UWA-GW обеспечивают передачу данных между подводными сенсорными сетями и Интернетом. Наземный шлюз принимает данные о подводной среде от сенсорных узлов (ретрансляционный узел, UWA-CH или сенсорные узлы) и передает данные в центр мониторинга по каналам беспроводной связи. UWA-GW представляют собой подвижные или фиксированные узлы. Например, буй является фиксированным шлюзом, корабли и UUV - движущимися. Сенсорные узлы передают пакеты к ближайшему шлюзу.
UWA-CH получают информацию от всех сенсорных узлов кластера и передают информацию на ретрансляционный узел или напрямую на наземный шлюз.
Ретрансляционные узлы передают данные от сенсорных узлов к UWA-GW.
Сенсорные узлы, такие как акустические метки, UUV и датчики, собирают данные о подводной среде и передают данные в UWA-CH, ретрансляционные узлы или UWA-GW.
6.1.3 Физические сущности сетевого домена
Физические сущности сетевого домена включают сети доступа и магистральные сети. Сеть доступа обеспечивает связь между магистральной сетью и физическими сущностями подводного домена.
В таблице 2 представлены физические сущности сетевого домена и соответствующие примеры.
Таблица 2
Физические сущности сетевого домена
Сети доступа обеспечивают связь между Интернетом и наземным шлюзом.
Наиболее широко используемой магистральной сетью является Интернет.
6.1.4 Физические сущности домена приложений
Сущностями домена приложения являются пользователи. Пользователи могут подключаться к UWASN для доступа к научным, военным, деловым и водным приложениям.
Пользователь может визуализировать информацию, создаваемую UWASN. Приложения UWASN включают мониторинг окружающей среды, вспомогательную навигацию, предотвращение стихийных бедствий и обнаружение подводных лодок-нарушителей.
6.2.1 Общие положения
Как правило, архитектура сенсорного узла включает шесть функциональных уровней в соответствии с рисунком 1:
- UWA-APS (прикладной уровень);
- UWA-BUN (пакетный уровень);
- UWA-NWK (сетевой уровень);
- UWA-DL (канальный уровень);
- UWA-PHY (физический уровень);
- кросс-уровень UWA.
Сенсорные узлы и шлюзы могут иметь схожие уровни, при этом модули на каждом уровне могут отличаться. Например, сенсорные узлы включают различные датчики, а шлюзы не имеют возможности измерения.
![]() уровнями и функциональными сущностями
Для передачи данных между функциональными сущностями на уровнях определен интерфейс между уровнями (рисунок 1). Определены следующие интерфейсы:
- интерфейс BUN/APS находится между UWA-BUN и UWA-APS;
- интерфейс NWK/BUN находится между UWA-NWK и UWA-BUN;
- интерфейс DL/NWK находится между UWA-DL и UWA-NWK;
- интерфейс PHY/DL находится между UWA-PHY и UWA-DL;
- интерфейс CLM/APS/BUN/NWK/DL/PHY находится между межуровневым управлением и UWA-APS, UWA-BUN, UWA-NWK, UWA-DL и UWA-PHY.
6.2.2 Сущности UWA-APS
Прикладной уровень UWA-APS обеспечивает процессы обмена данными для приложений и содержит различные прикладные функции для научных, бизнес, гражданских, водных и военных задач, такие как мониторинг окружающей среды, предотвращение стихийных бедствий, мониторинг акваферм, рыбоводство, вспомогательная навигация, обнаружение подводных лодок-нарушителей и получение изображений дна океана и картографирование.
6.2.3 Сущности UWA-BUN
На пакетном уровне UWA-BUN происходит передача пакетов между уровнями UWA-APS и UWA-NWK с использованием метода промежуточного хранения:
- согласие хранителя на получение пакета: отправляется хранителем-кандидатом после принятия на хранение данных о подводной среде;
- сегментация: на уровне UWA-BUN пакет делится на сегменты для повышения вероятности корректной доставки каждого из них в пункт назначения;
- пересылка данных: после получения пакета данных о подводной среде от исходного узла, пакет пересылается на узел назначения через промежуточные узлы;
- адаптер уровня конвергенции: функции, необходимые для переноса блоков данных протокола UWA-DTN или пакетов, предоставляются адаптерами уровня конвергенции, определяемыми протоколом;
- постоянное хранилище: после получения данных данные хранятся на уровне UWA-BUN до установки соединения.
