Курсовой проект по
дисциплине
«Системы и сети связи
с подвижными объектами»
Радиосистема
управления освещением
Часть 2.
2.1. В нашей системе представляется в виде иерархической структуры OSI. 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.8. Диаграмма
состояний Т.
Список используемой литературы:
- Бакке А.В. Лекции по курсу ССПО. 2012-2013
- http://omoled.ru/publications/view/314
- http://omoled.ru/publications/view/297
- http://omoled.ru/publications/view/430
- http://omoled.ru/publications/view/640