Курсовая работа по дисциплине

«Системы и сети связи с подвижными объектами»

На тему:

«Радиосеть сбора данных»

Часть 1 

Выполнил:

ст. гр. 619

Королев М.Д.





Краткое описание темы:

Система предназначается для обеспечения беспроводного сбора данных с удаленных объектов (датчиков). Сканер сети может располагаться на транспортном средстве и в процессе движения обеспечивает обнаружение ближайших сетевых объектов. На обнаруженных объектах идентифицируются активные датчики, с которыми при необходимости проводится процедура загрузки/выгрузки данных. Получателем информации, собранной сканером, а также источником данных для загрузки на определенные сетевые объекты, является центр сбора данных.

Исходные данные к проекту:

Максимальное количество объектов в зоне радиопокрытия: 55

Радиус зоны обслуживания: 400 м (PR=80% покрытие на границе обслуживания)

Тип местности: городские условия, складские/производственные помещения

Вероятность ошибки на бит Pb: 10-6

Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,1 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.

 1.1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы

 Данная радиосеть предназначается для сбора данных с источников информации (станки, датчики) на территории предприятий. Датчики, подключенные к электроавтоматике станка, будут считывать информацию о количестве рабочих циклов, простое, количестве ошибок, брака.  Практическое применение сети позволяет:

  •        поддерживать стабильность технологии (уменьшить брак, недоработки, переделки), ускорить переналадку производства;
  •        поддерживать оборудование в работоспособном состоянии, предотвращать отклонения (остановки, простои), аварии (или уменьшить их последствия);
  •         снизить нагрузку на персонал и требования к его квалификации.

Для реализации данной сети необходимы: информационные источники, которыми являются датчики, установленные в станках; сканер сети(СС), управляемый пользователем 1(мастер цеха); центр сбора информации, который представляет собой персональный компьютер пользователь 2(начальник цеха). Сбор информации происходит в конце рабочей смены следующим образом: пользователь 1 имея при себе СС производит сбор информации с терминалов(станков) проходя около их, стоит отметить ,что в СС заложена схема расположения станков, полученную информацию мастер может просмотреть, сохранить на устройстве и отправить на Интернет-ресурс, доступ к которому имеет ограниченный круг лиц, одним из которых является начальник цеха, таким образом конечным получателем информации является пользователь 2. Также предусмотрен вне плановый сбор информации путем подачи команды от пользователя 2 к пользователю 1.

 1.1.2 Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений.

Рассмотрим схематизацию отношений пользователь-сеть в виде нескольких уровней детализации. На первом уровне детализации(рис.1) рассмотрим взаимодействие между пользователями и объектом управления на уровне абстрактных предложений. 

Рисунок.1 Первый уровень детализации.

Второй уровень детализации (рис.2) подразумевает средства необходимые для взаимодействия пользователей и объекта управления. Пользователь 2 взаимодействует с пользователем 1 с помощью ЦСИ (ПК), а пользователь 1 с помощью СС в виде планшета, а объект управления взаимодействует с СС через терминал.


Рисунок.2 Второй уровень детализации.

В третьем уровне детализации (Рис.3) ЦСИ и СС включают в себя приложение, установленное на операционной системе, которое обеспечивает доставку и прием сообщений, терминал включает в себя датчики и контроллер, датчики необходимы для сбора информации, а контроллер получает и обрабатывает входящие данные.


Рисунок.3 Третий уровень детализации.

На четвертом уровне (Рис.4) детализации рассмотрим хранение, прием и передачу данных. На терминале данные полученные с датчиков хранятся на флэш-накопителе(ФН). На СС, также, полученные данные сохраняются (в случае отсутствия интернет соединения) в памяти устройства, на ЦСИ не предусматривается хранение данных, так как данные полученные от СС хранятся на Интернет-ресурсе. Для осуществления передачи и приема информации между СС и терминалом нам понадобится радио терминал, для связи СС И ЦСИ на понадобится 3G модуль и интернет ресурс.


Риунок.4 Четвертый уровень детализации.

1.1.3 Задачи служб уровня приложения пользователя.

Задачей терминального оборудования является сбор данных с датчиков и передача их на СС, также задачей терминала является прием команд от СС. Задачами СС являются прием команд от ЦСИ, прием данных от терминала и передача команд терминалу. Интерфейс взаимодействия пользователей с объектом управления является прием и вывод на экран полученной информации, а также команды, формируемые от СС к терминалу (произвести сбор данных), и от ЦСИ к СС (произвести опрос терминалов).

1.2. Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, выявление ключевых параметров сеанса. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п.. Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.

 1.2.1 Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, выявление ключевых параметров сеанса.

Терминалы находятся в режиме ожидания и ждут широковещательного сообщения от СС. При запуске приложения на СС происходит передача широковещательного сообщения, так как в приложении СС заложено расположение станков, то система автоматически определяет номера терминалов, и на экране СС отобразятся доступные терминалы(Рис.5).


Рисунок. 5 Интерфейс СС.

