовую сеть, которая связывается с наземной службой на оговоренной частоте (рис. 8.7Б). Согласитесь, что это решение со всех точек зрения эффективнее. По этой причине в 21-ом веке локальные сети станут использоваться в авиалайнерах, морских и речных пассажирских судах, поездах и междугородних автобусах (и даже в автомобилях).

Распространение волн, как правило, является всенаправленным. Иногда это может иметь весьма негативные последствия. Так в 1970-ые годы в автомобилях кадиллак фирмы Дженерал Моторс была установлена система антиблокировки тормозов, управляемая от бортовой ЭВМ. При нажатии педали тормоза ЭВМ вырабатывала последовательность импульсов нажатия, препятствуя блокировке колес тормозными колодками. Однажды на магистрали в Огайо полицейский патруль воспользовался новой системой радиосвязи со своей базой. Кадиллак, который двигался неподалеку, повел себя как необъезженный мустанг. После долгого исследования было выяснено, что разводка проводов управления в кадиллаке работала как приемная антенна, воспринимающая внешние радиосигналы патрульной полицейской машины и передающая их устройству управления тормозов. Сходные проблемы могут возникнуть при использовании беспроводной мышки, которая управляется СВЧ, если неподалеку (например, за перегородкой) окажется аналогичное устройство. Согласитесь, вам вряд ли понравится, если маркер вашей мыши начнет перемещаться под влиянием "потусторонних" сил.

В век дистанционного управления следует задумываться о возможности таких интерференционных явлений.

Дополнительные возможности пользователям, нуждающимся в услугах беспроводной связи, предоставляет стандарт Bluetooth, который призван освободить руки клиенту и покончить с телефонными проводами.

8.1. Bluetooth

Все, кто пользуется мобильным телефоном, знает, какая морока в случае поступления вызова найти, где мобильник находится, а потом еще держать его около уха. От всех этих и многих других хлопот может избавить гарнитура Bluetooth раз и навсегда.

В 1994 году начались работы по изучению возможности использования мобильных, сетевых коммуникаций. Компании IBM, Nokia, Intel и Toshiba создали консорциум для разработки стандарта беспроводной связи между ЭВМ посредством устройств с ограниченным радиусом действия.

Проект получил название Bluetooth в честь короля Норвегии и Дании Гарольда Голубой Зуб (Harald Blaatand, 940-981 годы). Проект являлся конкурентом стандарта IEEE 802.11 (оба стандарта используют один и тот же частотный диапазон, одни и те же 79 каналов). Главной его целью являлось удаление любых кабелей из телефонии, а если получится — и из локальных сетей. Очевидно, что в нынешнем виде Bluetooth не может вытеснить 802.11 хотя бы из-за ограничений на максимальный размер сети. Но эта технология быстро развивается и трудно предсказать, какое место она займет в самые ближайшие годы. В 1999 году был издан 1500-страничный документ v1.0. После этого группа стандартизации IEEE взяла этот документ за основу стандарта 802.15 (физический уровень и уровень передачи данных).

В 2002 году IEEE утвердил стандарт 802.15.1. Пока стандарт 802.15 и Bluetooth не идентичны, но ожидается их объединение в самом ближайшем будущем. Технология Bluetooth использует не лицензируемый (практически везде кроме России) частотный диапазон 2,4 2,4835ГГц. При этом используются широкие защитные полосы: нижняя граница частотного диапазона составляет 2ГГц, а верхняя - 3,5ГГц. Точность заданий частоты (положение центра спектра) задается с точностью $$\pm 75 кГц$$. Дрейф частоты в этот интервал не входит.

Кодирование сигнала осуществляется по двухуровневой схеме GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Логическому 0 и 1 соответствуют две разные частоты. В оговоренной частотной полосе выделяется 79 радиоканалов по 1 МГц каждый. В некоторых странах используется меньшее число каналов (например, во Франции — 23). Каждый из каналов структурируется с помощью выделения временных слотов (доменов) длительностью 625 мкс (разделение по времени).

По мощности передатчики делятся на три класса: 100мВт (для связи до 100м; 20дБм); 2 мВт (до 10м; 4дБм) и 1 мВт (~10см; 0дБм). Коэффициент модуляции при этом лежит в диапазоне (0,28-0,35). Чувствительность приемника должна быть не хуже 70дБм. BER (Bit Error Rate) для приемника должна находиться на уровне <0,1%. Желательно, чтобы приемник имел индикатор мощности входного сигнала (требование является опционным).

Для первого класса предусмотрено регулирование мощности. Регулировка осуществляется на основе анализа числа ошибок. Протокол использует коммутацию каналов и пакетов. Передача данных выполняется с использованием алгоритма доступа .

Структура протоколов Bluetooth не следует моделям OSI, TCP/IP и даже 802 (ведутся работы по адаптации Bluetooth к модели IEEE 802). Физический уровень протокола соответствует базовым принципам моделей OSI и 802. Разработчики потратили много усилий, чтобы сделать протокол как можно дешевле для реализации. В среднем временная привязка мастерных пакетов не должна дрейфовать больше чем на 20x10^-6 относительно идеальной временной привязки слота в 625 мксек. Временной разброс при этом не должен превышать 1 мксек.

В спецификации определено 5 уровней: физический, базовый ( ), управления каналом ) и ), сетевой и уровень приложений.

На уровне baseband протокола определено 13 типов пакетов. Пакеты ID, NULL, POLL, FHS , DM1 определены для каналов SCO и ACL. Пакеты DH1, AUX1, DM3, DH3, DM5 и DH5 определены только для каналов ACL. Кодирование данных в пакетах DM1, DM2 и DM3 осуществляется с привлечением битов четности по алгоритму FEC 2/3 (5 бит управления на 10 бит данных). Форматы пакетов HV1, HV2, HV3 и DV определены только для каналов SCO. Максимальный размер поля данных (341 байт) имеют пакеты DH5. Уровень протокола baseband специфицирует пять логических каналов: LC (Control Channel) и LM (Link Manager) используются на канальном уровне, а UA (User Asynchronous), UI (User Isosynchronous) и US (User Synchronous) служат для асинхронной, изосинхронной и синхронной транспортировки пользовательских данных. Контроллер Bluetooth может работать автономно (Standby) или в режиме соединения. Предусмотрено семь субсостояний, которые используются для добавления клиента или подключения к пикосети: page, page scan, inquiry, inquiry scan, master response, slave response и inquiry response.

Состояние Standby по умолчанию является режимом с пониженным энергопотреблением, при этом работает только внутренний задающий генератор. В состоянии соединения главный узел (master) и клиент (slave) могут обмениваться пакетами, используя код доступа к каналу.

В протоколе baseband предусмотрено три типа схем коррекции ошибок: 1/3 FEC, 2/3 FEC и ARQ.

Протоколом baseband рекомендуется использование буферов типа FIFO. Если данные не могут быть приняты, контроллер приема (Link Controller) вставляет в заголовок отклика индикатор stop. Когда передатчик получает индикатор stop, он блокирует очереди в FIFO. Получатель может возобновить процесс передачи, послав отправителю индикатор go.

Соединение между устройствами происходит следующим образом: если ничего не известно об удаленном устройстве, используются процедуры inquiry и page. Если некоторая информация о партнере имеется, то достаточно процедуры page.

Этап 1:

Процедура inquiry позволяет устройству определить, какие приборы доступны, выяснить адреса и осуществить синхронизацию.

После того как процедура inquiry завершена, соединение может быть установлено с помощью процедуры paging.

Этап 2:

Процедура paging реализует соединение. Для осуществления этой процедуры необходим адрес. Устройство, выполняющее процедуру paging, автоматически становится хозяином этого соединения.

После установления соединения главный узел (master) посылает пакет POLL, чтобы проверить, синхронизовал ли клиент свои часы и настроился ли на коммутацию частот. Клиент при этом может откликнуться любым пакетом.

Устройство Bluetooth при установлении соединения может работать в четырех режимах: Active, Hold, Sniff и Park (активный, удержание, прослушивание и пассивный, соответственно). Смотри табл. 8.1.

Протокол L2CAP отвечает за формирование пакетов, деление на кадры и сборку пакетов (вспомним, что нижележащий протокол baseband позволяет иметь пакеты не длиннее 341 байта), которые в данном стандарте могут достигать размера 64 кБ. L2CAP производит мультиплексирование и демультиплексирование для отправителей пакетов, кроме того, протокол ответственен за качество обслуживания, как при передаче, так и во время ожидания. На фазе установления соединения L2CAP согласует максимальный размер поля данных, так как не все узлы могут работать с 64-килобайтными пакетами. Этот протокол не используется в случае синхронных коммуникаций. В стандарте Bluetooth предусмотрены обмены как с установлением соединения, так и без. Последний режим называется ASL (Asynchronous Connectionless).