6.2.4 Сущности UWA-NWK
Уровень UWA-NWK является промежуточным уровнем, на котором выполняются следующие функции маршрутизации между устройствами:
- управление сетью: управление топологией сети, таблицей маршрутизации, информацией о конфигурации, производительностью сети, а также изменение конфигурации сетевой информации, управление алгоритмами и протоколами обнаружения и обработки отключений из-за сбоя;
- управление маршрутизацией: управление различными алгоритмами маршрутизации, в том числе управление алгоритмами маршрутизации для прерывистой связи акустических каналов;
- управление локализацией: управление различными технологиями и алгоритмами локализации для определения местоположения сенсорных узлов при передаче данных подводной сети;
- генерация пакетов с учетом свойств подводной среды, таких как низкая пропускная способность и низкая скорость передачи данных;
- сетевое кодирование, которое улучшает пропускную способность и обеспечивает избыточность для восстановления после ошибок;
- управление группами/кластеризация: управление кластерной сетью для передачи данных подводной сети. Кластеризация обеспечивает параллельную обработку, балансировку нагрузки между сенсорными узлами и отказоустойчивость;
- управление адресами: управление механизмами привязки IP-адресов к MAC-адресам. Каждый сенсорный узел имеет уникальный IP-адрес;
- управление интеграцией: управление механизмами интеграции UUV в UWASN и обеспечение передачи данных между сенсорными узлами и UUV.
6.2.5 Сущности UWA-DL
На уровне UWA-DL обеспечивается канал для механизмов контроля доступа между различными устройствами подводной сети. На уровне UWA-DL должны быть обнаружены и по возможности исправлены ошибки, возникающие на уровне UWA-PHY:
- управление MAC-функциями: поддержка синхронизации времени между устройствами подводной сети, сканирование каналов и управление питанием;
- обнаружение и обработка ошибок: управление технологиями обработки и обнаружения ошибок;
- управление расписанием: управление методами планирования для энергосбережения и управление передачей данных между сенсорными узлами путем назначения временных интервалов;
- генерация MAC-кадров: повышение эффективности сети за счет использования оптимальной длины кадра;
- управление синхронизацией времени: синхронизация между устройствами подводной сети.
6.2.6 Сущности UWA-PHY
Уровень UWA-PHY устанавливает, поддерживает и освобождает соединения для передачи данных подводной сети:
- исполнительные устройства: управление сенсорными узлами;
- сбор энергии: управление энергетическими механизмами в UWASN;
- генерация PHY-кадров: генерация случайных битов для кодирования, модуляции и отображения эквивалентных каналов передачи;
- аппаратные драйверы: управление аппаратными драйверами энергоэффективных преобразователей для подводной беспроводной акустической передачи данных;
- акустический модем: приемо-передающие устройства для передачи данных подводной среды;
- управление схемой модуляции: управление простыми схемами модуляции для уменьшения потребности в синхронизации и затрат на электроэнергию.
6.2.7 Сущности кросс-уровня UWA
Сущности кросс-уровня UWA включают в себя:
- управление устройствами: управление устройствами в домене измерений, в том числе питанием, системными параметрами, идентификацией и встроенным программным обеспечением/микропрограммами в устройствах;
- управление QoS: управление службами сенсорных узлов и шлюзов подводной сети, в том числе регистрацией, обнаружением, описанием, анализом служб и очередью обработки служб;
- управление безопасностью: управление безопасностью связи и данных, в том числе аутентификацией, авторизацией, шифрованием и управлением ключами;
- управление синхронизацией времени: синхронизация по времени различных узлов передачи данных для обработки приложений, допускающих задержку;
- управление питанием: сведение к минимуму потребление энергии путем использования спящего режима и контроля мощности между устройствами подводной среды;
- управление локализацией: предоставление сенсорным узлам информации об абсолютной или относительной локализации;
- управление маршрутизацией: определение кратчайшего маршрута от источника до узла назначения во избежание перегрузки сети;
- управление ошибками и управлением потоками: исправление ошибок и поток обмена данными.
