Рисунок 3. Второй уровень детализации

На третьем уровне детализации (рис.4) будут рассмотрены службы, которые обеспечивают передачу данных между сетевыми объектами, а также интерфейсы взаимодействия пользователей с оборудованием.

Оборудование пункта охраны включает в себя интерфейс, который позволяет оператору отслеживать все данные, поступающие на пункт охраны, в понятном ему виде, а также отдавать команды управления камерой и посылать текстовые сообщения охранникам.

Оборудование терминала также имеет интерфейс для вывода текстовых сообщений, переданных с пункта охраны на дисплей охранника.

У терминала есть служба сбора данных, которая осуществляет сбор данных с датчиков. Данные из этой службы предназначены для службы обработки данных на оборудовании пункта охраны, где эти данные обрабатываются и приводятся в понятный вид для оператора пункта охраны.

Каждый сетевой объект имеет соответствующие службы передачи данных, которые позволяют по установленным протоколам обмениваться данными. Так ТД имеет две службы обмена данными: для обмена данными с ТД, а также для обмена данными с терминалами.

Рисунок 4. Третий уровень детализации

         Четвертый уровень детализации (рис.5), в нашем случае последний, включает в себя оборудование для физической передачи данных между сетевыми объектами.

         Оборудование пункта охраны взаимодействует с ТД посредством 4G интерфейса. ТД и терминал взаимодействуют через радиотерминал. Данные с датчиков передаются на терминал через интерфейс Bluetooth. Таким образом службы передачи данных между ТД и терминалом сосредоточены в радиотерминале, дальнейшая разработка которого и будет вестись в данной работе

         Также на данном уровне детализации рассматривается передача идентификаторов ТД и терминалов на пункт охраны. Далее эти идентификаторы сверяются в журнале идентификационных номеров и оператор пункта охраны понимает с какой ТД и с какого терминала пришли данные.

Рисунок 5. Четвертый уровень детализации

Таким образов, подытожив выше сказанное, можно сделать вывод, что телекоммуникационная услуга состоит в передачи данных телеметрии с датчиков и видеотрафика с камеры на пункт охраны, а также передача с пункта охраны команд управления на устройство видеосъемки и коротких текстовых сообщений на терминал.

Также каждый терминал имеет свой идентификационный номер, который позволяет уточнять, данные какого охранника оператор отслеживает. В момент прошивки терминала ему присваивается идентификатор, этот идентификатор затем сопоставляется с данными охранника, которому этот терминал был выдан.  Данный идентификатор после прихода на пункт охраны сверяется с журналом идентификационных номеров и при нахождении совпадения выдает результат в виде имени и фамилии охранника оператору.

1.1.3. Задачи терминального оборудования и интерфейса оператора пункта охраны/ патрулирующего охранника.

Задачей терминального оборудования является сбор данных телеметрии с датчиков и передача их на пункт охраны. Задачей же интерфейса взаимодействия оператора пункта охраны и охранника – передача коротких текстовых сообщений с пункта охраны на терминалы. После прихода текстовых сообщений на терминал, они выводятся на дисплей охранников.

Задача интерфейса взаимодействия оператора пункта охраны с оборудованием пункта охраны: прием и вывод на экран данных телеметрии, а также видео от каждого терминала. Задача интерфейса взаимодействия охранника с терминалом: вывод текстовой информации, переданной с пункта охраны, на дисплей.

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.

В разрабатываемой радиосети под предоставлением телекоммуникационной услуги подразумевается передача данных телеметрии с терминала на пункт охраны, а также передача текстовых сообщений с пункта охраны на терминалы.

Сначала рассмотрим процесс передачи данных телеметрии с терминалов на пункт охраны. При патрулировании охранники передвигаются по указанному маршруту, вдоль которого расположены точки доступа. Терминалы, расположенные на каждом охраннике, через определенные промежутки времени опрашивают датчики для того, чтобы они передали данные телеметрии на терминалы. Когда на терминале накопится необходимый объем данных, терминалу будет необходимо передать их на пункт охраны. Для этого терминалы будут осуществлять взаимодействие с ТД. Терминалы будут устанавливать связь с точками доступа, и передавать данные телеметрии па пункт охраны через них. То есть ТД являются ретрансляторами передаваемой информации. На пункте охраны же принятые данные будут соответственно обработаны и выведены на экран оператора пункта охраны. Таким образом, оператор пункта охраны сможет отслеживать состояния всех охранников и при необходимости соответственно реагировать.

