ОРГАНИЗАЦИЯ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ВОЛНОМЕРНОГО БУЯ НА БАЗЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

В первом случае АИС ВБ передает данные ближайшей базовой береговой АИС, сеть которых развернута на внутренних водных путях единой глубоководной системы Европейской части Российской Федерации. Следует заметить, что реализация данного способа требует сравнительно небольшой модификации программного обеспечения AIS Network (прием, архивирование и отправка специфических посылок ВБ). Для передачи информации целесообразно использовать сообщение № 6 (Addressed Binary Message) - адресное двоичное сообщение объемом до 920 бит. Адрес абонента (базовой станции) контроллер ВБ вычисляет, анализируя принятые сообщения №4, периодически передаваемые базовой станцией. Стандартный интервал сообщения составляет 10 с. Интервал сокращается до 3 1/3 с в случае назначения береговой станции источником синхронизации для других станций. Сообщение №4 содержит номер опо-знавателя морской подвижной службы (MMSI) береговой станции, ее координаты и время передачи текущего слота (в котором передается сообщение №4), привязанного к секундной метке шкалы времени UTC. Контроллер ВБ, приняв сообщение №4, выделяет из него MMSI береговой станции и формирует сообщение №6 с технологической информацией для адресной передачи на береговую станцию (по полученному MMSI адресу). Для инициализации передачи контроллер ВБ формирует и отправляет в АИС ВБ соответствующее АВМ предложение[2].

Передача сообщения №6 повторяется 4 раза с интервалом 5 с. После передачи адресного сообщения АИС ожидает подтверждения доставки в течение 5 с. Если подтверждение не получено, то отправляется повтор сообщения и снова ожидается подтверждение. Если подтверждение не получено после трех повторов, отправка сообщения считается неуспешной. Успешный прием сообщений №6 базовая станция подтверждает ответным сообщением №7. Общий цикл передачи сообщения №6 имеет длительность около 30 с [4].

В реальных условиях посылка плановых сообщений ВБ о технологических параметрах будет проводиться 1-2 раза в час. Таким образом, использование сообщения №6 для передачи технологических параметра не приведет к заметной загрузке каналов связи АИС.

Согласно Рекомендации МСЭ ITU-R M.1371-1, каждое двоичное сообщение должно иметь идентификатор области применения (Application Identifier - AI), указываемый в заголовке поля двоичных данных. Идентификатор области применения включает два параметра: код обозначенного района DAC (Designated Area Code) и функциональный идентификатор FI (Function Identifier) [5-7]. Дунайской комиссией был принят стандарт для систем обнаружения и отслеживания судов на ВВП где рекомендуется использовать код обозначения района DAC для ВВП равным 200. Стандартом рекомендовано несколько функциональных идентификаторов для передачи динамических данных с целью обеспечения безопасности плавания и управления движением судов в среднесрочной и краткосрочной перспективе [7]. Сообщения с функциональными идентификаторами FI =1-5, 10, 21-24, 40, 55 определяются стандартом для систем обнаружения и отслеживания судов на внутренних водных путях, принятым Дунайской комиссией, и содержат информацию о местонахождении и состоянии судна, статистические данные о рейсе, времени подхода к шлюзам, мостам, терминалам (данные сведены в табл. 1).

Таблица 1

DAC FI Двоичные данные

200 Всего 0-63

16-19 зарезервировано ИМО

1-5,10, 21-24, 40, 55 данные по безопасности

6-9, 11-15, 20, 25-39, 41-54, 56-63 Свободные идентификаторы

Таким образом, для посылки АИС ВБ можно предложить следующий формат:

DAC FI Массив параметров

200 30 Параметры волнения

После обработки информации ВБ береговыми службами, через сеть AIS Network может быть обеспечена рассылка информации о параметрах волнения в составе сообщения по безопасности через сеть базовых станций АИС на суда с использованием стандартных широковещательных телеграмм.

Во ВГАВТ создана и испытана локальная система измерения параметров волнения. Система включает в свой состав:

- ВБ, реализующий передачу данных в направлении ВБ-берег по каналам АИС (в макете была использована АИС SI-30R);

- мобильный береговой комплекс приема и архивирования информации (МБК ПАИ), предназначенный для приема информации от ВБ, ее визуализации и архивирования.

Дальность связи зависит от высоты расположения приемной антенны МБП ПАИ и передающей антенны ВБ, состояния среды распространения радиоволн, встречающихся на пути преград и т.д. и примерно равна 15-20 морским милям, без учета внешнего воздействия факторов, отличных от обычных условий эксплуатации радиоустановки.

Структура МБК ПАИ представлена на рис. 2.

Антенна Антенна GPS ^

АИС Транзас Т105В

_V_

Персональный компьютер

Информационные линии Линии питания

Рис. 2. Структура МБК ПАИ

В локальной системе можно организовать оповещение судов, находящихся в зоне действия АИС ВБ, о параметрах волнения с помощью рассылки ВБ циркулярного сообщения по безопасности №12.

Прием, визуализация и архивирование информации, принятой от ВБ, осуществляется специализированной программой «Vоlшmer». Окно программы представлено на рис. 3.

Блок питания

H

ы

Рис. 3. Окно программы «Volnomer»

В верхней части окна расположено поле «Время записи» (1), в котором фиксируется момент последней записи данных в файл на жесткий диск, а также поля для отображения координат ВБ «Широта» и «Долгота» (2). Зеленые индикаторы около указанных полей загораются при обновлении данных.

В средней части окна отображаются полученные данные с ВБ. В поле «Высота волны» (3) выдается информация о высоте волны (в метрах), два соседних поля (4) зарезервированы для дальнейшего развития системы. Для оперативного просмотра полученных данных можно воспользоваться полосой прокрутки (5). Прием новых данных сопровождается миганием зеленого индикатора «Данные прием» (6). Время приема последней посылки от ВБ фиксируется в поле (7) «Время приема».

В центре окна на экране осциллографа (8) наглядно отображается зависимость высоты волны от времени. Шкала времени настраиваемая (на рисунке длина шкалы составляет 72 часа). Архивирование информации производится автоматически при нажатии кнопки «Запись» (9).

Во время испытаний ВБ передавал данные в течении 5 минут каждый час. Архивирование производилось в автоматическом режиме один раз в час по окончании сеанса связи.

В нижней части экрана расположена служебная диагностическая информация. Индикатор «Связь с АИС» (10) отображает состояние связи АИС МБК ПАИ с персональным компьютером. В поле «Выбор порта» (13) производится выбор порта компьютера для связи с АИС.

В поле (11) отображаются все посылки с АИС (протокол передачи - NMEA), а в поле (12) фиксируется посылка, сформированная АИС МБК ПАИ при приеме данных от ВБ. В этой посылке содержится информация о параметрах волнения. Кнопка «Выход» (14) используется для завершения работы программы.

Для архивирования данных программа формирует суточные файлы. Имя файла формируется по текущей дате (на каждые сутки отдельный файл). Формат файла архивных данных:

0ч. -0_1ч. -0_2ч. -0_3ч. -0_4ч. -0_5ч. -0_6ч. -0_7ч. -0_8ч. -0_9ч. -0_ ...

0ч. -0_1ч. -0_2ч. -0_3ч. -0_4ч. -0_5ч. -0_6ч. -0_7ч. -0_8ч. -0_9ч. -0_ ...

0ч.-0 1ч.-0 2ч.-0 3ч.-0 4ч.-0 5ч.-0 6ч.-0 7ч.-0 8ч.-0 9ч.-0 ...

Первая строка - почасовая информация о высоте волны (в метрах /100), вторая строка - почасовая информация о втором параметре волны (зарезервирован для дальнейшего развития системы), третья строка - почасовая информация о периоде волны (при проведении испытаний данный параметр не вычислялся).

Формат записи данных в архив:

0ч.-ХХХ_

Первый символ - номер часа от 0 до 23, второй символ - обозначение часа (буква ч), третий символ - точка, четвертый символ - разделитель «-», пятый, шестой и седьмой символы - высота волны (в метрах/100).

В локальной системе измерения параметров волнения для передачи данных от ВБ на МБК ПАИ используется избирательное текстовое сообщение АИС №12. Для инициации передачи АИС сообщения №12, вычислитель ВБ формирует для АИС команду, формат которой приведен ниже:

!AIVDM,1,1„A,<44FV@FvOiL4 ХХХХХХХХХ,0*24 ,

1 2 3 4 5

где:

1) !AIVDM,1,1„ - заголовок посылки (всегда неизменный), определяющий тип получаемой посылки (в нашем случае данные с АИС);

2) A - радиоканал по которому передаются данные (может быть А или Б);

3) ,<44FV@FvOiL4 - служебная информация в посылке;

3.1) < - номер команды 12 ( передача текстового сообщения );

3.2) 44FV@FvOiL - MMSI (номер) АИС МБК ПАИ;

3.3) 4 - порядок переданных данных по радиоканалу (4 - первое сообщение, 6 -повторное сообщение и т.д.), код может изменяться от 4 до 6;

4) ХХХХХХХХХ - данные ВБ (три первых символа - высота волны в миллиметрах, средние три символа - резервный параметр, три последних символа - период волны в миллисекундах).

5) ,0*24 - окончание посылки с контрольной суммой.

Координаты ВБ передаются АИС ВБ в сообщении №1 о статических и динамических данных.

Использование ВБ на ВВП будет способствовать повышению безопасности судоходства на ВВП за счет оперативного получения информации о параметрах волновых процессов. Организация обмена данными по каналам АИС исключает затраты на организацию береговой инфраструктуры для передачи информации потребителям и оплату трафика. Интегрирование ВБ в систему AIS Network позволит формировать расширенные базы данных для речных информационных систем.

Список литературы:

[1] www.datawell.nl.

[2] Судовая автоматическая идентификационная система/А.Н. Маринич, И.Г. Проценко, В.Ю. Резников и др. - СПб.: Судостроение, 2004. - 180 с.

[3] AIS NETWORK (в. 2.40). Техническое руководство. - Copyright Transas Marine Ltd., 2010.

[4] Борисов Д.А., Плющаев В.И. Экспериментальная проверка возможности передачи дополнительной технологической информации с судна по каналам АИС. 14-й научно промышленный форум «Великие реки 2009». Труды конгресса. Том 1. Н.Новгород: Изд. ФБОУ ВПО «ВГАВТ». Н.Новгород: 2012. с. 110-113.

[5] ITU1371. - Recommendation ITU-R M.1371-3, International Telecommunication Union. - June 2006.

[6] PAWSS - US Coast Guard, Ports And Waterways Safety System. - http://www.navcen.uscg.gov/ mwv/vts/PAWSS.htm.

[7] CCNR - Central Commission for Navigation on the Rhine (CCNR), Test Standard for Inland AIS, Edition 1.01. - 22 October 2008.

THE ORGANIZATION OF THE DATA TRANSMISSION CHANNEL WAVE RIDER BUOY BASED AUTOMATIC IDENTIFICATION SYSTEM

V.I. Merzlyakov, S.V. Perevezentsev, V.I. Plyushchayev

Keywords: Wave rider buoy, Data channels, AIS

The article describes the method of organizing of data transmission from a wave rider buoy on a shore station with use of automatic identification system.

УДК 621.371

A.В. Попов, к.т.н., ст. преподаватель ФГБОУ ВО «ВГУВТ»

B.В. Двенахов, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

ОПТИМИЗАЦИЯ И ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В ЗАКРЫТОМ ПОМЕЩЕНИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ WI-FI.

Ключевые слова: Wi-Fi, излучение, распространение, оптимизация, измерение

В статье рассмотрены ключевые особенности распространения Wi-Fi излучения, как в помещениях так и вне их. Приведен способ, позволяющий выбрать оптимальное месторасположение Wi-Fi передатчика. Выполнен эксперимент, с целью проверить эффективность данного способа.

Wi-Fi - торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Аббревиатура Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам, на частотных каналах 2,4 и 5 ГГц.

Проблеме распространения радиоволн внутри зданий и помещений в настоящее время уделяется большое внимание. Это связано прежде всего с модернизацией локальных информационных сетей с помощью технологии Wi-Fi. Наличие внутри здания стен, перегородок, мебели, радиоэлектронной аппаратуры и т. п. создает сложную среду для распространения радиоволн, которая существенно отличается от свободного пространства и характеризуется такими эффектами, как: многолучевость, обусловленная многократными отражениями радиоволн; дифракция на предметах; затухание радио волн при распространении на расстояние и прохождении препятствий. Внутри помещений отраженные сигналы WiFi и их эхо-сигналы (копии исходного сигнала WiFi) могут вызываться такими условиями как длинные коридоры, стены, столы, пол, шкафы, а также большим количеством других препятствий. Такие внутренние зоны с большим количеством металла, как ангары аэропортов, складские ангары, цеха заводов и фабрик изначально являются объектами с высоким уровнем многолучевого рас-

пространения сигналов Wi-Fi из-за большого количества отражающих поверхностей. Обычно именно отражение является основной причиной многолучевого распространения сигнала WiFi. На улице (вне помещений) многолучевое распространение WiFi может вызываться отражением от дороги, от большого зеркала воды (озеро, река и т.п.), от зданий или от атмосферы при возникновении специфических условий. Таким образом мы будем иметь сигналы, которые изменяют направление (изгибаются с приближением или удалением) во многих различных направлениях. Базовый/исходный сигнал WiFi будет доходить до приемной антенны, но множественные копии сигналов с изменёнными направлениями и после многих переотражений могут также добраться до приемной антенны имея совершенно непредсказуемые характеристики (фазу, амплитуду и т.п.). Обычно для отраженных сигналов требуется несколько больше времени, чтобы добраться до приемной антенны из-за необходимости пройти больший путь, чем базовый сигнал. Разница во времени может измеряться в наносекундах. Эта временная разница называется задержкой распространения сигнала (delayspread). При этом одни технологии более подвержены такого рода задержке, другие менее.

