СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ
С ПОДВИЖНЫХ СТАНЦИЙ
(часть 1)
С.А. Милованов, РГРТУ, гр.8110
Цель данного курсового проекта – разработка системы беспроводного сбора данных с подвижных объектов с целью фиксации факта их прохождения через контрольные точки, а так же анализа их «состояния».
Особенности системы:
1. Сбор данных с подвижных объектов производится беспроводным способом с помощью установленных на них радиомаяков;
2. Контрольные точки расположены вдоль некоторой трассы и обеспечивают получение данных с радиомаяков;
3. В зоне действия одной контрольной точки могут находиться одновременно несколько объектов;
4. Необходима фиксация местоположения объекта на основе СНС;
5. Информация о прошедших через контрольную точку объектах и полученные от них данные передаются в центр сбора информации;
6. Необходимо предусмотреть минимально возможную мощность излучения радиомаяка;
7. Необходимо предусмотреть использование минимально возможного диапазона частот.
В качестве подобной решено рассмотреть систему сбора данных с маршрутных такси, движущихся по строго установленному маршруту и обязанных делать остановки в специализированных местах для посадки (высадки) пассажиров.
Какие услуги будет предоставлять система?
Водители маршрутных такси должны строго соблюдать маршрут следования и не использовать предоставленные им транспортные средства в личных целях. За работой маршрутных такси наблюдает диспетчер. Неуклонность следования маршрутных такси по установленному маршруту он определяет по факту прохождения маршрутных такси контрольных точек, установленных на остановках.
Если маршрутное такси уклонилось от заданного маршрута, диспетчер должен это обнаружить и впоследствии восстановить картину маршрута «блудного» маршрутного такси. Отсюда вытекают первые две услуги, предоставляемые системой – определение факта следования маршрутных такси установленному маршруту и передача от маршрутных такси диспетчеру данных, содержащих информацию о местоположении маршрутного такси в случае уклонения от заданного маршрута движения.
Для принятия оперативного решения о дальнейшем поведении маршрутных такси на маршруте, диспетчеру необходимо получать с маршрутных такси ряд данных. Что имеется в виду. Зная между какими конкретно остановками, в какое время и какое количество пассажиров перевозится, диспетчер вычисляет временные отрезки максимального пассажирского потока, наиболее «загруженные» пассажирами отрезки маршрута. Проанализировав вычисления, диспетчер может дать команду водителю конкретного маршрутного такси переместиться на более загруженный участок маршрута с менее загруженного, тем самым рационально распределить маршрутные такси на маршруте, исходя из ситуации, возникшей на нём. Из этого вытекает третья услуга, предоставляемая системой - передача от маршрутных такси диспетчеру данных, содержащих информацию о количестве перевозимых пассажиров.
В качестве дополнительной услуги, предоставляемой системой, можно рассмотреть передачу диспетчеру информации о расходе топлива с конкретного маршрутного такси. Данная услуга предоставляется не автоматически, а лишь по дополнительному запросу.
Из каких обобщенных функциональных узлов будет состоять система?
Итак, кто, кому и какую информацию будет передавать определено. Следующий этап – определение, с помощью чего можно это сделать. Чтобы избежать неоднозначности, вспомним указанные ранее особенности системы и окончательно определимся с терминологией.
Для того, чтобы диспетчер мог собирать данные с подвижного маршрутного такси беспроводным способом, на маршрутном такси должен быть установлен комплект устройств, осуществляющих сбор данных и имеющее все необходимое для двусторонней беспроводной связи с неким стационарным оборудованием, размещенным в контрольных точках (остановках) на маршруте. Такой комплект устройств, установленный на маршрутном такси, будем называть «терминал» (Т).
В контрольных точках необходимо установить комплект устройств, имеющий возможность осуществления связи с подвижными терминалами с одной стороны и диспетчером системы с другой, как бы связующее звено в процессе обмена информацией между терминалами и диспетчером. Такой комплект устройств назовём «точка доступа» (ТД).
