П.Б. Никишкин

 КП «Система сбора данных с подвижных объектов»

Часть I.

В данном курсовом проекте необходимо разработать систему для беспроводного сбора данных с подвижных объектов с целью фиксации факта их прохождения через контрольные точки. Точки доступа располагаются вдоль трассы предполагаемого движения подвижного объекта и обеспечивают получение оперативных данных с датчиков, расположенных на подвижных объектах. Информация о прошедших через точку доступа объектах, а также сведения с датчиков, передаются в центр сбора информации.

Исходные данные:

  • радиус зоны радиопокрытия терминала: 70 м;
  • модель предсказания потерь: Хата;
  • вероятность ошибки на бит Pb = 10-6;
  • мощность излучения подвижной станции Ризл Т < 100 мВт.

Предположим, что данная система будет использоваться в автомобильных соревнованиях вида ралли.

Для выведения на табло текущих результатов гонщиков, информация о каждом участнике передается в центр сбора информации (ЦСИ). Терминал получает данные с помощью датчиков. После прохождения каждой контрольной точки, на точку доступа должны поступать оперативные данные с терминалов. Терминал и датчики устанавливаются в автомобилях. К оперативным данным отнесем скорость движения автомобиля и время фиксации точкой доступа каждого участника, это будем считать основными услугами. К дополнительным услугам отнесем такие как:

  • мониторинг состояния пилота (пульс, температура тела);
  • информация об автомобиле (температура двигателя, давление в шинах, количество топлива);
  • местонахождение автомобиля, в случае аварии, или неисправности (для предоставления этой услуги в составе каждого терминала находящегося в автомобиле необходим стандартный приемник GPS Navstar).

 Дополнительные услуги не передаются с оперативными данными, они предоставляются после соответствующего запроса. Из всего вышесказанного получается необходимо наличие следующих датчиков:

  • датчик измерения скорости движения,
  • датчик измерения пульса,
  • датчик измерения температуры тела,
  • датчик температуры двигателя,
  • датчик давления в шинах,
  • датчик оценки количества топлива,
  • приемник GPS.


Рисунок 1. Общая идея системы.

Количество участников в данном виде спорта обычно «переваливает»  за сотню. Поэтому резко встает вопрос об одновременном обслуживании некоторого числа участников попавших в зону радиопокрытия. Для решения этой проблемы, будем использовать множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов CSMA/CA. В соответствие с данным протоколом, после определения доступности канала связи терминал выдерживает случайный промежуток времени, после чего осуществляется проверка статуса канала связи и незамедлительная передача. Вдоль трассы на расстоянии 10-15 км будут располагаться контрольные точки (рисунок 1). 

Теперь определимся с источниками и получателями информационных сообщений. Источником сообщения является терминал, а получателем сообщения -  центр сбора информации (ЦСИ), через точку доступа. Терминал при прохождении через контрольную точку передает текущую телеметрическую информацию, а ЦСИ в свою очередь может запрашивать предоставление дополнительных услуг, т.е. точка доступа получив запрос от ЦСИ на дополнительную услугу, в своих широковещательных сообщениях рассылает, какую  дополнительную информацию должен передать ей терминал.


Рисунок 2. Топология сети.

Таким образом, основными компонентами системы являются: терминалы, точки доступа и центр сбора информации (рисунок 2). Для того чтобы на ЦСИ приходила информация об каждом участнике, в составе каждого терминала имеется набор определенных датчиков (рассмотренных ранее), и все необходимое оборудование для организации двухсторонней беспроводной связи.

В контрольных точках установлено, с одной стороны, оборудование для связи с терминалами, а с другой стороны оборудование, для обмена сообщениями с ЦСИ.

ЦСИ находится в удаленном месте, имеет дистанционный доступ к информационным системам точек доступа, для возможности управления и контроля их работы, приема, хранения и обработки данных.

В ЦСИ предусмотрена очистка журналов с данными точки доступа, после прохождения её всеми участниками соревнования, если накопленная информация в ней успешно получена ЦСИ. В случае если информация была принята с ошибками, то ЦСИ повторно запрашивает у точки доступа информацию. 

Рассмотрим, из каких основных компонентов состоит разрабатываемая система. 

Для организации беспроводной связи между терминалом и точкой доступа, в составе терминала установлен радиомодуль (РМ). За хранение и распределение всей информации отвечает информационная система (ИС) терминала. Для получения информации с датчиков и GPS-модуля используются специальные интерфейсы для связи с информационной системой (рисунок 3).



Рисунок 3. Функциональная схема терминала.

Для связи точки доступа и ЦСИ используется 3G модем, таким образом, в составе точек доступа предусмотрены специальные порты для подключения данных модемов. Для функционирования всех элементов точки доступа, имеется устройство управления (рисунок 4). 


Рисунок 4. Функциональная схема точки доступа.

Для обеспечения правильной работы системы, предусмотрен процесс идентификации терминала и точки доступа. Для этого на ЦСИ создается журнал идентификационных номеров для терминалов и точек доступа.

Перед стартом, каждому из участников (терминалу) присваивается персональный номер. В информационной системе терминала хранится идентификационные номера точек доступа. В зоне обслуживания точек доступа, терминал определяет имеет ли право передавать сообщения в этой сети.

Точка доступа через определенное время отправляет широковещательные сообщения. В этих сообщениях она передает информацию о себе, координаты своего местоположение, а также заявки на дополнительные услуги (если они имеются).

Для определения точки доступа в терминале установлен модуль поиска широковещательных сообщений. Терминал, для определения расстояния до точки доступа, использует имеющийся в его составе датчик GPS. С помощью него терминал, определяет свои координаты. Получая  координаты точки доступа из широковещательных сообщений, терминал вычисляет расстояние до точки доступа. Таким образом, терминал находясь в радиусе зоны действия радиомодуля передает необходимую информацию.

Частоты широковещательных сообщений двух соседних точек  доступа различны, для предотвращения случая, перекрещивания зон обслуживания, и с целью распознавания терминалом новой зоны.

Каждая точка доступа оборудована приемником GPS, для организации в системе единой шкалы времени. Она фиксирует момент появления участника в зоне обслуживания, и затем передает это время, вместе с телеметрической информацией, полученной от терминала, на ЦСИ.


Рисунок 5. Информационная подсистема сети.

Информационная подсистема терминала включает в себя такие элементы, как:

  • журнал широковещательных сообщений точек доступа (содержит в себе информацию, об точках доступа, и о характере запрашиваемой информации с терминала);
  • журнал основных услуг;
  • журнал дополнительных услуг;
  • журнал идентификационных номеров ТД;
  • идентификационный номер терминала. 

Информационная подсистема точки доступа состоит из:

  • журнала предоставления дополнительных услуг;
  • журнала хранения данных принятых с Т;
  • журнала успешной доставки сообщений на ЦСИ;
  • собственный идентификационный номер ТД;
  • журнал идентификационных номеров терминалов.

Список используемых источников: