ПНСТ 652-2022 (ИСО/МЭК 30140-3:2018). Предварительный национальный стандарт Российской Федерации. Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 3. Сущности и интерфейсы

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 10.10.2022 № 76-пнст)

от 10 октября 2022 г. № 76-пнст

с 1 января 2023 года

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Московским институтом электроники и математики им. А.Н. Тихонова (МИЭМ НИУ ВШЭ) и Федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский институт стандартизации» (ФГБУ «РСТ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 «Кибер-физические системы»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 октября 2022 г. № 76-пнст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО/МЭК 30140-3:2018 «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть (UWASN). Часть 3. Сущности и интерфейсы» [ISO/IEC 30140-3:2018 «Information technology — Underwater acoustic sensor network (UWASN) — Part 3: Entities and interfaces», MOD] путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), которые выделены в тексте курсивом. Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д. 1, e-mail: info@tc194.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Вода покрывает примерно 71% поверхности Земли. Современные технологии обеспечивают новые методы мониторинга водоемов, например, обнаружение и контроль загрязнений. Для методов сбора данных подводной среды требуется исследование водной среды, что может быть выполнено наиболее эффективно при использовании подводных акустических сенсорных сетей (UWASN). Приложения, разработанные для UWASN, могут регистрировать подводный климат, обнаруживать и контролировать загрязнение воды, проводить наблюдения за морской биологией, проводить открытие природных ресурсов, обнаруживать утечки в трубопроводах, осуществлять контроль и обнаруживать подводных нарушителей, проводить стратегическое наблюдение и т.д.

Серия стандартов «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть» устанавливает общие требования и типовую архитектуру (RA), включая модели сущностей и рекомендации для высокоуровневых интерфейсов по обеспечению совместимости между UWASN. Целью серии стандартов «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть» является предоставление архитекторам, разработчикам и исполнителям UWASN основополагающей информации о структуре UWASN.

Серия стандартов «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть» предоставляет высокоуровневые функциональные модели, связанные с подводными сенсорными узлами, и взаимосвязи между узлами для построения архитектурного представления UWASN. Следует отметить, что серия стандартов «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть» не зависит от области применения, в указанной серии стандартов не определены ни типы сигналов связи для использования в UWASN, ни подводные акустические частоты связи. Определение формы колебаний и/или частот сигнала связи является ответственностью архитекторов, проектировщиков и разработчиков <*>

---

<*> Рекомендуется предусмотреть наличие полосы аварийных частот подводных лодок около и ниже 12 кГц в проектах и приложениях UWASN.

При передаче акустических данных в сенсорных сетях акустические сигналы охватывают полосы биологически важных частот в рассматриваемой окружающей среде. Такие сигналы могут противоречить региональным, национальным или международным нормам воздействия шума. Разработчики сетей акустической связи должны проконсультироваться с соответствующими регулирующими органами перед проектированием и развертыванием таких систем для соблюдения норм и во избежание конфликтов с соответствующими органами.

Целью серии стандартов «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть» является предоставление общих требований и рекомендаций для проектирования и разработки приложений и служб UWASN.

Серия стандартов «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть» состоит из четырех частей:

• первая часть содержит общие положения и требования к типовой архитектуре UWASN;
• вторая часть устанавливает модели типовой архитектуры UWASN;

- третья часть устанавливает описания сущностей и интерфейсов типовой архитектуры UWASN;

• четвертая часть устанавливает требования к интероперабельности между сущностями в пределах одной UWASN и между различными UWASN.

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет:

- сущности UWASN;

• интерфейсы между различными физическими и функциональными сущностями.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ПНСТ 519-2021 (ИСО/МЭК 29182-2:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 2. Термины и определения

ПНСТ 521-2021 (ИСО/МЭК 30140-1:2018) Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 1. Общие положения

ПНСТ 522-2021 (ИСО/МЭК 30140-2:2017) Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть. Часть 2. Типовая архитектура

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 519-2021, ПНСТ 521-2021 и ПНСТ 522-2021.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

3G — система цифровой мобильной связи третьего поколения (third generation);

4G — система цифровой мобильной связи четвертого поколения (fourth generation);

BLDE — сущность данных пакетного уровня (bundle layer data entity);

BLME — сущность управления пакетного уровня (bundle layer management entity);

I2C — взаимно-интегрированная схема (inter-integrated circuit);

MAC — управление доступом к среде (media access control);

MLDE — сущность данных уровня MAC (MAC layer data entity);

MLME — сущность управления уровня MAC (MAC layer management entity);

NLDE — сущность данных сетевого уровня (network layer data entity);

NLME — сущность управления сетевого уровня (network layer management entity);

PLDE — сущность данных физического уровня (physical layer data entity);

PLME — сущность управления физическим уровнем (physical layer management entity);

QoS — качество обслуживания (quality of service);

SAP — точка доступа к службе (service access point);

UUV — беспилотный подводный аппарат (unmanned underwater vehicle);

UWA-APS — прикладной уровень подводной сети (underwater application layer);

UWA-BUN — пакетный уровень подводной сети (underwater bundle layer);

UWA-CH — головной подводный узел кластера (underwater acoustic cluster head);

UWA-GW — подводный акустический шлюз (underwater acoustic gateway);

UWA-DL — канальный уровень подводной сети (underwater datalink layer);

UWA-DTN — подводная сеть, устойчивая к задержкам (underwater delay tolerant network);

UWA-DTN-GW — шлюз сети UWA-DTN (UWA-DTN gateway);

UWA-NWK — сетевой уровень подводной сети (underwater network layer);

UWA-PHY — физический уровень подводной сети (underwater physical layer);

UWASN — подводная акустическая сенсорная сеть (underwater acoustic sensor network);

Wi-Fi — беспроводная связь (wireless fidelity).

5 Общие положения

В настоящем стандарте представлена базовая информация и высокоуровневые модели для различных сущностей и интерфейсов UWASN. Определены два типа сущностей: физический и функциональный. Примером физической сущности является подводный сенсорный узел, который содержит множество датчиков. Функциональная сущность представляет собой определенную задачу, которая может выполняться с использованием физических сущностей одного или нескольких типов. Примерами функциональных сущностей являются маршрутизация и аутентификация. Как правило, функциональные сущности представляют собой фрагменты кода, выполняемые на физических сущностях.

Физические сущности UWASN подразделяются на три группы: физические сущности подводного домена, физические сущности сетевого домена и физические сущности домена приложений. Примеры физических сущностей включают датчики, исполнительные устройства, наземные шлюзы, ретрансляционные узлы, головной узел кластера, пользователей, сети доступа и магистральные сети и т.д.

Примеры функциональных сущностей включают мониторинг окружающей среды, предотвращение стихийных бедствий, мониторинг акваферм, пересылка данных, постоянное хранение, сетевое кодирование, обработка данных, управление приватностью, самолокализация, групповое управление/кластеризация, совместная обработка информации и управление устройствами. Описание функциональной сущности может включать связь «вход-выход», особенности сущности, а также таксономию различных способов реализации сущности.

6 Сущности UWASN

6.1 Физические сущности UWASN

6.1.1 Общие положения

Физические сущности включают оборудование, устройства и/или компоненты. Физические сущности UWASN включают три группы:

• физические сущности подводного домена;

• физические сущности домена приложений.

6.1.2 Физические сущности подводного домена

Физические сущности подводного домена расположены в подводной среде и включают подводные подвижные и фиксированные шлюзы (UWA-GW), подводные акустические сенсорные узлы, подводные акустические головные узлы кластера (UWA-CH), очиститель загрязнения, акустический модем, восстановление узла, UUV и т.д.

В таблице 1 представлены физические сущности подводного домена.

