تعتبر إدارة طاقة الراديو من أهم الاهتمامات في شبكات الاستشعار اللاسلكية التي يجب أن تحقق عمراً طويلًا للكميات القليلة من الطاقة، في حين تم اقتراح العديد من بروتوكولات إدارة الطاقة في الماضي فإنّ الافتقار إلى دعم النظام لدمجها بمرونة مع مجموعة متنوعة من التطبيقات ومنصات الشبكة، جعلها صعبة الاستخدام.

 

أساسيات إدارة طبقة الارتباط الموحدة CLLM

 

بدلاً من اقتراح بروتوكول لإدارة الطاقة يتم العمل على توفير دعم طبقة الارتباط من أجل تحقيق هندسة إدارة الطاقة الموحدة (UPMA)؛ لإدارة طاقة الراديو المرنة في شبكات الاستشعار اللاسلكية، وعلى عكس الأساليب المتجانسة المعتمدة من قبل حلول إدارة الطاقة الحالية، فإنّه يتم اعتماد:

 

  • مجموعة من الواجهات القياسية التي تسمح بتنفيذ بروتوكولات إدارة الطاقة المختلفة الموجودة في طبقة الارتباط بسهولة بالإضافة إلى وظائف مستوى (MAC) الشائعة.

 

  • إطار معماري لتمكين هذه البروتوكولات من التبديل بسهولة داخل وخارج حسب احتياجات التطبيقات التي تتطلبها.

 

  • آلية لتنسيق وجود تطبيقات متعددة وقد يكون لكل منها متطلبات مختلفة لنفس القوة الأساسية بروتوكول الإدارة.

 

كما أنّ فصل إدارة الطاقة عن وظائف مستوى (MAC) يؤدي إلى انخفاض ضئيل في الأداء عند مقارنته بالتطبيقات المتجانسة الحالية، حيث أنّه يمكن تنسيق متطلبات إدارة الطاقة لتطبيقات متعددة بسهولة ممّا يؤدي في بعض الأحيان إلى توفير طاقة أفضل ممّا يمكن لأي واحد منهم تحقيقه بشكل فردي، وترحيل الإطار هو تقنية للوصول إلى شبكات واسعة النطاق.

 

يعمل بروتوكول ترحيل الإطارات في طبقة فرعية من طبقة ارتباط البيانات والتي توفر الحد الأدنى من الوظائف اللازمة للاستفادة من الخصائص الإحصائية للاتصال، وعلى عكس مجموعات البروتوكولات الموجودة مسبقاً المستخدمة في الشبكات الفرعية للطوبولوجيا العامة، فإنّها تقوم أيضاً بإجراء الترحيل وتعدد الإرسال في هذه الطبقة الفرعية.

 

يتم توفير وظائف طبقة ارتباط البيانات الأخرى فقط في الأنظمة المتصلة بحواف الشبكة الفرعية لترحيل الإطار، كما قد يتم توفير التحسينات المعمارية التي تتيح آلية إدارة وتدريب ارتباط محسّن (LTSSM) والتحكم الأمثل في التدفق وإعادة محاولة التخزين المؤقت وآليات الإدارة، وبروتوكول مصمم لتغيير وضع تشغيل الارتباط وحالة الجهاز السريع المدعومة بالأجهزة واستعادتها، وكذلك آلية نطاق جانبي مدمجة لإدارة الارتباط مع دعم اختياري داخل النطاق.

 

  • “LTSSM” هي اختصار لـ “Link Training and Status State Machine”.

 

  • “CLLM” هي اختصار لـ “Consolidated Link Layer Management”.

 

  • “UPMA” هي اختصار لـ “Unified Power Management Architecture”.

 

  • “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

 

مبدأ عمل إدارة طبقة الارتباط الموحدة CLLM

 

يمكن تنفيذ معاملات (PCIe) وطبقات ارتباط البيانات كجزء من حزمة بروتوكولات مع تعديلات محدودة لمراعاة سرعات الارتباط المختلفة والروابط غير المتماثلة، بالإضافة إلى ذلك قد يتم توفير تدريب وإدارة الوصلة المنقحة لتشمل دعم الاتصالات متعددة المسارات، وتشكيلات الارتباط غير المتماثل ودمج النطاق الجانبي وقابلية توسيع النطاق الترددي الديناميكي، وقد توفر دعماً للتجسير بين المنطق والدوائر المستندة إلى (PCIe) القائمة وغير المستندة إلى (PCIe) مثل الدوائر والمنطق (M-PHY).

 

يمكّن نهج الطبقات أكوام البرامج الحالية وعلى سبيل المثال نظام التشغيل (OS) ومديري الأجهزة الافتراضية وبرامج التشغيل من العمل بسلاسة على طبقة مادية مختلفة، كما يتم تقليل التأثير على ارتباط البيانات وطبقة المعاملة إلى أدنى حد، وقد يشمل تحديث أجهزة ضبط الوقت المتعلقة بتردد إقرار التحديث وتوقيت إعادة التشغيل وما إلى ذلك.

 

كما يمكن أن يكون البروتوكول مزيجًا من البرامج والبرامج الثابتة والأجهزة داخل مكون أشباه الموصلات مثل (IC) لتوفير معالجة اتصال البيانات بين جهاز أشباه الموصلات وجهاز آخر مقترن به، كما يتم عرض طريقة العرض عالية المستوى بدءًا من برنامج المستوى الأعلى، والذي يمكن أن يكون أنواعاً مختلفة من البرامج التي يتم تنفيذها على نظام أساسي معين.

