Часть 2

В рамках данной статьи будут рассмотрены следующие пункты задания к курсовой работе:

2.1. Проработка функционального состава сетевого терминала при БПЛА, отражающего выполнение возлагаемых на объект задач; анализ задач и структуры командного узла.

2.2. Пояснение концепции решения следующих задач:

- способ управления кинематикой и положением БПЛА;

- получение пользователем в реальном масштабе времени видеопотока и реализация удаленного управления механизмами БПЛА" с использованием ключевых звеньев доставки сообщений, пояснение функций каждого звена. Обоснование требуемой архитектуры радиосети.

2.3. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность и предполагаемый объем сообщений, иные предполагаемые свойства трафика.

2.4. Обоснование иерархической модели сети - как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений. Выделение ключевых слоев модели (не менее трех), пояснение назначения протоколов обмена всех уровнях модели. Выделение радиоинтерфейса и формулирование задач по передаче/приему сообщений

службами различных уровней.

2.5. Стратегии поведения терминалов и выделенных узлов в радиосети. Анализ сценария взаимодействия сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов) в рамках оказания услуг на прикладном (верхнем) уровне модели; задачи служб и характеристика сообщений прикладного уровня. Пояснение сеанса соединения,

характеристика этапов "жизненного цикла" сеанса. Выделение активного и пассивного состояний сетевых

объектов и анализ задач, выполняемых в этих состояниях.

2.6. Анализ возможных решений по обеспечению энергосбережения. Построение диаграмм состояний сетевых объектов, отражающих основные элементы разрабатываемого сценария.

2.7. Разработка протокола передачи сообщений канального уровня (L2).

2.7.1. Задачи служб канального уровня, характеристика видов сообщений: адресные/широковещательные, уведомительные или требующие обязательного ответа, служебное/информационное и т.п. Обоснование гарантированной/негарантированной доставки указанных видов служебных и информационных сообщений. Способы оценки целостности принимаемых сообщений.

2.7.2. Обоснование способа реализации физических каналов связи. Формулирование требований к алгоритму множественного доступа к физическим каналам связи, обоснование предполагаемой структуры канального ресурса (на основании п.2.2-2.6), реализующего двустороннего обмена сообщениями. Анализ

предлагаемого алгоритма множественного доступа на предмет возникновения коллизий и пояснение решения по их устранению.

2.7.3. Выделение типов и характеристика логических каналов (ЛКС) L2 уровня. Построение временной диаграммы, отражающей двустороннюю доставку всех видов сообщений L2 уровня: пояснение очередности и интенсивности передачи сообщений различных ЛКС (с учетом п.2.3). Проработка шкалы времени диаграммы обмена сообщениями.

2.7.4. Пояснение назначения и размерности полей сообщений канального уровня.

2.7.5. Расчет пропускной способности ЛКС в обоих направленииях.  Сведение основных свойств ЛКС в таблицу.

 

2.1. Проработка функционального состава сетевого терминала при БПЛА, отражающего выполнение возлагаемых на объект задач; анализ задач и структуры командного узла.

 

Рассмотрим функциональную схему сетевого терминала при БПЛА (Рис. 1). Взаимодействия терминала и БПЛА осуществляются через USB-интерфейс. Для этого в составе терминала необходимо предусмотреть USB-модуль. Видеопоток с камеры после прохождения USB-модуля поступает на радиомодуль. С одной стороны радиомодуль фрагментирует приходящий видеопоток на сообщения. И далее, получившиеся сообщения наделяются дополнительными атрибутами для достоверного приема видеопотока точкой доступа. С другой стороны радиомодуль обеспечивает прием команд управления, приходящих с АР. Далее, принятые команды управления направляются на блок распознавания команд Этот блок необходим для отделения команд управления видеокамерой  и кинематикой БПЛА от служебных сообщений .Команды управления направляются на USB-модуль, а от него уже направляются соответствующей службе. Служебные сообщения направляются на модуль обработки служебных сообщений, который на основе этих сообщений решает как будут развиваться и корректироваться сценарии взаимодействия БПЛА и АР.  В составе терминала необходимо предусмотреть блок хранения данных, который отвечает за хранение серийного номера БПЛА ,идентификационных номеров и индивидуальной частоты. 


Рис.1

Определим функциональный состав АР. Для этого обратимся к рисунку 2:


 

Рис.2

 

 Взаимодействие АР с ОП осуществляется с помощью технологии  Ethernet. Для этого в  составе АР необходимо предусмотреть наличие сетевого контроллера. Приходящая от пользователя  команда управления видеокамерой, пройдя сетевой контроллер, направляется в буфер. Наличие буфера определяется пульсирующим характером сообщений в этом направлении, а так же применением ARQ. Также в задачи буфера входит выполнение функции временного хранения как передаваемых команд управления видеокамерой и кинематикой, так и служебных сообщений. Затем полученные команды поступают на радиомодуль. Радиомодуль  выполняет несколько важных функций. Одной из них является обеспечение гарантируемой доставки сообщений, включающих команды управления кинематикой и видеокамерой , служебные сообщения. Следующей функцией является прием сообщений, содержащих видеопоток или служебные сообщения. После принятия радиомодулем видеопотока и команд управления происходит переход к следующему блоку-модулю распознавания команд. Этот модуль необходим для отделения сообщений, содержащих видеопоток, от служебных сообщений. После этой процедуры видеопоток направляются на сетевой контроллер.   Служебные  же команды направляются на блок выбора сценария .Этот блок на основе полученных служебных сообщений решает, как будут изменяться сценарии взаимодействия АР и Т. В составе АР необходимо так же установить блок хранения данных, который отвечает за хранение идентификатора ОП ,серийного номера  БПЛА,  а также  за сбор статистических данных о работе сети. Необходимо также предусмотреть в составе радиомодуля измеритель мощности, задачей которого является измерение мощности сигнала, излучаемого БПЛА. Результат этого измерения попадет на блок выбора сценария для решения задачи энергоснабжения, которая будет описана ниже.

2.2. Пояснение концепции решения следующих задач:

- способ управления кинематикой и положением БПЛА;

- получение пользователем в реальном масштабе времени видеопотока и реализация удаленного управления механизмами БПЛА" с использованием ключевых звеньев доставки сообщений, пояснение функций каждого звена. Обоснование  требуемой архитектуры радиосети.

Способ управления кинематикой и положением БПЛА

Управление кинематикой и положением БПЛА осуществляется с помощью трех рычагов ,расположенных на пульте управления ,включенного в состав ОП. Один из них отвечает непосредственно за изменение положения БПЛА в пространстве в горизонтальной плоскости, то есть за движения вправо, влево,  назад, вперед. Скорость, которую приобретет БПЛА после выполнения одной из этих команд, определяется степенью отклонения рычага в соответствующую сторону. Далее, с помощью службы управления кинематикой БПЛА одна из команд (например, «вперед» ) передается на радиомодуль БПЛА (естественно, через АР), который направляет ее на блок распознавания команд. После того, как подтвердился факт приема команды управления, она отправляется через  USB-модуль к соответствующей службе. Эта служба принимает решение ,изменение параметров вращения какой пары винтов необходимо произвести. Также ,на основании степени отклонения рычага, служба определяет величину скорости вращения необходимых винтов. Завершающим действием является передача определенным винтам через интерфейс (int1) уже пересчитанной  в мощность команды «Вперед» . Важной особенностью команд с этого рычага является выполнение ее беспилотником до тех пор, пока не поступит следующая команда этого рычага. Это допустимо потому, что данным рычагом пользователь управляет очень активно, постоянно корректируя полет БПЛА.

 Рычаг изменения высоты полета: процесс изменения положения БПЛА в вертикальной плоскости основан на принципе, описанном выше. Однако здесь команда перестает выполнятся сразу после отжатия рычага вверх или вниз. БПЛА сохраняет ту высоту, на которой он остановился во время приема отбоя команды.

Рычаг управления поворотом БПЛА вокруг своей оси: наличие этого рычага необходимо для управления направлением слежения камеры, которая сама двигаться не может. Изменяя скорость вращения соответствующих винтов, можно добиться наклона вперед или назад БПЛА, влево или вправо. Здесь важна точность подстройки наклона, поэтому после отжатия рычага выполнение команды сразу же прекращается, и камера остается направленной в ту сторону, в которую успел повернуться БПЛА до приема отбой команды.

Получение пользователем в реальном масштабе времени видеопотока.

Данный процесс можно описать последовательностью следующих действий:

1.     После этапа поиска и регистрации в сети ,а также проверки работоспособности пользователь направляет на АР команду на включение камеры и на передачу видеопотока , а она ,в свою очередь, передает ее сетевому терминалу при БПЛА.