Пользователь 1 может опросить все доступные терминалы, либо выбрать несколько, после нажатия кнопки опросить пользователь 1 проходит вблизи (радиус 5 метров) терминалов и производит сбор данных. На экране сканера отобразится полученная информация (рис.6). В случае ошибки приема на экране отобразится ошибка, в этом случае пользователю 1 необходимо подойти к терминалу, с которого не получилось снять информацию, и система автоматически отправит повторный запрос на получение данных.

После сбора информации происходит отправка данных на сайт, путем нажатия кнопки “выгрузка данных”, доступ к которому имеет пользователь 2, на экране монитора ЦСИ отобразится полученная информация. В случае отсутствия интернет соединения данные можно сохранить на СС, а после отправить в сеть.  

В случае если запланирован внеплановый сбор информации, то с ЦСИ поступает команда на СС с целью опросить терминалы, на СС приходит уведомление (связь ЦСИ и СС осуществляется через сайт следующим образом: СС отображается на веб ресурсе, как доступное устройство для сбора информации и с помощью соответствующих кнопок с ЦСИ отправляется команда для сбора информации, на СС соответственно приходит оповещение), затем происходят аналогичные действия, описанные выше.

Таким образом информационный поток имеет двунаправленный характер. Завершением сеанса является выход из приложения на СС путем нажатия соответствующей кнопки. 


Рис.6 Интерфейс сканера сети.


1.2.2Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п.. Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.

Так как информация, снятая с датчиков, передается в цифровом виде и занимает небольшой объем, то для ее передачи достаточно скорости 64кбит/c, для передачи информации с СС на ЦСИ необходимо интернет соединение, в нашем случае это 3G сеть, для этого достаточно скорости до 5Мбит/c. При этой скорости загрузка веб-сайтов происходит за 1 секунду, а для загрузки данных 5 Мбайт необходимо 11 секунд, что вполне достаточно для наших объемов.  

1.3. Обоснованный выбор архитектуры радиосети. Разработка многозвеньевой модели сети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Проработка сценария выполнения телекоммуникационной задачи с использованием многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети.

1.3.1. Обоснованный выбор архитектуры радиосети.

Основными элементами сети являются: центр сбора информации (ЦСИ), сканер сети (СС), терминалы(Т). Цель данной сети является передача данных с терминалов на ЦСИ через СС, поэтому архитектура сети будет иметь тип “дерево” (рис.7).



Рисунок.7 Архитектура сети.


1.3.2. Разработка многозвеньевой модели сети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Проработка сценария выполнения телекоммуникационной задачи с использованием многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети.


Рис.8 Многозвеньевая модель сети.

Задача нашей телекоммуникационной сети состоит в передачи данных от терминала к ЦСИ. С помощью многозвеньевой модели(рис.8) сети отобразим выполнение данной задачи. Данная модель отображает взаимодействие сетевых объектов: ЦСИ производит запрос об активности СС, затем СС производит опрос терминалов путем отправки широковещательного сообщения, тем самым выводит их из режима ожидания. Следующая процедура состоит в получение данных: СС делает запрос, а Т отвечает и передает данные, после происходит завершение сеанса между Т и СС. Последним этапом является выгрузка данных с СС на ЦСИ и, также, завершение сеанса между СС и ЦСИ.

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

Стратегия поведения ЦСИ:

  •         Запрос об активности СС
  •        Получение данных от СС
  •       Уведомление СС о получении данных.
 



Рис.9 Функциональный состав ЦСИ.


На данном рисунке 9 изображен функциональный состав ЦСИ.  Функции ЦСИ заключаются в следующем: отправка запроса об активности на СС, прием данных от СС и обработка полученных данных и их визуализация.

Стратегия поведения СС:

  •        Отправка ШВС, формирования списка доступных терминалов
  •         Запрос на передачу данных, при возникновении неполадок, СС отправляет повторных запрос.
  •         Прием данных
  •         Выгрузка данных на ЦСИ.


Рис.10 Функциональный состав СС.

На рис.10 изображен функциональный состав СС. Таким образом, СС получает команды управления от ЦСИ, затем производит опрос терминалов путем отправки широковещательного сигнала, после производит сбор данных с Т, а также их обработку и визуализацию , и производит передачу данных на ЦСИ, либо сохранение данных на устройстве.

Стратегия поведения терминала:

·        Прием команд от СС.

·        Передача информации.

·        Переход в режим ожидания.



Рис.11 Функциональная схема терминала.

На рис.11 показана  функциональная схема терминала. При получении широковещательного сигнала Т выходит из режима ожидания, далее от СС поступает команда для сбора данных, и Т производит выгрузку данных на СС, после завершения сеанса терминал переходит в режим ожидания.

Библиографический список:

1.     Бакке А.В. – лекции по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами".

2.     Калюшина М.-  КП  на тему “Радиосеть сбора данных.Часть 1” http://omoled.ru/publications/view/1287

3.     Ложкин М.- КП на тему “Радиосеть сбора данных”

http://omoled.ru/publications/view/1182