Курсовой проект по дисциплине
«Системы и сети связи с
подвижными объектами»
Радиосистема управления освещением
Часть 2.
2.1. В соответствии с моделью OSI, любое телекоммуникационное устройство в нашей системе представляется в виде иерархической структуры связанных между собой функциональных слоев, отвечающих за решение строго определенных задач. Структура модели телекоммуникационного устройства зависит от вида задач, которые оно будет выполнять, и может включать в себя произвольное количество уровней/подуровней, отражающих базовую 7-ми уровневую модель OSI.
Рис.1. Эталонная модель OSI и модель для выделенного узла.
Три верхних уровня – прикладной,
представительский и сеансовый в разрабатываемой системе объединим в один – уровень
принятия решений. Он выполняет функции управления всей системой: на
основе данных, полученных с нижнего уровня и данных информационной системы
принимает решения о дальнейших действиях системы. Уровень тесно связан с
информационной системой – определяет, какому из светильников необходимо
передать необходимое сообщение. Решения о
функционировании сети принимаются исходя из служебных сообщений, а также на
основе сценариев взаимодействия Т с ЦТ, прописанных в программном обеспечении
ЦТ и терминалов.
Транспортный уровень обеспечивает доставку данных
между приложениями верхних уровней с необходимой степенью надежности и
контролирует отсутствие ошибок в принимаемых данных. Проверку целостности данных
можно реализовать на канальном уровне, с помощью контрольной суммы (CRC). Поэтому в наличии отдельного транспортного уровня нет
необходимости.
Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию
данных в процессе взаимодействия нескольких сетей – в разрабатываемой системе
нет межсетевого взаимодействия, следовательно, нет необходимости в сетевом
уровне.
На канальном уровне решаются
задачи, необходимые для организации логического канала связи между ЦТ и Т:
- тип
сообщения – определение типа передаваемого сообщения: адресное, групповое или
широковещательное.
- адресация
сообщения – указание адреса Светильника или группы светильников, если сообщение
адресное или групповое.
- обеспечение надежной доставки (CRC) - служба,
осуществляющая проверку достоверности принятого сообщения
- организация
доступа к физическому каналу связи (ФКС)
На физическом уровне должна
быть обеспечена задача надежной передачи от ЦТ к Т и обратно потока битов,
поступающего с канального уровня. Любые технические решения, направленные на
повышение достоверности приема битов, могут быть реализованы на физическом
уровне. Выполняются следующие функции:
1. Обеспечение
синхронизации. В разрабатываемой радиосети необходимо использовать битовую
синхронизацию. Битовая синхронизация осуществляется с помощью системы ФАПЧ
(фазовая автоподстройка частоты).
2. Модуляция.
Выполняется на физическом уровне при передаче всего сообщения в канал. В наших
условиях будем склоняться к двухпозиционным видам модуляции –
помехоустойчивость высокая, требуемые скорости низкие.
3. Помехоустойчивое кодирование (Forward Error Correction - FEC);
Одним из требований к разрабатываемой радиосети является минимальный диапазон используемых частот. В разрабатываемой системе объем передаваемых данных не велик, т.е. большую часть времени канал передачи данных будет свободен, соответственно высокая скорость передачи данных не так критична.
Исходя из этого требования в качестве метода доступа к среде может быть использован TDMA (Time Division Multiple Access). При TDMA физическим каналом является временной слот с определенным номером, который отводится под определенный сеанс связи. При адресной доставке сообщений от ЦТ к Т в пакете канального уровня присутствует поле «Отчет о доставке» в котором содержится флаг 1, обозначающий необходимость отчета о доставке. В качестве метода множественного доступа к физическому каналу связи используется метода S-ALOHA: ЦТ поочередно отправляет выбранным Т запросы о нахождении в сети данного Т (на рис.2) , и ждёт ответа от Т о готовности принять команду. При отправке ответа все время передачи от Т разделяют на слоты – для каждого Т используется один кадр передачи на слот. Передача может начаться только в начале слота. Если время передачи одного пакета составляет N секунд, то возможно успешно передать данные если ни один из Т не начал передачу в течение N секунд. Поэтому для успешной передачи сообщения требуется 2*N секунд, где N - время передачи пакета.
Рис.2. Множественный доступ к каналу связи.
Так же отправляются адресные команды управления (рис. 3 - пример отправки команды "запрос телеметрических данных"), прежде чем терминалу начать передачу данных, необходимо отправить которкий запрос на ЦТ и при условии выделения КС от ЦТ, начать передачу пакета телеметрии. Если пакет был передан с ошибкой, то Т заново проходит процедуру борьбы за канал и передает сообщение центральному терминалу.
