1.Постановка задачи и формулирование технических условий функционирования сети
1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Пояснение предоставляемых сетью услуг пользователю; характеристика управляемых объектов.
1.2. Обоснование предполагаемой архитектуры сети в виде пояснения схемы взаимодействия "пользователь - радиосеть - объекты наблюдения", выделение ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение характера двунаправленного информационного потока сообщений пользователя. Формулирование цели и задач расчета.
1.3. Краткая характеристика интерфейса пользователя.
2. Расчетная часть.
2.1 Проработка функционального состава сетевого терминала (выделенного узла сети), отражающего выполнение возлагаемых на объект задач; анализ задач и структуры узла сбора данных.
2.2. Пояснение концепции решения следующих задач:
- оперативное реконфигурирование сети;- идентификация датчиков и получение от них оперативных данных с использованием ключевых звеньев доставки сообщений, пояснение функций каждого звена. Обоснование требуемой архитектуры радиосети.
Цель:
В данном курсовом проекте необходимо
разработать систему для беспроводного сбора данных с подвижных объектов в
процессе их движения по определенному маршруту. Точки доступа располагаются
вдоль трассы предполагаемого движения подвижного объекта и обеспечивают
получение оперативных данных с датчиков, расположенных на подвижных объектах.
Информация о прошедших через точку доступа объектах, а также сведения с
датчиков, передаются в центр сбора информации.
Исходные данные:
Радиус зоны радиопокрытия: 300м (PR=95% покрытие на границе
обслуживания)
Вероятность ошибки на бит Pb: 5*10-6
Мощность излучения подвижной станции Ризл: < 150 мВт
Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.
1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Пояснение предоставляемых сетью услуг пользователю; характеристика управляемых объектов.
Данная
система будет использоваться в автомобильных соревнованиях.
Для
выведения на табло текущих результатов гонщиков, информация о каждом участнике
передается в центр сбора информации (ЦСИ). Терминал получает данные с помощью
датчиков. После прохождения каждой контрольной точки, на точку доступа должны
поступать такие данные как: скорость движения, пульс водителей, температура
тела, температура двигателя, давление в шинах и количество топлива. Терминал и
датчики устанавливаются в автомобилях.
Для
обеспечения правильной работы системы, предусмотрен процесс идентификации
терминала и точки доступа. Для этого на ЦСИ создается журнал идентификационных
номеров для терминалов и точек доступа. Перед стартом, в ЦСИ всем терминалам и
точкам доступа присваиваются идентификационные номера, которые затем передаются
терминалам и точкам доступа. В информационной системе терминала хранится
идентификационные номера точек доступа. В зоне обслуживания точек доступа,
терминал определяет имеет ли право передавать сообщения в этой сети.
Пояснение
предоставляемых сетью услуг и характеристика управляемых объектов
Каждая
точка доступа оборудована приемником GPS Navstar, для организации в системе единой шкалы
времени. Она фиксирует момент появления участника в зоне обслуживания, и затем
передает это время, вместе с данными принятыми от терминала, на ЦСИ.
К
основным услугам отнесем:
· скорость движения автомобиля
· время фиксации точкой доступа каждого
участника.
К дополнительным услугам отнесем, такие
как:
· мониторинг состояния пилота (пульс,
температура тела);
· информация об автомобиле (температура
двигателя, давление в шинах, количество топлива);
Дополнительные
услуги предоставляются после соответствующего запроса.
Из
всего вышесказанного получается необходимо наличие следующих датчиков:
· датчик измерения скорости движения,
· датчик измерения пульса,
· датчик измерения температуры тела,
· датчик температуры двигателя,
· датчик давления в шинах,
· датчик оценки количества топлива.
1.2. Обоснование предполагаемой архитектуры сети в виде пояснения схемы взаимодействия "пользователь - радиосеть - объекты наблюдения", выделение ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение характера двунаправленного информационного потока сообщений пользователя. Формулирование цели и задач расчета.
Теперь
определимся с источниками и получателями информационных сообщений. Источником
сообщения является терминал, а получателем сообщения - центр сбора
информации (ЦСИ), через точку доступа. Терминал при прохождении через зону радиопокрытия
точки доступа(ТД), выясняет, какие данные он обязан предоставить, и
предоставляет их в виде сообщения. Тогда появляется вопрос, как терминал
выясняет какие данные он должен предоставить. Возможны два варианта. Первый
заключается в том, что оператор, находящийся в ЦСИ, отправляет на ТД запрос о
предоставлении дополнительной услуги, для этого на ТД имеется журнал
предоставления дополнительных услуг. Информация для дополнительной услуги может
быть снята либо со всех датчиков, либо частично. Для этого в журнале
предоставления дополнительных услуг, указывается с каких датчиков нужно
получить информацию. ТД формирует сообщение конкретному терминалу,
содержащее в себе какие дополнительные услуги должен оказать терминал. Второй
вариант: Терминал, не получает от точки доступа, сообщение о предоставлении
дополнительных услуг, т.е. терминал передаст на точку доступа сообщение,
которое будет состоять только из основных услуг.