Трафик ASL доставляется с применением принципа максимально возможного сервиса. Никаких гарантий при этом не предоставляется. У подчиненного узла может быть только одно ASL-соединение с главным. Обмен с установлением соединения называется SCO (Synchronous Connection Oriented). Этот вид коммуникаций используется, например, при телефонных переговорах. Здесь для каждого из направлений передачи выделяется фиксированный временной интервал. Повторных передач не производится, вместо этого в случае ошибок применяется их коррекция. У подчиненного узла может быть до 3 соединений типа SCO с главным узлом, каждое из которых представляет собой PCM-канал с пропускной способностью 64кбит/c. Протокол должен поддерживать протокольное мультиплексирование, так как уровень baseband не имеет поля тип, позволяющего идентифицировать протокол более высокого уровня. Протокол L2CAP присваивает виртуальным каналам (точка-точка) идентификаторы CID (Channel Identifier). Для целей управления трафиком он целиком полагается на уровень LM (Link Manager) протокола baseband.

Основу сети Bluetooth составляют ). Все узлы такой сети работают на одной частоте и разделяют общий канал. В одной достаточно большой комнате могут располагаться несколько пикосетей. Эти сети могут связываться друг с другом через мосты. Пикосети, объединенные вместе, составляют рассеянную сеть ( scatternet ). Поскольку в каждой пикосети имеется свой master, последовательность и фазы переключения их частот не будут совпадать. Если пикосети взаимодействуют друг с другом, это приводит к понижению пропускной способности. Устройство Bluetooth может выступать в качестве клиента в нескольких пикосетях, но главным узлом (master) может быть только в одной пикосети. Кроме 7 активных клиентских узлов главный узел может поддерживать до 255 пассивных (спящих) узлов (переведенных управляющим узлом в режим пониженного энергопотребления).

Иногда мастер и клиент могут захотеть поменяться ролями. Это может быть выполнено в два этапа.

Когда узел получил подтверждение на свой FHS-пакет, он будет использовать параметры новой пикосети, заданные новым мастером. На этом переключение мастер-клиент завершается.

Самым низким уровнем протокола является уровень ). Главный узел (master) является источником синхронизации для всех клиентов пикосети.

Выше уровня радиосвязи размещен уровень немодулированной передачи. Он преобразует поток бит в кадры и определяет базовые форматы. Передача со стороны главного узла производится в четные такты, а со стороны подчиненных узлов — в нечетные. Кадры могут иметь длину 1, 3 или 5 тактов. Все кадры передаются между главным и подчиненным узлами по логическому каналу, называемому соединением.

Одним из активных состояний узла является paging state. В этом состоянии возможно установление или возобновление соединения. Главный узел в этом состоянии непрерывно посылает в эфир короткие ID-пакеты, содержащие только код доступа устройства ( device access code ). В рамках одного временного домена посылается два пакета на двух разных частотах. Узел-клиент в состоянии paging прослушивает за время 625 мксек две частоты, проверяя наличие своего кода ( ID ).

Для установления соединения посылается запрос. Отправитель запроса не сообщает ничего, кроме своего типа. Когда пассивное устройство обнаружено главным узлом пикосети (откликнулось пакетом FHS, сообщающем о состоянии внутренних часов, об адресе и т.д.), главный узел формирует и посылает пакет POLL, с целью проверки правильности конфигурационных параметров и готовности к приему данных. Клиент может ответить любым пакетом, но если мастер не получил никакого отклика, он переходит в состояние paging или inquiry. Клиент может подключиться и к другой пикосети, для этого в текущей сети он может запросить перехода в режим park или hold. В режиме sniff клиент имеет несколько свободных временных слотов, чтобы участвовать в обменах с соседними сетями. Терминал, находящийся вне зоны связи, должен пребывать в состоянии page mode. Шлюз-сервер должен выделять достаточно ресурсов для запросов page scanning.

Спецификация Bluetooth v1.1 определяет 13 типов поддерживаемых приложений, которые называются профилями ; существует также 12 дополнительных профилей. Профили работают на самом верху иерархии слоев протокола (смотри табл. 8.2). По существу профили являются регламентациями прикладного уровня.

Профили 5-7 конкурируют с протоколом IEEE 802.11. Профиль удаленного доступа служит для подключения ЭВМ к мобильному телефону, снабженному модемом, без использования проводов. Профайл факс позволяет беспроводным факс-устройствам отсылать и получать факсы посредством мобильного телефона. Профили 8-10 имеют отношение к телефонии, в перспективе мобильный телефон и беспроводная трубка домашнего телефона станут взаимозаменяемы. Профиль 10 представляет собой приложение, позволяющее устройствам hands-free держать связь с базой, что удобно, например, при езде в автомобиле. Профили 11-13 служат для пересылки объектов между беспроводными устройствами. Объектами могут быть изображения, информационные файлы и т.д. Во главе семейства протоколов находится ), предназначенный для определения услуг, оказываемых удаленным устройствам. С помощью команд данного протокола можно считать данные из локальной БД, определить характеристики удаленного устройства и на основе этой информации выяснить параметры оказываемых услуг. SDP использует модель запрос/отклик, где каждая транзакция включает в себя один запрос и один отклик. С помощью посылки одиночного SDP пакета можно осуществлять простое управление информационным потоком. Такой пакет может не сопровождаться откликом.

Поле данных пакета SDP имеет заголовок, содержащий три поля:

Параметры могут содержать атрибут состояния продолжения ( continuation state ). Некоторые запросы могут потребовать такого большого отклика, который не поместится в одно поле данных. Тогда SDP-сервер генерирует частичный отклик с параметром состояния продолжения. Аналогичный атрибут должен присутствовать в очередном запросе клиента, требующего следующую порцию данных отклика. Такой запрос имеет только два поля InfoLength (1 байт) и Continuation Information (InfoLength байт).

Сервис (service) является единственной сущностью (entity), которая предоставляет информацию для выполнения каких-либо действий. Сервис может реализоваться аппаратно или программно. Информация о сервисах содержится в записях, которые представляют собой списки атрибутов. Каждый атрибут описывает одну характеристику сервиса. SDP имеет следующие атрибуты сервиса:

Некоторые атрибуты являются общими для всех записей сервиса, но сервис-провайдеры могут определить свои собственные атрибуты услуг в зарезервированных полях.

Атрибут содержит два компонента: идентификатор ( ID ) и значение атрибута.

Различные виды сервиса группируются в классы. Все атрибуты, содержащиеся в записи сервиса, относятся к одному классу. Каждому классу присвоен уникальный идентификатор UUID. UUID представляет собой 128-битовый код, но возможны псевдонимы (16- и 32-битовой длины).

Клиент может, зная значение UUID, получить указатель на соответствующую запись сервиса. Можно провести поиск и по идентификатору класса.

Значение атрибута имеет вид информационного элемента, который содержит два поля: заголовок и данные. Заголовок включает в себя две части: дескриптор типа и дескриптор размера.

Взаимодействующие приборы в Bluetooth могут выполнять роль локального ( LocDev ) или удаленного устройства ( RemDev ). LocDev — прибор, который может инициировать процедуру выявления доступной услуги. Такой прибор должен содержать, по крайней мере, клиентскую часть архитектуры SDP. RemDev может быть любым прибором, который участвует в процессе выявления доступных услуг, посылая отклик на запрос LocDev. RemDev должен содержать, по крайней мере, серверную часть архитектуры SDP. RemDev имеет базу данных сервисных записей. Прежде чем два устройства Bluetooth начнут взаимодействовать, каждый из них должен:

Выявление услуг (Service Discovery) поддерживает следующие прикладные примитивы для взаимодействия с другими устройствами:

Менеджер канала служит для аутентификации, установления и конфигурации соединения, а также шифрования. Данные управления укладываются в однослотовые кадры. Для транспортировки протокольных данных используются пакеты DM1 (в случае SCO — пакеты РМ1). Заголовки этих пакетов содержат всегда 1 байт. Менеджер канала (LM) обнаруживает другие LM и взаимодействует с ними через посредство протокола LMP. Чтобы выполнить роль провайдера, LM использует ниже расположенный контроллер канала (LC). LMP-протокол регламентирует структуру управляющих данных (PDU). Приложение должно поддерживать часть типов PDU, остальные являются опционными.

В протоколе Bluetooth определены 4 типа адресов: BD_ADDR, AM_ADDR, PM_ADDR и AR_ADDR. Таблица 8.3а.

В рамках протокола определена структура интерфейса ). Этот интерфейс осуществляет интеграцию низкоуровневых интерфейсов baseband и программного обеспечения клиента. Спецификация поддерживает работу с интерфейсами RS232, UART и USB.

HCI предлагает командный метод доступа к аппаратным возможностям Bluetooth. Канальные команды HCI позволяют управлять канальным уровнем соединения с другими устройствами. В перечень входят команды менеджера канала (LM — Link Manager) предназначенные для обмена LMP-командами с удаленными устройствами. Данные для канала LM транспортируются кадрами DM. Команды HCI Policy используются для воздействия на локальный и удаленный LM. Команды Host Controller, Baseband, Informational и Status предоставляют доступ к различным регистрам интерфейса.

Эмуляция последовательных портов (в частности RS-232) посредством L2CAP осуществляется транспортным протоколом RFCOMM (смотри http://www.palowireless.com/infotooth/tutorial/rfcomm.asp). Протокол базируется на стандарте ETSI TS 07.10. RFCOMM поддерживает до 60 одновременных соединений между приборами. Это могут быть модемы, принтеры или ЭВМ.

Транспортный уровень контроллера устройства обеспечивает обмен специфической HCI-информацией. Спецификация HCI определяет формат команд, событий и данных в рамках обмена между устройством и контроллером. Протокол HCI специфицирует 32 различного рода события ( Inquiry Complete Event, Page Scan Repetition Mode Change Event и т.д.).

На рис 8.9 показан формат заголовка кадра протокола Bluetooth. Структура заголовка регламентируется уровнем baseband.

Предусмотрено три типа кодов доступа: CAC (Channel Access Code — код доступа к каналу), DAC (Device Access Code — код доступа к устройству) и IAC (Inquiry Access Code – код запроса). Код доступа к каналу CAC идентифицирует пикосеть, в то время как DAC используется для запросов соединения и для их откликов (paging). IAC служит для информационных запросов. Поле код синхронизации (64 бита) состоит из 24-битового адреса узла — инициатора соединения (paging).

Алгоритм вычисления адреса узла обеспечивает достаточно большое расстояние Хэмминга между разными синхрокодами, что гарантирует невозможность перепутывания идентификаторов разных устройств даже в случае приема их с ошибками. Поле хвостовик служит для обеспечения балансировки сигнала по постоянному току и синхронизации. 18-битовый заголовок кадра повторяется трижды (18*3=54 бита), он содержит в себе флаги подтверждения и нумерации, а также средства управления потоком. Поле адрес (AM_ADDR — 3 бита — MAC-адрес) определяет один из восьми узлов, которому предназначен кадр. AM_ADDR однозначно определяет один из сетевых клиентов пикосети. Поле тип (4 бита) характеризует тип передаваемого кадра (ACL, SCO, опрос или пустой кадр), метод коррекции ошибок и число временных интервалов, из которых состоит кадр. Бит FLOW (поток) устанавливается подчиненным узлом и уведомляет о том, что его буфер заполнен. Бит ACK (подтверждение) указывает на подтверждение, посылаемое вместе с кадром. Если этот бит =1, предыдущий пакет успешно доставлен. Бит SEQN (последовательность) служит для нумерации кадров, что помогает обнаруживать повторные передачи. Для каждого очередного пакета этот бит инвертируется. Данный протокол предполагает ожидание, поэтому одного бита оказывается достаточно.

Поле HEC представляет собой 8-битовую контрольную сумму. Принимающая сторона анализирует все три копии заголовка бит за битом. Значение бита определяется мажоритарной схемой (2 или 3 совпадающие бита из трех определяют истинное значение).

В кадрах ACL используются разные форматы данных. Возможны три варианта: 80, 160 и 240 бит, оставшееся место используется для коррекции ошибок. По этой причине вариант с 80 битами самый надежный: при этом данные повторяются три раза ( 80*3=240 ). Фактически применяется тот же прием, что и в случае заголовка. Поле данных кадра SCO всегда имеет 240 бит. Так как подчиненные узлы могут использовать только нечетные временные домены, им достается 800 доменов в секунду, столько же получает и главный узел. При 80 битах данных в кадре подчиненный узел может передать 64 кбит/c. Этого вполне достаточно для голосового обмена. При самом ненадежном варианте (240 бит данных на кадр) можно иметь три полнодуплексных голосовых связи. Это и ограничивает максимальное число SCO соединений.

Существует 4 категории пакетов Bluetooth. К первой категории относятся пакеты, общие для всех видов соединений (NULL, POLL, FHS, DM1). Три другие описывают пакеты различной длины: ко второй относятся однослотовые кадры, а к четвертой — кадры, занимающие пять временных слотов. Большинство типов пока не определены. ID-кадры имеют длину 64 бита и используются для пейджинга и запросов. NULL-кадры содержат поля лишь кода доступа и заголовка и используются для передачи подтверждений. Кадры POLL похожи на NULL, но требуют от получателя отклика. Пакеты рассматриваются как широковещательные в пикосети, если поле адреса имеет нулевое значение. Прием широковещательных кадров никогда не подтверждается, а для надежности они передаются несколько раз.

Кадры FHS содержат информацию об адресе, классе устройства и о тактовой частоте передатчика. Эти кадры используются при инициализации новой пикосети или при смене схемы переключения несущей частоты. К этой категории следует отнести и кадры DM1, транспортирующие управляющую информацию. Для синхронных соединений определены несколько кадров, различающихся длиной, HV1, HV2 и HV3 с длинами поля данных 10, 20 и 30 байт, соответственно. Тип кадров HV (High quality Voice) предназначен для трансляции голосовых потоков. Тип кадра DV предназначен для передачи как голоса, так и данных и содержит 80 бит для голоса и 150 бит для данных. Блок данных защищается посредством CRC и в случае ошибки может пересылаться повторно.

Как и для всех радиосредств коммуникации, для Bluetooth проблема безопасности крайне актуальна. Безопасность протокола обеспечивается с помощью механизма аутентификации и шифрования передаваемых данных. Ключ авторизации имеет 128 бит. Длина ключа шифрования может лежать в пределах 8-128 бит. Кроме того, целям безопасности служат ключи соединения (link key), которые могут быть полупостоянными и временными. Первые хранятся в энергонезависимой памяти, вторые — обновляются при каждом соединении. Устройство может генерировать свой ключ (unit key). Возможно формирование совместного ключа (combination key), при его вычислении используется информация от обоих участников будущего обмена. Особое место занимает мастер-ключ (master key), используемый для рассылки данных нескольким узлам одновременно (используется вместо текущего ключа соединения (current link key)). Для выполнения аутентификации устройству нужно получить от партнера случайное число, сформировать на основе него и своего BD_ADDR некоторый код и отослать его партнеру, который проверяет его корректность. Если общий ключ не сгенерирован, формируется инициализационный ключ. Инициатор процедуры посылает партнеру случайное число, которое в сочетании с идентификатором BD_ADDR последнего образует инициализационный ключ.

Для решения проблем беспроводной связи на уровне города разработан стандарт IEEE 802.16.

8.2. Стандарт широкополосной беспроводной связи IEEE 802.16

Бурное развитие разнообразных мобильных телекоммуникаций и пугающее многообразие стандартов эфирного межсетевого обмена продиктовало разработку стандарта, решающего проблему совместимости.

Стандарт 802.16 (январь 2003г) уровня МАС предназначен для реализации широкополосных каналов последней мили в городских сетях (MAN). Его задачей является обеспечения сетевого уровня между локальными (IEEE 802.11) и региональными сетями (WAN), где планируется применение разрабатываемого стандарта IEEE . Более подробное описание на русском языке можно найти по адресу http://book.itep.ru/4/41/802_16.htm.

Стандарт покрывает диапазон частот от 2 до 11 ГГц. Стабильность частоты должна лежать в пределах $$\pm 10^{-6}$$. Базовая станция ( BS ), следующая стандарту 802.16, размещается в здании или на вышке и осуществляет связь со станциями клиентов ( SS — Subscriber Station) по схеме точка-мультиточка ( PMP ). Возможен сеточный режим связи ( Mesh – сетка связей точка-точка — PTP ), когда любые клиенты (SS) могут осуществлять связь между собой непосредственно, а антенные системы, как правило, являются всенаправленными. Базовая станция предоставляет соединение с основной сетью и радиоканалы к другим станциям. Диапазон рабочих расстояний может достигать 30 миль (в случае прямой видимости) при типовом радиусе сети 4-6 миль (для режима Mesh при высоте размещения антенны BS – 50м), где пропускная способность может быть гарантированной. Предусмотрен также режим мультиточка-мультиточка ( MP-MP ), который имеет ту же функциональность, что и PMP. Клиентская станция (SS) может быть радиотерминалом или повторителем (более типично) для организации локального трафика.

