Курсовая работа по дисциплине:

«Системы и сети связи c подвижными объектами»

на тему:

«Радиосистема управления подвижными объектами»

 

Выполнил: ст. гр. 619

                                                                                           Рихард А.И

 

Цель работы: 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: 800 м (PR=70% покрытие на границе обслуживания)

Тип местности: пригород, сельская местность

Скорость передачи данных: определяется контекстом прикладного решения

Вероятность ошибки на бит Pb: 10-7

Мощность излучения подвижной станции Ризл: < 0.3 Вт

Радиоинтерфейс: OFDM

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 терминального оборудования и интерфейса пользователя/объекта управления.

Рассмотрим радиосеть, предназначенную для радиоуправления наземным подвижным объектом (ПО). В качестве ПО будет использоваться снегоуборочная машина, задачей которой будет, соответственно, являться уборка снега. Для управления ПО пользователю потребуется некое терминальное оборудование, в нашем случае это будет управляющие устройство (УУ), которое имеет незначительные габариты, то есть является носимым устройством.

Для управления ПО на расстоянии, на УУ должен будет поступать видеопоток в реальном масштабе времени. Таким образом, на ПО необходимо будет установить видеокамеру, при этом для хорошего обзора местности вокруг ПО данная видеокамера должна будет обладать возможностью вращения на 360°. На ПО также необходимо будет установить датчики телеметрии, которые необходимы для сбора информации о состоянии нашего ПО и передачи данной информации на УУ, например к такой информации можно отнести данные о заряде аккумулятора или данные о давлении в шинах. То есть благодаря данным с датчиков телеметрии, пользователь сможет наблюдать на УУ состояние отдельных элементов ПО. Как было сказано ранее пользователь будет управлять ПО на расстоянии, то есть, если ПО выйдет из строя или прервется связь, то пользователю придется идти и искать ПО, опираясь на последние видеоизображения. Таким образом, для упрощения поиска ПО, в случае потери связи или выхода из строя ПО, и более четкого контроля местоположения нашего ПО при его управлении, нам потребуется закрепить на ПО датчики GPS, которые определяют точное местоположение ПО. 

Пользователь с помощью УУ будет управлять движением ПО, вращением камеры, а также движением ковша, который необходим для уборки снега. Таким образом, на УУ будет находится три джойстика управления. При воздействии пользователя на любой из джойстиков, например пользователь повернул джойстик управления движением ПО влево, на УУ будет сформирована соответствующая команда управления и передана на ПО, то есть ПО, получив данную команду управления, начнет движение влево.

Таким образом, в направлении УУ-ПО будут передаваться команды управления, с помощью которых осуществляется движение нашего ПО, вращение камеры и движение ковша. В направлении ПО-УУ будут передаваться данные телеметрии, GPS и видеопоток, благодаря которым пользователь сможет осуществлять корректное управление ПО и будет иметь четкое представление о состоянии отдельных элементов ПО, а также о его точном местоположении.

Отношение  «пользователь - сеть» будем рассматривать в виде нескольких уровней детализации. На первом уровне детализации (Рисунок 1) будет рассматриваться взаимодействие между пользователем и ПО на уровне абстрактных предположений. Между ними происходит информационный обмен: от пользователя поступают команды, от ПО поступает видеопоток, данные GPS и данные телеметрии, о которых более подробно говорилось ранее.


Рисунок 1. Первый уровень детализации.

Второй уровень детализации (Рисунок 2) будет включать в себя средства необходимые для взаимодействия пользователя с ПО и наоборот. Пользователь должен будет взаимодействовать с неким терминалом (оборудование пользователя), в нашей радиосети таким терминалом является УУ, а объект управления будет взаимодействовать с контроллером управления.


Рисунок 2. Второй уровень детализации.

В третьем же уровне детализации (Рисунок 3) оборудование пользователя будет включать в себя приложение, которое обеспечивает службу доставки и приема сообщения. Контроллер управления, в свою очередь, включает в себя службы управления, которые занимаются сбором данных телеметрии, GPS и видеопотока и их передачей, а также осуществляют прием команд управления и их реализация.


Рисунок 3. Третий уровень детализации.

Рассмотрим последний уровень детализации, в нашем случае это четвертый уровень детализации (Рисунок 4). Для осуществления приема и  передачи данных нам потребуется радиотерминал. Так же нам будет необходим модуль подлинности (МП), который содержит код, позволяющий осуществить подключение к необходимому ПО.


Рисунок 4. Четвертый уровень детализации.

Таким образом, подытожив выше сказанное, в рамках телекоммуникационной услуги задачей терминального оборудования (контроллер управления) является сбор данных с датчиков телеметрии и передача их на УУ, вместе с данными телеметрии также будет осуществляться передача данных GPS и видеопотока в реальном масштабе времени. Также контроллер управления осуществляет прием команд управления от УУ. В данной радиосети будет использоваться лишь два объекта (УУ и ПО), то есть топология сети - «точка - точка». Топология  «точка - точка» обеспечивает обмен сообщениями между ПО и УУ по выделенному каналу связи. Так как будет использоваться лишь два объекта, то ПО нет необходимости присваивать совой идентификационный номер. 

Задачей интерфейса взаимодействия пользователя с объектом управления является приём и вывод на экран видеопотока в реальном масштабе времени и данных телеметрии, GPS, а также передача команд управления (типы команд управления были рассмотрены выше). 

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.

