Устройство приема и передачи данных в распределенной радиосистеме телеметрии

Устройство приема и передачи данных в распределенной радиоснстеме телеметрии
Полезная модель относится к устройствам приема и передачи данных от измерительных датчиков в распределенных системах телеметрии.
Известно устройство приема передачи в системе телеметрии, описанное в патенте США № 5852409. Это устройство связано с измерительными датчиками и с центральной станцией и содержит приемопередающую антенну, приемопередатчик, контроллер, при этом связь с центральной станцией осуществляется с помощью радиоволн.
Однако это устройство имеет недостаток - оно не может соединяться с другими такими же устройствами, входящими в состав системы телеметрии, передавать данные на эти устройства или на другие устройства и по.11учать данные от этих устройств. Кроме того, это устройство не позволяет осуществлять маршрутизацию для связи с выборочными устройствами.
Известно также устройство приема и передачи данных в распределенной системе телеметрии, состоящей из центрального узла, связанного со множеством измерительных датчиков через устройства приема и передачи (см. заявку WO 03/021877). Это устройство взято в качестве прототипа.
Известное устройство содержит приемопередатчик, приемопередающую антенну, устройство маршрутизации, позволяющее соединяться с необходимым устройством.
Однако это устройство также имеет недостаток - оно не может соединяться с другими такими же устройствами, входящими в состав системы телеметрии, передавать данные на эти устройства или на другие устройства и получать данные от этих устройств.
7 G 08 С 17/00 Н 04 В 1/38
Техническим результатом заявлеиной полезной модели является обеспечение возможности соединения с другими устройствами приема и передачи данных, входящими в состав системы телеметрии, передачи данных на эти устройства или на другие устройства и получение данных от этих устройств, т.е. быть как узлом приема и передачи данных в распределенной сети, так и оконечным устройством, к которому подключены измерительные датчики, а также обеспечение выполнения нескольких режимов маршрутизации: 1) режим списочной (статической) маршрутизации; 2) режим динамической маршрутизации; 3) комбинация первых  режимов.
Технический результат достигается за счет того, что устройство радиоприема и передачи данных в распределенной радиосистеме телеметрии, состоящей из множества устройств радиоприема и передачи данных, связанных с датчиками и предназначенных для передачи данных, полученных от датчиков, приема и передачи данных от других устройств радиоприема и передачи данных, при этом, по меньшей мере одно из устройств радиоприема и передачи соединено с центральным узлом, предназначенным для приема данных от устройств радиоприема и передачи данных, обработки полученных данных и передачи соответствующих данных устройствам радиоприема и передачи данных, при этом упомянутое устройство радиоприема и передачи данных содержит антенно-фидерное устройство, предназначенное для приема и передачи данных от других устройств радиоприема и передачи данных или от центрального узла, блок приемопередатчика данных, блок интерфейса связи с датчиками или с центральным узлом, блок преобразования модулированного сигнала в цифровой сигнал и декодирования данных, блок преобразования цифрового сигнала в модулированный сигнал и кодирования передаваемых в эфир данных, первое запоминающее устройство для запоминания и хранения принимаемых из эфира данных, блок динамической маршрутизации и ретрансляции данных, выполненный с возможностью формирования признака на передачу данных по меньшей мере одному устройству радиоприема и передачи данных с
определенным номером из потока данных, поступающих с упомянутого блока интерфейса связи, второе запоминающее устройство для запоминания и хранения передаваемых в эфир данных, блок статической маршрутизации и ретрансляции данных, вьшолненный с возможностью формирования либо признака на прием данных от всех устройств приема и передачи данных при работе устройства приема и передачи данных в режиме приема данных от всех упомянутых устройств приема и передачи данных, либо формирования сниска номеров упомянутых устройств приема и передачи, для которых необходимо передать данные или от которых необходимо получить данные, при работе устройства приема и передачи в режимах выборочного приема данных от устройств приема и передачи данных или выборочной передачи данных устройствам приема и передачи данных, блок управления режимами маршрутизации и логической адресации данных, третье запоминающее устройство для буферизации данных, при этом вход-выход антенно-фидерного устройства соединен с входом-выходом блока приемопередатчика данных, вход упомянутого блока преобразования и декодирования данных соединен с выходом блока приемопередатчика, вход которого соединен с выходом упомянутого блока преобразования и кодирования данных, вход которого соединен с выходом упомянутого второго запоминающего устройства, первый вход которого соединен с выходом блока динамической маршрутизации и ретрансляции данных, а второй вход - с выходом блока статической маршрутизации и ретрансляции данных, первый вход которого соединен с первым выходом упомянутого первого запоминающего устройства, второй выход которого соединен с первым входом блока динамической маршрутизации и ретрансляции данных, вход упомянутого первого запоминающего устройства соединен с выходом упомянутого блока преобразования и декодирования данных, второй вход блока динамической маршрутизации и ретрансляции данных соединен с первым выходом блока управления режимами маршрутизации и логической адресации данных, второй выход которого соединен со вторым входом блока статической маршрутизации ретрансляции
данных, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом упомянутого третьего запоминающего устройства, второй вход-выход которого соединен с входом-выходом блока динамической маршрутизации и ретрансляции данных, первый вход-выход упомянутого блока интерфейса связи соединен с входом-выходом блока управления режимами маршрутизации и логической адресации данных, третий вход-выход упомянутого третьего запоминающего устройства соединен со вторым входом-выходом упомянутого блока интерфейса связи, третий вход-выход которого является входомвыходом упомянутого устройства приема и передачи, предназначенным для связи с датчиками.