Для
работы, пользователям, необходимо программное обеспечение.
Рисунок 1. Топология сети.
Таким образом, основными компонентами системы являются: терминалы, точки доступа и ЦСИ (рисунок 1).На терминалах необходимо радиооборудование для организации двухсторонней беспроводной связи. На точках доступа установлено, с одной стороны, оборудование для связи с терминалами, а с другой стороны оборудование, для обмена сообщениями с ЦСИ. ЦСИ находится в удаленном месте, имеет дистанционный доступ к информационным системам точек доступа, для возможности управления и контроля их работы, приема, хранения и обработки данных. ЦСИ получает данные с точек доступа, с помощью своих запросов на каждую точку доступа, тем самым ЦСИ опрашивает активность точки доступа. Опрос точек доступа выполняется не оператором, а с помощью алгоритма. В результате успешного приема данных ЦСИ отвечает подтверждением. Если точка доступа получает подтверждение, это является в свою очередь основанием для очистки журналов с данными.
Схема взаимодействия
«Пользователь-радиосеть-объект наблюдения».
Рассмотрим данную
систему, в виде нескольких уровней детализации.
Рисунок 2. Уровни детализации.
На первом уровне
происходит сбор информации терминалами с датчиков информации, так как в данной
курсовой работе требуется разработка беспроводного решения передачи данных, то
в терминалах и на точке сбора информации должны быть применены радиомодули
(РМ).
На втором уровне
происходит обмен данными между ТД (ТСИ) и ЦСИ с использование
специализированных приложений по каналам передачи данных (ПД).
На финальном этапе
детализации происходит доставка собранной информации по каналам ПД к
пользователям.
1.3. Краткая характеристика
интерфейса пользователя.
Рассмотрим интерфейс
пользователя (рис 3).
С помощью данного
интерфейса пользователю будет доступно:
· позиция спортсмена
· имя
· команда
· отрыв от соперника
· скорость движения автомобиля
· время фиксации точкой доступа каждого участника
По дополнительному запросу, тренеру и медицинскому работнику будут
доступны данные:
· о состоянии пилота (пульс, температура
тела)
· об
автомобиле (температура двигателя, давление в шинах, количество топлива)
Рисунок 3. Интерфейс пользователя
2. Расчетная часть.
2.1 Проработка функционального состава сетевого терминала (выделенного узла сети), отражающего выполнение возлагаемых на объект задач; анализ задач и структуры узла сбора данных.
Терминалом
является устройство сети, выполняющее следующие функции:
-
Доступ к сети и обслуживание пользователей.
-
Шифрование, дешифрование, сжатие данных, а также управление выводом
периферийного устройства.
-
Установление сеанса связи между двумя сторонами.
-
Распознавание участников системы, регистрацию и администрирование.
-
приём команд от ТД (ТСИ) и обработка их службой управления терминалом, т. е.
определение типа команды и принятие решения о её дальнейшем направлении (на
уровень L3, либо на микроконтроллер для передачи данных, или же
бездействие);
-
формирование пакета сообщений трафика и передача его ТД (ТСИ) после запроса;
-
формирование служебных сообщений, т. е. сообщений управления информационным
трафиком в форме сигналов ACK/NAK;
- переход в режим энергосбережения, т. е. после каждого сеанса связи каждый терминал переходит в режим сна до следующего сеанса связи.
Рис 5. Функциональная схема состава сетевого терминала (выделенного узла сети).
Сообщение,
пришедшее на приёмное устройство, декодируется (FEC), затем происходит
формирование сообщения L2 уровня, которое поступает на блок проверки
целостности поступившего сообщения. Информация о проверке направляется
на блок принятия решений, в случае повреждения принимается решение о
запросе на повторную отправку. В информационной системе хранятся
данные о терминале и привязка к физическому лицу. Блок обработки и формирования
служебных сообщений служит для обработки принятых служебных сообщений и их
оценки, и в то же время для формирования служебных сообщений для ТД. Блок
формирования и обработки сообщений трафика, в свою очередь, служит
конкретно для формирования сообщений, содержащих показания датчиков, по запросу
ТД.