     Теперь рассмотрим процесс передачи текстовых сообщений с пункта охраны на ТД. Оператор пункта охраны может при необходимости посылать короткие текстовые сообщения на терминалы, для того, чтобы оповестить охранников о чем-либо. Процесс передачи организуется следующим образом: охранник набирает сообщение и выбирает, какому терминалу (охраннику, за которым закреплен терминал) данное сообщение должно отправиться. Затем данное сообщение отправляется по интерфейсу 4G на точку доступа, в зоне обслуживания которой находится терминал. После прихода сообщения на точку доступа она начинает вызывать необходимый терминал, чтобы он вышел на связь с ней. После установления соединения ТД с терминалом происходит передача сообщений с ТД на терминал. Принятое сообщение выводится на дисплей охранника, в понятном охраннику виде.

1.2.2.  Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п.

Информационный трафик в данной сети имеет двунаправленный характер.

В прямом направлении с пункта охраны на терминалы через ТД передаются сообщения, предназначенные для вывода на дисплей. Эти сообщения являются текстовыми и должны быть краткими и понятными, чтобы охранник сразу смог понять, что от него хотят. Для кодирования букв будет использоваться 8 битный ASCII код. Сообщения будут содержать не более 160 символов, то есть будут содержать не более 1280 бит. Для передачи таких сообщений достаточна скорость передачи в 2 кбит/с. Но возьмем с запасом скорость в 10 кбит/с, если будет необходимость передать сообщения сразу нескольким охранникам, находящихся в зоне обслуживания одной ТД, за время от одной до двух секунд.

Помимо этого в прямом направлении с пункта охраны на ТД передаются команды управления устройством видеосъемки. Команды управления поворотом видеокамеры и сменой режима качества съемки могут приходить с задержкой, так как не требуют моментального реагирования. Команды управления могут содержать несколько десятков бит, содержащих угол поворота, команду смена качества видео, то есть вполне достаточно будет объем в 1000 бит. Поскольку необходима быстрая реакция устройства видеосъёмки на команды управления с пункта охраны, то скорость передачи возьмем также в 10 кбит/с.

В обратном же направлении идет передача видео трафика с ТД и данных телеметрии с терминалов. Если рассматривать передачу данных телеметрии, то объем передаваемого трафика больше, нежели передача коротких текстовых сообщений, рассматриваемая до этого. Каждый датчик выдает различное количество бит информации, усреднив можно предположить, что каждый датчик за один сеанс связи с терминалом выдает примерно 1000 бит, датчиков 5, а значит всего 5000 бит. Буфер же в терминале будет размером 0.12 Мбит, то есть после 20 сеансов связи терминала с датчиками будет накоплено 0.1 Мбит информации, еще 0.02 Мбит – запас памяти. В этот момент терминалу будет необходимо пытаться передать накопленные данные на пункт охраны. То есть за раз терминал будет пытаться передать 0.1 Мбит информации. Для передачи такого количества информации будет достаточна скорость в 50 кбит/с, то есть за две секунды будет произведена передача всех данных.

Видео трафик является самым требовательным к скорости передачи, нельзя допустить зависания картинки. Были произведены расчеты видео потока (рис.6). Скорость передачи будет 10 Мбит/с для качества видео  1200x720. Также возможно понижение качества съемки из-за плохого качества связи ТД с пунктом охраны. Пониженное качество видео 800х600, при этом скорость для передачи видеотрафика будет составлять в два раза меньше: 5Мбит/с.

Рисунок 6. Расчёт видео потока

1.2.3.  Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.