Таблица 1

Физические сущности подводного домена

Сущности		Примеры
Домен поверхности	UWA-GW UWA-DTN-GW	Подвижные шлюзы (корабли); фиксированные шлюзы (буи); USV (беспилотный надводный аппарат)
Домен контроля	UWA-CH	Сенсорный узел ad-hoc сети
	Ретрансляционный узел	UUV
Домен измерений	Сенсорный узел	Датчики; акустическая метка; UUV

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

Сущности	Примеры
Сеть доступа	Wi-Fi, 3G/4G, Ethernet, ZigBee
Магистральная сеть	Интернет, Интрасеть
Примечание — ZigBee и Wi-Fi являются зарегистрированными товарными знаками ZigBee Alliance и Wi-Fi Alliance, соответственно. Данная информация предоставляется для удобства пользователей настоящего стандарта.

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 Функциональные сущности UWASN

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.

Рисунок 1 — Интерфейсы между функциональными 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.

7 Интерфейсы UWASN

7.1 Общие положения

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 Интерфейсы между физическими сущностями UWASN

7.2.1 Общие положения

Интерфейсы между физическими сущностями представлены на рисунке 3.

- сенсорный узел ad-hoc сети;

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.

Рисунок 5 — Обмен информацией через интерфейс 1

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.

Рисунок 6 — Обмен информацией между 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.

Рисунок 7 — Обмен информацией 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.

Рисунок 8 — Обмен информацией 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.

Рисунок 9 — Обмен информацией на разных уровнях через интерфейс 5

7.3 Интерфейсы между функциональными сущностями UWASN

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

7.4 Интерфейсы между функциональными уровнями, предоставляющими службы UWASN

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

Интерфейсы между функциональными уровнями, предоставляющими службы UWASN

Функциональный уровень	Интерфейс 1	Интерфейс 2	Интерфейс 3		Интерфейс 4		Интерфейс 5
			a	b	a	b	a	b
UWA-APS	О	-	-	-	-	-	-	-
UWA-BUN	Н	-	-	-	-	-	-	-
UWA-NWK	Н	О	О	Н	Н	О	О	О
UWA-MAC	Н	О	О	О	О	О	О	О
UWA-PHY	Н	О	О	О	О	О	О	О
Обозначения: О — обязательный; Н — необязательный; «-» — не предусматривается. Интерфейс 1. Пользователь/UWA-GW. Интерфейс 2. UWA-GW/ретрансляционный узел. Интерфейс 3: a) ретрансляционный узел/UWA-CH; b) ретрансляционный узел/сенсорный узел ad-hoc сети. Интерфейс 4: a) UWA-CH/сенсорный узел кластерной сети; b) сенсорный узел ad-hoc сети/UWA-CH. Интерфейс 5: a) UWA-CH/UWA-GW; b) сенсорный узел ad-hoc сети/UWA-GW.

Обозначение ссылочного национального стандарта	Степень соответствия	Обозначение и наименование ссылочного международного стандарта
ПНСТ 519-2021 (ИСО/МЭК 29182-2:2013)	MOD	ISO/IEC 29182-2:2013 «Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 2. Словарь и терминология»
ПНСТ 521-2021 (ИСО/МЭК 30140-1:2018)	MOD	ISO/IEC 30140-1:2018 «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть (UWASN). Часть 1. Общие положения и требования»
ПНСТ 522-2021 (ИСО/МЭК 30140-2:2017)	MOD	ISO/IEC 30140-2:2017 «Информационные технологии. Подводная акустическая сенсорная сеть (UWASN). Часть 2. Типовая архитектура»
Примечание — В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соответствия стандартов: - MOD — модифицированные стандарты.

Приложение ДБ (справочное)

Структура настоящего стандарта		Структура международного стандарта ИСО/МЭК 30140-3:2018
Приложения	ДА	-
	ДБ	-
-		Библиография
Примечание — Сопоставление структуры стандартов приведено начиная с приложения ДА, т.к. предыдущие разделы стандарта идентичны.

УДК 004.93'1:006.89:006.354	ОКС 35.110
Ключевые слова: информационные технологии, подводная акустическая сенсорная сеть, интерфейсы, сущности

---