Курсовая работа по дисциплине
«Системы и сети связи с подвижными объектами».
Тема: «Радиосеть сбора данных»
Часть 1
Целью данной курсовой
работы является проектирование радиосети, которая предназначается для
обеспечения беспроводного сбора данных с удаленных объектов
(видеокамер). Точка доступа является неподвижной и обеспечивает
идентификацию терминалов, получение от них данных. Информация о прошедших
через точку доступа объектах, а также считанные сведения с датчиков, передаются
в центр сбора информации.
Исходные данные к проекту:
Максимальное количество абонентов в зоне радиопокрытия: 120
Радиус зоны обслуживания точки доступа: 250 м
Тип местности: городские условия
Вероятность ошибки на бит Pb: 5*10-6
Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,2 Вт
Тип CRC: CRC-16
PR: 90%
Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.
1.1.1.Обоснование
предполагаемой архитектуры решения.
В данной курсовой работе, система
предназначена для обеспечения беспроводного сбора данных (людей обучающихся
вождению) с целью видеофиксации их прохождения по автодрому, сбор видеоданных с камер. Особенностью системы
является одновременное обслуживание нескольких подвижных объектов (максимум 5).
Выберем топологию сети типа «звезда»
(рисунок 1). Устройством, обеспечивающим передачу данных в точке доступа (ТД),
является терминал (Т) установленный на подвижных объектах (автомобилях).. ТД в
постоянном режиме вещает информацию
о сети и о себе. Инициатором начала передачи данных является ТД. Доступ к трансляции
видео и к записям на накопителях имеет только оператор сети. В данной курсовой
работе мы выберем стандарт MPEG-4 с глубиной цвета 24
бита. Выбор данного стандарта связан с тем, что он обладает следующими
преимуществами: высокая степень сжатия информации; требует сравнительно
небольшие скорости каналов связи для передачи информации.
Функциональную схему предполагаемой сети представим
на рисунке 1.
В зоне действия ТД, терминалы обрабатывают
информацию об уникальном ID ТД и сети, которую получают из сообщения ТД.
Терминал расшифровывает ID сети, которую принял от ТД и сравнивает с записанной
в его информационной подсистеме. Далее, терминал будет ожидать запрос на
регистрацию. После прохождения регистрации, ТД передаст информацию, в которой
будет сказано какой канал закреплён за терминалом.
После
обработки сообщения от ТД, терминал примет решение на передачу данных с видеокамеры на точку доступа. По
мере сбора информации от терминалов, ТД осуществляет передачу на рабочее место.
Передавать данные ТД должна в «оперативном режиме», чтобы оператор смог получать
актуальную информацию об отработке навыков вождения.
Оператор
сети постоянно отслеживает отработку базовых элементов вождения, при получении
достаточной информации, для принятия решения о качестве вождения. Тогда с
помощью программного обеспечения произведёт отказ от трансляции с данной
камеры. Эта команда поступит на ТД, которая передаст её на
терминал.
Рисунок 1
– Функциональная схема сети.
При необходимости оператор может сохранять поступающий
видеопоток на накопители, для того, чтобы использовать их в своих нуждах.
Проработка состава сетевого терминала (выделенного узла сети),
отражающего выполнение возлагаемых на объект задач.
Для
того, что бы осуществлялась беспроводная передача данных от Т к ТД и обратно по
каналу связи и для реализации сценария взаимодействия ТД-Т, Т-ТД в терминале
будет присутствовать радиомодуль.
Рисунок 2 – Функциональная схема терминала.
Состав Т представлен
следующими функциональными блоками:
-Радиомодуль отвечает
за формирование и достоверный прием потока битов.
-USB модуль –по нему видеопоток передаётся на блок формирования сообщений, для передачи на ТД.
-Блок формирования
сообщений – обеспечивает создание, передачу и прием пакетов данных. Также
обнаруживает ошибки при приёме сообщений. Реализует многостанционный алгоритм
доступа к каналам связи.
-Блок радиоизмерений
необходим для реализации режима энергосбережения и управлением уровня мощности
излучения, а именно, необходим чтобы измерить уровень широковещательной
несущей, для того чтобы запустить процедуру передачи сообщений.
-Информационная
подсистема служит для хранения журнала, который содержит информацию о своей сети. А также сохраняется вся необходимая информация, передаваемая
точкой доступа.
Задачи Т:
-сбор видео
информации;
-передача видео
информации;
-прием служебных
сообщений радиосетью (адаптация радиосети к выбранной модификации
стандарта MPEG-4);
Анализ видов информационных сообщений, выделение источника каждого
конкретного сообщения и получателя. Подробный анализ "жизненного
цикла" сообщений - от события, инициирующего появление сообщения, до
момента его исполнения на приемной стороне.
Выделим
источника каждого конкретного сообщения и проанализируем его:
1. Широковещательное
сообщение (от ТД к Т):
Передача
по широковещательному каналу информации о себе и данной сети необходима для
терминалов. Благодаря периодической передаче данной информации по
широковещательному каналу, терминал расшифровывает - что принятое сообщение передано сетью в которой ему разрешено вещать. Терминал
расшифровывает широковещательное сообщение канального уровня, выделяет ID сети
и сравнивает его, с записанным в его информационной подсистеме;
2. Сообщение трафика (от Т к ТД).