UWASN состоит из взаимосвязанных (беспроводных или проводных) и пространственно распределенных сенсорных узлов подводной сети для измерения, обработки, передачи и предоставления информации.
Интерфейс используется совместно двумя интерактивными сущностями или уровнями; таким образом, определение интерфейса зависит от сущностей или уровней с двух сторон. Интерфейс может быть определен в физической или функциональной форме. Целью разработки интерфейсов UWASN является обеспечение интероперабельности между уровнями внутри сенсорного узла, между сенсорными узлами и другими сущностями. Набор стандартных интерфейсов для UWASN обеспечивает взаимодействие между наземными и подводными сенсорными сетями.
Настоящий стандарт определяет общие интерфейсы UWASN. На рисунке 2 представлены интерфейсы, обеспечивающие предоставление служб подводной сенсорной сети, интерфейсы между функциональными уровнями в сенсорном узле и интерфейсы между физическими сущностями.
![]() Рисунок 2 - Интерфейсы UWASN
7.2.1 Общие положения
Интерфейсы между физическими сущностями представлены на рисунке 3.
![]() Рисунок 3 - Интерфейсы между физическими сущностями
Интерфейсы между физическими сущностями, которые обеспечивают службы и приложения подводной сенсорной сети, включают пять интерфейсов:
- интерфейс 1 между пользователем и наземным шлюзом. Пользователь отправляет запрос на наземный шлюз для получения необходимой информации через Интернет;
- интерфейс 2 между наземным шлюзом и ретрансляционным узлом. Через данный интерфейс проводится обмен сенсорными данными;
- интерфейс 3 между ретрансляционным узлом и головным узлом кластера. Через данный интерфейс происходит обмен управляющей информацией, информацией о топологии сети и данными подводной сети;
- интерфейс 4 между сенсорными узлами подводной среды. Через данный интерфейс происходит обмен информацией о топологии сети, управляющей информацией и сенсорными данными;
- интерфейс 5 между сенсорным узлом и наземным шлюзом. Пользователь получает прямой доступ к сенсорным данным из подводных сенсорных узлов через шлюз.
На рисунке 4 представлена функциональная точка зрения на интерфейсы между различными физическими сущностями.
![]() Рисунок 4 - Функциональная точка зрения
на интерфейсы между физическими сущностями
7.2.2 Интерфейс 1. Пользователь/UWA-GW
Интерфейс 1 находится между пользователем и наземным шлюзом. Пользователь отправляет запрос на шлюз через интерфейс 1 для получения информации о подводной среде, такой как температура, соленость, pH, ток, мутность и уровни кислорода. Шлюз отправляет обработанные данные или запрошенную информацию обратно пользователю через интерфейс 1. С интерфейсом 1 различные пользователи могут взаимодействовать через Интернет.
Как показано на рисунке 5, механизм обмена сообщениями на прикладном уровне между пользователем и шлюзом определяется протоколом A.
К интерфейсу 1 предъявляются следующие требования:
- интерфейс 1 является обязательным в UWASN в соответствии с точкой зрения на архитектуру и логической точкой зрения;
- для интерфейса 1 должны быть определены механизм обмена сообщениями и формат данных на прикладном уровне (протокол A) между пользователем и шлюзом, как показано на рисунке 5.
Пример - Для получения данных о текущей температуре воды пользователь отправляет запрос с прикладного уровня на прикладной уровень шлюза через интерфейс 1. Наземный шлюз получает данные датчиков от сенсорных узлов и отправляет данные о текущей температуре воды с прикладного уровня на прикладной уровень пользователя. Механизмы обмена сообщениями различаются в зависимости от функциональных модулей уровней.
![]() 7.2.3 Интерфейс 2. UWA-GW/ретрансляционный узел
Интерфейс 2 находится между шлюзом и ретрансляционным узлом. Наземный шлюз передает запросы пользователя на ретрансляционный узел через интерфейс 2. Ретрансляционный узел отправляет обработанные данные или запрошенную информацию на шлюзы через интерфейс 2.
Механизмы обмена сообщениями между сетевыми, канальными и физическими уровнями шлюза и ретрансляционного узла определяются протоколом N, протоколом D и протоколом P соответственно, как представлено на рисунке 6.