На основании сказанного в пункте 1.1. рассмотрим сеанс предоставления телекоммуникационной услуги. Сеанс предоставления телекоммуникационной услуги начнем с момента прибытия пользователя с выключенным ПО в точку начала движения. 

На ПО будет расположена кнопка питания, при нажатии на которую пользователь может включить ПО, а если ПО уже включено то, нажав на такую кнопку, ПО можно выключить. На УУ будет аналогичная кнопка питания. Таким образом, первое, что должен будет сделать пользователь это включить ПО и УУ.

После включения ПО, ПО будет осуществлять поиск широковещательного сообщения, которое будет содержать информацию об УУ. То есть в широковещательном сообщении будет содержаться идентификационный номер владельца, который заранее будет уже знать ПО. Таким образом, ПО будет искать «необходимое» широковещательное сообщение. УУ после включения начнет вещать широковещательное сообщение, содержащее идентификационный номер владельца.

При обнаружении «необходимого» широковещательного сообщения ПО отправит на УУ запрос на подключение. УУ, получив данный запрос, отправит ответ о подтверждении или отказе в подключении.

ПО, получив подтверждение в регистрации, начнет отправлять данные телеметрии и GPS, а также видеопоток в реальном масштабе времени на УУ. Таким образом, на экране отобразятся данные телеметрии, данные о местоположении ПО (данные GPS) и будет получено изображение с камеры в реальном масштабе времени.

После приема данных от ПО, пользователь сможет начать корректное управление ПО. То есть пользователь начнет управлять ПО, воздействуя на джойстики, тем самым с УУ на ПО будут передаваться команды управления.

Также хотелось бы отметить, что при заряде аккумулятора ниже одного процента, пользователем будет получено сообщение следующего вида:  «Прекращение дальнейшей работы ПО в связи с низким зарядом аккумулятора».

 В нашей радиосети самым большим объемом передаваемой информации будет являться видео трафик. Видео трафик будет поступать от ПО на УУ, таким образом предполагается, что на ПО будет установлена камера видеонаблюдения с расширением 2М(1920х1080) и D1(704x576), из характеристик данной камеры (Рисунок 5) можно сделать вывод, что объем передаваемого трафика будет составлять минимум 3 Мбит/с, а максимум       9 Мбит/с. Данная видеокамера будет обладать возможностью вращения на 360° , таким образом будет обеспечен обзор 360°. Для передачи данных телеметрии и GPS будет достаточно скорости 64 кбит/с, а для передачи команд управления и вовсе будет достаточно скорости 32 кбит/с, так как предполагаемый объем передаваемой информации до 3 кбит, поэтому данных скоростей будет достаточно, чтобы обмен информации произошел менее чем за секунду.


Рисунок 5. Расчёт видео потока.

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.

Наша радиосеть предполагает радиоуправление ПО и получение от него видеопотока в реальном масштабе времени, а также данные телеметрии и GPS. Для реализации такой радиосети, как было сказано ранее, используется архитектура сети - «точка –точка». На основании четырех уровней детализации, проработанных в пункте 1.1, можно изобразить архитектуру радиосети, состоящую из четырех уровней (Рисунок 6).


Рисунок 6. Архитектура сети.

Рассмотрим многозвеньевую модель сети. Данная модель будет в себя включать 2 звена и 3 слоя. 

    После того как пользователь включает ПО и УУ, УУ начинает вещать широковещательное сообщение (BCCH), а ПО наоборот осуществляет поиск BCCH. ПО «услышав» данное BCCH, отправит запрос на подключение. УУ, получив данный запрос, примет решение о подтверждении или в отказе на подключение, и отправит соответствующий ответ на ПО. ПО, получив подтверждение в подключении, начнет передавать данные телеметрии и GPS, а также видеопоток в реальном масштабе времени на ПО. Пользователь получив на экране изображение с камеры и отображение датчиков GPS и телеметрии, может приступить к корректному управлению ПО, то есть с УУ на ПО начнут поступать команды управления. Завершить сеанс телекоммуникационной услуги может ведущий терминал, таким терминалом является УУ. То есть сеанс завершается решением пользователя. Исходя из вышесказанного, можно построить двухзвеньевую модель сети (Рисунок 7).


Рисунок 7. Двухзвеньевая модель сети.

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 УУ: 

  • Отправка широковещательного сообщения (BCCH), с определенной кодовой последовательностью 
  • Прием данных телеметрии, GPS и видеопотока в реальном масштабе времени 
  • Отправка команд управления

Таким образом наше УУ передает широковещательный сигнал, с определенной кодовой последовательностью. При успешном «обнаружении» ПО, начнется прием данных телеметрии, GPS  и видеопотока. Затем благодаря поступающему видеопотоку (появляется изображение с камер) можно будет отправлять необходимые команды управления. Исходя из вышеизложенного, построим функциональную схему УУ (Рисунок 8).


Рисунок 8. Функциональная схема УУ

Стратегия поведения ПО:

  • Обнаружение BCCH, с определенной кодовой последовательностью 
  • Сбор данных телеметрии, GPS и видеопотока 
  • Передача данных телеметрии, GPS и видеопотока 
  • Получение команд управления

Таким образом наш ПО при включении начинает сбор данных телеметрии иGPS, затем идет обнаружение необходимого широковещательного сигнала. Послеуспешного «обнаружения» ПО начнет передавать данные телеметрии, GPS и видеопоток. Далее ПО будет осуществлять прием команд управления и их реализовывать. Исходя из вышесказанного, построим функциональную схему ПО (Рисунок 9).


Рисунок 9. Функциональная схема ПО

Библиографический список