Система сбора данных с подвижных радиостанций

(Часть 1)

Подготовил ст. гр 0110 КуликовА.А.

    В данной курсовой работе ставится задача разработки системы предназначенной для  обеспечения беспроводного сбора  данных с подвижных объектов  с целью фиксации факта их прохождения через контрольные точки.

    К разрабатываемой системе предъявляются следующие требования:

 - минимально возможная мощность излучения терминалов;

 - в зоне радиопокрытия точки сбора могут находиться несколько объектов;

 - минимальный диапазон используемых частот;

 - определение местоположения объекта выполняется на основе СНС.

 Анализ поставленной задачи, выявление особенностей работы системы.

   Данную систему планируется использовать в дисциплине лыжные гонки ,она будет фиксировать факт прохождения спортсменом контрольной точки. Точки  доступа располагаются вдоль трассы предполагаемого движения спортсмена и обеспечивают получение  оперативных данных с датчиков, расположенных на его теле. Информация о прошедших через точку  доступа спортсмена, а также сведения с датчиков ,таких как скорость движения, пульс спортсмена, температура тела передаются в центр сбора информации, где происходить анализ и обработка результатов каждого спортсмена, а в дальнейшем и вывод общего протокола соревнований.

     Исходные данные:

 Радиус зоны радиопокрытия терминала (АС): 150м

 Модель  предсказания потерь: Хата

 Вероятность  ошибки на бит Pb: 2*10-7

 Количество  каналов передачи данных: 8

 Мощность излучения подвижной  станции Ризл АС : < 250 мВт

     Основными компонентами системы являются:

 1.Радиомояк(РМ);

 2.Точка сбора информации(ТС);

 3.Центр сбора и обработки информации(ЦСИ);

     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, 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 право передавать сообщения в этой сети

     В связи с  большим количеством участников в данном виде спорта  встаёт вопрос об одновременном обслуживании некоторого числа участников попавших в зону радиопокрытия. Для решения этой проблемы будет использоваться  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). 
                                                                   

                                                      Рисунок 1. Общая идея системы.

Оценка трафика и обозначение требований к способу доставки сообщений.

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

Выделение источников и получателей информационных сообщений.

     Далее нужно определить источник и получателя информационных сообщений. Источником сообщений будет 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).

  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, из каких основных компонентов состоит разрабатываемая система:

  Для организации беспроводной связи между терминалом и точкой доступа, в составе терминала установлен радиомодуль. За хранение и распределение всей информации отвечает устройство управления сценариями. 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 ЦСИ с каждой точке доступа, необходимо предусмотреть подключение 3G модема, интерфейс соединения usb. Для функционирования всех элементов точки доступа, имеетсяустройство управления.

                                     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.

     Определение и обоснование информационной подсистемы сети.

                                         Рисунок 5. Информационная подсистема 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 – уникальный номер терминала, присвоенный ЦСИ перед началом соревнования.

   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 Т – 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 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.

Список используемых источников:

1. С.А. Милованов - Система сбора данных с подвижных станций (часть 1).:http://omoled.ru/publications/view/288
2. КП «Система сбора данных с подвижных станций». Доработанная версия. http://omoled.ru/publications/view/75
3. П.Б. Никишкин КП «Система сбора данных с подвижных объектов»Часть I. http://omoled.ru/publications/view/424
4.  А.В. Бакке. «Лекции по курсу ССПО», Рязань, РГРТУ 2014.