В частном варианте вьшолнения заявленного устройства центральный узел выполнен в виде электронно-вычислительной машины (ЭВМ).
В другом частном варианте антенно-фидерное устройство и блок приемопередатчика вьшолнены с возможностью приема и передачи данных в пакетном режиме, при этом блок преобразования и декодирования данных вьшолнен с возможностью нриема пакета данных, анализа кадровой структуры пакета, подсчета контрольных сумм кадров пакета, удаления пакета данных в случае несовпадения контрольных сумм для двух или более кадров данных или восстановления пакета данных в случае несовпадения контрольной суммы для одного кадра пакета данных.
Еще в одном частном варианте вьшолнения заявленного устройства блок динамической маршрутизации и ретрансляции данных и блок статической маршрутизации и ретрансляции данных также вьшолнены с возможностью передачи данных либо через упомянутое третье запоминающее устройство, либо через упомянутое второе запоминающее устройство в зависимости от полученных данных и от конфигурации упомянутого устройства радиоприема и передачи данных, хранящейся в блоке управления режимами маршрутизации и логической адресации.
в другом частном варианте вьшолнения блок приемопередатчика выполнен с возможностью передачи данных при наличии свободного эфира.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом фиг. 1, на котором показана структурная схема заявленного устройства.
Распределенная радиосистема телеметрии содержит множество узлов, которые могут связьшаться между собой и с центральным узлом. Узлы содержат устройства радиоприема передачи данных (радиомодемы), к которым подключены измерительные датчики (например, датчики температуры, датчики давления, счетчики воды, электричества и т.д.), и могут выступать как ретрансляторы, т.е. принимать и передавать данные от одних узлов к другим узлам, так и оконечные устройства для связи с измерительными датчиками.
Узлы распределенной радиосистемы могут образовьшать различные типы сетей: сеть типа «звезда, в которой от одного узла данные передаются на множество узлов; сеть типа «цепочка, в которой данные последовательно передаются от одного узла к другому; сеть типа «дерево, в которой данные от одного узла передаются на несколько узлов, каждый из которых передает данные также на несколько других узлов; сеть типа «дерево с ретрансляцией в разных сегментах, которая отличается от сети типа «дерево тем, что один из узлов дерева может выступать как ретранслятор.
Центральный узел предназначен для приема данных от узлов сети, обработки полученных данных и передачи необходимых данных либо на все узлы, либо на определенные узлы. Центральный узел может представлять собой, например, электронновычислительную машину (ЭВМ). С центральным узлом может соединять как один узел, так и несколько узлов.
Каждое устройство радиоприема и передачи данных (радиомодем), как видно из чертежа фиг. 1, содержит антенно-фидерное устройство 1, блок приемопередатчика данных 2, блок преобразования и декодирования данных 3, блок преобразования и
кодирования передаваемых в эфир данных 4, первое запоминающее устройство для запоминания и хранения принимаемых из эфира данных 5, блок динамической маршрутизации и ретрансляции данных 6, второе запоминающее устройство для запоминания и хранения передаваемых в эфир данных 7, блок статической маршрутизации и ретрансляции данных 8, блок управления режимами маршрутизации и логической адресации данных 9, третье запоминающее устройство для буферизации данных 10, блок интерфейса связи с датчиками 11.
Антенно-фидерное устройство 1 может быть любого типа, широко известного и применяемого в технике. Блок приемопередатчика 2 может быгь любым, например, супергетеродинным, с прямым преобразованием и т.д.
Данные передаются блоком 2 радиомодема в пакетном режиме в соответствии с параметрами, заложенными в блок управления 9. Передача данных происходит без подтверждения приема, но с контролем ошибок и восстановлением ошибочных данных, если это возможно. Дополнительная информация, закладываемая в передаваемые данные для обеспечения функциональности при передаче, не передается оконечному оборудованию (датчикам), а отсекается внутри радиомодема при приеме, чем обеспечивается прозрачный канал телеметрической связи.