Трафик может проходить через несколько повторителей, прежде чем достигнет клиента. Антенны в этом случае являются направленными с возможностью дистанционной настройки. Терминальная станция клиента (SS) обычно имеет остронаправленную антенну. По этой причине положение антенны должно быть жестко фиксировано и устойчиво к ветру и другим потенциальным источникам вибрации. Широкополосные системы доступа к радиосети, помимо BS и SS, содержат клиентское терминальное оборудование ( TE ), оборудование основной сети, межузловые каналы и повторители ( RS ). Повторители используются, когда между конечными точками канала нет прямой видимости. Повторитель передает сигнал от BS к одной или нескольким SS. В системах MP-MP большинство станций являются повторителями. PTP -соединения (точка-точка) между базовыми станциями могут поддерживать обмен согласно стандартам от DS-3 до OC-3.

Канал связи предполагает наличие двух практически независимых направлений обмена: отправитель-получатель ( uplink – восходящий канал) и получатель-отправитель ( downlink – нисходящий канал; по аналогии со спутниковыми каналами). Эти два субканала используют разные не перекрывающиеся частотные диапазоны. Данный стандарт относится к уровню L2, хотя его взаимосвязь с физическим уровнем ( PHY ) достаточно тесная.

При формировании радиосетей определенную проблему составляет интерференция сигналов смежных каналов и наложение перекрестных наводок с тепловыми шумами. Для таких каналов отношение I/N (отношение сигнала интерференции к тепловому шуму) лежит в диапазоне -6 -10 дБ. Следует, разумеется, учитывать, что уровень интерференционного сигнала варьируется в очень широких пределах.

Радиоволны в диапазоне 10-66 ГГц распространяются прямолинейно и подвержены поглощению при наличии дождя или сильного снега. Любые строения или объекты ландшафта препятствуют их распространению, даже если перекрывают видимость между передающей и принимающей антеннами лишь частично. Рекомендуются вертикальная или горизонтальная ориентации поляризации. Предельное расстояние связи ( RH ) для высоты положения антенн H1 и H2, сопряженное с кривизной земной поверхности, определяется формулой

$$R_H = 4.12(\sqrt{H1} + \sqrt{H2}),$$

где RH измеряется в км, а Н1 и Н2 в метрах.

Для успешной работы канала нужно обеспечить достаточно большое отношение уровней несущей и интерференционного сигнала ( C/I ). На практике приходится учитывать отношение C/(I+N), где N – уровень теплового шума, а также уровень шумов приемника (~6дБ). Тепловой шум приемника может иметь уровень -138 дБВт/МГц. Уровень интерференционного сигнала может быть примерно тем же. Эти факторы определяют выбор типа антенны, мощность передатчика и предельную длину канала. Чрезмерное увеличение мощности передатчика (с целью улучшения отношения сигнал-шум) нежелательно, так как это приводит к возрастанию уровня интерференционного сигнала.

Типовыми рекомендуемыми значениями для BS являются:

Для SS рекомендуется верхнее значение спектральной плотности < +30дБВт/МГц, аналогичные требования справедливы и для повторителей (RS).

Будем считать, что типовое значение шума приемника равно 6 дБ, тогда спектральная мощность теплового шума приемника вычисляется по формуле:

No = 10log(kTo) +NF

No = -144+6=-138 дБВт/МГц, где

No — спектральная мощность теплового шума приемника ( дБВт/МГц )

kTo – закон равномерного распределения ( -144дБВт/МГц )

NF – значение шума приемника ( 6дБ ).

Спектральная плотность потока ( psfd ) в апертуре антенны вычисляется как:

$$psfd = \frac{P_r}{A_e} = \frac{P_r}{\lambda^2\frac{G}{4\pi}} = P_r - 10\log(\lambda^2) - G + 10\log(4\pi)$$ ,

где

Pr= уровень мощности помех усилителя ( -144 дБВт/МГц )

$$A_e=$$ эффективная апертура антенны

$$\lambda=$$ длина волны

$$G=$$ коэффициент усиления антенны

Если рабочая частота равна 28 ГГц ( $$\lambda$$ =0,011м), а значение усиления антенны равно 20 дБi, тогда приемлемый уровень помех определяется как:

$$P_{sfdBS} = -144 – 10log(0.011^2) – 20 +10 Log(4\pi)=-114 (дБВт/м^2)МГц$$.

Заметим, что в данном анализе рассматривалась только базовая станция (составляющая SS не учитывалась). Это, в первую очередь, связано с тем, что BS обычно размещаются на высоких зданиях и имеют всенаправленные антенны, и это увеличивает вероятность обеспечения прямой видимости. С другой стороны, SS чаще размещаются на небольших высотах, что уменьшает вероятность гарантированной прямой видимости.

Стандартный полнодуплексный канал базовой станции может иметь пропускную способность 75 Мбит/с. Такой канал обеспечивает до 60 соединений Т1 и сотни связей с домами, использующими DSL-подключения (при полосе 20 МГц). В последнем случае предоставляется качество обслуживания (QoS) на уровне "наилучшего возможного". При этом гарантируются минимальные задержки, что важно при передаче голоса (например, в режиме VoIP). Схема взаимодействия радиосетей в случае использования стандарта IEEE 802.16 показана на рис 8.10.

Стандарт 802.16 может решать задачи, которые возникают в каналах с асимметричным трафиком. Сейчас они часто решаются клиентами и сервис-провайдерами путем заказа выделенных линий. Внедрение нового стандарта позволит отказаться от выделенных каналов, обходясь во многих случаях исключительно беспроводными средствами.

Продвижением стандарта 802.16 занимается консорциум WiMAX (World Interoperability for Microwave Access), куда входят Fujitsu, Intel и Nokia.

Краткие характеристики стандарта 802.16

Стандарт 802.16е предназначен для мобильных систем. Безопасность в сети обеспечивается с помощью протокола 3-DES.

Подуровень конвергенции ( CS ) размещается поверх уровня МАС. Этот подуровень выполняет следующие функции:

В настоящее время имеются спецификации подуровня конвергенции для асинхронного режима ( АТМ ) и пакетного субуровня конвергенции. Уровень конвергенции АТМ обеспечивает логический интерфейс, между услугами АТМ и сервисами МАС-уровня. Этот уровень осуществляет классификацию и, если требуется, процедуру PHS (подавление заголовков). При АТМ соединении, которое однозначно идентифицирует пару значений VPI (Virtual Path Identifier) и VCI (Virtual Channel Identifier), для этих целей используется либо виртуальный проход (VP), либо виртуальный канал (VC). Классификатором является набор критериев, используемых для каждой ячейки, которая попадает на субуровень конвергенции АТМ. В этот набор входит VPI и VCI, а также ссылка на CID (Connection ID).

C одним и тем же CID может работать несколько сессий высокого уровня. Например, несколько пользователей могут взаимодействовать через TCP/IP с несколькими различными сетевыми объектами. Следует при этом помнить, что IP-адреса инкапсулируются в поле данных транспортных пакетов.

Каждый узел имеет свой 48-битовый МАС-адрес (IEEE Std. 802-2001), который однозначно определяет поставщика оборудования и сам узел (как и в Ethernet). Этот адрес используется в процессе регистрации, чтобы установить соединение для SS. Он также применяется в процессе аутентификации, когда BS и SS идентифицируют друг друга. В процессе инициализации SS устанавливаются три управляющих соединения для каждого направления между SS и BS.

В процессе авторизации в сети узел-кандидат получает 16-битовый идентификатор ( Node ID ), который применяется в дальнейшем во всех операциях. Этот идентификатор используется в сеточном подзаголовке, который следует за общим заголовком кадра. Для обмена с соседями служит 8-битовый идентификатор канала ( Link ID ). Любой узел присваивает такой идентификатор каждому из осуществляемых соединений и передает его как часть CID (Connection ID – 16 бит) в общем заголовке уникастного сообщения. CID присваиваются посредством сообщений RNG-RSP и REG-RSP. Все это дает возможность реализовать три различных QoS между SS и BS. 16 битный CID позволяют осуществить до 64К соединений для нисходящего и восходящего каналов.

Классификация пакетов SS и BS содержит несколько классификаторов. Каждый классификатор включает в себя поле приоритета, которое определяет порядок просмотра классификаторов. Если найден классификатор, все параметры которого соответствуют пакету, последний будет переадресован в направлении места назначения.

В сети, в которой используется общая среда, необходим эффективный механизм обеспечения доступа к радиоэфиру.

Нисходящий канал от базовой станции (BS) до пользователя работает по схеме точка-мультиточка. При этом используется многосекционная антенна, позволяющая осуществлять связь с несколькими клиентами одновременно. В этом режиме BS выполняет простую функцию ретранслятора. В ее задачи при заданной частоте может входить только распределение времени между восходящим и нисходящим каналами. Существует пять различных механизмов диспетчеризации восходящего канала.

Для управления соединениями предусматривается несколько типов примитивов, предназначенных для формирования соединения, его модификации, закрытия и управления передачей данных. Среди этих примитивов содержатся запросы/отклики услуги, подтверждения и индикации.

В противоположном направлении станция пользователя совместно использует восходящий канал к BS на основе запросов. В зависимости от используемого класса услуг SS может быть предоставлена возможность непрерывной передачи или право передачи получается BS после получения запроса от пользователя. Блок данных МАС-кадра содержит заголовок, опционные поля данных и CRC. Формат МАС блока данных (PDU) представлен на рис 8.11.

В случае НТ=1 (тип заголовка) место полей Rsv, CI, EKS, Rsv и LEN занимает поле BR. Таблица 8.5.

Значения поля тип для нисходящего канала представлены в таблице 8.6.

Значения поля тип для восходящего канала представлены в таблице 8.7.

Блок данных (PDU) запроса полосы содержит заголовок запроса полосы пропускания и лишен поля данных. Формат заголовка показан на рис 8.12.

Запрос полосы имеет следующие свойства:

Поля заголовка запроса полосы определены в таблице. Каждый заголовок кодируются, начиная с полей НТ и ЕС. Кодирование этих полей устроено так, что первый байт МАС-заголовка никогда не должен содержать кода 0xFX. Таблица 8.8.

Могут присутствовать три типа подзаголовков МАС (фрагментации и управления). Если подзаголовки фрагментации и управления присутствуют одновременно, то подзаголовок управления помещается первым. Таблица 8.9.

Описание полей подзаголовка управления представлено в табл. 8.10.

Сообщения управления МАС

Определен набор управляющих сообщений МАС. Эти сообщения транспортируются в блоках данных MAC PDU. Все управляющие сообщения МАС начинаются с поля тип сообщения и могут содержать дополнительные поля. Управляющие сообщения для базовых, широковещательных и исходных соединений (initial ranging) не могут быть фрагментированы или упакованы. Управляющие сообщения первичного соединения могут быть упакованы и/или фрагментированы. Значения поля тип сообщения представлены в табл. 8.11. Управляющие сообщения не могут передаваться через транспортные соединения.

Сообщение дескриптора нисходящего канала (DCD)

DCD периодически передается BS, чтобы определить характеристики физического нисходящего канала. Параметры, следующие за ID канала, и число изменений конфигурации представляются в формате TLV (Type, Length, Value), где поля типа и длины имеют длину один байт. Формат сообщения DCD описан в табл. 8.12.

BS сформирует DCD, включая все перечисленные ниже параметры:

Число изменений конфигураций

BS инкрементируется на 1 по модулю 256 для любого изменения параметра канала с заданным дескриптором. Если значение этого счетчика в последующем DCD остается тем же, SS может решить, что остальные поля не изменились, и игнорировать оставшуюся часть сообщения.

Идентификатор нисходящего канала

Идентификатор нисходящего канала, к которому относится сообщение. Этот идентификатор произвольно выбирается BS и является уникальным для заданного домена подуровня MAC.

Параметры сообщения, которые следуют за числом изменений конфигурации, кодируются в формате TLV.

Downlink_Burst_Profile имеет комбинированную кодировку TLV, которая сопряжена с DIUC (Downlink Interval Usage Code) используемого физического канала. Каждый Downlink_Burst_Profile представляет собой неупорядоченный список атрибутов PHY, закодированных в формате TLV. Каждому интервалу с помощью сообщения DL-MAP ставится в соответствие DIUC.

Каждый Downlink_Burst_Profile в сообщении DCD содержит следующие параметры:

Если тип кода FEC равен 1, 2 или 3 Downlink_Burst_Profile будет содержать также:

Если тип кода FEC равен 2, то Downlink_Burst_Profile будет содержать тип кода BCC. Если же тип кода FEC равен 4, то Downlink_Burst_Profile будет содержать тип кода ряда BTC, тип кода колонки и тип интерливинга BTC. Соответствие между профайлом кластера и DUIC представлено в табл. 8.13.

Конец таблицы DL-MAP указывает на первый PS после конца DL-субкадра. В табл. 8.14 представлен формат Downlink_Burst_Profile, который используется в сообщении DCD. Профайл кодируется с типом =1, 8-битовой длиной и 4-битовым DIUC.

Секции данных нисходящего канала используются для передачи информационных и управляющих сообщений для станций клиентов. Для данных всегда используется FEC-кодирование. В режиме TDM данные передаются в порядке понижения трудоемкости профайлов. В случае режима TDMA данные группируются в кластеры (burst). Сообщение DLMAP содержит карту соответствия, которая уведомляет, с какого PS начинаются изменения профайла. Если в пределах кластера данные (DL) не заполняют всего субкадра, передатчик прекращает работу.

Вообще число PS показана схема привязки DL-MAP для варианта TDM, а на рис 8.14 то же для варианта TDMA.

Поле данных для нисходящего канала разбивается на блоки, размер которых согласуется с размером кодов после добавления указателя CS. Заметим, что длина поля данных может варьироваться в зависимости от того, разрешено ли использование укороченных кодов в профайле кластера. К каждому сегменту поля данных добавляется байт указателя. Это показано на рис 8.15.

Поле указателя определяет номер байта в пакете, который указывает либо на начало первого MAC PDU в пакете, либо на начало любого набора байт, который предшествует следующему MAC PDU. Если в CS-пакете нет MAC PDU или набора байт, тогда байт указателя устанавливается равным нулю. Когда имеются данные для передачи, stuff_byte, равный 0xFF, будет использоваться в пределах поля данных для заполнения любых ниш между MAC PDU.

Кодирование и модуляция на физическом уровне нисходящего канала для данного режима отражены на рис 8.16.

Нисходящий канал поддерживает адаптивное формирование профайлов кластеров для пользовательской части данных кадра. Может быть определено до 12 профайлов кластера. Параметры каждого передаются SS через МАС-сообщения в управляющей части нисходящего кадра. Использование DIUC определено в табл. 8.15.

Сообщение привязки нисходящего канала (DL-MAP)

Сообщение DL-MAP определяет доступ к информации о нисходящем канале. Если длина сообщения не равна целому числу байтов, значение поля LEN в заголовке МАС округляется до ближайшего целого. Формат сообщения DL-MAP описан в табл. 8.16. Сообщение содержит следующие параметры.

Синхронизация PHY

Поле синхронизации PHY зависит от спецификации физического канала.

Счетчик DCD

Соответствует числу изменений конфигурации DCD.

Идентификатор BS

Идентификатор базовой станции представляет собой 48-битовый код, однозначно определяющий BS. Старшие 24 бита являются идентификатором оператора.

Кодирование остальной части DL-MAP зависит от спецификации PHY, эта часть может и отсутствовать.

Сообщение дескриптора восходящего канала

Дескриптор восходящего канала (UCD) периодически передается BS, чтобы определить характеристики физического восходящего канала. Отдельное сообщение UCD передается для каждого восходящего канала. BS передает сообщения UCD в формате, показанном в таблице 8.16. Сообщение содержит следующие параметры.

Счетчик изменений конфигурации

Увеличивается BS на 1 (по модулю 256), всякий раз, когда производится изменение любого параметра канала с данным дескриптором. Если значение счетчика для очередного UCD остается тем же, SS решает, что остальные поля не изменены и можно игнорировать оставшуюся часть сообщения.

Размер минидомена

Размер n минидоменов для восходящего канала в единицах физических доменов. Допустимыми значениями являются n=2m, где m равно целому из диапазона 0-7.

Идентификатор восходящего канала

Идентификатор канала, к которому относится сообщение. Идентификатор произвольно выбирается BS и является уникальным в пределах домена субуровня MAC.

Начало отсрочки передачи

Размер исходного окна отсрочки для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю). Параметр конца отсрочки задается так же. Таблица 8.17.

Чтобы обеспечить гибкость, остальные параметры сообщения кодируются в формате TLV.

Uplink_Burst_Profile имеет комбинированную кодировку TLV, которая сопряжена с UIUC (Uplink Interval Usage Code) используемого физического канала. Каждый Uplink_Burst_Profile представляет собой неупорядоченный список атрибутов PHY, закодированных в формате TLV. Каждому интервалу с помощью сообщения UL-MAP ставится в соответствие UIUC.

Сообщение привязки восходящего канала (UL-MAP)

Структура сообщения UL-MAP описана в табл. 8.18.

BS генерирует сообщение UL-MAP со следующими параметрами.

Идентификатор восходящего канала

Идентификатор восходящего канала, к которому относится сообщение.

Счетчик UCD

Соответствует счетчику изменений конфигураций UCD, который описывает используемый профайл восходящего канала.

Число элементов

Число информационных элементов привязки.

Время начала предоставления

Эффективное время начала предоставления ресурсов согласно ULMAP в минидоменах.

Информационные элементы привязки (map)

Каждый информационный элемент ( IE ) содержит как минимум три поля:

Элементы IE определяют выделенные ресурсы полосы для восходящего канала. Каждое сообщение UL-MAP содержит по крайне мере один IE, который отмечает конец последнего выделенного кластера (burst). Элементы IE размещаются в UL-MAP в хронологическом порядке.

CID определяет соответствие этих элементов уникастному, мультикастному или широковещательному адресу. В зависимости от типа адресации при выделении полосы CID будет базовым CID SS, или транспортным CID для одного из соединений SS. UIUC используется, чтобы определить тип доступа к восходящему каналу и профайл, сопряженный с этим каналом. Uplink_Burst_Profile будет включен в UCD для каждого UIUC, используемого в UL.MAPUL-MAP.

Сообщение запроса диапазона (RNG-REQ)

Запрос RNG-REQ передается SS при инициализации и периодически по запросу BS, чтобы определить сетевую задержку и запросить мощность и/или изменение профайла нисходящего канала. Формат сообщения RNG-REQ описан в табл. 8.19.

Поле CID в заголовке МАС предполагает наличие следующих значений в случае отправки в период управления инициализации.

При посылке в период управления станции CID всегда равен базовому CID. Ниже описаны параметры, присутствующие в сообщении RNGREQ. Заметим, что длина сообщения RNG-REQ, посланного в период управления инициализацией, является фиксированной.

Идентификатор нисходящего канала

Идентификатор нисходящего канала, для которого SS получил UCD, описывающий восходящий канал для передачи сообщения запроса диапазона. Это поле содержит 8 бит.

Ожидание до завершения

Если это поле содержит нуль, тогда все предыдущие атрибуты диапазонных откликов должны быть использованы до посылки данного запроса. В противном случае это предполагаемое время, необходимое для завершения восприятия параметров выделенного диапазона, выраженное в десятках миллисекунд. Сообщение RNG-REQ должно содержать следующие параметры:

Сообщение отклика на запрос диапазона (RNG-RSP)

Сообщение RNG-RSP передается BS в ответ на полученный запрос RNG-REQ или при необходимости скорректировать параметры канала по результатам измерения, которые были сделаны для других полученных данных или МАС-сообщений. SS готова получать сообщения RNG-RSP в любое время, а не только в ответ на RNG-REQ.

Исходное сообщение RNG-RSP должно передаваться, с использованием профайла нисходящего канала, который приемлем для обеспечения надежного приема. Для достижения гибкости параметры сообщения, следующие после ID восходящего канала, нужно кодировать в формате TLV. BS генерирует сообщения RNG-RSP в формате, показанном в табл. 8.20.

В сообщение RNG-RSP следует включить следующие параметры:

Следующие параметры могут быть включены в сообщение RNG-RSP:

CID является обязательным параметром, если сообщение RNG-RSP послано на фазе инициализации в ответ на сообщение RNG-REQ.

Сообщение запроса регистрации (REG-REQ)

Сообщение REG-REQ посылается SS при инициализации, формат этого запроса описан в таблице 8.21.

Сообщение REG-REQ включает в себя следующие параметры.

CID первичного управления (в общем МАС-заголовке)

Для SS CID в общем МАС-заголовке является CID первичного управления.

Все остальные параметры кодируются в формате TLV.

Сообщение REG-REQ содержит в себе следующие TLV:

Сообщение REG-REQ может содержать следующие параметры TLV, формируемые SS:

Сообщение отклика регистрации REG-RSP

Сообщение REG-RSP посылается BS в ответ на запрос REG-REQ, формат этого запроса описан в таблице 8.22.

BS генерирует REG-RSP, которые содержат в себе следующие параметры:

CID (в общем заголовке МАС)

CID в общем заголовке МАС является CID первичного управления для данной SS.

Отклик

Однобайтовый код, принимающий значение:

В сообщения REG-RSP включаются следующие параметры:

Следующие параметры включаются в сообщение REG-RSP, если были обнаружены в REG-REQ или BS требует использования нестандартного значения параметра.

Возможности SS

BS откликается на возможности SS, только если это отражено в REG-REQ. BS откликается на возможности SS, чтобы уведомить о возможности их использования. Если BS не распознает возможность SS, она возвращает "off" в сообщении REG-RSP.

Возможности, возвращенные в REG-RSP, не будут установлены на уровне выше, чем это указано в REG-REQ. Для всех радиоканалов крайне актуальными являются соображения безопасности. Именно по этой причине в IEEE 802.16 данной проблеме уделено так много места.

Сообщения управления ключами конфиденциальности (PKM-REQ/PKM-RSP)

Управление ключами конфиденциальности ( PKM ) использует два типа ключей, запрос PKM (PKM-REQ) и отклик PKM (PKM-RSP), как это видно из табл. 8.23.

Только одно сообщение PKM вкладывается в поле данных управляющего сообщения МАС. Протокольные сообщения PKM передаются от SS к BS с использованием формата, описанного в табл. 8.24. Они передаются SS в рамках первичной фазы управляющего соединения.

Протокольные сообщения PKM передаются от BS к SS с использованием формата, описанного в табл. 8.25. Они передаются SS в рамках первичной фазы управляющего соединения.

Параметрами этих сообщений являются:

Код

Код содержит один октет и идентифицирует тип РКМ-пакета. Когда пакет приходит с неверным кодом, он молча отбрасывается. Значения кода определены в табл. 8.25.

Идентификатор PKM

Поле идентификатора содержит один октет. SS использует идентификатор при реагировании на запрос BS. SS инкрементирует поле идентификатора (по модулю 256) при отправке очередного (нового) РКМ-сообщения.

Поле идентификатора в сообщении BS PKM-RSP должно соответствовать значению идентификатора из PKM-REQ, на которое BS реагирует. Поле идентификатора в сообщении ключа шифрования трафика (ТЕК), которое не посылается в ответ на PKM-REQ, следует устанавливать равным нулю.

При получении сообщения PKM-RSP SS ассоциирует сообщение с определенной машиной состояния (например, машиной состояния авторизации в случае отклика авторизации).

SS отслеживает идентификатор своего последнего отложенного запроса авторизации. SS отбрасывает отклики авторизации и отказы авторизации с полями идентификатора, которые не соответствуют заданному отложенному запросу авторизации.

Атрибуты

PKM-атрибуты несут в себе данные, специфические для обменов аутентификации, авторизации или управления ключами между клиентом и сервером. Каждый тип PKM-пакета имеет свой собственный набор необходимых и опционных атрибутов. Если нет явного указания, порядок атрибутов в сообщении произволен. Конец списка атрибутов определяется полем LEN заголовка МАС PDU. Таблица 8.25а.

BS и SS молча отбрасывает запросы/отклики, которые не содержат полного списка необходимых атрибутов. TEK – Traffic Encryption Key.

Сообщение запроса авторизации (Auth Request)

Код = 4

Атрибуты перечислены в табл. 8.26.

Атрибут возможностей безопасности является составным атрибутом, описывающим запрашиваемые SS требования безопасности. Атрибут SAID содержит SAID конфиденциальности.

Сообщение отклика авторизации (Auth Reply)

Отклик авторизации посылается BS клиенту SS в ответ на запрос авторизации и содержит ключ авторизации, время жизни ключа и список дескрипторов SA, идентифицирующие первичный и статический SA. Эти данные определяют параметры доступа SS (тип, криптографический набор и т.д.). Ключ авторизации шифруется открытым ключом SS. Список дескрипторов SA включает в себя дескриптор для базового CID, сообщенный BS в соответствующем запросе Auth Request. Этот список может содержать также дескрипторы статических SAID, к которым разрешен доступ SS.

Код = 5

Атрибуты сообщения Auth Reply представлены в табл. 8.27.

Сообщение запроса ключа

Код = 7

Атрибуты сообщения запроса ключа представлены в табл. 8.28.

Атрибут дайджеста должен быть последним в списке атрибутов сообщения. Включение дайджеста позволяет BS аутентифицировать сообщения запроса ключа.

