Подготовил ст-т гр.0110 Бешук И.С.


 

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 (ТД) располагаются вдоль горной трассы предполагаемого движения подвижного объекта (группы альпинистов) и обеспечивают получение оперативных данных с датчиков, находящихся у подвижных объектов. Информация о прошедших через точку доступа объектах, а также сведения с датчиков, передаются в центр сбора информации (ЦСИ).

Исходные данные:

  • радиус зоны радиопокрытия терминала: 120 м;

  • модель предсказания потерь: Хата;

  • вероятность ошибки на бит Pb = 10-6;

  • мощность излучения подвижной станции Ризл Т < 100 мВт.

Анализ поставленной задачи, выявление особенностей работы системы.

Рассматриваемая система будет использована с целью сбора данных у групп альпинистов, проходящих сложный горный маршрут.

Информация об участниках каждой из групп поступает в центр сбора информации (ЦСИ). Групповой терминал (ГТ – каждой группе выдаётся терминал, который находится у руководителя; с помощью него осуществляется передача данных в ЦСИ) получает данные снятые с датчиков. После прохождения каждой контрольной точки, на ТД должны поступать такие данные как: сообщение от руководителя группы, пульс каждого из участников, температура тела, общий анализ крови, температура окружающей среды, влажность и давление. Все необходимые датчики устанавливаются на контрольных пунктах.

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, в ЦСИ всем терминалам и точкам доступа присваиваются идентификационные номера (UIN), которые затем передаются терминалам и точкам доступа. В информационной системе терминала хранится идентификационные номера точек доступа. В зоне обслуживания точек доступа, терминал определяет, имеет ли он право передавать сообщения в этой сети.

Определение списка основных и дополнительных услуг.

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

К основным услугам отнесем сообщение от руководителя группы, в котором будет содержаться краткое заключение руководителя об общем состоянии группы, а так же время фиксации ТД момента прохождения каждой группы через неё. К дополнительным услугам отнесем, такие как:

  • мониторинг состояния каждого участника (пульс, температура тела, данные общего анализа крови);

  • информация о погодных условиях (температура окружающей среды, влажность, давление);

Дополнительные услуги предоставляются после соответствующего запроса.

Из всего вышесказанного получается необходимо наличие следующих датчиков:

  • аппарат взятия и измерения оперативных данных о составе крови участника,

  • датчик измерения пульса,

  • датчик измерения температуры тела,

  • датчик температуры окружающей среды,

  • датчик измерения влажности,

  • датчик измерения давления.

 

 

Рисунок 1. Общая идея системы.

Предположим, что группа будет состоять из 5 человек, а всего групп будет 7. Поэтому возникает задача об одновременном обслуживании 5 участников попавших в зону радиопокрытия одной ТД, потому как группы двигаются в порядке живой очереди и ситуация, в которой две или более группы попадают в зону обслуживания одной ТД не предвидится. Но, поскольку, на группу выдаётся 1 терминал (ГТ) и находится он у руководителя группы, то ни о каком одновременном обслуживании речи быть не может и задачи решается сама собой. Вдоль маршрута, на расстоянии 800 - 1000 м, будут располагаться контрольные точки (рисунок 1). ТД через определенное время отправляет широковещательные сообщения. В этих сообщениях она передает такие данные, как свой UIN, профиль функционирования (ПФ), пакеты синхронизации. ГТ, извлекая данные из принятого широковещательного сообщения, по UINу ТД определяет «своя» ли эта ТД, далее выбирает профиль функционирования, подстраивает шкалу времени. Для передачи сообщения ГТ сравнивает уровень широковещательного сообщения с порогом, и как только он стал больше порога, ГТ на основе конкурентной борьбы пытается передать необходимое сообщение. Для того, чтобы не было взаимного влияния друг на друга ТД, частоты их широковещательных сообщений должны быть различны. Частоты могут повторяться, через каждую вторую точку доступа.

Оценка трафика и обозначение требований к способу доставки сообщений.

Трафик генерируемый ГТ, является эпизодическим, зависящим от того попадает ли ГТ в зону радиопокрытия. В данной системе достаточно одного факта передачи, и вне зависимости от того сколько находится в зоне радиопокрытия ГТ, он больше не генерирует трафик, а ТД к терминалу не обращается. Для этого в информационных системах (ИС) ТД и ГТ, необходимы маркеры. В поле Marker журнала хранения данных ИС ставиться маркер, что сообщение отправлено на ТД, а в поле Marker журнал хранения принятых данных с ИС ТД ставится маркер, что сообщение от ГТ принято.

Выделение источников и получателей информационных сообщений.

