Курсовая работа

по дисциплине "Системы и сети связи с подвижными объектами"

Тема работы:

"Интеллектуальная радиосеть"


Выполнил:

студент гр. 519

Аладышев И.П.



Задание на курсовую работу.

 


Краткое описание темы:

Компактная сеть радиодоступа предназначается для объединения в единую сеть различных

электронных устройств с целью удаленного управления или сбора данных (технология «умный

дом»). Проектируемая сеть должна предоставлять пользователю возможность получать

информацию с каждого сетевого объекта, а также предоставлять доступ к удаленному

управлению терминалами (если это предусматривается условиями функционирования

соответствующего электронного устройства).

Исходные данные к проекту:

Максимальное количество терминалов в сети: 12

Радиус зоны обслуживания: 100 м (PR=90% покрытие на границе обслуживания)

Максимальная скорость передачи информационных данных: 128 Кбит/с

Тип местности: помещения, здания

Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 5*10-6

Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,05 Вт

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 компактной сети радиодоступа, которая позволяет объединить множество различных электронных устройств в единую сеть. Такая сеть предоставляет пользователю возможность дистанционного управления и получения информации с каждого сетевого объекта данной сети. Примером такой сети может служить технология "Умный дом".


Технологи "Умный дом" представляет собой интеллектуальную систему управления домом, обеспечивающую автоматическую  работу всех систем жизнеобеспечения и безопасности. Основной особенностью такой технологии является объединение отдельных подсистем и устройств в единый комплекс. "Умный дом" включает в себя 5 подсистем управления: безопасностью ,микроклиматом, аудиотехникой , освещением, видеонаблюдением.

Данная технология предоставляет пользователю получать информацию с датчиков находящихся в доме,а так же управление различными устройствами. Данную систему можно использовать в различных зданиях, в загородных домах и др.
Пример такой сети представлен на рис 1.
                                                                                              Рис. 1. Общая концепция сети

·      Пользователь взаимодействует с терминалами(датчики/сенсоры), с помощью точки доступа, которая отвечает за организацию  канала связи,  и некоторого пользовательского устройства. Пользовательское устройство представляет из себя устройство  с помощью которого  пользователь может взаимодействовать с терминалами. Это может быть смартфон, планшет, компьютер. Точка доступа, в данной сети, представляет из себя  контроллер, который отвечает за работу всей системы в целом. Она выполняет сбор и обработку информации с подключенных датчиков, а также прием и обработку полученных команд от пользователя (пользовательского устройства). 

·     Под «умным домом» принято понимать некое комплексное решение, объединяющее в себе все современные инженерные технологии для создания комфортного и удобного пространства.
Востребованность этого комплексного подхода определяется целым рядом ощутимых преимуществ :

  • Безопасность (с помощью системы видеонаблюдения, вы можете из любой точки мира наблюдать за изображением с камер, установленных у вас дома) 

  • Установив специальную охранную систему, у вас есть возможность не только просматривать изображения с камер видеонаблюдения, но и дистанционно включать и выключать сигнализацию. 

  • Если вы хотите, чтобы ваша любимая музыка следовала за вами по всему дому, то вам нужен мультирум. Эта система, позволяющая создать аудио  сопровождение по всему дому.

  • Экономия затрат на электроэнергию за счет автоматизации бытовых процессов здания;

  • Контроль над происходящим в доме при длительном отсутствии владельца и автоматическое оповещение его обо всех инцидентах;

  • Беспроводное соединение элементов оборудования между собой.

Недостатки системы " Умный дом" :
  • Высокая стоимость оборудования 

  • Возможность выхода из строя всей системы ( из-за поломки одного устройства)

  • Необходимость покупки всей системы вместе одного производителя ( приборы из разных компаний не будут работать вместе)

  • Сложность в установки данной системы 

Можно рассмотреть работу системы на  нескольких примерах:

Предположим, что пользователю необходимо увеличить температуру в комнате, для этого при помощи пользовательского устройства с выходом в Internet,(при удаленном управлении т.е. пользователь находится вне здания, где располагается данная сеть. Если же пользователь находится внутри здания, то взаимодействие может происходить по локальной сети, с помощью Wi - fi роутера),он открывает в приложении  «Умного дома»,  управление температурой в комнате, где устанавливает нужный уровень тепла.

В приложении формируются сообщение, которое по  сети Internet передаются на WEB-сервер, а после на точку доступа.  В  точке доступа , блок службы управления  фиксирует сообщение, обрабатывает  и  генерирует соответствующую  команду, а затем  передает  ее  конкретному терминалу по радиоканалу, с помощью радиомодуля. В терминале принятое сообщение разбирается блоком службы управления и выполняется, в данном случае устанавливается  требуемый уровень температуры. В обратном направлении с терминала на пользовательское устройство  поступает информация о его новом состоянии. Отсюда следует вывод, что  информационный поток имеет двунаправленный характер. 




                                                                    Рис. 2. Схема отношений пользователь - сеть 

На рис.2 осуществляется организация радиоканала, по которому происходит взаимодействие служб пользовательского оборудования и служб терминала(объект управления).Под объектом управления понимается датчики(сенсоры).В зависимости от объекта управления пользователь может получать нужную ему информацию с датчиков  (температуры, освещения  и др), или ему предоставляется возможность удаленного управления некоторыми устройствами. Для взаимодействия с терминалом у пользователя должно быть какое нибудь устройство с выходом в интернет ( телефон, компьютер и др.).

Для пользования приложением "Умный дом" необходимо оборудование пользователя. В качестве такого приложения представлен интерфейс пользователя (рис. 3).

С помощью данного интерфейса пользователь может:

  • Выбрать нужную ему комнату
  • Получить нужную ему информацию с разных датчиков
  • Управлять различными системами ( освещение, температурой помещения , безопасностью и др)
                                                                                                        Рис. 3. Интерфейс пользователя 

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. 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.


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 точкой доступа, но не имеют связи между собой, поскольку это не требуется.

Пользователь запускает приложение, которое запрашивает данные с точки доступа, точка доступа опрашивает каждый объект системы на предмет готовности к работе и получает данные с датчиков. На основании этих данных точка доступа отправляет пользователю уведомление о готовности к работе и состоянии всех датчиков. Приложение в свою очередь обновляет интерфейс, позволяя пользователю следить за состоянием датчиков. 

Пользователь с помощью интерфейса выбирает нужные ему действия, приложение и точка доступа формируют команды управления, которые с помощью радиотерминала посылаются терминалу нужного объекта, далее микроконтроллер разбирает полученные команды и исполняет заданные действия, отправляя на точку доступа отчет о выполнении команды. Точка доступа отправляет отчет пользователю на его приложение.


                                                                                        

                                             Рис. 4. 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) Прием и обработка запросов от ТД 

2) Выполнение команд управления

3) Сбор и передача измеряемых данных на ТД

4) Синхронизация с ТД


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


Радиомодуль - отвечает за прием/отправку сообщений по радиоканалу, обеспечение помехоустойчивости, избежание коллизий путем синхронизации, а также за оценку качества канала связи.

Блок управления -   нужен для взаимодействия всех модулей терминала. Осуществляет функцию управления терминалом 

Информационная подсистема  -  предназначена для  хранения информации: собственный идентификатор, идентификатор ТД, а также телеметрию.

Модуль управляемого устройства  - представляет  устройство, выполняющее различные функции (сбор данных и выполнение команд). 


Стратегия поведения точки доступа:


1) Передача широковещательных сообщений;

2) Опрос терминалов на передачу данных о телеметрии 

3) Прием и обработка команд управления от пользователя 

4) Синхронизация всех терминалов находящихся в зоне радиопокрытия


Функциональный состав точки доступа будет включать в себя:

Радиомодуль - отвечает за прием / отправку сообщений по радиоканалу, обеспечение помехоустойчивости, избежание коллизий путем синхронизации, а также за оценку качества канала связи.

Информационная подсистема - предназначена ,для хранения информации: собственный идентификатор, статистические данные о работе сети, также содержит список всех терминалов принадлежащих данной сети и соответствующую информацию о них (идентификаторы терминалов, информацию об их активности и др.)

Блок управления - нужен для взаимодействия всех модулей точки доступа. Осуществляет функцию управления ТД. 

Сетевой модуль - для взаимодействия с пользовательским оборудованием через внешние сети.



Рис. 4. Функциональный состав точки доступа и терминала 


Список используемой литературы:

  1.  Бакке А.В. Курс лекций по дисциплине: «Системы и сети связи с подвижными объектами».
  2. Д.С.  Кострица - КП " Компактная сеть радиодоступа". Часть 1 (Исправленная)