2.     БПЛА осуществляет  передачу видеопотока ,согласно модификации с максимальной скоростью

3.     АР перенаправляет видеопоток по известному IP-адресу ОП на соответствующую службу (служба управления видео).

4.     Происходит циклическая запись видео на накопители, встроенные в ОП.

Смена модификации стандарта MPEG-4 (ухудшение качества при условии, описанном в п.1.2 части 1):

1.     АР при помощи блока «Измеритель мощности» оценивает уровень сигнала ,приходящий от БПЛА. Если он оказался ниже определенного порога ,то АР формирует команду о смене модификации на более худший .БПЛА в свою очередь с помощью блока распознавания команд, получая от радиомодуля сообщение ,определяет ,что оно является командой управления камерой и передает ее на соответствующую службу через USB-модуль.

2.     Служба с помощью второго интерфейса (int 2) адресует эту команду камере, которая находится в составе дополнительного оборудования.

3.     Произошла смена модификации и БПЛА передает на АР видеопоток уже с новыми настройками.

4.     По известному IP-адресу ОП точка доступа перенаправляет видеопоток на службу управления видео.

2.3. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность и предполагаемый объем сообщений, иные предполагаемые свойства трафика.

Рассмотрим следующие направления передачи сообщений: АР-БПЛА,БПЛА-АР.

·        АР-БПЛА. В направлении передачи «точка доступа-БПЛА» передаются короткие сообщения ,содержащие команды управления (камерой и кинематикой БПЛА) и служебные сообщения. Для обеспечения передачи таких сообщений отсутствует необходимость в использовании широкого радиоканала, поэтому можно ограничиться небольшой скоростью передачи. Эти сообщения формируются двумя службами- управления видео и управления кинематикой БПЛА, поэтому существует необходимость использования нескольких радиоканалов: один для передачи сообщений камере и один для управления кинематикой БПЛА. На каждый канал можно выделить скорость порядка 600бит/c . Таким образом пропускная способность в данном направлении будет равна 1.2 кбит/с.

·        БПЛА-АР. В данном направлении передаются различные служебные сообщения (например, о выполнении переключения на другую модификацию видеоизображения),а также мультимедийный трафик. В контексте рассматриваемого прикладного решения это видеопоток, формируемый с помощью кодека H.264 стандарта MPEG-4. Согласно выбранным модификациям ,радиоканал должен обеспечивать скорость передачи данного трафика не менее 1400 кбит/с. Кроме того, в требованиях к системе указана необходимость шифрования трафика,  поэтому в одном из служебных сообщений в направлении БПЛА-АР должна передаваться информация о способе дешифрования канала трафика. Таким образом, в данном направлении имеем 3 радиоканала: один для передачи видеопотока ,второй для передачи служебных сообщений (так же 600бит/с) и третий для передачи необходимых телеметрических данных (600 бит/с). Таким образом ,общая пропускная способность в этом направлении планируется не менее 1401,2 кбит/с

2.4. Обоснование иерархической модели сети - как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений. Выделение ключевых слоев модели (не менее трех), пояснение назначения протоколов обмена всех уровнях модели. Выделение радиоинтерфейса и формулирование задач по передаче/приему сообщений службами различных уровней.

Воспользуемся рисунком 3 для обоснования иерархической модели сети как транспортной сети доставки информационных и служебных сообщений. Она реализована в соответствии с моделью OSI.


Рис.3

Задачами физического уровня (L1) являются организация физического соединения, позволяющего осуществить передачу видеопотока от БПЛА к АР, и передачу команд управления от АР к БПЛА, служебных сообщений. На данном уровне необходимо организовать такие технические решения, которые помогут реализовать достоверный прием бит.  Доступ к физическому уровню обеспечивается протоколом 802.3u (100BASE-TX), обеспечивающий скорость передачи порядка 100 Мбит/с, требования к которой прописываются АР ( в зависимости от выбранной модификации стандарта MPEG-4).

Основными задачами канального уровня(L2) в контексте моей курсовой работы являются: выделение сообщений из потока бит, формирование пакетов, реализация способа обнаружения и исправления ошибок, а так же предоставление доступа к физическим каналам связи.

Уровень сценариев взаимодействия(L3) отвечает за взаимодействие сетевых объектов(БПЛА и ОП). В нем заложены  определенные наборы действий(сценариев),которые исполняют сетевые объекты , взаимодействуя между собой. Так, в рамках моей курсовой работы, существует отдельный протокол, в соответствии с которым организуется передача видеопотока, отдельный протокол для передачи команд управления ,протоколы служебных сообщений как в прямом, так и в обратном направлениях. 

