Краткое описание темы

Основная задача работы состоит в создании модели радиосети, предназначенной для управления освещения. Радиосеть состоит из светодиодных светильников, оснащенных радио-терминалами. По команде пользователя осуществляется дистанционное включение/выключение светильника, установку дежурного освещения, плавную регулировку яркости любого из имеющегося в сети светильника/группы светильников, запуск подготовленного светового сценария. В обратном направлении по запросу передается температура излучающей панели, источника питания, ток потребления лампы. Сообщение от пульта управления может быть широковещательным (адресуется всем активным лампам), может относиться к конкретному терминалу или к произвольной группе.

Исходные данные к проекту

·        Максимальное количество светильников в сети: 200

·        Радиус зоны покрытия: 300м (PR=80% покрытие на границе обслуживания)

·        Тип управления яркостью светильника: выбирается самостоятельно

·        Тип местности: торговое/выставочное/производственное помещение

·        Вероятность ошибки на бит Pb : 10^-5 

·        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.

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

Рассмотрим радиосеть, которая предназначена для управления освещением. В качестве примера представим некоторое помещение, к примеру, картинная галерея, в которой будет использоваться дистанционное освещение. Для управления освещением пользователю необходим пульт управления (ПУ) и приложение (П).

По команде с ПУ могут осуществляться:

·        Включение/выключение отдельных групп светильников (с помощью интерфейса приложения на ПУ):

пользователь взаимодействует с ПУ и в интерфейсе приложения задаёт команду включения/выключения отдельных групп или конкретного светильника. Далее команды управления будут переданы на терминалы для их дальнейшего выполнения;

·        Регулировка яркости отдельных групп светильников:

для этого пользователь с помощью ползунка в интерфейсе приложения выбирает необходимую яркость, далее ПК формирует сообщение с командой, где будет передаваться уровень мощности относительно максимально возможного значения;

·        Установка дежурного освещения:

оно будет включаться в ночное время на территории здания и около входов в залы. Стоит отметить, что при необходимости у охранника должна быть возможность включить светильники в любом из залов музея, чтобы произвести обход всей территории;

·        Запуск подготовленных сценариев:

у каждого терминала имеется свой подготовленный сценарий взаимодействия. ПУ задает эти сценарии терминалам путём передачи служебных сообщений.

В обратном направлении от светодиодной панели по терминалам к модулю управления по запросу должны передаваться:

·        Температура излучающей панели;

·        Температура источника питания;

·        Ток потребления лампы.

          Это необходимо с целью  избежания пожара.

На рисунке 1 представлена структурная схема радиосистемы освещения картинной галереи.

Рис.1 Структурная схема радиосистемы освещения

Нам необходимо обеспечить различные режимы работы светильников. Например, включение освещения только в том зале, в котором в данный момент идет экскурсия; обеспечение атмосферы полумрака в зале для соответствия концепции картин; включение освещения одновременно в 3 залах одновременно и т.д.

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

Обратим внимание на отношения «пользователь – сеть». Рассматривать будем в виде нескольких уровней детализации. На первом уровне детализации будем рассматривать взаимодействие между пользователем и объектом управления. В прямом направлении пользователь отправляет команды управления, а в обратном объект управления передает данные телеметрии пользователю.

Рис. 2 Первый уровень детализации

Второй уровень детализации (Рисунок 3) показывает за счет чего пользователь имеет возможность взаимодействовать с объектом управления. Пользователь будет взаимодействовать с пультом управления, а объект управления будет взаимодействовать с терминалом.

Рис.3 Второй уровень детализации

На третьем уровне детализации (Рисунок 4) показано, что на пульте управления имеется приложение с интерфейсом, которое будет обеспечивать службу доставки и приема сообщений. Терминал же в свою очередь обладает службами управления, которые снимают данные телеметрии с датчиков, передают их на пульт управления, а также осуществляют приём команд управления.

Рис. 4 Третий уровень детализации

И последний уровень детализации (Рисунок 5).  Для того, чтобы данные могли передаваться и приниматься нам необходим радио-терминал. После принятия команд из локальной сети точка доступа формирует команды управления терминалом и передает их конкретному терминалу по радиоканалу с помощью радио-терминала. В терминале принятая команда управления разбирается программой в микроконтроллере и выполняются соответствующие действия. 

Рис.5 Четвертый уровень детализации

1.1.3.   Задачи терминального оборудования и интерфейса пользователя/объекта управления.

В нашей радиосети терминал будет выполнять такие задачи, как:

·        Сбор данных телеметрии с датчиков температуры и мощности, а также их дальнейшая передача на точку доступа. Впоследствии эти данные будут переданы на ПУ;

·        Выполнение переданных с ПУ команд управления: включения/выключения, регулировки яркости, запроса данных телеметрии;

К задачам интерфейса относится:

·        Визуализация снятых с датчиков данных телеметрии;

·        Предоставление возможности выбора команд управления, для их дальнейшей передачи.

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.

Рассмотрим сеанс предоставления телекоммуникационной услуги. Каждый терминал будет иметь свой уникальный номер (УН). Это сделано с той целью, чтобы ПУ мог различать светильники и обращаться к конкретному устройству. Аналогично и с командами, которые передаются на терминалы: каждая команда, которую должен выполнить конкретный светильник, будет иметь свой уникальный номер команд (УНК). Отметим, что в составе ПУ имеется ПК, в памяти которого хранятся данные о соответствии УН и УНК. Работа системы будет заключаться в следующем. Сразу после включения источника питания терминалы регистрируются в сети, отправляя свои УН на ПУ. Далее на ПУ будет передана информация о температуре и мощности излучающей панели. После этого терминалы будут переведены в режим ожидания команд от ПУ. После отправки команды терминал сверяет УН с УНК и, если они совпадают, выполняет ее. Это касаемо команд включения/выключения светильников. Теперь поговорим про изменение яркости и запроса информации о температуре и мощности. Если нам необходимо изменить яркость светильника, то пользователь меняет ползунок в интерфейсе приложения на ПУ, за счет чего устройство регулировки мощности изменяет яркость светильника. Когда нам необходимо получить информацию о температуре и мощности, устройство будет собирать информацию с датчиков и передавать ее на ПУ.

1.2.2.   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.

Информационный трафик имеет двунаправленный характер. В прямом направлении с ПУ на терминалы через ТД передаются сообщения, предназначенные для запроса активности и команды управления. В обратном направлении передаются данные с датчиков терминалов. В данной сети большую часть времени канал передачи будет свободен, т.к. объем передаваемых данных мал. Из этого можно сделать вывод, что скорость передачи данных не велика.  

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.

В данной сети присутствуют три главных компонента: пульт управления (ПУ), точка доступа (ТД) и терминал (Т). Телекоммуникационная услуга состоит в передаче команд управления на терминал через ТД, поэтому архитектура нашей сети – звезда, т.к. абонентские терминалы находятся в неподвижном состоянии и не обмениваются между собой никакой информацией:

Рис.6 Архитектура разрабатываемой сети связи

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

Телекоммуникационная услуга состоит в передачи команд управления от ПУ через ТД на терминал. Помимо этого, в данной сети в обратном направлении передаются данные телеметрии.

Как только источник питания будет включен, ПУ начнет опрашивать ТД о работоспособности светильников. После чего терминал передает на ТД данные с датчиков телеметрии и уведомление о готовности, что в свою очередь с ТД передается на ПУ. Далее интерфейс приложения на ПУ обновляется с оконечными данными о состоянии светильников, и в конечном итоге пользователь может подавать команды управления.

Рис. 7 Трехзвеньевая схема взаимодействия элементов сети

Команды управления передаются на Т через ТД. Микроконтроллер просматривает полученные сообщения и выполняет команду в зависимости от ее УНК. После этого Т через ТД передает отчет об успешном приеме на ПУ, либо данные телеметрии (если они были запрошены).

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.

1.4.1.   Стратегия поведения и функциональный состав пульта управления.

Стратегия поведения ПУ:

1.     Получение данных телеметрии;

2.     Визуализация полученных данных.

Рис. 8 Функциональная схема ПУ

ПУ выполняет прием данных, полученных с точки доступа. Далее ПУ визуализирует полученные данные в интерфейсе приложение.

1.4.2.   Стратегия поведения и функциональный состав точки доступа.

Стратегия поведения ТД:

1.     Отправка ШВС;

2.     Ответ на запрос регистрации в сети Т;

3.     Создание списка зарегистрированных терминалов;

4.     Опрос терминалов на передачу данных телеметрии;

5.     Передача данных на ПУ и сохранение их в буфере.

Рис. 9 Функциональная схема ТД

Точка доступа вещает широковещательные сообщения. Затем какой-либо терминал отправляет запрос на ТД о регистрации в сети. ТД на него отвечает и тем самым создает список зарегистрированных терминалов. Далее производится опрос активных терминалов о передаче данных, после чего данные передаются на ПУ и сохраняются в буфере.

1.4.3.   Стратегия поведения и функциональный состав терминала.

Стратегия поведения терминала:

1.     Сбор данных телеметрии с датчиков;

2.     Регистрация в сети;

3.     Прием команд управления от ПУ;

4.     Передача данных телеметрии;

5.     Режим ожидания

Рис. 10 Функциональная схема терминала

После включения источника питания терминал производит поиск BCCH сообщений. После того, как BCCH сообщение найдено, терминал выполняет регистрацию в сети и находится в режиме ожидания команд от ПУ. После получения команд терминал переходит к их выполнению. Также, после включения источника питания терминал снимает данные с датчиков и передает их на ПУ

Список используемых источников: 

1.      Д.Р.  Золотов - КП " Радиосеть управления освещением ". Часть 1. Исправленная.  http://omoled.ru/publications/view/1181

2.      А.В. Масленков – КП «Радиосеть управления освещением». Часть 1. Исправленная. http://omoled.ru/publications/view/1275

3.   А.В. Бакке – лекции по курсу «Системы и сети связи с подвижными объектами»

4.   С. Лашко - КП «Радиосеть управления освещением». Часть 1 (Доработанная).  http://omoled.ru/publications/view/319