ФГБОУ ВО РГРТУ

Кафедра ТОР

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Системы и сети связи с подвижными объектами»

На тему:

«Радиосеть управления освещением»

Часть 1

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр. 519

Масленков А.В.

Проверил:

Бакке А.В.

                                                                                    Рязань, 2018 г.

Краткое описание темы            

Основная задача работы состоит в создании модели радиосети, предназначенной для управления  освещения.  Радиосеть  состоит  из  светодиодных  светильников,  оснащенных радиотерминалами. По команде пользователя осуществляется дистанционное включение/выключение светильника, установку дежурного освещения, плавную регулировку яркости любого из имеющегося в сети светильника/группы светильников, запуск подготовленного светового сценария. В обратном направлении по запросу передается температура излучающей панели, источника питания, ток потребления лампы. Сообщение от пульта управления может быть широковещательным (адресуется всем активным лампам), может относиться к конкретному терминалу или к произвольной группе.

Исходные данные к проекту                                                                                        

Максимальное количество светильников в сети: 120                                                      

Радиус зоны радиопокрытия: 300м (PR=90% покрытие на границе обслуживания)          

Тип управления яркостью светильника: выбирается самостоятельно                                 

Тип местности: торговое/выставочное/производственное помещение                           

Вероятность ошибки на бит Pb : 10^-5                                                                                

Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно. 

1. Постановка задачи и формулирование технических условий функционирования сети

1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений. Задачи служб уровня приложения пользователя.

Целью данной курсовой работы является разработка сети дистанционного управления освещением. Предположим, что есть некоторое торгово-выставочное помещение, в котором используется светодиодное освещение. Поскольку помещение имеет значительную площадь и требуется возможность в различных частях помещения (например, для разных экспонатов выставки) устанавливать различные уровни яркости, удобно и эффективно использовать именно дистанционное управление освещением.     Предполагается, что пользователь устанавливает на компьютер специально приложение, а каждый светильник оснащается терминалом. С помощью пульта дистанционного управления (ПУ) и приложения (П) пользователь может управлять параметрами освещения, а именно:

•        Включать/выключать отдельные группы светильников (с помощью интерфейса пользователя или акустическим способом).
•        Регулировать яркость отдельных групп светильников.
•        Устанавливать дежурное освещение.
•        Запускать подготовленный сценарий.

Также пользователь по запросу получает значения  температуры излучающей панели, источника питания, ток потребления лампы.

Кроме того у пользователя есть возможность акустического управления освещением, то есть включение/выключения освещения в той части помещения, где он находится. Для этого каждый терминал светильника будет оснащен микрофоном. Принимая определенный акустический сигнал, терминал отправляет сообщение на пульт управления, который формирует команды включени/выключения для всех терминалов в заданной части помещения.

                           

Рисунок 1. Простейшая иллюстрация предполагаемой архитектуры сети

Отношения пользователь-сеть представлены на следующем рисунке в виде схемы.

Рисунок 2. Схема отношений пользователь-сеть

Пользователь взаимодействует с объектом управления с помощью соответствующих команд и может получать от объекта управления данные телеметрии. Пользователь работает со своим интерфейсом, где непосредственно выбирает нужные ему команды. Пользовательское приложение связано с пультом управления, который взаимодействует со службой управления сетевого терминала, осуществляющего выполнение команд пользователя. Приложение и пульт управления осведомлены о составе объектов управления, каждый терминал имеет свой  идентификатор (МП).

1.2. Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, анализ параметров сеанса, формализация требований к качеству соединения и объему требуемых ресурсов. Характеристика информационного  трафика  в  прямом  и  обратном  направлениях  передачи:  вид  трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п.

Информационный поток в данной сети имеет двунаправленный характер. В прямом направлении передаются сообщения управления и широковещательное сообщение. В обратном направлении: сообщения о готовности к работе, выполнении команд и телеметрии. Трафик в данной системе нерегулярный, пульт управления и терминалы управляемых объектов сети обмениваются между собой короткими информационными сообщениями, включающими в себя команды и пакет телеметрии. Передача команд управления может выполняться раз в несколько секунд, а получение пакета телеметрии - раз в несколько минут. Так что можно передавать сообщения с относительно небольшой скоростью. Основным требованием является – передача сообщений без ошибок и коллизий.

В данной сети существует только один сеанс, который начинается с момента запуска пользователем приложения. Условно назовем его сеансом управления, поскольку в рамках него решаются задачи управления параметрами освещения.

1.3. Обоснование предполагаемой архитектуры радиосети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Пояснение модели выполнения телекоммуникационной задачи на примере многозвеньевой схемы взаимодействия элементов сети.

Топология сети- звезда, так как все объекты управления связаны с пультом управления, но не имеют связи между собой, поскольку это не требуется.

Пользователь запускает приложение, которое инициирует опрос состояния, пульт управления опрашивает каждый объект системы на предмет готовности к работе и получает данные с датчиков телеметрии. Стоит отметить, что пульт управления всегда ведет сбор телеметрии раз в несколько минут и имеет возможность при необходимости самостоятельно изменять параметры освещения. Данные телеметрии сохраняются в буфер. На основании этих данных ПУ отправляет приложению уведомление о готовности к работе и состоянии всех светильников. Приложение в свою очередь обновляет интерфейс, позволяя пользователю следить за состоянием светильников. 

Наблюдая через интерфейс готовые к работе светильники, пользователь с помощью интерфейса выбирает нужные ему действия, приложение и пульт управления формируют команды управления, которые с помощью радиотерминала посылаются терминалу нужного объекта, далее микроконтроллер разбирает полученные команды и исполняет заданные действия, отправляя на пульт управления отчет о выполнении команды. ПУ отправляет отчет приложению, которое вновь обновляет интерфейс, чтобы пользователь мог видеть результат выполнения команды.

Пользователь также может при помощи приложения запросить данные телеметрии, которые поступят из буфера пульта управления.

 

Рисунок 3. Трехзвеньевая схема взаимодействия элементов сети

1.4.  Формулирование и пояснений стратегии поведения сетевых объектов, введенных в п.1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и командного узла.

На основании сказанного в пункте 1.3 можно описать стратегию поведения терминала следующим образом:

1.      Получение команд от пульта управления и их исполнение. Здесь стоит отметить следующие функции терминала, связанные с исполнением команд управления:

-        Включение/выключение освещения.

-        Регулировка яркости.

2.      Передача на пульт управления данных телеметрии.                                                                                                             

Согласно данной стратегии сетевой терминал должен включать в себя следующие функциональные блоки:

•       Радиотерминал, непосредственно выполняющий прием команд и передачу телеметрии.
•             Микроконтроллер, который обрабатывает и выполняет полученные команды, а также ведет сбор телеметрии с датчиков.   
•       Два источника питания. Один для питания самих светильников, второй для отдельного питания микроконтроллера и микрофона.
•             Микрофон, который принимает определенный акустический сигнал
•              Блок регулировки мощности для изменения яркости освещения.
•        Выключатель для ручного управления.