Терминал
при попадание в зоны радиопокрытия, выясняет какого вида ему необходимо
отправить сообщение (с основной услугой, с основной и дополнительной услугой).
С помощью радиомодуля осуществляется передача подготовленного
сообщения на точку доступа. На точке доступа с помощью радиомодуля осуществляется
прием сообщения от терминала. Для связи ЦСИ с каждой точке доступа, необходимо
предусмотреть подключение 3G модема, интерфейс соединения usb.
Для функционирования всех элементов точки доступа, имеется устройство
управления. Сообщения, отправляемые точкой доступа могут предназначаться, либо
всем терминалам, т.е. являются широковещательными, либо конкретному терминалу -
адресные.
К функциям узла сети в
составе ТСД относятся:
- опрос доступных
терминалов для получения данных;
- отправка повторного запроса при возникновении неполадок.
2.2.
Пояснение концепции решения следующих задач:
- оперативное реконфигурирование сети;- идентификация датчиков и получение от них оперативных данных с использованием ключевых звеньев доставки сообщений, пояснение функций каждого звена. Обоснование требуемой архитектуры радиосети.
Точка доступа передает
широковещательную информацию о сети, состоящей из идентификатора точки доступа,
профиля настройки физического уровня, пакетов временной и частотной
синхронизации, номера цикла передачи. Терминал принимает эту информацию. При
успешном сравнении найденного идентификатора с хранящимся в информационной
подсистеме, терминал понимает, что находится в зоне обслуживания «своей» точки
доступа, и имеет право передавать сообщения.
Происходит передача
текущих данных, на основе конкурентной борьбы. Рассмотрим, каким образом это
осуществляется. Терминал, загадывает случайным образом время задержки, т.е.
число канальных интервалов в диапазоне от 1 до N, в течение которых воздерживается от
передачи, при этом постоянно опрашивая службу радиоизмерений на предмет
незанятости канала связи. По истечении загаданной времени задержки и
незанятости канала связи, терминал незамедлительно по каналу случайного доступа
отправляет на точку доступа свой идентификатор и текущие данные, необходимые
для передачи. Например, в зоне обслуживания появились 3 терминала (Т1, Т2, Т3).
Терминал Т1 загадал число 6, терминал Т2 число 4, Т3 – 1. Выбирается наименьшее
загаданное число, т.е. терминал Т3 получает доступ к каналу связи, терминалы Т1
и Т2 отнимают от своих загаданных чисел единицу (т.к. Т3 загадал только 1
канальный интервал), и снова вступают в конкурентную борьбу за канал. Теперь у
Т1 число 5, у Т2 число 3, т.е. передачу осуществляет терминал Т2 и т.д.
Проигравшие терминалы на время передачи переходят в спящий режим. После
осуществления передачи данных, терминал должен получить сообщение
подтверждения. Если он не получил такого сообщения, то терминал заново вступает
в конкурентный доступ за канал (рис.2 ).
Если два конкурирующих
терминала загадали одно и то же число канальных интервалов, и как следствие не
получили пакет подтверждения. В этом случае терминалы пропускают 3 цикла
передачи от текущего номера цикла передачи, генерируют новое число и снова
вступают в конкурентную борьбу. Если при второй попытке у терминала снова
возникает коллизия, то он пропускает 2 цикла, и снова повторяет описанную выше
операцию. В последующих попытках терминал пропускает 1 цикл.
Пользователь,
находящийся в ЦСИ, отправляет на точку доступа запрос о предоставлении
дополнительной услуги от конкретного терминала. Точка доступа, по выделенному
каналу связи, посылает сообщение конкретному терминалу, с целью получения от
него дополнительной информации, требующейся в ЦСИ.
Спящий режим используется при ожидании терминалом своей очереди обслуживания точкой доступа, в результате конкурентной борьбы.
Оперативное реконфигурирование сети включает в себя следующий
список операций:
1. ТСД, в случае необходимости, обновляет список терминалов по
заданному местоположению.
2. В терминале информационную подсистему возможно
запрограммировать на предмет местоположения установки этого терминала
физического лица и список соответствия адресов (портов) и присоединенных к ним
датчиков.
3. ТСД имеет возможность запросить конфигурацию каждого терминала
в ЦСИ через систему ПД реализованную на базе средств подвижной связи (3G). В
составе блока управления устройством и ТСД присутствует специализированное ПО
для программирования терминала, с помощью которого существует возможность
изменить информацию в информационной подсистеме терминала. В составе базы
данных ЦСИ хранится информация всех действующих терминалов.
Список литературы:
1) Бакке А.В. , лекции по курсу “Системы и сети связи с подвижными объектами”