Диспетчер системы будет находиться в офисе в удаленном от терминалов и точек доступа здании, но должен иметь возможность дистанционного доступа к информационным системам терминалов и точек доступа для управления ими, дистанционного включения/выключения точек доступа, получения данных с терминалов, должен хранить и анализировать собранную информацию. Комплект устройств, позволяющий реализовать данные функции, назовем «центр сбора информации» (ЦСИ).
Как будут объединены функциональные узлы системы?
После установления перечня функциональных узлов системы, необходимо определить способы и средства их объединения.
Подвижные терминалы будут связываться с точками доступа беспроводным способом, то есть посредством радиоволн. Это обязательно и указано в перечне особенностей системы.
С помощью чего связать точки доступа с центром сбора информации? Есть два варианта. Первый – протянуть от ТД к ЦСИ собственные линии сетевого кабеля. Что это будет конкретно – витая пара, коаксиал, оптоволокно – в целом не так важно. Налицо существенные недостатки, связанные с дороговизной прокладки, ограничением удаленности ЦСИ от ТД, «жесткая» привязка ЦСИ к фактическому местоположению. Второй вариант – воспользоваться существующей телефонной линией общего пользования (ТФОП) и связать ТД с ЦСИ с помощью сети интернет. Достоинства данного способа – отсутствие необходимости прокладки собственной линии связи, возможность смены местоположения ЦСИ в другую точку, так же имеющую доступ к ТФОП с выходом в интернет. Для связи ТД с ЦСИ вторым способом необходимо и достаточно подключить ТД на остановках и ЦСИ в офисе к ТФОП и организовать доступ в интернет. Для связи ТД и ЦСИ целесообразно воспользоваться именно вторым способом.
Для наглядности принципа размещения точек доступа на маршруте и центра сбора информации представлен рисунок 1, на котором изображен линейный фрагмент кольцевого маршрута движения.
Рисунок 1. Линейный фрагмент трассы
Исходя из вышеизложенного о функциональных узлах системы, можно определить, что они взаимодействуют друг с другом в соответствии с топологией «звезда». Фрагмент системы, отражающий ее топологию и функциональные связи, представлен на рис. 2.
Рисунок 2. Топология сети
Каким образом терминалы и точки доступа будут идентифицировать друг друга?
Для того, чтобы избежать нарушения целостности системы и правильности ее функционирования, необходимо предусмотреть в системе невозможность проникновения в нее «чужих» терминалов и точек доступа. Это можно реализовать с помощью «жёсткого» закрепления за «своими» терминалами и точками доступа уникальных идентификационных номеров (id) и организации процедуры идентификации. Данный способ предполагает наличие в информационных подсистемах терминалов, точек доступа и центра с бора информации журналов идентификационных номеров. Все идентификационные номера заранее назначены диспетчером, который имеет возможность их оперативного изменения.
Передаваемая в системе информация не содержит никаких секретных данных и не несет какой-либо коммерческой выгоды, поэтому необходимость шифрования трафика отпадает.
Каков функциональный состав элементов системы?
Итак, рассмотрим из каких блоков будут состоять элементы системы с точки зрения выполняемых ими функций. Начнем с терминала.
В его задачи входит: собрать информацию о количестве перевозимых пассажиров, сохранить свой маршрут движения в случае отклонения от установленного маршрута, передать собранные данные беспроводным способом в ЦСИ посредством ТД.
Для подсчета количества вошедших пассажиров, в дверях маршрутного такси устанавливается датчик движения. Назовем его «модуль приема телеметрической информации» - МПТИ.
Для вычисления маршрута движения терминала в случае его отклонения от установленного маршрута, в состав терминала входит стандартный приемник GPS Navstar. Назовем его «модуль GPS» - МGPS.
Для хранения данных на терминале, необходимо установить запоминающее устройство. Назовем его «модуль запоминающего устройства» - МЗУ. Собранные с помощью МПТИ и МGPS данные будут сохраняться в МЗУ в «регистр данных» - RegData. Область памяти МЗУ для хранения уникальных идентификационных номеров (собственного id терминала, а так же журналов с идентификационными номерами ТД) назовем «регистр идентификационных номеров» - RegID.