К интерфейсу 2 предъявляются следующие требования:
- в соответствии с общей архитектурой сенсорной сети интерфейс 2 является обязательным в подводных сенсорных сетях с точки зрения на коммуникации;
- механизмы обмена сообщениями и формат сообщений, используемые на уровнях UWA-NWK, UWA-DL и UWA-PHY ретрансляционного узла и шлюза, должны быть определены на основе требований приложений.
![]() разными уровнями через интерфейс 2
7.2.4 Интерфейс 3. Ретрансляционный узел/сенсорный узел
Интерфейс 3 находится между ретрансляционным узлом и сенсорным узлом. Интерфейс 3 используется для сбора и контроля данных. Через интерфейс 3 ретрансляционные узлы получают доступ к данным о подводной среде от сенсорных узлов. Механизмы обмена сообщениями между сетевыми, канальными и физическими уровнями ретрансляционного узла и сенсорных узлов определяются протоколом N, протоколом D и протоколом P соответственно, как представлено на рисунке 7.
К интерфейсу 3 предъявляются следующие требования:
- интерфейс 3 является обязательным в кластерных и ad-hoc сетях в соответствии с точкой зрения на архитектуру и коммуникации;
- механизмы обмена сообщениями и формат сообщений, используемые на уровнях UWA-NWK, UWA-DL и UWA-PHY ретрансляционного узла и сенсорных узлов, должны быть определены на основе требований приложения.
![]() на разных уровнях через интерфейс 3
7.2.5 Интерфейс 4. Сенсорные узлы
Интерфейс 4 находится между сенсорными узлами подводной сети. Через интерфейс 4 сенсорные узлы обмениваются информацией о топологии сети, управляющей информацией и данными датчиков. Механизмы обмена сообщениями между сетевыми, канальными и физическими уровнями сенсорных узлов определяются протоколом N, протоколом D и протоколом P соответственно, как представлено на рисунке 8.
К интерфейсу 4 предъявляются следующие требования:
- интерфейс 4 является обязательным для кластерных сетей и необязательным для ad-hoc сетей;
- механизмы обмена сообщениями и формат сообщений на уровнях UWA-NWK, UWA-DL и UWA-PHY между сенсорными узлами должны быть определены на основе требований приложений.
![]() на разных уровнях через интерфейс 4
7.2.6 Интерфейс 5. Сенсорный узел/UWA-GW
Интерфейс 5 находится между сенсорными узлами и наземным шлюзом. Через интерфейс 5 наземный шлюз передает запросы пользователя на сенсорный узел, а сенсорный узел отправляет обработанные данные или запрошенную информацию на шлюзы без использования ретрансляционного узла.
Механизмы обмена сообщениями между канальными и физическими уровнями шлюза и сенсорного узла определяются протоколом D и протоколом P, как представлено на рисунке 9.
К интерфейсу 5 предъявляются следующие требования:
- в соответствии с общей архитектурой сенсорной сети интерфейс 5 является необязательным с точки зрения коммуникации;
- механизмы обмена сообщениями и формат сообщений на уровнях UWA-DL и UWA-PHY между сенсорным узлом и шлюзом должны быть определены на основе требований приложения.
![]() на разных уровнях через интерфейс 5
7.3.1 Интерфейс. UWA-PHY/UWA-DL
Интерфейс UWA-PHY/UWA-DL находится между физическим уровнем и канальным уровнем, которые содержат физическое оборудование (акустический модем) и логические программные компоненты сенсорного узла. Через интерфейс UWA-PHY/UWA-DL функциональные модули на физическом уровне взаимодействуют с канальным уровнем.
Физический уровень UWA-PHY включает процессор, акустический модем, память, устройства передачи данных, источники питания и другое оборудование. Интерфейс UWA-PHY/UWA-DL позволяет канальному уровню получать доступ и использовать оборудование сенсорного узла. Как правило, при подводной акустической передаче данных используются интерфейсы A/C, SPI, SCI, I2C и PWM.
Уровень UWA-PHY предоставляет два типа точек доступа к службе (SAP) к уровню UWA-DL (рисунок 10).