При передаче данных телеметрии, команд управления и тестовых сообщений необходимо добиться безошибочной их передачи. Ошибочные данные могут привести к серьезным проблемам: показания состояния охранников могут зашкалить, переданное текстовое сообщение с пункта охраны может быть искажено и не понятно, вследствие чего охранники не смогут правильно отреагировать на предупреждение или команду. Поэтому при передаче этих данных производится контроль за качеством передачи. При ошибочной передаче пакетов будет осуществляться запрос на повторную их передачу до тех пор, пока данные не будут успешно переданы без ошибок.

При передаче видеотрафика, требования к качеству намного ниже, так как потеря нескольких пакетов не приведет к полному искажению картинки, более того передача видео должна осуществляться в реальном масштабе времени и нет возможности постоянно пытаться передать пакеты без ошибки, это приведет к огромной задержке. В случае, если качество видео стало недопустимым, предусмотрена смена качество видео на пониженное, путем отправки команды управления с пункта охраны на устройство видеосъемки.

Также стоит отметить условия предоставления услуги. Данная ТК услуга должна предоставляться в условиях действия помех. В связи с этим помимо службы, которая будет осуществлять контроль за качеством передаваемых сообщений, и посылать запросы на повторную их отправку, будет реализована смена профилей настройки физического уровня. То есть при ухудшении помеховой ситуации будет производиться смена настройки физического уровня на более помехоустойчивый профиль для продолжения оказания качественной ТК услуги.

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 сетевыми элементами являются терминалы (Т), точки доступа (ТД) и пункт охраны. В данной сети есть два изолированных адресных пространства: между  пунктом охраны и ТД и между ТД и терминалами. Ввиду этого есть две сети с соответствующей топологией. Между пунктом охраны и ТД топология сети – звезда (рис.7). Такой же вид топологии и в сети между ТД и терминалами (рис.8). На рисунке 9 представлена общая архитектура сети, на которой изображено взаимодействие ПО, ТД и терминалов.

Рисунок 7. Архитектура сети “пункт охраны – точки доступа”

Рисунок 8. Архитектура сети “точка доступа - терминалы”

Рисунок 9. Общая 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.

В данной сети присутствуют три главных элемента, как говорилось ранее. Соответственно разработаем трехзвеньевую модель взаимодействия элементов сети (рис. 10, 11).

Телекоммуникационная услуга состоит в передачи данных телеметрии с терминалов на пункт охраны, а также в передаче тестовых сообщений с пункта охраны на терминалы.

Вначале рассмотрим передачу данных телеметрии с терминалов на пункт охраны (рис. 10). После включения оборудование пункта охраны опрашивает ТД об активности(1). После получения этого запроса ТД начинает вещать ШВС, обозанчая свое присутствие для терминалов (2). Когда терминалу будет необходимо передать данные телеметрии на пункт охраны он подаст запрос на ТД о необходимости передачи данных (3). После получения запроса от терминала ТД выделит ресурсы для терминала и уведомит о разрешении передавать данные (4). Дальше произойдет передача данных телеметрии с терминала на ТД (5). После получения отчета об успешном приеме (6) терминал заявит о завершении сеанса связи (7). После завершения сеанса связи ТД с терминалом ТД передаст данные телеметрии на пункт охраны (8). После подтверждения успешной передачи данных телеметрии на пункт охраны (9) ТД завершит процесс передачи данных на пункт охраны и продолжит передавать видеотрафик.

Рисунок 10 . Трехзвеньевая модель взаимодействия элементов сети в процессе передачи данных телеметрии

Теперь рассмотрим процесс передачи тестовых сообщений с пункта охраны на терминалы (рис.11). После того как оператор напишет сообщение и выберет, которому терминалу его необходимо отправить, сообщение отправляется на необходимую ТД(1), в зоне обслуживания которой находится выбранный терминал. Точка доступа вызывает выбранный терминал(2). После получения от терминала уведомления о готовности приема данных(3) ТД передает сообщение на терминал(4). Когда терминал пришлет отчет об успешном приеме(5), ТД заявет о заврешении сеанса связи(6) и отошлет ответ на пункт охраны об удачной передаче сообщения на терминал(7).

Рисунок 11 . Трехзвеньевая модель взаимодействия элементов сети в процессе передачи текстовых сообщений

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.

         Как уже говорилось выше, в данной сети присутствуют 3 главных сетевых объекта: пункт охраны, точка доступа и терминал. Рассмотрим стратегии поведения данных объектов, а также их функциональный состав.