Теперь определимся с источниками и получателями информационных сообщений. Источником сообщения является групповой терминал, а получателем сообщения -  центр сбора информации (ЦСИ), через точку доступа. Групповой терминал при прохождении через зону радиопокрытия, выясняет какие данные он обязан предоставить, и предоставляет их в виде сообщения. Тогда появляется вопрос, как групповой терминал выясняет какие данные он должен предоставить. Здесь возможно два варианта. Первый вариант заключается в том, что оператор, находящийся в ЦСИ, отправляет на точку доступа запрос о предоставлении дополнительной услуги, для этого на точке доступа имеется журнал предоставления дополнительных услуг. Информация для дополнительной услуги может быть снята либо со всех датчиков, либо частично. Для этого в журнале предоставления дополнительных услуг, указывается с каких датчиков нужно получить информацию (рис.8). Точка доступа  формирует сообщение конкретному групповому терминалу, содержащее в себе какие дополнительные услуги должен оказать групповой терминал. Второй вариант: групповой терминал, не получает от точки доступа, сообщение о предоставлении дополнительных услуг, т.е. терминал передаст на точку доступа сообщение, которое будет состоять только из основных услуг.

Для работы оператора необходимо программное обеспечение, с помощью которого он сможет управлять точками доступа, ставить маркеры на запрос дополнительных услуг от терминалов, очищать журналы точки доступа и т.д.



Рисунок 2. Топология сети.

Таким образом, основными компонентами системы являются: групповые терминалы, точки доступа и ЦСИ (рисунок 2).

На терминалах необходимо радиооборудование для организации двухсторонней беспроводной связи.

На точках доступа 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.

ЦСИ получает данные с точек доступа, с помощью своих запросов на каждую точку доступа, тем самым ЦСИ опрашивает активность точки доступа. Опрос точек доступа выполняется не оператором, а с помощью алгоритма. В результате успешного приема данных ЦСИ отвечает подтверждением. Если точка доступа получает подтверждение, это является в свою очередь основанием для очистки журналов с данными.



Рассмотрим краткое описание концепции функционирования сети в виде анализа доставки сообщений. Терминал при попадание в зоны радиопокрытия, выясняет какого вида ему необходимо отправить сообщение (с основной услугой, с основной и дополнительной услугой). С помощью радиомодуля осуществляется передача подготовленного сообщения на точку доступа. На точке доступа с помощью радиомодуля осуществляется прием сообщения от терминала.


Рисунок 3. Функциональная схема терминала.

  • РМ - радиомодуль;
  • УЭ - управляющий элемент;
  • ИС - информационная система;
  • УС - устройство сопряжения;

 Для связи ЦСИ с каждой точке доступа, необходимо предусмотреть подключение 3G модема, интерфейс соединения usb. Для функционирования всех элементов точки доступа, имеется управляющий элемент (УЭ).


Рисунок 4. Функциональная схема точки доступа.

Сообщения, отправляемые точкой доступа могут предназначаться, либо всех терминалам, т.е. являются широковещательными, либо конкретному терминалу - адресные. Принцип организации доступа к физическому каналу, предполагается подробнее рассмотреть во  второй статье.

Определение и обоснование информационной подсистемы сети.

Информационная подсистема терминала включает в себя такие элементы, как:

  • журнал запрашиваемых услуг – журнал, который содержит сведения о том какую услугу необходимо предоставить;

  • журнал хранения данных – содержит информацию со всех датчиков, которую необходимо будет передать на точку доступа на основании журнала запрашиваемых услуг.

  • журнал идентификационных номеров ТД – основное предназначения состоит в том, чтобы терминал мог определить находится ли он в зоне обслуживания своей точки доступа;

  • идентификационный номер терминала (UIN) – уникальный номер терминала, присвоенный ЦСИ перед началом прохождения маршрута.

Информационная подсистема точки доступа состоит из:

  • журнала предоставления дополнительных услуг – в данном журнале содержится запрос от ЦСИ на дополнительную услугу, которую должен предоставить конкретный терминал;

  • журнала хранения данных принятых с ГТ – хранятся данные полученный от терминалов;

  • журнала успешной доставки сообщений на ЦСИ – подтверждения доставки на ЦСИ;

  • идентификационный номер ТД – уникальный номер точки доступа, присвоенный перед началом соревнования ЦСИ;

  • журнал идентификационных номеров групповых терминалов – используется для идентификации участников, а также для отправки сообщения конкретному терминалу, например для получения дополнительной услуги.

  • журнал фиксирования терминала – фиксирует время появления терминала в зоне обслуживания, для дальнейшей передачей вместе с сообщением от терминала на ЦСИ.


Рисунок 5. Информационная подсистема сети.


Рисунок 6. Журнал хранения данных в терминале.

Также в журнале должен присутствовать маркер, свидетельствующий о передаче необходимой(запрошенной) информации.

При записи данных в журнал, помимо необходимой(запрошенной) информации, указывается UIN группового терминала, по которому можно определить от какой именно команды участников поступила информация.


Рисунок. 8. Структура журнала предоставления дополнительных услуг.

Маркер принимает двоичные значения: "1" свидетельствует о необходимости предоставляемой услуги, "0" - о её ненадобности.

Список используемых источников:

  1. С.А. Милованов - Система сбора данных с подвижных станций (часть 1). URL:http://omoled.ru/publications/view/288
  2. Система сбора данных с подвижных станций. Часть1. Доработанная. URL:http://omoled.ru/publications/view/313
  3. П.Б. Никишкин КП «Система сбора данных с подвижных объектов»Часть I. URL:http://omoled.ru/publications/view/424

  4.  Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. - М., Техносфера, 2006 г.