 

يمكن أن يشتمل هذا البرنامج ذو المستوى الأعلى على برامج نظام التشغيل (OS) والبرامج الثابتة وبرامج التطبيقات، كما يمكن توصيل البيانات عبر اتصال داخلي والذي قد يكون اتصالًا مادياً معيناً يقرن جهاز أشباه الموصلات بمكون آخر يمكن أن يمر عبر طبقات مختلفة من مكدس البروتوكول، ويمكن أن تكون أجزاء من حزمة البروتوكول هذه جزءًا من مكدس (PCIe) تقليدي وقد تتضمن طبقة معاملة وطبقة ارتباط بيانات.

 

  • “M-PHY” هي اختصار لـ “MIPI physical”.

 

  • “PCI” هي اختصار لـ “Peripheral Component Interconnect Express”.

 

  • “IC” هي اختصار لـ “Integrated Circuit”.

 

تطور عمل إدارة طبقة الارتباط الموحدة CLLM

 

تعمل طبقة المعاملة على إنشاء حزم طبقة المعاملات (TLP) والتي يمكن أن تكون عبارة عن حزم قائمة على الطلب أو الاستجابة مفصولة بالوقت، ممّا يسمح للرابط بحمل حركة مرور أخرى بينما يقوم الجهاز المستهدف بجمع البيانات للاستجابة، وتتعامل طبقة المعاملة أيضًا مع التحكم في التدفق المستند إلى الائتمان، وبالتالي توفر طبقة المعاملة واجهة بين دائرة معالجة الجهاز وبنية التوصيل البيني مثل طبقة ارتباط البيانات والطبقة المادية.

 

في هذا الصدد تتمثل المسؤولية الأساسية لطبقة المعاملة في تجميع الحزم وتفكيكها أي حزم طبقة المعاملة (TLPs) فضلاً عن التعامل مع التحكم في التدفق المستند إلى الائتمان، وبدورها قد تتسلسل طبقة ارتباط البيانات (TLPs) التي تم إنشاؤها بواسطة طبقة المعاملة، وتضمن التسليم الموثوق لـ (TLP) بين نقطتي نهاية بما في ذلك معالجة التحقق من الأخطاء ومعالجة الإقرار.

 

وبالتالي تعمل طبقة الارتباط كمرحلة وسيطة بين طبقة المعاملة والطبقة المادية وتوفر آلية موثوقة لتبادل (TLPs) بين مكونين بواسطة ارتباط، كما يقبل أحد جوانب طبقة الارتباط (TLPs) والتي تم تجميعها بواسطة طبقة المعاملة ويطبق المعرفات ويحسب ويطبق رمز اكتشاف الخطأ، وعلى سبيل المثال رموز الاسترداد الدورية (CRC) ويرسل (TLPs) المعدلة إلى الطبقة المادية للإرسال عبر رابط مادي إلى جهاز خارجي.

 

بعد المعالجة في طبقة ارتباط البيانات، يمكن توصيل الحزم إلى وحدة (PHY)، وقد تتضمن وحدة (PHY) طاقة منخفضة (PHY)، والتي قد تشمل كلا من الطبقات المنطقية والطبقات الفرعية المادية بما في ذلك الكهربائية، وترسل الطبقة المادية الممثلة بوحدة (PHY) فعلياً حزمة إلى جهاز خارجي.

 

تشتمل الطبقة المادية على قسم إرسال لإعداد المعلومات الصادرة للإرسال وقسم المستقبل لتحديد المعلومات المستلمة وإعدادها قبل تمريرها إلى طبقة الوصلة، ويتم تزويد جهاز الإرسال برموز مسلسلة وإرسالها إلى جهاز خارجي، ويتم تزويد جهاز الاستقبال برموز متسلسلة من الجهاز الخارجي ويحول الإشارات المستقبلة إلى تدفق بتات ويتم إلغاء تسلسل تدفق البتات وتوفيره لكتلة فرعية منطقية.

 

يمكن أن يوفر (PHY) منخفض الطاقة والذي يمكن أن يكون (PHY) منخفض الطاقة إمّا تم تطويره خصيصاً أو تم تكييفه من مادة (PHY) أخرى مثل (M-PHY)، لمعالجة البيانات المعبأة للاتصال عبر الوصلة البينية وكما يتم تدريب الارتباط وطبقة الإدارة ويشار إليها أيضاً باسم مدير الارتباط، قود تكون موجودة أيضاً داخل وحدة (PHY)، ويمكن أن يشتمل مدير الارتباط على منطق معين يمكن تنفيذه من بروتوكول اتصال آخر مثل (PCIe) وبروتوكول ومنطق متخصص للتعامل مع التفاعل بين المكدس التقليدي.

 

يمكن استخدام إجراء (CLLM) بالاقتران مع إخطار الازدحام الصريح الخلفي (BECN) وإخطار الازدحام الصريح (FECN) ويستخدم لإبلاغ المرسل باستخدام رابط الإرسال في عملية أحادية الاتجاه، حيث تمكن (CLLM) محطة الاستقبال من إنشاء حزم البيانات الخاصة بها وإرسالها إلى جهاز الإرسال.

 

  • “TLP” هي اختصار لـ “Transaction layer packages”.

 

  • “FECN” هي اختصار لـ “Forward-Explicit Congestion Notification”.

 

  • “BECN” هي اختصار لـ “backward explicit congestion notification”.

 

  • “CRC” هي اختصار لـ “Cyclic Redundancy check”.