Сообщение отклика на запрос ключа

Код = 8

Атрибуты сообщения отклика на запрос ключа представлены в табл. 8.29.

Атрибут параметров ТЕК является составным атрибутом, который содержит все ключевые материалы, соответствующие определенному поколению ТЕК SAID. Сюда входит ТЕК, оставшееся время жизни ключа, его порядковый номер, инициализационный вектор блочного шифра CBC.

В любой момент времени BS поддерживает два набора активных поколений ключевого материала для каждого SAID. Один набор соответствует "старому", второй набор — "новому" поколению ключевого материала. Новое поколение имеет порядковый номер ключа на 1 больше (по модулю 4), чем старое. BS рассылает клиентам SS оба поколения активного ключевого материала. Таким образом, сообщения отклика на запрос ключа содержит два атрибута ТЕК-параметров, каждый из которых содержит ключевой материал для одного из активных наборов ключевого материала SAID.

Включение дайджеста позволяет клиенту-получателю аутентифицировать сообщение ключевого отклика и гарантировать синхронизацию наборов ключей у BS и SS.

Сообщение запроса изменения профайла нисходящего канала (DBPC-REQ)

Сообщение DBPC-REQ посылается из SS к BS с использованием базового CID SS для запроса изменения профайла нисходящего канала, который используется BS для передачи данных SS. Сообщение DBPCREQ будет послано с текущим значением типа передачи данных. Если SS была пассивна в течение некоторого времени в восходящем канале и обнаруживает деградацию условий в нисходящем канале, то она использует это сообщение для повышения качества передачи данных. Формат сообщения представлен в табл. 8.30.

DIUC

Значения DIUC (Downlink Interval Usage Code) определены в табл. 8.13, 8.14.

Сообщение отклика на изменение профайла нисходящего канала (DBPC-RSP)

Сообщение DBPC-RSP посылается BS с привлечением базового CID SS в ответ на запрос DBPC-REQ, посланный SS. Если параметр DIUC совпадает с содержащемся в запросе DBPC-REQ, то он воспринимается. В противном случае, если запрос отвергается, параметр DIUC должен быть предыдущим, при котором SS получал данные по нисходящему каналу. Формат сообщения представлен в табл. 8.31.

Сообщение сверки часов (CLK-CMP)

В сети с сервисными потоками, несущими данные, где требуется реконструирование сигналов часов (напр., DS1 и DS3), базовая станция периодически широковещательно посылает сообщения CLK-CMP. Если это предусмотрено, BS будет генерировать сообщение CLK-CMP с интервалом, который определен согласно формату, описанному в табл. 8.32.

Сообщения CLK-CMP включают в себя следующие параметры: ID часов (Clock ID), порядковый номер и результат сравнения показаний часов CCV (Clock Comparison Value).

Порядковый номер

8-битовый код, инкрементируемый BS на 1 (по модулю 256) при формировании сообщения CLK-CMP. Этот параметр используется для детектирования потери пакетов.

Результат сверки часов

8-битовый код разности (по модулю 256) между следующими двумя эталонными сигналами: (1) 10МГц эталонная частота, синхронизованная с символьными часами радиоканала (например, GPS), и (2) эталонной частотой 8.192 МГц, синхронизованной с сетевыми часами.

Сообщение команды De/Re (DREG-CMD)

Сообщение DREG-CMD отправляется базовой станцией по базовому CID SS, чтобы изменить ее состояние доступа. По получении DREG-CMD SS выполнит операцию, предписываемую присланным кодом операции. Тип управления МАС для данного сообщения представлен в табл. 8.33.

Коды операции и их значения представлены в табл. 8.34.

Несколько МАС-PDU могут быть переданы вместе как по восходящему, так и по нисходящему каналам. МАС-PDU управляющих сообщений, пользовательских данных, запросов полосы могут быть пересланы за одну передачу. Схема объединения иллюстрируется на рис 8.17.

МАС SDU может быть разделен между одним или более МАС PDU. Это позволяет более эффективно использовать доступную полосу пропускания с учетом требующегося уровня QoS. Фрагментация может быть реализована по инициативе BS или SS. Это определяется на базе формирования соединения.

В случае включения режима упаковки, МАС может упаковывать по несколько MAC SDU в один MAC PDU. В режиме упаковки используется атрибут соединения, который говорит о том, используются ли пакеты постоянной длины или переменной. Схема упаковки для МАС-SDU постоянной длины показана на рис 8.18, то же для переменной длины отображено на рис 8.19.

Для улучшения эффективности процесса запрос-предоставление предусмотрен механизм диспетчеризации. Путем задания параметров диспетчеризации и QoS BS может получить требующуюся пропускную способность и время отклика для восходящего канала.

Базовые виды услуг перечислены в таблице 8.35, это UGS (Unsolicited Grant Service), сервис запросов реального времени rtPS (Real-Time Polling Service), nrtPS (Non.-REAL-Time Polling Service) и сервис наилучшего возможного BE (Best Effort). Каждый вид сервиса приспособлен для определенного типа потока данных.

Заметим, что каждой SS приписано три CID для целей отправки и получения управляющих сообщений. Используется три соединения, чтобы обеспечить дифференцированные уровни QoS для разных соединений, транспортирующих управляющий трафик МАС. Увеличение или уменьшение требований к полосе необходимо для всех сервисов, кроме соединений с постоянной скоростью передачи (например, несжимаемый UGS). Полоса таких соединений не может быть изменена с момента формирования до ликвидации. Требования к сжимаемым UGS, таким, как каналированные Т1, могут варьироваться в зависимости от трафика.

Когда SS нужно запросить полосу для конкретного соединения с ВЕ диспетчеризацией, она посылает сообщение BS, содержащее требование немедленного соединения DAMA (Demand Assigned Multiple Access). QoS соединения определяется в процессе формирования и обеспечивается BS.

Для получения нужной полосы восходящего канала SS использует запросы, направляемые ею к BS. Так как профайл восходящего канала может меняться динамически, все запросы полосы должны выражаться в байтах, которые необходимы для передачи МАС-заголовка и поля данных, но не должны учитывать издержки физического уровня. Такие запросы могут быть посланы в период запроса IE или любого кластера предоставления данных типа IE.

В зависимости от характера запроса полосы существует два режима работы SS: GPC (Grant per Connection) и GPSS (Grant per Subscriber Station). В первом случае BS предоставляет полосу конкретно каждому соединению, в то время как во втором случае полоса предоставляется всем соединениям SS. В последнем случае (GPSS) можно использовать меньшую суммарную полосу пропускания, а продвинутая SS может перераспределять полученную от BS полосу. Такой алгоритм удобен для решения задач реального времени, когда требуется более быстрый отклик.

Запрос ( polling ) является процессом, с помощью которого базовая станция резервирует SS полосу. Это резервирование может быть выполнено для отдельной SS или группы станций. Резервирование для группы соединений и/или SS в действительности определяет информационный элемент (IE) соединения при запросе полосы. Полоса всегда запрашивается на основе CID, а резервирование полосы осуществляется для соединения (режим GPC) или для SS (режим GPSS).

Когда SS опрашиваются индивидуально, никакого сообщения не посылается, просто производится резервирование для SS в восходящем канале, достаточное для реагирования на запросы полосы. Если SS не нуждается в полосе, она возвращает байт 0xFF. Станции SS, работающие в режиме GPSS, при наличии активного UGS-соединения с достаточной полосой индивидуально опрашиваться не будут, если только они не выставили бит PM (Poll Me) в заголовке пакета UGS-соединения. Это экономит полосу на опросе всех SS.

Если имеется недостаточная полоса пропускания для индивидуального опроса неактивных SS, некоторые SS могут опрашиваться в составе мультикаст-групп или с привлечением широковещательного опроса Определенные CID зарезервированы для мультикаст-групп и для широковещательных сообщений.

МАС-протокол поддерживает несколько дуплексных технологий. Выбор дуплексной техники может повлиять на определенные параметры уровня PHY, а также на перечень поддерживаемых возможностей. На МАС-уровне поддерживаются кадровые и бескадровые спецификации PHY. Для бескадрового режима PHY значение интервала диспетчеризации выбираются МАС. При бескадровой FDD PHY восходящий и нисходящий каналы размещаются на разных частотах, так что каждая SS может осуществлять прием и передачу одновременно. Оба эти канала не используют фиксированной длины кадров. В такой системе нисходящий канал находится всегда во включенном состоянии, и все SS слушают его. Трафик передается широковещательно, используя мультиплексирование по времени (TDM). В восходящем канале применяется режим мультиплексирования TDMA (Time Division Multiple Access).

