«Интеллектуальная сенсорная радиосеть»

Часть 1 (исправленная)

Викулова А.В. ст гр 619

 

 

Краткое описание темы: интеллектуальная сенсорная радиосеть предназначается для объединения в единую сеть различных электронных устройств (сенсоров) с целью сбора данных. Примером использования такой сети является обслуживание медицинских приложения, с целью удаленного контроля состояния здоровья. Проектируемая сеть должна предоставлять возможность получать информацию с каждого сенсора и возвращать часть обработанной информации на терминал пациента.

 

Исходные данные к проекту:

·                    Максимальное количество терминалов в сети: 250;

·                    Радиус зоны обслуживания: 200 м (PR=97% покрытие на границе обслуживания);

·                    Количество сенсоров: 10;

·                    Тип местности: помещения, здания;

·                    Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 3*10-7;

·                    Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,05 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 терминального оборудования и интерфейса пользователя.

 

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

 

За основу построения радиосети можно взять браслеты с сенсорными датчиками, которые будут снимать показания с человека (давление и пульс). Такая аппаратура будет использоваться в стационарном отделении больницы, браслеты надеты на каждого пациента. Таким образом, будет и образована сенсорная сеть. Сенсорная сеть представляет собой множество беспроводных сенсоров, распределенных на определенной территории. Интеллектуальность  сети подразумевает самостоятельного принятия решения сервером в разных ситуациях без участия человека.

На каждом браслете имеются свои сенсоры, которые позволяют считывать различные параметры здоровья человека. Имеется свой идентификационный номер и место для собранных данных. По радиотерминалу через точку доступа на сервер отправляются  собранные данные.

В сервере имеется журнал пациентов  и соответствующий им браслета, за которым пациент закреплен. И через интерфейс все данные будут выводиться на монитор в доступном и понятном виде.

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

 

Отношение “пользователь-сеть” рассмотрим в виде нескольких уровней детализации.  На первом уровне (рис1)  будет показано взаимодействие сервера  (пульт медсестры) и браслет пациента. Браслет периодически передает на пульт медсестры данные о пациенте и свои технические данные (заряд батареи, уровень сигнала). Сервер также может посылать команды о сборе дополнительной информации при необходимости (подобные ситуации будут рассмотрены ниже).

 

Рис.1. Первый уровень детализации.

 

На втором уровне детализации (рис2) показаны сетевые объекты (браслет, точка доступа и сервер). В данной сети точка доступа используется как ретранслятор для передачи данных, и как сетевой элемент для идентификации браслетов.

Рис.2. Второй уровень детализации.

 

 

На третьем уровне (рис3) представлены операционные системы, которые отвечают за передачу данными между объектами, интерфейсы. Сервер, работающий  на операционной системе, включает в себя доступный интерфейс, который позволяет медсестре следить за пациентами, и память данных (идентификационные номера браслетов, собранные данные, журнал пациентов. Браслет также включает в себя интерфейс, память для своего номера и собранных данных. Точка доступа включает в себя номера браслетов.

Рис.3. Третий уровень детализации.

 

На четвертом уровне детализации (рис4) представлено оборудование, которое необходимо для приема и передачи данных и команд управления. В данной сети будет использоваться радио терминал.

Рис.4. Четвертый уровень детализации.

 

 

Таким образом, можно сделать вывод, что в нашей сети телекоммуникационная услуга – это передача данных с браслетов, а также передача команд управления браслетом с сервера. У каждого устройства есть свой доступный для пользователя интерфейс, память данных. У браслетов имеются свои номера, который потом сверяется в базе данных сервера и точки доступа.

 

 

1.1.3.      Задачи терминального оборудования и интерфейса пользователя.

Задачи терминального оборудования:

·         Для браслетов: сбор данных с пациентов, передача на север данных пользователя и своих технических данных.

·         Для сервера: приминать и обрабатывать данные, приходящие с браслета, также передавать команды для сбора информации на браслет.

·         Для точки доступа: производить идентификацию браслетов и передавать данные на сервер.

Задача интерфейса: вывод информации как на экран монитора, так и на браслет.

 

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.

Так как сеть – интеллектуальная, то она сама будет решать, когда ей подавать запросы на считывание данных. Рассмотрим принцип работы интеллектуальной сенсорной радиосети.

Браслет считывает пульс и давление человека. У браслета также имеется свой номер, который указан в базе данных у каждого пациента. В свою очередь на сервере имеется таблица, где прописаны соотношение «возраст-вес-пульс-давление» и база данных, где указываются:

o   ФИО пациента;

o   Идентификационный номер браслета;

o   Номер палаты и койки;

o   Вес, рост, возраст;

o   Давление, пульс и температура нормальные для пациента

o   Диагноз.

Браслет постоянно следит за пульсом пациента. Если же пульс стабилен, то   данные на пост будут поступать с периодом в 5 минут (средний пульс). В противном случае, если пульс будет показывать некие отклонения от стабильного, то информация немедленно передается на сервер и сравнивается с таблицей и базой данных (рис5). Затем с поста подается команда через ТД «снятие давления». Браслет начинается считывать давление пациента. Информация обратно передается на базу данных и опять сравнивается со значениями из таблицы и базы данных пациентов.

Если сервер замечает значительные отклонения от нормы, то на экране появляется уведомление (рис6), в котором указывается ФИО пациента, палата, койка, текущее давление и пульс. Также предусматривается звуковая сигнализация.

Также браслет посылает свои технические данные, то есть уровень сигнала и заряд батареи. Это необходимо для того, чтобы следить за состоянием браслета. Также если сигнал не будет поступать, то сервер уведомит об этом, для принятия дальнейших решений (рис7).

Рис.5. База данных.

 

Рис.6. Уведомление.

Рис.7. Уведомление о состоянии браслета.

 

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 случае, когда только браслет ввели в базу данных, то с сервера будут поступать команды о начале работы браслета («готов к работе»). Далее в обратном направлении будет производиться периодическая передача информации, поступающая с браслета. Также сервер имеет полное право без подтверждения браслета запросить дополнительную информацию.

Передача данных с браслета будет передаваться со скоростью 64 кбит/с.

 

1.2.3.      Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.

 

 

При передаче данных о пациенте, технических данных и команд управления необходима безошибочная передача. Если данные придут с ошибками, то сеть может не увидеть сильных изменений давления/пульса, то есть не будет предупреждена медсестра, что пациенту плохо. Поэтому при передаче будет выполнена проверка на ошибки. Если они будут обнаружены, то произойдет повторная передача данных.

 

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 объектов сети.

 

 

1.3.1.      Обоснованный выбор архитектуры радиосети.

Сетевыми объектами являются сервер, точки доступа и браслеты (Б). Основная задача сети является передача потока данных на пульт медсестры и передача команд управления с сервера. Поэтому архитектуру   данной сети  можно выбрать типа «дерево» (рис8).

Рис.8. Архитектура сети.

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

Так в сети используются  три элемента, то представим трехзвеньевую модель взаимодействия элементов сети (рис9).

Рис.9. Трехзвеньевая модель.

Так как сеть интеллектуальная, то постоянные запросы о выполнении услуги не нужны. С браслетов периодически поступает информация. Только когда произойдет ситуация (рассмотренная выше), тогда сервер сделает запрос о дополнительной информации. Широковещательное сообщение (BCCH) необходимо для того, чтобы браслет зарегистрировался в сети. В ответ он передаст свой идентификационный номер.

 

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 говорилось ранее,  в сети имеется 3 объекта: сервер, точка доступа, браслет. Рассмотрим функциональные схемы каждого объекта.

Стратегия поведения сервера:

ü  Принимает информацию о пульсе периодически;

ü  Когда пульс выше/ниже нормы, запрашивает давление;

ü  Сверяет полученные данные с таблицей и базой данных.

 

Сервер будет обрабатывать поступающие данные после того, как точка доступа идентифицирует браслет, и будет решать нужен ли сбор дополнительной информации или нет. Функциональная схема компьютера представлена на рис.10.

 

Рис.10. Функциональная схема сервера.

 

 

 

 

Браслет:

ü  Снимает показания;

ü  Передает на сервер данные;

ü  Принимает запросы о съеме дополнительных показаний;

ü  Регистрируется в сети, при обнаружении BCCH.

После регистрации в сети, браслет начинает считывать данные с пациента, производить передачу на сервер. Может также осуществлять прием команд и их выполнять. Функциональная схема браслета представлена на рис.11.

 

Рис.11. Функциональная схема браслета.

 

Точка доступа:

ü  Посылает BCCH;

ü  Регистрирует в сети браслеты;

ü  Передает на сервер данные.

Вещает широковещательное сообщение. После регистрации браслетов производит ретрансляцию данных на сервер.

 Рис.12. Функциональная схема точки доступа.

 

 

 

Библиографический список:

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

2.      Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е. – «Сети связи пост-NGN».