Сообщения
трафика передаются от терминала. Точка доступа передаёт команду на включение, после того как терминал её принял, начинает транслировать. ТД, принимая сообщение от терминала, обрабатывает
его на физическом уровне, пересылает его на канальный, где проверяется его
целостность.
3.Служебное
сообщение (от ТД к Т и от Т к ТД).
Служебные
сообщения, это адресные сообщения, которые отправляет ТД на терминалы, исходя
из данных проверки сообщений от терминалов. По сути, это ответное сообщение
точки доступа на принятое сообщение трафика. Примером является служебное
сообщение о смене профиля функционирования.
Задачи ТД:
-передача общей
информации о сети, включает в себя ID ТД;
-прием видеопотока и
перенаправление его на рабочее место оператора;
-адаптация радиосети к
выбранной модификации стандарта MPEG-4;
- резервирование каналов
связи для передачи видеопотока;
Краткая характеристика пользовательского
интерфейса.
Интерфейс пользователя – совокупность средств и методов, при помощи которых пользователь взаимодействует с сетью. Оператор
осуществит выбор с какой камеры будет производиться трансляция, из списка,
который будет представлен в программе. Также имеется возможность получать
данных с нескольких терминалов, но не более пяти. Если качество изображения
будет плохим, то программное обеспечение отправит служебное сообщение на
терминал о смене профиля функционирования.
Интерфейс терминала - в данной радиосети терминал никак не взаимодействует с оператором или учеником, а взаимодействует только с сетью, передающий информацию по команде.
Рисунок 3
– Интерфейс пользователя.
Услугами, предоставляемыми телекоммуникационной сетью,
являются: передача команд от пользователя и получение видео потока. Все данные
передаются по закодированному каналу.
1.3.2.Практическое
пояснение способа предоставления телекоммуникационных услуг сетью с учетом
изложенных особенностей ПО и материала п.1.1, 1.2.
В
проектируемой радиосети ТД является инициатором передачи сообщений. После
включения терминала, он начинает принимать широковещательные сообщения и
ожидает, когда ТД его опросит. В случае, если Т не отправит запрос на
регистрацию в сети после четырёх попыток опросить его, то в журнале активных
терминалов отмечается, что Т не активен.
Так
же после включения терминала в постоянном режиме начинает работать видеокамера.
Как только терминалу передаётся информация о том, какой за ним закреплён канал,
он начинает в нём передавать видеопоток. На
начало передачи сообщений трафика, информационная система передает данные с камер
в составе L3 сообщения на канальный уровень, где к этому
сообщению будут добавлены атрибуты канального уровня. Далее сообщение проходит через
радиомодуль, где к нему будут добавлены атрибуты физического уровня и
передаётся в виде радиосимволов на ТД. Терминал будет отправлять сообщения
трафика пока это будет необходимо оператору, и пока он откажется от получения
видео с данной камеры. При ухудшении качества изображения, формируется
служебное сообщение, по такому же принципу, и передаётся на терминал.
Обоснование иерархических моделей объектов радиосети - как
транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений согласно
сценариям ее работы. Построение обобщенной иерархической схемы радиосети,
отражающей схему взаимодействия "пользователь - радиосеть - объект
управления". Характеристика радиоинтерфейса сети.
В
разрабатываемой сети верхний уровень L3 будет
отвечать за принятия решений. Основной задачей этого уровня является анализ
данных, полученных с нижележащих уровней, на основании которого формируется
решение о дальнейших действиях системы. Уровень принятия решений непрерывно взаимодействует
с информационной подсистемой и с остальными уровнями.
Канальный
уровень обеспечивает создание, передачу и прием данных. Этот уровень
обслуживает запросы уровня принятия решений и использует сервис физического
уровня для приема и передачи пакетов. Протоколы канального уровня обеспечивают
доставку сообщений только между терминалами и точкой доступа. Также на
канальном уровне происходит обнаружение ошибок путем расчета контрольной суммы
(CRC-16). Которая также вычисляется на стороне получателя по некоторому
алгоритму. Если значения совпадают, пакет считается правильным.
Физический
уровень – это нижний уровень модели, необходимый непосредственно для передачи
потока данных. В данной системе физический уровень предназначен для передачи
потока данных от терминала к точке доступа и наоборот.
Рисунок 4 - Характеристика ПО терминала и
пользовательского интерфейса.
Радиомодуль – неотъемлемая часть,
предназначенная для организации передачи-приема сообщений по радиоресурсу. В
нем реализуется функциональность L1, L2 уровней (физического и канального).
Сетевой контроллер – подчиняется заранее
проработанному сценарию взаимодействия, исполнение которого основывается на
диалоге сетевых устройств. Диалог же требует установления канала передачи
данных, таким образом в составе ТД должен быть особый модуль (уровень L3), выполняющий управление поведением сетевого узла.
Арефьев Д.В., Юсупов Р.Р.
Список используемой литературы:
1) Бакке А.В. «Лекции по курсу ССПО»
2) Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. "Системы
связи с подвижными объектами".
3) http://omoled.ru/publications/view/425
4) http://omoled.ru/publications/view/16
5) http://omoled.ru/publications/view/994