Эталонная модель, стандарты и протоколы

При создании систем мобильной связи используется Эталонная модель взаимодействия открытых систем, предложенная Международной организацией по стандартизации ISO (International Organization for Standardization). Эта модель, называемая обычно модель OSI (Open System Interconnection), или модель ISO/OSI, описывает функциональную среду, объединяющую процессы и физические средства cоединения различных взаимодействующих друг с другом открытых систем. При этом под открытыми понимаются системы, удовлетворяющие требованиям общепринятых международных стандартов. Уровни этой эталонной модели приведены в таблице 1.2 [16].

Таблица 1.2

Номер уровня	Уровень	Функции уровня
	Прикладной (Application)	Обеспечение доступа прикладных процессов (электронная почта, факс, пакетная передача речи, транзакции денежных средств и т.п.)
	Представительный (Presentation)	Управление синтаксисом блоков данных, которыми обмениваются абоненты (форматы данных, коды и т.п.)
	Сеансовый (Session)	Установление сеансового соединения и поддержание взаимодействия прикладных процессов
	Транспортный (Transport)	Передача данных между абонентами сети с заданным качеством обслуживания; оптимизация используемых сетевых ресурсов
	Сетевой (Network)	Установление адресов маршрутов для передачи пакетов данных по сети; управление ресурсами сети, вызовами, мобильностью
	Канальный (Data Link)	Формирование блоков данных (кадров), доступ к среде (Media Access Control) и управление радиоканалами (Radio Link Control)
	Физический (Physical)	Передача информации по физическим каналам связи, включая помехоустойчивое кодирование и модуляцию

Ряд уровней, расположенных ниже сеансового, определяют передачу информации через коммуникационные сети. При этом образуются сквозные соединения, «прокладка» которых возлагается на транспортный (четвертый) уровень. На нем обеспечиваются различные классы сервиса, позволяющие удовлетворить запросы сеансового уровня по пропускной способности, задержкам передачи, приоритетности сообщений и др.

На третьем (сетевом) уровне решаются задачи прокладки сетевых соединений, маршрутизации информации, управления потоками информации для предотвращения перегрузки сети.

Непосредственно передача информации происходит на канальном и физическом уровнях, причем на канальном уровне осуществляется установление и ликвидация канальных соединений, обнаружение и исправление ошибок, обеспечение прозрачности соединения, а на физическом уровне сопряжение систем со средой передачи информации и определение характеристик, обеспечивающих доступ к физическим средствам соединения.

В модели OSI взаимодействие различных оконечных пользователей (абонентов) при передаче информации происходит не непосредственно между одноименными уровнями, т.е. не «по горизонтали», а «по вертикали» за исключением самого нижнего (физического) уровня, на котором информация передается непосредственно от одного абонента к другому. Связь же между одноименными уровнями различных абонентов осуществляется по так называемым логическим каналам (рис. 1.1).

Таким образом, для осуществления взаимодействия двух абонентов на одном уровне рассматриваемой модели каждый вышестоящий уровень обращается к своему нижестоящему уровню как к поставщику услуги. Например, самый верхний (прикладной) уровень, взаимодействующий с реальным пользователем, должен предоставить пользователю возможность обращения к техническим средствам передачи и обработки информации через уровень представления. Иначе говоря, на прикладном уровне описывается семантика передаваемой информации. Эта информация снабжается необходимым заголовком и в виде блока прикладного уровня передается для дальнейшей обработки на уровень представления.

На этом уровне описывается «синтаксис» передаваемой информации и правила интерпретации данных приемной стороной с учетом используемой системы сжатия или шифрования.

Снабженный новым заголовком блок данных уровня представления передается на сеансовый уровень. Последний служит для управления процедурами диалога, включающими установление связи, обнаружение и установление направления передачи и отслеживания контрольных точек передачи во времени.

Рис. 1.1. Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Снабженный еще одним заголовком блок данных сеансового уровня передается на транспортный уровень, который задает нормативы передачи сообщений от одного пользователя к другому, включая требования к контролю за ошибками, автоматическому восстановлению прерываний связи, автоматическому контролю за правильностью передаваемых данных и др. Перечисленные сведения отражаются в очередном заголовке, и в таком виде блок данных транспортного уровня направляется далее для передачи в сеть.

Каждый из уровней передающей стороны взаимодействует с таким же уровнем принимающей стороны с помощью протоколов связи, под которыми понимается совокупность определений, соглашений, правил, регламентирующих формат и процедуры логического взаимодействия между компонентами одного уровня взаимодействующих систем.

Протоколы взаимодействия открытых систем на трех верхних уровнях модели OSI называются протоколами высокого уровня, а выполняемые ими функции относятся к функциям оконечного пользователя.

Функции протоколов четырех нижних уровней относятся к функциям сети. Поступающий на сетевой уровень блок данных транспортного уровня снабжается новым заголовком, который содержит сведения об адресах отправителя и получателя, порядковую нумерацию блока и другую служебную информацию. Сформированный таким образом блок данных сетевого уровня называют пакетом.

Для того чтобы передать пакет по сети, сетевой уровень обращается к канальному уровню, который гарантирует доставку пакета только до ближайшего узла сети. Для этого пакет снабжается еще одним заголовком (заголовком канального уровня), несущим собственную порядковую нумерацию блоков, передаваемых по данному участку, адрес узла назначения и другую служебную информацию. Блок данных, сформированный на канальном уровне, называется кадром.

Для передачи кадра до соседнего узла канальный уровень обращается к услуге физического уровня. Кадр, принятый соседним узлом, освобождается от заголовка уровня канала и превращается в пакет. Полученный пакет передается на сетевой уровень, где анализируется его заголовок и определяется направление дальнейшей передачи. Затем из этого пакета формируется новый кадр, который передается по следующему участку сети и доставляется на оконечный узел.

Именно с разработки протоколов и начинается реализация стандарта, т.е документа, устанавливающего нормы, правила и требования к объекту стандартизации, утвержденные компетентным органом. Применение стандартов способствует повышению уровня унификации, взаимозаменяемости, росту эффективности эксплуатации и ремонта средств мобильной радиосвязи.

Применительно к системам мобильной связи должны быть определены протоколы взаимодействия на трех нижних уровнях эталонной модели.

На самом нижнем (физическом) уровне определяются характеристики среды распространения радиоволн. Это не только диапазон частот, тип модуляции и т.д., но и структура информационного обмена с наименьшей потерей достоверности при конкретном протоколе управления множественным доступом к ресурсам радиоканалов системы мобильной радиосвязи.

Второй (канальный) уровень – это уровень канала передачи данных. Он cостоит из интеллектуальных средств, предназначенных для надежной передачи информационных сообщений и сигналов управления по радиоканалу. Здесь должна быть определена структура передачи сообщений высшего уровня с учетом соответствия физических ограничений нижнего уровня и возможности подтверждения со стороны приемной части.

На третьем (сетевом) уровне осуществляется управление всеми вызовами и другими функциями радиосети. Он подразделяется на подуровни управления: вызовами, подвижными средствами и ресурсами радиоканалов. Здесь должны быть определены соответствующие протоколы управления. Применительно к рассмотренным выше уровням эталонной модели для вновь разрабатываемых систем мобильной связи должны быть подготовлены спецификации (основной документ, в котором указываются название изделия, составные части и элементы и другие данные, перечислены подробности, на которые необходимо обратить внимание) протоколов и услуг.