Для организации беспроводной связи Т с ТД необходимо установить соответствующее устройство. Назовем его «радиомодуль» - РМ.
Для сбора информации о расходе топлива, на терминале необходимо предусмотреть устройство, связанное с топливной системой маршрутного такси и имеющее возможность определять топливный расход. Данную систему назовем «модуль мониторинга топливной системы» - ММТС.
Для управления взаимодействием всех функциональных модулей терминала, необходимо установить «блок управления» - БУ, который может быть выполнен на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).
Для обеспечения электропитания терминала, необходимо установить устройство, позволяющее питать энергозависимые элементы Т от бортовой электросистемы автомобиля. Назовем его «модуль питания от бортовой электросистемы» - МПБЭ.
Для обеспечения питания энергозависимых элементов терминала в случае выхода из строя МПБЭ, необходимо установить собственную батарею. Данный модуль назовем «модуль автономного питания» - МАП.
Функциональный состав терминала представлен на рисунке 3.
Рисунок 3. Функциональная схема терминала
Перейдем к рассмотрению функционального состава точки доступа.
В целом ТД – это связующее звено между Т и ЦСИ. Её задача – установить двустороннюю связь Т с ЦСИ с целью приема данных ЦСИ от Т, а так же управления терминалом.
Для организации беспроводной связи ТД с Т необходимо установить соответствующее устройство. Назовем его «радиомодуль» - РМ.
Для хранения принятых с терминала данных, необходимо установить запоминающее устройство. Назовем его «модуль запоминающего устройства» - МЗУ. Данные, принятые из регистра данных терминала, будут сохраняться в МЗУ точки доступа в собственный «регистр данных» - RegData. Область памяти МЗУ для хранения уникальных идентификационных номеров (собственного id точки доступа, а так же журналов с идентификационными номерами Т) назовем «регистр идентификационных номеров» - RegID.
Для организации связи ТД с ЦСИ посредством ТФОП, необходимо установить в состав ТД соответствующее устройство. Назовем его «модуль ТФОП» - МТФ.
Для управления взаимодействием всех функциональных модулей точки доступа, необходимо установить «блок управления» - БУ, который может быть выполнен на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).
Для обеспечения электропитания точки доступа, необходимо установить устройство, позволяющее питать энергозависимые элементы ТД от городской электросети. Назовем его «модуль питания от городской электросети» - МПГЭ.
Для обеспечения питания энергозависимых элементов точки доступа в случае выхода из строя МПГЭ, необходимо установить собственную батарею. Данный модуль назовем «модуль автономного питания» - МАП.
Рисунок 4. Функциональная схема точки доступа
Далее рассмотрим функциональный состав центра сбора информации.
В целом его задачи – это сбор данных с Т посредством ТД, организация голосовой связи диспетчера с водителем, дистанционное управление содержимым регистров идентификационных номеров в составе Т и ТД.
Для организации связи с ТД посредством ТФОП, в состав ЦСИ необходимо установить соответствующее устройство. Назовем его «модуль ТФОП» - МТФ.
Хранение собранной информации, представление ее в форме, удобной для восприятия диспетчером, формирование команд диспетчера по управлению регистрами идентификационных номеров в Т и ТД, дистанционное включение/выключение ТД, регистрация времени событий, происходящих в системе, осуществляется с помощью персонального компьютера – ПК.
Для обеспечения электропитания ЦСИ, необходимо установить устройство, позволяющее питать энергозависимые элементы ЦСИ от городской электросети. Назовем его «модуль питания от городской электросети» - МПГЭ.
Для обеспечения питания энергозависимых элементов ЦСИ в случае выхода из строя МПГЭ, необходимо установить собственную батарею. Данный модуль назовем «модуль автономного питания» - МАП.
Рисунок 5. Функциональная схема центра сбора информации
На рисунке 6 представлено взаимодействие информационных подсистем терминалов, точек доступа и центра сбора информации.