В кадровой (кластерной) системе FDD (Frequency Division Duplex) восходящий и нисходящий каналы размещаются на разных частотах, а нисходящие данные передаются в виде кластеров (bursts). Для обоих направлений обмена используются кадры фиксированной длины. Это помогает использовать разные типы модуляции. При этом могут применяться полнодуплексные и полудуплексные SS.

В режиме .

Синхронизация восходящего канала базируется на эталонных временных метках восходящего канала, которые задаются счетчиком, инкрементируемым в 16 раз чаще, чем частота PS. Это позволяет часам SS быть хорошо синхронизованными с BS.

Карта резервирования полосы восходящего канала использует в качестве модулей минидомены (minislot). Размер минидомена определяется как число физических доменов PHY PS и содержится в дескрипторе восходящего канала. Один минидомен содержит n PS, где n — целое число из интервала 0-255.

Информация в DL-MAP относится к текущему кадру, то есть к кадру, в котором она доставлена. Информация, доставляемая в UL-MAC, относится к временному интервалу, начинающемуся в момент резервирования (измеряется от начала поученного кадра и до конца последнего зарезервированного минидомена). Пустые IE указывают на паузы в передаче по восходящему каналу. Станции SS не могут осуществлять передачу в это время. Данный вид синхронизации используется как для TDD, так и для FDD. Вариант TDD показан на рис 8.21, а сходный вариант, реализуемый для FDD показан на рис 8.22.

В бескадровых системах PHY DL-MAP содержит только временные метки восходящего канала и не определяет, какую информацию следует передавать. Все SS постоянно ищут нисходящий сигнал для любого сообщения, которое к ним адресовано. Сообщение UL-MAP содержит временную метку, которая указывает на первый минидомен, который определяет мэпинг (соответствие). Задержка от конца UL-MAP до начала первого интервала в восходящем канале определенная таблицей соответствия, будет больше максимума RTT плюс время обработки, необходимое SS (см. рис 8.22).

Структура субкадра нисходящего канала для TDD показана на рис 8.23, то же для FDD – на рис 8.24.

Возможность передачи определяется наличием свободного минидомена, который может быть использован SS для передачи сообщений или данных. Число возможностей передачи связано с конкретным информационным элементом (IE), размером интервала и объемом передачи.

BS контролирует восходящий канал с помощью сообщений UL-MAP и определяет, какие из минидоменов являются объектами столкновений. Столкновения могут произойти в периоды установления соединения и при запросах, определяемых их IE. Потенциальные столкновения при запросах зависят от CID в соответствующих IE.

Когда SS имеет данные для передачи и хочет войти в процесс разрешения конфликтов, она устанавливает исходное значение ширины окна отсрочки равным отсрочке начала запроса в сообщении UCD. SS случайным образом выбирает число в пределах окна отсрочки. Это случайное число указывает на разрешенное число попыток передачи, которые SS должна пропустить до начала посылки. SS рассматривает только допустимые возможности передачи, которые определяются IE запроса в сообщениях UL-MAP. Каждый IE может содержать много конфликтных возможностей передачи.

ID канала используется в процессе диспетчеризации для идентификации ресурсных запросов и откликов. Так как такие сообщения являются широковещательными, узлы-получатели могут определить порядок использования как ID узла отправителя в сеточном подзаголовке, так и ID канала в поле MSH-DSCH. Структура ID соединения (CID) описана в таблице 8.36.

Поле Приоритет/Класс определяет класс сообщения.

Поле Приоритет отбрасывания определяет вероятность отбрасывания сообщения в случае перегрузки.

Значение поля Xmt Link ID присваивается узлом отправителем каналу до узла приемника.

Может присутствовать четыре типа подзаголовков. Подзаголовки PDU (сеточный, фрагментации и управления предоставлением доступа) могут размещаться в PDU MAC сразу после общего заголовка МАС. Если присутствуют подзаголовки фрагментации и управления предоставления доступа, последний должен быть первым. Если имеется сеточный заголовок, он всегда размещается первым.

Если бит ARQ обратной связи в поле type МАС-заголовка =1, в поле данных транспортируется ARQ-отклик.

Во время AAS части кадра сообщения DL-MAP, UL-MAP, DCD, UCD и CLK-CMP должны посылаться с использованием базового CID.

AAS – Adaptive Antenna System.

В сеточном (Mesh) режиме узел-кандидат на регистрацию генерирует сообщения REG-RSP, включающие следующие параметры:

Сообщение REG-REQ может, кроме того, содержать следующие параметры:

В сеточном режиме при регистрации узел генерирует REG-RSP сообщения, содержащие следующие параметры:

Сообщение REG-RSP может, кроме того, содержать следующие параметры:

Возможности, указанные в REG-RSP, не устанавливаются выше того, что указано в REG-REQ.

Механизм ARQ (Automatic Repeat Request) является опционной частью МАС-уровня и может быть активирован перед формированием соединения. Параметры ARQ согласуются на фазе формирования соединения или изменения его характеристик. В соединении не могут смешиваться трафики, поддерживающие и не поддерживающие ARQ. Информация обратной связи ARQ может быть послана в виде управляющего МАС сообщения. Такое сообщение не может быть фрагментировано.

В таблице 8.39 определен формат информационного элемента обратной связи ARQ. Элемент используется получателем для сообщения положительного или отрицательного подтверждения. Несколько таких IE может быть помещено в одно поле данных (PDU).

FSN

If(тип ACK == 0х0): значение FSN соответствует наиболее значимому биту первого 16-битового кода соответствия ARQ (mapping).

If(тип ACK == 0х1): значение FSN указывает, что соответствующие его фрагменты с меньшими значениями окна передачи успешно получены.

If(тип ACK == 0х2): комбинирует ситуации типов 0х0 и 0х1.

ACK Map

Каждый бит, равный 1, указывает, что соответствующий фрагмент ARQ получен без ошибки. Бит, соответствующий значению FSN в IE, является наиболее значимым битом в первой записи соответствия. Биты для успешно доставленных номеров фрагментов присваиваются слева направо в пределах карты соответствия. Если тип ACK равен 0х2, старший бит первой записи соответствия будет установлен равным 1 и IE будет интерпретироваться как совокупный ACK для значения FSN в IE.

Сообщение запроса ключа

При работе в сеточном режиме используются следующие атрибуты Таблица 8.40.

Формат сообщения обратной связи ARQ. Таблица 8.41:

8.3. Широкополосный канал для подключения периферийных устройств UWB

Расширение многообразия периферийных устройств ЭВМ требует новых широкополосных интерфейсов. Одним из таких решений стал последовательный интерфейс USB (Universal Serial BUS), порт IEEE-1394 (FireWire) и некоторые другие. Эти интерфейсы позволяют объединить несколько внешних устройств в сеть. Еще одной тенденцией в подключении внешних устройств является исключение проводов (вспомним беспроводные клавиатуры и мыши, а также стандарт Bluetooth ). Но Bluetooth может гарантировать скорость обмена не более 232 Кбит/c, USB 2.0 – до 480 Мбит/c.

Малая пропускная способность современных беспроводных стандартов является следствием узости используемой частотной полосы. В 2004 году компания Intel объявила о разработке набора микросхем, предназначенного для реализации стандарта широкополосной связи UWB (Ultra-WideBand, IEEE 802.15.3a).

UWB использует диапазон частот 3-10ГГц. Стандарт позволяет осуществлять обмен со скоростью 110Мбит/c для расстояний вплоть до 10 м. Проблемы здесь связаны, кроме всего прочего, с тем, что этот частотный диапазон занят военными для целей радиолокации. Использование широкой полосы позволяет теоретически UWB обеспечить скорость обмена до 480 Мбит/c при расстоянии 3 м.

Для расстояния 10 м пропускная способность интерфейса составляет всего 110 Мбит/c. Сопоставление этих данных с быстродействием IEEE 802.11a/g 54 Мбит/c для расстояний до 100м может удивить. Все дело в том, что на частотах UWB дисперсия радиосигнала в воздухе существенно больше, чем на частоте 2,4 ГГц.

Есть предложения разделить частотный диапазон UWB на ряд субдиапазонов по 528МГц и использовать технологию мультиплексирования сигналов по ортогональным несущим OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Разбиение на субдиапазоны позволяет снизить искажения в каждом из субдиапазонов и немного увеличить дальность связи.

Разработчики Motorola предлагают использовать весь спектр, что, по их мнению, позволит достичь быстродействия 1Гбит/c (DS-UWB).

Задачей стандарта UWB является обеспечения широкополосных обменов в пределах одной комнаты или офиса.

Несмотря на значительный прогресс в беспроводных телекоммуникационных технологиях, в области скоростных каналов первенство навечно закреплено за оптоволоконными средствами.