![]() Рисунок 10 - Точки доступа к службе,
предоставляемые UWA-PHY/DL
Функциональные сущности на уровне UWA-DL получают доступ к данным на уровне UWA-PHY (данные датчиков) с помощью PLDE-SAP. Уровень UWA-DL управляет оборудованием на уровне UWA-PHY (исполнительное устройство и драйверы оборудования) с помощью PLME-SAP.
7.3.2 Интерфейс UWA-DL/UWA-NWK
Интерфейс UWA-DL/UWA-NWK находится между уровнями UWA-DL и UWA-NWK, как представлено на рисунке 11. Через интерфейс UWA-DL/UWA-NWK функциональные модули на канальном уровне взаимодействуют с сетевым уровнем. Канальный уровень обеспечивает проверку ошибок, управление потоком, подтверждения и повторную передачу. Протоколы канального уровня отвечают на запросы служб сетевого уровня. Протоколы обеспечивают запросы служб на физический уровень UWA-PHY с использованием SAP данных и сущностей управления.
![]() Рисунок 11 - Точки доступа к службе,
предоставляемые UWA-DL/NWK
7.3.3 Интерфейс UWA-NWK/UWA-BUN
Интерфейс UWA-NWK/UWA-BUN находится между сетевым и пакетным уровнями. Через интерфейс UWA-NWK/UWA-BUN функциональные модули сетевого уровня взаимодействуют с пакетным уровнем.
Уровень UWA-NWK обеспечивает функциональные модули управления маршрутизацией, локализации, управления адресами, управления группами и кодирования кластерной сети. Пакетный уровень обращается к функциональным модулям сетевого уровня через SAP данных и сущностей управления. На рисунке 12 показана точка доступа к службе, предоставляемая интерфейсом UWA-NWK/UWA-BUN.
![]() Рисунок 12 - Точка доступа к службе,
предоставляемая UWA-NWK/UWA-BUN
7.3.4 Интерфейс UWA-BUN/UWA-APS
Интерфейс UWA-BUN/UWA-APS находится между пакетным и прикладным уровнями, как представлено на рисунке 13. Через интерфейс UWA-BUN/UWA-APS функциональные модули на пакетном уровне взаимодействуют с прикладным уровнем.
![]() Рисунок 13 - Точка доступа к службе,
предоставляемая UWA-BUN/UWA-APS
Пакетный уровень обеспечивает передачу пакетов, сегментацию и постоянное хранение с использованием хранителя. Прикладной уровень обращается к функциональным модулям пакетного уровня через SAP данных и сущностей управления.
7.3.5 Интерфейс UWA-CLM/UWA-APS/UWA-BUN/UWA-NWK/UWA-DL/UWA-PHY
Интерфейс UWA-CLM/UWA-APS/UWA-BUN/UWA-NWK/UWA-DL/UWA-PHY представляет собой набор логических интерфейсов между кросс-уровнем и прикладным, пакетным, сетевым, канальным и физическим уровнями. Пять точек доступа к службе SAP представлены на рисунке 14. Межуровневое управление обеспечивает общую функциональность и определяет общие функции для прикладного, пакетного, сетевого, канального и физического уровней, такие как управление устройствами, управление сетью, управление питанием, управление QoS, управление системой, управление безопасностью и управление ресурсами.
![]() Рисунок 14 - Точки доступа к службам, предоставляемые
UWA-CLM/UWA-APS/UWA-BUN/UWA-NWK/UWA-DL/UWA-PHY
В таблице 3 определены интерфейсы между функциональными уровнями различных физических сущностей.
Пример - В таблице 3 интерфейс 1, представляющий механизм обмена информацией между прикладными уровнями пользователя и шлюза, является обязательным для прикладного уровня и необязательным для других функциональных уровней.
Таблица 3
предоставляющими службы UWASN
(справочное)
МЕЖДУНАРОДНЫМ СТАНДАРТАМ, ИСПОЛЬЗОВАННЫМ В КАЧЕСТВЕ
ССЫЛОЧНЫХ В ПРИМЕНЕННОМ МЕЖДУНАРОДНОМ СТАНДАРТЕ
Таблица ДА.1
(справочное)
ПРИМЕНЕННОГО В НЕМ МЕЖДУНАРОДНОГО СТАНДАРТА
Таблица ДБ.1
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/pnst_predvaritelnyj-nacionalnyj-standart/1/pnst_52393.html
На правах рекламы:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||