При групповой и широковещательной отправке сообщения в пакете канального уровня в поле «Отчет о доставке» отсутствует флаг о необходимости доставки отчета, поэтому для обеспечения надежной передачи сообщение с командой от ЦТ отправляется выбранной группе(или всем терминалам) несколько раз подряд.
2.2. Определение возможных режимов работы абонентского
терминала.
Светильники существуют в системе как
вполне автономные устройства, способные выполнять функцию освещения без
какого-либо радиоуправления. Дополнительная опция к системе освещения это
управление ими пользователем через ПК.
Рассмотрим
режимы работы абонентского терминала:
- спящий – режим,
в котором у Терминала отключен приемо/передающий тракт в целях
энергосбережения. Находится Т в спящем режиме большую часть времени, выходит из
спящего режима через определенные промежутки времени, заданные пользователем
для того, чтоб проверить есть ли у ЦТ для него сообщения. , до тех пор, пока
при включении системы радиоуправления не
начнется сеанс связи Центрального Терминала (ЦТ) со светильниками.
- режим ожидания
– ЦТ, получив от светильника положительный ответ о том, что терминал в сети и
готов к получению команд, ЦТ начинает последовательную передачу команд
необходимым светильникам. В этом состоянии светильник находится в режиме
ожидания команд управления и не отправляет никакие данные на терминал.
- исполнение команд терминалом.
- режим передачи данных Центральному Терминалу – светильник находится в этом режиме в случае ответа на запросы ЦТ, в случае передачи пакета телеметрии.
Рис.3. Сценарий взаимодействия ЦТ и Т.
При включении системы радиодоступа пользователь выбирает светильники, на которых нужно изменить параметры яркости освещения. Для этого он в соответствующем программном обеспечении устанавливает настройки освещения. ПК, на котором установлено это ПО, формирует соответствующее сообщение, которое содержит в себе идентификаторы светильников, которым нужно изменить настройки яркости и сами команды изменения яркости и отправляет через радиомодуль. Центральный Терминал выполняет роль точки доступа и начинает опрос всех светильников, идентификаторы которых содержатся в этом сообщении, о наличии их в сети. При получении положительного ответа либо после нескольких циклов передач сообщения (при групповой и широковещательной отправке сообщений), Центральный терминал начинает передачу команды светильнику. Широковещательные и групповые сообщения передаются несколько раз для обеспечения достоверной доставки. При получении адресной команды светильник ответит ЦТ о том, что команда получена и исполнена. В случае если светильник не отвечает на сообщение, содержащее команду, передача этого сообщения будет повторена. После ответа от светильника об успешном выполнении команды, он переходит в «спящий режим», для ожидания очередного времени самостоятельной отправки пакета телеметрии на ЦТ.
2.3. Диаграмма состояний Центрального Терминала
На рис отображена диаграмма состояний, отражающая функционирование ЦТ. Начало функционирования начинается с получения команды для управления светом от пользователя со специального ПО. Светильники, выбранные пользователем, оповещаются о наличии им сообщений для передачи и запрос о нахождении их в сети. При положительном ответе происходит передача команд управления выбранным светильникам, группе светильников или всем устройствам. При отправке адресных команд управления требуется получение отчета о доставке и исполнении команды от Т.
Рис.4. Диаграмма состояний ЦТ.
2.4. Диаграмма состояний светильника
На рис отображена диаграмма состояний светильника. Большую часть времени светильник проводит в спящем режиме, и выходит из него в определенные промежутки времени. Если при переходе в режим ожидания светильнику от ЦТ не пришло уведомлений о наличии сообщений для передачи, Т отправляет на ЦТ пакет телеметрии. Если же светильнику пришло уведомление о наличии сообщения для передачи, Т принимает это сообщение и производит выполнение команды (либо изменение настроек освещения, либо запрос пакета телеметрии). Исполнив команду изменения яркости, Т отправляет на ЦТ отчет об исполнении команды, если это была адресная команда. Отправив пакет телеметрии, Т ожидает получение отчета о доставке пакета телеметрии на ЦТ.
Рис.5. Диаграмма состояний Т.
Список использованной литературы.
- http://omoled.ru/publications/view/330 Тема 5. Радиосистема управления освещением.2 часть. Исправленная
- http://omoled.ru/publications/view/329 Радиосистема управления освещением. п. 14-1.5. (часть №2)
- http://omoled.ru/publications/view/325 КП “Радиосистема управления освещением” Часть 2
- Бакке А.В. "Лекции по курсу ССПО".
- Скляр. Б. "Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение".