Исходные данные к проекту
Максимальное количество активных подвижных терминалов: 6
Радиус зоны обслуживания: 120 м
Модель предсказания потерь: в соответствии с рекомендациями МСЭ
Тип местности: городская застройка/производственные помещения
Вероятность ошибки на бит Pb: 3* 10-6
Мощность излучения подвижной станции Ризл АС : < 1 Вт
Рекомендуемая технология передачи: OFDM
Диапазон частот: до 1 ГГц.
Вид модуляции, параметры аудио и видео потоков выбираются самостоятельно.
1.1.  Анализ поставленной задачи и исходных данных, выявление особенностей работы системы.

Система предназначается для организации сети подвижных объектов, оснащенных видео датчи-
ками. Видеоизображение от активных устройств в режиме реального времени передается на ба-
зовую станцию, которая перенаправляет этот видеопоток конечным потребителям.

В проектируемой системе объекты по типу управления являются автоматизированными. Для координирования роботов необходим центр управления и сбора информации (ЦУСИ). Управление датчиками робота осуществляется оператором. Вся аудио и видео информация приходящая на ЦУСИ хранится либо на накопителях (которые входят в состав ЦУСИ), либо на сервере хранения данных. Так как проектируется радиосистема видеонаблюдения, то роботы необходимо оснастить радиооборудованием, такой комплект назовем терминалом (Т). Еще необходимо устройство осуществляющее связь с подвижными терминалами с одной стороны и ЦУСИ с другой – точка доступа (ТД).

В качестве одного из источников информационных сообщений выступают аудио и видео датчики, в таком случае ЦУСИ выступает в роли получателя. Чтобы оценить характер трафика в этом направлении, необходимо определиться в каком формате ведется запись аудио и видео данных. Проведя некоторый анализ «онлайн» камер видеонаблюдения предлагаемых на рынке [1], [2], [3], можно заметить что наибольшей популярностью пользуется стандарт MPEG-4.

В разрабатываемой системе видео контроля будет использовано две модификации стандарта MPEG-4 (таблица 1). Эти модификации обладают наилучшим качеством видео среди представленных, но отличаются лишь параметром «Настройки качества». Этот параметр выражает степень сжатия потока, и от него напрямую зависит качество аудио и видео.



Таблица 1. Модификации стандарта MPEG-4 используемые в системе видеоконтроля.


Из выбранных модификаций следует, что для передачи видео и аудио потоков с одного терминала необходимо гарантировать скорость передачи 1400Кбит/с. В случае если в системе видеонаблюдения работают только половина роботов, то можно увеличить до 2600 Кбит/с. Еще одной особенностью этого направления передачи является негарантируемость доставки аудио и видео данных. Это объясняется визуальными и слуховыми особенностями восприятия человека, т.е. потерю нескольких видео кадров или нескольких секунд аудио человек способен «домыслить».


ЦУСИ (оператор) в свою очередь также является источником сообщений, которые предназначены аудио и видео датчикам. В роли таких сообщений выступают команды управления датчиками (поворот камеры, зуммирование изображения, регулировка громкости и т.д.). Команды управления могут осуществляться до сотен раз в минуту. Для передачи таких сообщений достаточно скорости несколько сотен бит/с. В этом направлении передачи ТД должна гарантировать доставку команд управления, иначе отсутствие такой гарантии может привести к неправильному выполнению команд, неисправности или потери робота.


В связи с широким спектром применения системы видеонаблюдения следует предусмотреть возможность шифрования данных. Режим шифрования будет включатся по требованию оператора (администратора). Основной услугой этой системы является видеонаблюдение. Дополнительных услуг в системе не предусмотрено.


1.2. Проработка сценария взаимодействия сетевых объектов.

Функциональная схема сети представлена на рис. 1.




Рассмотрим краткое  описание концепции функционирования сети. Функционирование разрабатываемое радиосети начинается с этапа поиска сети. ТД передает широковещательное сообщение в состав которого входит уникальный IDТД . Т осуществляет поиск сети. Найдя сеть Т получает IDТД , сравнивает его с IDТД , хранящимся в информационной системе Т. В случае если они совпадают, то начинается процедура регистрации Т в сети, в противном случае поиск сети продолжается Для прохождения процедуры регистрации в сети Т передает ТД уникальный IDТ . ТД, получив IDТ , сравнивает его с IDТ, хранящимся в информационной системе ТД. В случае если принятый IDТ совпадает с хранящимся, то процедура регистрации окончена: Т зарегистрирован в сети . Эти этапы функционирования осуществляются только один раз: во время включения Т. А при дальнейшем функционировании сети ТД  периодически опрашивает терминалы , если терминал включен и зарегистрирован, то он ответит подтверждением . Данная процедура позволяет терминалам знать сколько терминалов в сети на данный момент. Это дает возможность оператору сделать запрос Т на улучшение качества передачи видео и аудио данных, если в сети находятся не все терминалы. После прохождения этапа регистрации оператор (ЦУСИ)  может осуществлять видео наблюдение, запросив нужный ему терминал . Для того чтобы ТД знала кому предназначаются видео и аудио данные необходимо каждому оператору присвоить уникальный номер: IDоператора . И далее после запроса терминал предоставляет конкретному оператору видео и аудио данные . Осуществление управления датчиками осуществляется по той же схеме, что «запрос на видео наблюдение» .  



1.2.1. Обоснованный выбор способа организации физических каналов (ФК). Краткое описание процедуры

множественного доступа служб L2-уровня к ФК, пояснение способа организации двустороннего обмена

сообщениями.


Доступ к физическому каналу осуществляется на основе метода множественного доступа с фиксированным распределением – FAMA. В получаемой терминалами ШВС содержится ШРВИ, в которой указано за каким терминалом закреплен тот или иной временной интервал. Далее, ТД осуществляет поочередный опрос всех терминалов. Терминалы отправляют сообщения подтверждения о своем наличии в сети согласно ШРВИ. В этот момент  ТД по принятому сообщению канала DTСН с помощью модуля проведения оперативных измерений осуществляет оценку мощности (радиоизмерения) в каждом временном интервале. После того, как терминалы передали сообщения подтверждения по каналу DTСН, они переходят в режим энергосбережения . Отразим вышеописанный доступ к физическому каналу в виде временных диаграмм (Рис. 2, а). Вышеописанные доступ к физическому каналу соответствуют режимам поиска сети и регистрации, а также активному режиму, в случае если используется модификация стандарта MPEG-4  с минимальными требованиями. Результатом работы этих режимов ТД выявлено, что в сети нет терминала 2.

          Когда на ТД поступает команда с СУ на смену модификации с лучшим качеством видеоизображения.  ТД резервирует первый не занятый канал для передачи видеопотока, а так же канал для передачи команды управления (КУ), в нашем случае это каналы, которые были отведены под Т2. Команда на смену модификации, а также номер дополнительно назначенного канала передается Т10. После этого Т10 отправляет сообщение подтверждения об успешном приеме команды и переходит на модификацию MPEG-4  с лучшим качеством видео изображения.








Рис. 2. Временная диаграмма, соответствующая доступу к ФКС в различных режимах работы Т: а – режим поиска сети и режим регистрации; б – активный режим (смена профиля функционирования).



1.2.2. Краткий анализ развития событий, связанных с терминалом, начиная с момента его включе-

ния/активизации до момента его выключения.


В разрабатываемой радиосистеме терминалы достаточно простые устройства.

В них предусмотрено всего три режима работы:

- режим ожидания;

- режим регистрации;

- активный режим.

Режим ожидания начинается с момента включения терминала и заканчивается моментов поиска сети. В данном режиме в ИС Т нет сведений об идентификаторе сети. А в ИС ТД нет сведений об активных терминалах. Режим регистрации начинается с момента нахождения сети и заканчивается прохождением процедуры регистрации.  Во время действия этого режима в ИС Т появляется информация о сети (IDТД), а в ИС ТД фиксируются терминалы прошедшие регистрацию в сети IDТАктивный режим, начинает свое действие с момента активации оператором видеокамеры. В это время в ИС ТД отражаются сведения о том, с какого рабочего места управляют камерой на каком терминале.  Действие этого режима заканчивается в момент, когда оператор отказывается от управления выбранной видеокамерой. После этого терминал переходит в режим ожидания.


1.2.3. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы сетевых терминалов на основании

описания п.1.2.2. Построение и описание графической диаграммы, отражающей взаимодействие режимов

работы терминалов и поясняющей условия перехода терминалов из одного режима в другой.


