Курсовая работа по дисциплине:
«Системы и сети связи cподвижными объектами»
на тему:
«Радиосеть управления подвижными объектами»
Выполнил: ст. гр. 519
Антонов Д.В.
Целью работы
является разработка радиосети, предназначенной для радиоуправления различными
наземными подвижными платформами. На подвижной платформе размещается
оборудование, которое может быть также объектом управления или являться
источником информационных сообщений для центра управления (телеметрические
данные, аудио/видео поток и т.п.). В прямом направлении на подвижный объект
поступают команды управления движением и запросы для размещенного на платформе
оборудования, в обратном – различные информационные сообщения .
Исходные
данные к проекту
Радиус зоны
обслуживания: 500 м (PR=85% покрытие на границе обслуживания)
Тип местности: пригород, сельская местность
Скорость передачи данных: определяется контекстом
прикладного решения
Вероятность ошибки на бит Pb: 10-6
Мощность излучения подвижной станции Ризл: < 0.4
Вт
Радиоинтерфейс: OFDM
Диапазон частот, вид модуляции выбирается
самостоятельно.
П.
1. Постановка задачи и формулирование технических условий функционирования
сети.
В данной курсовой работе требуется разработать сеть
, предназначенную для управления подвижными объектами. В контексте данного КП в
качестве прикладного решения можно предложить систему распределения обьектов в
складском помещении. В таком случае обьектами сети будут являтся Центр
управления, базовая станция и подвижные базы.
Подвижная база (далее по тексту ПБ) должна находится
в зоне действия базовой станции, которая соединена с центром управления.
Центр
управления (далее ЦУ) предназначен для сбора данных телеметрии, постановки
задачи для каждой ПБ и контроля ее выполнения.
ПБ в свою очередь предназначены для перемещения
обьектов из одной точки склада в другой.
В состав ПБ (рис.1.) входит :
·
Система слежения, в состав которой
входят камеры слежения и приводы, для корректировки поворота камер.
·
Датчики телеметрии, которые снимают
информацию о состоянии отдельных элементов ПБ (заряд аккумулятора, давления в
шинах, нагруженность и др.)
·
Модуль памяти (М.Пам.), в который
записывается маршрут движения ПБ.
·
Контроллер движения (К.Д.) , выполняющий
преобразование маршрута в последовательность элементарных движений(движение в
прямом направление, поворот в N-ое
направление) и реализацию их.
·
Модуль GPS- который определяет точное
местоположение ПБ, которое необходимо для передачи на ЦУ и для корректировки
движения в К.Д.
·
СЭП- система электропитания, которая
состоит из аккумулятор и система преобразования тока (для питания отдельных
блоков).
·
Система управления- собирает данные с
блоков, упаковывает и передает на Р.М. Так же предназначен для реализации
режима сна (после отключения от базовой станции). Содержит в своем составе
модуль подлинности.
·
Радиомодуль- предназначен для приема и
передачи сообщений из радиосети и передачу их на систему управления.
Рис.1.Функциональная схема ПБ
Данные телеметрии поступая в ЦУ , разделяются для
каждой машины и используются для оценки работоспособности как всей системы
(достаточно ли работоспособных машин для выполнения задачи), так и отдельных
машин (в том числе составных узлов отдельной машины).
·
Данные GPS используются для определения
местоположения каждой машины и позволяют наблюдать текущее местоположение
каждой из них ( с целью предотвращения столкновения между несколькими ПБ).
·
Видеопоток позволяет более подробно
просмотреть местоположение отдельной ПБ, и при необходимости вести ручное
управление с помощью контроллера (с целью выполнения действий, не подлежащих
автоматизации).
·
Так же ЦУ имеет отдельный интерфейс для прокладки
маршрутов каждой ПБ используя координаты ( пользователь строит подробный
маршрут движения, который затем переводится в последовательность координат , по
которым следует база).
·
Для удобства определения , с какой машины
поступают данные, имеются встроенные модули подлинности. Так же эти модули
необходимы для выделения канала связи. Номер МП используется для это необходимо
для определения с какой машины поступают данные . При каждом подключении к сети
машине выделяется канал связи, который закрепляется за ней до окончания сеанса.
Рис.2.Топология
сети.
На рисунке 2 представлена предлагаемая топология
сети. Она составлена из соображений, что ПБ не должны взаимодействовать друг с
другом, а так же независимости функционирования всей системы от работоспособности
одной из подключенных ПБ (на случай выхода из строя ПБ во время работы). Для
реализации такой системы подходит топология "звезда".
Разберем более подробно сеанс управления ПБ. При
необходимости пользователь может составить отдельным маршрут как для каждой ПБ,
так и для 1 определенной. Составленный маршрут преобразуется в
последовательность географических координат и передается на ПБ через базовую
станцию. БС передает маршрут в широковещательном режиме. Получаю сообщения в
системе управления ПБ декодируется служебная часть и определяется
принадлежность сообщения. Если указанный в сообщении адрес совпадает с
идентификационным модулем, то сообщение загружается в модуль памяти, стирает
при этом устаревший маршрут, в том случае если ПБ находится в режиме ожидания.
Если же ПБ еще не закончила предыдущий маршрут, новый сохраняется в памяти и
ожидает окончание текущего. Если же пользователю необходимо , что бы ПБ
приступила к выполнению в данный момент времени, через интерфейс в ЦУ
управления можно отправить дополнительное служебное сообщение на прекращение
текущего маршрута и его стирание.
В свою очередь ПБ передают по средствам Р.Т. в ЦУ
управления данные. Информация с блоков GPS и
телеметрии передается постоянно в виде текстовой информации. С целью снижения
нагрузки на сеть маршруты загружаются в память и обновляются по мере
завершения/редактирования ранее созданного маршрута. Основную нагрузку на канал
связи составят видеопотоки с систем слежения (приведенный ниже расчет выполнен
из соображений 1 ПБ=1 камера, система из 3 ПБ).
В случае выхода из строя одной из ПБ ЦУ управления
отправляет служебное сообщение о прекращении работы блока К.Д. Так же с целью
экономии трафика отключается система видеослежения.
Расчет
видеопотока для 1 камеры:
Разрешение: VGA 0.3Mpix
Количество кадров в
секунду:25 к/сек
Битрейт: 0.1 МБит/с
Обьем трафика в сутки с 3-х камер составит:47,3 Гбайт
Базовая станция по требованию ЦУ в широковещательном
режиме передает требования для подключения. После чего ПБ выполняют подключение
и аутентификацию. После прохождения аутентификации ЦУ запрашивает данные
телеметрии, для проверки работоспособности ПБ. ПБ, не пригодные к работе
отключаются, что бы не занимать канал. Если ПБ готова к выполнению задачи, она
продолжает трансляцию телеметрии и начинает трансляцию видео потока ,
параллельно ожидая данные маршрута. ПБ отключается от базовой станции только по
команде от ЦУ. Ниже приведена многозвеньевая схема взаимодействия элементов
сети (рис.3.).
Рис.3. Многозвеньевая схема взаимодействия обьектов и сети
Поведение сетевых обьектов:
ПБ:
1.Обнаружение сети.
2.
Аутентификация.
3.Выполение сценария реализации запрошенной услуги.
Базовая
станция:
1.Заявление о себе (передача широковещательного сообщения)
2.Подготовка каналов связи для реализации услуги.
3.Реализация услуги передачи данных
4.Освобождение
зарезервированных каналов.
Центр
управления:
1.Запрос
услуги
2.Проверка
возможности реализации услуги
3.Подготовка и передача сообщений
4.Завершение сеанса
Реализация запрошенной услуги ПБ включает в себя:
предоставление ЦУ данных телеметрии для проверки работоспособности, передача
текстовой информации и видеопотока и реализация запрошенного перемещения.
ЦУ в свою очередь запрашивает услугу организации
каналов у базовой станции, проверяет готовность ПБ к реализации услуги,
передачу текстовой информации и завершение сеанса.
Задача базовой станции сводится к проверке модулей
подлинности ПБ и выделению(освобождению) канального ресурса.