1.4.1. Стратегия поведения и функциональный состав пункта охраны.

         Стратегия поведения оборудования пункта охраны(рис.12):

·        Сбор и обработка информации, принятой с ТД и терминалов;

·        Сверка идентификационных номеров терминалов и ТД для определения владельцев терминалов, а также понимания расположения ТД, с которой пришло видео.

·        Вывод н экран оператора обработанной информации в понятном для оператора виде;

·        Ввод текстовых сообщений, предназначенных для передачи на терминалы;

·        Формирование пакетов информационного трафика, в которых будут содержаться сообщения, передаваемые терминалам, команды управления устройством видеосъемки;

·        Прием/передача информации по сети 4G на ТД.

рис.12. Функциональный состав пункта охраны

рис.13. Структурный состав пункта охраны

Операционная система (ОС) – Является связующим звеном. Она предназначена для управления взаимодействием всех функциональных модулей терминала.

4G модем используется для связи с ТД;

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) хранит весь объем видео трафика, передаваемого с ТД, а также данные телеметрии с терминалов;

База данных идентификаторов позволяет понимать, с какой ТД пришло видео, а также, с какого терминала пришли данные телеметрии;

Интерфейс пользователя преобразует данные и видео трафик в понятный пользователю вид, а также позволяет пользователю выбирать, видео с какой камеры и данные какого охранника  просматривать;

Блок питания обеспечивает бесперебойное питание пункта охраны.

1.4.2. Стратегия поведения и функциональный состав точки доступа.

            Точка доступа является промежуточным элементом сети, она должна выполнять следующие функции (рис.14):

·        Прием/передачу информации по сети 4G с пункта охраны;

·        Отправка команд управления камерой в службу управления устройством видеосъемки;

·        Формирование пакетов видеотрафика  для передачи их на пункт охраны;

·       Прием/передача информации через радиомодуль для взаимодействия с терминалом.

рис.14. Функциональный состав ТД

рис.15. Структурный состав ТД

Микроконтроллер (MCU) –  микросхема, предназначенная для управления взаимодействием всех функциональных модулей ТД;

4G модуль используется для связи с пунктом охраны;

Радио модуль используется для связи с терминалами;

Устройство видеосъемки включает в себя видеокамеру, которая обеспечивает формирование видеотрафика, а также механизм поворота видеокамеры;

Буфер памяти позволяет хранить данные телеметрии, принятые с терминала до успешной передачи их на пункт охраны;

Блок питания обеспечивает бесперебойное питание ТД.

1.4.3. Стратегия поведения и функциональный состав терминала.

            Последним объектом сети является терминал. Он располагается непосредственно на охранниках, и он выполняет следующие задачи (рис.16):

·        прием/передачу информации с ТД;

·        прием данных с модуля GPS;

·        прием данных с датчиков через Bluetooth;

·        сбор и хранение принятых данных телеметрии;

·        формирование пакетов данных телеметрии для дальнейшей передачи их на ТД;

·        передачу текстовых сообщений, переданных с пункта охраны в службу вывода информации на дисплей.

рис.16. Функциональный состав терминала

рис.17. Структурный состав терминала

    Микроконтроллер (MCU) –  микросхема, предназначенная для управления взаимодействием всех функциональных модулей терминала; 

Радио модуль используется для связи с ТД;

Модуль Bluetooth используется для приема информации с датчиков;

GPS-модуль обеспечивает определение местоположения и передает эти данные на микроконтроллер;

Дисплей позволяет выводить сообщения, переданные с пункта охраны;

Буфер памяти обеспечивает хранение и перезапись данных, принятых с датчиков и GPS-модуля;

Аккумулятор обеспечивает питание терминала.

         Библиографический список:

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

2. И.Г. Фадькин - Радиосеть сбора данных с подвижных станций. Часть 1 http://omoled.ru/publications/view/1278

3. П.Б. Никишкин - КП "Система сбора данных с подвижных станций". Часть 1. Исправленная http://omoled.ru/publications/view/432

4.      Определениепропускной способности ЛВС для видеонаблюдения.