Транспортный уровень(L4):  обеспечивает  службам уровня выше (принятие решений) передачу сообщений с той степенью надежности, которая требуется. Выполняет разбивку сообщений на блоки ,их нумерацию и буферизацию, занимается управлением потоком передачи данных. В разрабатываемой системе все эти функции способен выполнять канальный уровень, поэтому наличие отдельного транспортного уровня не обязательно.

Уровень принятия решений; в данный уровень я объединил три уровня модели OSI- прикладной ,представительский и сеансовый. Этот уровень на основе данных, полученных с нижнего уровня, принимает все решения в системе, к которым можно отнести подготовку к сеансу связи, организацию команды по составлению требуемых протоколов передачи для уровня L3,организацию запросов пользователя и ответов БПЛА.

2.5. Стратегии поведения терминалов и выделенных узлов в радиосети. Анализ сценария взаимодействия сетевых объектов (выделенных узлов, терминалов) в рамках оказания услуг на прикладном (верхнем) уровне модели; задачи служб и характеристика сообщений прикладного уровня. Пояснение сеанса соединения,

характеристика этапов "жизненного цикла" сеанса. Выделение активного и пассивного состояний сетевых объектов и анализ задач, выполняемых в этих состояниях.

 Перед началом эксплуатации пользователю необходимо выбрать ,например, из 5 БПЛА свой. Для этого в рамках оказания услуг на прикладном уровне осуществляется следующее взаимодействие между АР и пятью беспилотными объектами: все 5 БПЛА начинают «искать» широковещательное сообщение (ШС),ретранслируемое точкой доступой. В этом сообщении находится ID АР, шкала распределения временных интервалов ,а так же серийный номер нашего БПЛА.  Каждый БПЛА, приняв ШС ,сравнивает полученный серийный номер с номером, хранящимся в блоке хранения данных.После выполнения этой операции каждый БПЛА передает в свой интервал времени короткое сообщение, в котором содержится либо положительный ответ о том, что подключился к сети с IDар ( наш БПЛА), либо отрицательный(чужие).Оно передается на ОП. В соответствии с решением о доступе к сети, ОП передает АР, а  она службам БПЛА сообщение с параметрами, с помощью которых он сможет подключиться к запрашиваемым каналу управления БПЛА и каналу передачи видеопотока .

Воспользуемся рисунком 4,который описывает «жизненный цикл» сеанса соединения. Он разбит на три этапа: этап поиска ШС и получение доступа к сети, этап активного режима и этап завершения соединения.




Рис.4

 

Этап 1: На данном этапе происходит ожидание БПЛА широковещательного сообщения, которое транслируются АР пульсирующим образом с периодом повторения 3 секунды.  Наконец, приняв его, БПЛА предпринимают решение, им ли адресовано сообщение. Для этого они сравнивают  свой серийный номер с тем, который в составе ШС.   Если БПЛА оказался «чужим» ,то БПЛА формирует и передает АР ответ «сообщение адресовано не мне, остаюсь в режиме ожидания» в свой интервал времени. Если же требуемые для доступа параметры совпали, то БПЛА посылает АР положительный ответ «подключился к сети с IDAP». Ответом на это сообщение являются сформированные ОП параметры требуемых каналов.

Этап 2: после установления логического соединения, есть все предпосылки организации физического соединения. БПЛА начинает принимать команды управления и передавать видеопоток. На этом этапе активны приемники и передатчики всех узлов сети, так как происходит постоянное взаимодействие.

Этап 3: Наступление этого этапа может связано с выполнением БПЛА своей задачи ( поиск потерявшихся людей ). В этом случае ОП передает сообщение БПЛА об отключении камеры и возвращении на точку старта. При этом БПЛА переходит в пассивный режим, который характеризуется отключением приемника и передатчика БПЛА , так как он возвращается сам по заранее загруженному через USB-модуль маршруту .

Рассмотрим функционирование сетевых объектов( БПЛА, АР,ОП) в активных и пассивных состояниях.

Оборудование пользователя: В активном режиме осуществляет формирование и передачу на АР команд управления, прием и обработку служебных сообщений от БПЛА, прием видеопотока с борта БПЛА. В пассивное состояние переходит после сообщения беспилотнику, содержащее в себе требование отключить камеру и вернуться на место старта. После этого пользователь только просматривает на карте, как возвращается БПЛА по запланированному маршруту.

АР: В активном режиме является ретранслятором всех команд ,подаваемых от ОП ,и всех служебных сообщений и видеопотока  ,приходящих с БПЛА.В пассивное состояние переходит в том же случае, что и ОП.

БПЛА: Активный режим характеризуется непосредственной передачей видеопотока и приемом от АР команд управления. В пассивном режиме БПЛА находится во время этапа поиска и получения доступа к сети, где он ожидает и принимает широковещательное сообщение от БПЛА, также в моменты, когда не поступают команды управления, и на этапе завершения сеанса связи, когда он возвращается на точку старта по заранее  загруженному маршруту.

2.6. Анализ возможных решений по обеспечению энергосбережения. Построение диаграмм состояний сетевых объектов, отражающих основные элементы разрабатываемого сценария.

 

Подача электропитания к БПЛА осуществляется с помощью автономного источника энергии, то есть аккумулятора. По этой причине обеспечение энергосбережения является важнейшей задачей с точки зрения длительности работы БПЛА. Радиотерминал, входящий в состав БПЛА, потребляет достаточно большое количество энергии. Основное количество энергии тратится при работе на передачу. Рассмотрим возможные пути энергосбережения  для всех режимов работы:

1. В режиме поиска сети действий по энергосбережению не предпринимается, так как в этом режиме БПЛА работает только на прием.

2. В режиме регистрации в сети энергосбережение удается обеспечить по причине того, что БПЛА отправляет лишь короткое сообщение с совпадением данных. 

3. В активном режиме удается реализовать корректировку мощности передачи, путем измерения ее блоком «измеритель мощности» и сравнения с определенным порогом, который необходим для достоверного приема информации, приходящей с БПЛА. Если измеренная мощность окажется больше порога( БПЛА находится недалеко от АР) ,то подается команда на снижение мощности излучения. Если же мощность излучения оказывается меньшей порога ,то создаются основания на смену модификации видеопотока ( на более худшее качество).

Необходимо ввести еще один режим, применяемый только в особых случаях- режим «Экстренная ситуация».Он включается только при достижении определенной  минимальной отметки заряда батареи ,которая задается пользователем заранее. При этом БПЛА отправляет служебное сообщение, которое оповещает пользователя о малом заряде и необходимостью вернуть объект на точку отправления. Получив его, пользователь нажимает на мониторе клавишу «Экстренная ситуация» и БПЛА возвращается сам, немедленно прекратив работу на передачу.

Диаграммы состояний БПЛА и АР приведены на рисунках 5 и 6 соответственно.


 

Рис.5 Диаграмма состояний БПЛА



Рис.6 Диаграмма состояний АР

 

2.7. Разработка протокола передачи сообщений канального уровня (L2).

2.7.1. Задачи служб канального уровня, характеристика видов сообщений: адресные/широковещательные, уведомительные или требующие обязательного ответа, служебное/информационное и т.п. Обоснование гарантированной/негарантированной доставки указанных видов служебных и информационных сообщений. Способы оценки целостности принимаемых сообщений.

В разрабатываемой системе канальный уровень занимается решением следующих задач:

1) Обнаружение и исправление ошибок;

2)  Организация и управление доступом к физическим каналам;

3) Формирование и выделение пакетов из потока битов.

Первая задача выполняется с помощью службы проверки целостности. На основе алгоритма расчета контрольных сумм CRC, он осуществляет проверку целостности  принимаемых сообщений канального уровня. В моей радиосистеме будет использоваться CRC-12.

Так как в моей системе перед началом работы пользователю необходимо подключиться к одному «своему» БПЛА из пяти ,то в таком следует  следует ввести службу управления доступом к физическому каналу связи , которая будет решать задачу организации и управления доступом к физическим каналам на основе метода множественного доступа – FAMA (Fixed Assigned Multiple Access) .Для реализации этого метода АР формирует шкалу распределения временных интервалов, эта шкала содержит сведения о том какой временной интервал закреплен за каким БПЛА и передается им в составе ШС..

Виды сообщений

Служебные сообщения- это сообщения, которые может генерировать либо АР, либо БПЛА. Их виды:

1)  Транслируемое точкой доступа BCCH сообщение, содержащее серийный номер БПЛА, IDАР и ШРВИ. Это сообщение неадресное, требует от БПЛА ответов, о которых говорилось выше .

