Радиосеть сбора данных. Часть 1

Выполнил: Королев М.Д. гр 619.

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 некий сервер, доступ к которому осуществляется через персональный компьютер пользователя 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 заложен список терминалов, 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.

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 пользователем и объектом управления на уровне абстрактных предложений.

Рисунок.1 Первый уровень детализации.

Второй уровень детализации (рис.2) подразумевает средства необходимые для взаимодействия пользователя и объекта управления.  В связи с тем, что Т и ЦСИ не могут взаимодействовать напрямую, то требуется добавления нового пользователя и специального оборудования: пользователь 2 взаимодействует с ЦСИ , а пользователь 1 с СС в виде планшета, а объект управления взаимодействует 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 wifi сеть.

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 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).

 

 

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 приложении СС заложен список терминалов, терминалы находятся в состоянии поиска широковещательного сообщения. При включении приложения СС начинает вещать широковещательное сообщение, терминалы приняв это сообщение, подают заявку на регистрацию в сети и СС подтверждает или отклоняет подключение, стоит отметить что каждый терминал имеет свой адрес, на основании этого формируется список активных терминалов. Исходя из этого списка СС начинает поочередно опрашивать терминалы, отправляя сообщение опроса данных, ответом на это сообщение отправка данных с датчиков, по факту принятых данных СС уведомляет Т о целостности принятых данных, в случае возникновения ошибки в принятии данных предусмотрены службы ARQ и контроль качества соединения, речь о которых будет вестись в части 2 работы. Порядок очередности определяется положением терминала в списке, который заложен в приложении, чем ниже порядковый номер терминала, тем раньше этот терминал будет опрошен по сравнению с другим порядковый номер, который выше, то есть если одновременно подали заявку на подключение к сети 1 и 2 терминал, то сначала обслужится 1, затем 2. Таким образом, пользователь 1 будет ходить по помещению и поочерёдно опрашивать терминалы, после опроса на экране планшета будут отображаться полученные данные(Рис.5), которые можно сохранить в случае отсутствия подключения к wifi сети , либо выгрузить данные на интернет ресурс. Трафик в направлении от СС к Т является служебным, то есть представляет сообщения опроса, а также сообщения служб отвечающие за качество соединения, в направлении от Т к СС трафик является как информационным, так и служебным под информационным понимается передача данных с датчиков, а служебными- это сообщения службам L3 уровня.

 

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.

В данной сети трафик, используемый при передаче с терминала на сканер сети- пульсирующий. Предполагаемый объем передаваемой информации до 500 бит, поэтому скорость 64 кбит/с более чем достаточна для передачи наших данных, обмен информации произойдет меньше чем за секунду.

 

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 следующий вид(рисунок 5).

Рисунок.5 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.6 Многозвеньевая модель сети.

Задача нашей телекоммуникационной сети состоит в передачи данных от терминала к ЦСИ. С помощью многозвеньевой модели(рис.6) сети отобразим выполнение данной задачи.

Так как данные в конечном итоге передаются на сайт, и задача ЦСИ принять и обработать эти данные, то сбор данных происходит без этого сетевого объекта.

Сканер сети после включения приложения начинает вещать сообщение ШВС, терминал обнаруживая данное сообщение отправляет запрос на подключение к сети, после СС отвечает на запрос и в случае успешного подключения запрашивает данные и терминал начинает отправку данных, после успешного принятия данных СС уведомляет, что данные получены и завершает сеанс. Затем СС выгружает полученные данные в сеть и получает отчет об успешной отправке, стоит отметить что выгрузить данные можно в любой другой момент времени в случае если отсутствует wifi соединение.

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:

1)Получение данных от СС

2)     Уведомление СС о получении данных. 

3)Обработка и визуализация принятых данных.

Рис.7 Функциональный состав ЦСИ.

На данном рисунке 7 изображен функциональный состав ЦСИ. Таким образом, ЦСИ предназначен для приема данных с СС их обработку и визуализацию.

Стратегия поведения СС:

·        Отправка ШВС.

·       Ответ на запрос подключения терминала.

·        Формирование списка терминалов.

·        Запрос на передачу данных.

·        Прием данных

Выгрузка данных на ЦСИ/ Сохранение принятых данных.

Рис.8 Функциональный состав СС

На рис.8 изображен функциональный состав СС. Таким образом, СС вещает сообщение ШВС, затем получает запрос от терминала, после на него отвечает, тем самым формирует список активных терминалов и на основании этого списка производит опрос терминалов, по окончанию опроса СС производит выгрузку данных на ЦСИ.

Стратегия поведения терминала:

1)       Сбор данных с датчиков и их обработка.

2)     Прием команд от СС.

3)     Регистрация в сети.

4)     Передача информации.

5)     Переход в режим ожидания.

Рис.9 Функциональная схема терминала.

На рис.9 показана функциональная схема функциональная схема терминала.

Терминал находится в режиме поиска сообщения BCCH, после нахождения широковещательного сообщения терминал посылает запрос на регистрацию в сети и ждет команд от СС, получая их производит обработку команд и выполнение. Стоит отметить, терминал производит сбор информации с датчиков пока оборудование работает.

 

Библиографический список:

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

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

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

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