Для радиосигналов эффект многолучевого распространения может становиться положительным или отрицательным (иногда говорят: конструктивным или деструктивным). Значительно чаще результат является отрицательным. Из-за разницы в фазах множества путей копий сигналов комбинированный сигнал на приемнике чаще будет затухать или будет повреждаться.

Возможны насколько случаев при появлении многолучевого распространения:

1. Может наблюдаться положительный эффект, который будет характеризоваться приростом амлитуды принимаемого сигнала, а как следствие принимаемое устройство будет сигнализировать нам об улучшении качества принимаемого сигнала. Это вызвано тем, что волны многократно отражаясь, от поверхностей и предметов, находящихся у них на пути приходят к точке приема в фазе, или с небольшим расфазиро-ванием по отношению к излученному (базовому сигналу). Однако, сумма таких сигналов, дошедших до приемника не может превзойти по амплитуде базовый сигнал, в силу огромных потерь при распространении сигналов в свободном пространстве;

2. Снижение уровня сигнала, относительно базового сигнала. Это явление будет достигаться, когда волны будут попадать на приемник с разностью в фазах в диапазоне от 121 до 179 градусов;

3. Зануление сигнала. Это полное затухание сигнала, имеет место быть когда волны принятые приемником приходят в противофазе, т.е. когда фазовый сдвиг между ними будет равен, или незначительно отличается от 180 градусов.

Чаще всего такое распространение сигналов оказывает негативное влияние на уровень и качество принимаемого сигнала. Для компенсации данного вида помех в бытовых условиях, можно снизить количество отражающих поверхностей, предметов, на пути сигнала от источника к приемнику. Так же можно примять специальные поглощающие покрытия, которые не будут давать сигналу переотражаться, однако оба эти способа не дадут значительно прироста в бытовых условиях, поскольку, применение поглощающих материалов, не рационально с бытовой точки зрения, а предметы и поверхности отражения будут присутствовать всегда. Поэтому в современных беспроводных сетях применяется множество механизмов, для подавления таких эффектов. Однако негативное воздействие на принимаемый сигнал оказывает не только многолучевое распространение. Современные сети Wi-Fi, применяемые в бытовых условиях, работают на частотах 2,4-2,5 Ггц. А на данных частотах присутствует множество других устройств, в частности работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

Одним из самых наглядных способов, который поможет правильно расположить передающую станцию, а также промерить мощность, и направление распространения излучения. Все это возможно благодаря обыкновенному кассетному плееру. Дело в

том, что его считывающая головка преобразует магнитные волны в электрические сигналы, которые затем воспроизводятся динамиком. Благодаря тому, что, считывающая головка представляет из себя катушку индуктивности и высокочувствительный усилитель. Однако, если снять экранирующий провод, то считывающая головка превращается в антенну, которая начинает принимать электромагнитные волны. Чтобы исключить внутренние шумы, нужно отключить от питания электромотор, который привод в движение магнитную пленку в кассете, он нам не нужен. А также подключить плеер к питанию, от аккумулятора, или от батареек, чтобы не происходили наводки от электрической сети. Усилитель в считывающей головке, выполняет функции не только усиления сигнала, но еще и амплитудного детектора. Благодаря этому мы можем промерить и услышать электромагнитные волны диапазона от 20 Гц, до нескольких десятков гигагерц. Благодаря этим свойствам данного плеера можно определить в каком направлении волна идет с наименьшими потерями, сравнить принимаемые сигналы, с нескольких направлений, выбрать самое удачное месторасположения для передатчика, а также оценить электромагнитный фон. Кроме того, можно оценить, на сколько повлияют на качество сигнала, остальные электронные устройства. Так же для наилучшей настройки Wi-Fi соединения можно использовать специализированные программы. В частности, специализированные мобильные приложения, которые позволят определить лучший канал для работы роутера, а также оценить уровень сигнала.

Эксперимент

В ходе эксперимента, с использованием вышеописанного метода, была поставлена цель, найти оптимальное расположение передатчика Wi-Fi, в аудитории а460, а так же определить эффективность данного метода.

Рис. 1. Wi-Fi передатчик