2) Сообщения-ответы БПЛА, служащие для подтверждения выполнения каких-либо действий ( о совпадении данных при проверке права доступа, о принятии ШС и так далее, об отключении от канала передачи). Сообщения адресные ,не требующие ответа.

Сообщения видео трафика: Являются информационными сообщениями, адресными, не требующими никакого рода ответа, источником таких сообщений может являться исключительно БПЛА. В данном типе сообщений допускается наличие ошибок , так как ошибка приема нескольких миллисекунд видеопотока отразится на зрительном восприятии пользователя в небольшой степени . Следовательно, нет необходимости в обязательной проверке целостности принятого сообщения.

Информационные сообщения: к ним можно отнести запросы пользователя на предоставление услуги. Они направлены на точку доступа(являются адресными), которая путем перенаправления их на БПЛА и  по полученному ответу от него формирует ответ пользователю о предоставлении или непредоставлении услуги.

Также к информационным сообщениям относятся сообщения ,содержащие команды управления видео и кинематикой БПЛА. Такие сообщения адресные и должны иметь высокую степень защиты от ошибок, то есть иметь гарантию доставки получателем, то есть БПЛА. Вероятность ошибки для этих сообщений примем согласно заданию 10^-6. Гарантия доставки команд управления достигается применением автоматического запроса повторной передачи ( ARQ).

Источником информационных сообщений является также БПЛА, который передает в них необходимые телеметрические данные.

Проверка целостности служебных и информационных сообщений осуществляется включением в их состав 12-битного поля CRC.

2.7.2. Обоснование способа реализации физических каналов связи. Формулирование требований к алгоритму множественного доступа к физическим каналам связи, обоснование предполагаемой структуры канального ресурса (на основании п.2.2-2.6), реализующего двусторонний обмен сообщениями. Анализ предлагаемого алгоритма множественного доступа на предмет возникновения коллизий и пояснение решения по их устранению.

В разрабатываемой системе ,как отмечалось ранее, в этапе поиска и регистрации в сети участвуют 5 БПЛА из которых нужен только один для решения поставленной задачи. Для решения проблемы появления коллизий, которые могут возникать из-за одновременных ответов БПЛА на ШС, необходимо распределить канал передачи между 5 БПЛА. Для этого будет использоваться метод FAMA . Я выбрал распределение канала на основе временного разделения (TDMA). В составе ШС, согласно этому методу, АР передает шкалу распределения временных интервалов ,где каждому из пяти БПЛА присваивается свой интервал времени, в котором он будет отвечать точке доступа . Таким образом ,канальный ресурс на этапе поиска и регистрации в сети выглядит следующим образом(рис .7):


Рис.7

2.7.3. Выделение типов и характеристика логических каналов (ЛКС) L2 уровня. Построение временной диаграммы, отражающей двустороннюю доставку всех видов сообщений L2 уровня: пояснение очередности и интенсивности передачи сообщений различных ЛКС (с учетом п.2.3). Проработка шкалы времени диаграммы обмена сообщениями

Выделение различных типов логических каналов связи осуществим на основе ранее рассмотренного сценария взаимодействия БПЛА и АР .АР передает всем БПЛА ШВС. Для передачи этой информации  необходимо организовать широковещательный канал BCCH. После нахождения ШВС радиотерминал наш БПЛА фиксируют в блоке хранения данных, что осуществлять передачу на АР нужно в обозначенный интервал. ШВС также будет использоваться на этапе регистрации. Этап регистрации осуществляется следующим образом: пять БПЛА, получив ШВС, осуществляют подтверждение по каналу ACH о том, что они не принадлежат к данной сети, либо, что делает наш БПЛА, присылает положительный ответ, и эти сведения заносятся в блок хранения данных АР. Такая процедура периодически повторяется до тех пор, пока не придет положительный ответ от нашего БПЛА.