Режим поиска сети - в этом режиме терминал определяет , есть ли в канале широковещательные сообщения.Широковещательное сообщение (ШВС) включает в себя следующие поля:

- IDТД – необходим для того, чтобы терминал идентифицировал сеть (ТД), а также для последующей передачи служебных и информационных сообщений точке доступа;

- шкала распределения временных интервалов между терминалами. Наличие этого поля необходимо на этапе регистрации терминалов в сети для избегания коллизий. Это поле включает в себя идентификационные номер терминалов IDТ (данный список хранится в журнале адресов информационной системы точки доступа) и соответствующие им временные интервалы. Также порядок распределения этой шкалы необходим на этапе организации видеопотока т.е. передача видеопотока осуществляется в заранее распределенный временные интервалы. После нахождения широковещательного сообщения терминал фиксирует в журнале идентификаторов точки доступа информационной системы, что он зарегистрировался в сети с IDТД, и что осуществлять передачу на точку доступа нужно в обозначенный интервал. Далее терминал переходит в режим регистрации.

 

Режим регистрации. В данном режиме точка доступа осуществляет поочередный опрос всех терминалов. В информационной системе точки доступа в журнале активных терминалов хранится список идентификационных номеров терминалов IDТ. Операция поиска терминалов происходит периодически, опрашиваются  как активные терминалы, так и неактивные. После того, как терминалы прошли режим регистрации в журнале активных терминалов, соответствующим флагом отмечаются функционирующие терминалы. После прохождения этой процедуры оператор может осуществить управление выбранной им видеокамеры.

 

Режим активный. Оператор выбирает с помощью ПО видеокамеру активного терминала. Точка доступа в журнале активных терминалов производит поиск: за каким терминалом закреплена запрашиваемая видеокамера. В случае, если видеокамерой не управляет другой оператор, то точка доступа закрепляет за IP-адресом рабочего места оператора терминал с IDТ. Далее, точка доступа резервирует канал связи для передачи видеопотока. В случае, если запрашиваемой видеокамерой уже осуществляется управление, то оператору поступит оповещение об этом. Точка доступа дает терминалу команду на включение видеокамеры и на передачу видеопотока. Терминал осуществляет передачу видеопотока, согласно модификации с минимальной скоростью потока. Далее, точка доступа перенаправляет видеопоток, по известному IP-адресу рабочего места оператора в СУ. В СУ маршрутизатор направляет видеопоток  на рабочее место оператора. 

          




Рис. 3. Диаграмма состояний терминала.


1.2.4. Обоснование необходимости и пояснение способа обеспечения энергосбережения сетевыми узлами.


Электропитание роботов осуществляется от автономного источника энергии. И в этой связи обеспечения энергосбережения является важнейшей задачей с точки зрения длительности функционирования роботов. Терминалы располагающиеся на роботах потребляют достаточно большое количество энергии. В основном эта энергия затрачивается на передачу. Рассмотрим возможные пути энергосбережения в для всех режимов работы:

1. В режиме ожидания мер по энергосбережению не предпринимается, т.к. в этом режиме Т работает только на прием.

2. В режиме регистрации удается обеспечить энергосбережение за счет того, что ТД является инициатором регистрации, а терминалы только подтверждают свое наличие.

3. В активном режиме удается сэкономить энергию за счет адаптивного изменения мощности передачи.


1.2.5. Обоснование необходимости контроля качества канала связи (организация радиоизмерений) как в ак-

тивном, так и в пассивном состояниях сетевых узлов. Определение последовательности действия решения

данной задачи и пояснение маршрута доставки данных контроля качества службе-получателю. Пояснение

способа использования информации о качестве канала связи (изменение мощности передачи, переключе-

ние на другой профиль физического уровня и т.п.).


  Адаптивное изменение мощности состоит в следующем:

1) ТД измеряет уровень сигнала в каждом активном канале и сравнивает их с уровнем сигнала достаточным для достоверного приема (стандартный уровень);

2) если уровень сигнала в активном канале превышает стандартный уровень, то  ТД передает Т команду на уменьшение мощности передачи. Данная ситуация возможна когда терминалы функционируют вблизи ТД;

3) если уровень сигнала в активном канале меньше стандартного уровня, т.е. не обеспечивается достоверный прием, то ТД дает команду Т на смену профиля функционирования на более помехоустойчивый. Если это не помогает, то ТД подает Т команду на увеличение мощности передачи. Данная ситуация возможна когда терминалы удалены на значительные расстояния от ТД.

        Как такового адаптивного изменения скорости передачи данных в разрабатываемой системе не предусмотрено. Изменение скорости передачи возможно лишь по инициативе оператора и при наличии свободного канала.

Исходя из описанного выше, необходимо сформулировать основные задачи выделенных узлов радиосети, то есть, терминала и точки доступа. 



Список используемой литературы


1.http://omoled.ru/publications/view/425

2.http://omoled.ru/publications/view/291

3.http://omoled.ru/publications/view/295

4.http://omoled.ru/publications/view/622