 После проведения процедуры регистрации может осуществляется  проверка работоспособности БПЛА и ,а после- переход к активному режиму .Для этой цели используются каналы управления CCH. Следует сказать  о том, что необходимо предусмотреть три различных канала управления. Канал ССH/video  для передачи команд управления видеокамерой. Канал ССH/notice  для передачи сообщений оповещения. Канал CCH/kinematics для передачи команд управления кинематикой БПЛА. В случае, если одновременно появилась необходимость передачи сообщения оповещения и, например, команды управления видеокамерой, то сообщения оповещения имеют высокий приоритет, а команды управления видеокамерой – низкий. Однако, самым высоким приоритетом обладают команды управления движением БПЛА. Для команд управления видеокамерой, кинематикой  и для сообщений оповещения требуется гарантированная доставка. Для реализации этой задачи в проектируемой системе  будет использоваться ARQ с остановками. АР перед началом очередной передачи ожидает подтверждения об успешном приеме предыдущей. Если передаваемое сообщение принято с ошибкой, то БПЛА передает отрицательное подтверждение приема (NAK); АР повторяет передачу ошибочно принятого сообщения и только после этого передает следующий по очередности сообщение. Для передачи сообщений подтверждения о доставке в сообщении канала DTCH(канал трафика) необходимо предусмотреть специальное поле, в котором будет отмечаться нужна повторная передача или нет. Если АР приняла с ошибками сообщение канала DTCH, то АР повторяет передачу не подтвержденного сообщения канала ССH.

Построим временные диаграммы ,отражающие двустороннюю доставку всех видов сообщений L2 уровня , для этапа поиска и регистрации в сети и для активного режима( рис.8.1 и 8.2 соответственно)

Рис.8.1. Временная диаграмма этапа поиска и регистрации в сети


Рис.8.2 Временная диаграмма активного режима

 

 

2.7.4. Пояснение назначения и размерности полей сообщений канального уровня.

Структуры полей сообщений канального уровня представлены на следующих рисунках

Сообщения канала BCCH

 TS-поле,необходимое БПЛА для обнаружения ШС

N-поле которое необходимо терминалу для точного определения начала мультикадра – 2 бита

Информационная часть- поле ,в котором передается   IDТД (состоит из 4 бит) и ШРВИ для 5 БПЛА (4бита на ID БПЛА и 4 бита на номер соответствующего временного интервала),а так же серийный номер нашего БПЛА (5 бит)-итого 49 бит

CRC-сервис проверки целостности-12 бит


T- поле типа канала управления ( CCH/video, CCH/kinematics , CCH/notice)-2 бита

A-поле адреса (ID бпла)-4 бит

Информационная часть - команды управления (180 бит)

CRC-сервис проверки целостности-12 бит


Поле OK-сведения о подтверждении или не подтверждении приема-1 бит

A-адрес точки доступа ( ID ар) -4 бита

Информационная часть- была рассчитана следующим образом- исходя из модификации стандарта MPEG-4: количество пикселей- 640x480, 20 fps, качество-1024 Kbps. Этим настройкам соответствует степень сжатия равная 15. Для передачи в видеоизображении 16 млн цветов необходимо кодирование одной точки 24-битами (глубина цвета). Таким образом, размер одного видеокадра равен (640*480*24)/ 15=491520 бит. Передавать кадры такой длины по радиоканалу нецелесообразно  ,так как ошибка в приеме такого кадра может привести к полному искажению видеоизображения. Для устранения этой проблемы разобьем кадр длиной 491520 бит на 2700 участков. В итоге получим размер информационной части около 180 бит

CRC-сервис проверки целостности-12 бит

2.7.5. Расчет пропускной способности ЛКС в обоих направлениях. Сведение основных свойств ЛКС в таблицу.

Наименование канала

Назначение

Тип

Пропускная способность

ВССН

Передача широковещательной информации о сети (IDТД, шкала распределения временных интервалов между БПЛА, серийный номер нашего БПЛА), для осуществления процедуры регистрации

Широковещательный

 

600 бит/с

ACH

Ответы БПЛА на ШС от АР

Канал доступа

600 бит/c

CCH/video

Передача команд управления камерой

Канал управления и сигнализации 

600 бит/с

CCH/kinematics

Передача команд управления кинематикой

Канал управления и сигнализации

600 бит/с

CCH/notice

Передача сообщений оповещений( о смене модификации, изменении мощности)

Канал управления и сигнализации 

600 бит/с

DTCH

Передача видеопотока, передача сообщений подтверждения о доставке ССН

Выделенный канал трафика 

Не менее 1400 кбит/с

 

Список источников:

1) http://omoled.ru/publications/view/447

2) http://omoled.ru/publications/view/459

3) http://omoled.ru/publications/view/1180

4) Бакке А.В. - лекции по курсу «Системы и сети связи с подвижными объектами»

5) http://omoled.ru/publications/view/563