После возникновения одного из событий для передачи данных радиомодем формирует пакет на передачу, содержащий данные, и служебную информацию. Пакет состоит из нескольких кадров, в каждом кадре некоторое количество байт данных и контрольная сумма. Размер и количество кадров динамически изменяются в зависимости от длины данных. Помимо этого, формируется избыточный дополнительный кадр. Получившийся пакет сохраняется в буфере пакетов на передачу 7, и передается в эфир в соответствии с очередью пакетов на блок кодирования и преобразования 4, откуда они попадают на модулятор передающего тракта приемопередатчика 2. Радиомодем выходит в эфир только в случае свободного эфира (обеспечивается защита от коллизий).
Принимаемый из эфира радиосигнал принимается с номощью антенно-фидерного устройства 1, который затем нроходит через тракт нриема блока приемопередатчика 2 и поступает на блок преобразования 3. Последний, при наличии в радиосигнале переданных другим аналогичным радиомодемом данных, принимает пакет, разбирает (анализирует) его кадровую структуру, и подсчитывает контрольные суммы кадров. Если сумма не совпадает для двух или более кадров, пакет признается неверным, и удаляется. Если сумма не совпадает у одного кадра, он восстанавливается на основании данных избыточного кадра. После чего принятые данные размещаются в запоминающем устройстве 5.
В зависимости от служебной информации, заложенной в данные, и от конфигурации данного радиомодема, хранящейся в блоке управления 9, блоки маршрутизации 6 и 8 выполняют одну из возможных функций: они либо отправляют данные оконечному оборудованию через буферное устройство 10 и интерфейсный блок 11; либо через запоминающее устройство 7 передают данные на блок кодирования и преобразования 4, откуда они попадают на модулятор передающего тракта приемопередатчика 2; либо не производят никаких действий.
Полученные от оконечного оборудования данные по интерфейсу 11 помещаются в буфер 10, где в зависимости от служебной информации, заложенной в полученные данные, и конфигурации данного радиомодема, хранящейся в блоке управления 9, блоки маршрутизации 6 и 8 выполняют одну из возможных функций. Они либо через запоминающее устройство 7 передают данные на блок кодирования и преобразования 4, откуда они попадают на модулятор передающего тракта приемопередатчика 2; либо не производят никаких действий.
Блок управления режимами маршрутизации 9 выполнен на основе микропроцессора, который воспринимает команды конфигурации через интерфейс
(например, от внешнего терминала или ЭВМ) и энергонезависимого запоминающего устройства, в котором хранится таблица конфигурации, записанная микропроцессором.
Сетевой адрес радиомодема состоит из номера группы gn и персонального номера модема в группе рп. Каждая из частей адреса имеет размер 1 байт. Группы являются изолированными друг от друга. Прямой обмен информацией может происходить только внутри группы, радиомодемы игнорируют данные, приходящие из других групп. Таким образом, можно создать 256 групп модемов по 256 модемов в каждой.
Как уже упоминалось вьппе, радиомодем вьшолняет статическую маршрутизацию и динамическую маршрутизацию.
Статическая маршрутизация сообщений, вьшолняется блоком 8.
При использовании статической маршрутизации, для определения адресата передачи радиомодем использует значения параметров в списках tx, гх и параметров ta, га.
В простейшем случае, если требуется передать сообщение для всех модемов сети, устанавливается признак ta. Если требуется принимать сообщение от любого модема в сети, устанавливается признак га, при этом списки tx и гх игнорируются.
Если требуется передавать сообщения для модемов с определенными номерами, то их номера вносятся в список tx. Если необходимо принимать сообщения только от радиомодемов с определенными номерами, эти номера вносятся в список гх. Эти списки формируются на этапе конфигурирования и не могут динамически изменяться в процессе работы в основных режимах.
Динамическая маршрутизация (логическая адресация) сообщений выполняется блоком 6.
В этом режиме персональный номер радиомодема, которому адресовано сообщение, задается явно в начале сообщения. Этот адрес должен добавляться в сообщение центральным узлом, соединенным с радиомодемом (например, ЭВМ).
При использовании логической адресации признак 1а устанавливается только у радиомодема, соединенного с ЭВМ, способной динамически изменять текст посылки. Все остальные радиомодемы, соединенные с периферийным оборудованием находятся в режиме статической маршрутизации, в их списки tx (для номеров) и гх (от номеров) должен быть внесен персональный номер радиомодема, соединенного с формирующей команды ЭВМ. Модем, находяпщйся в режиме динамической адресации, игнорирует настройки режима адресации всем и список идентификационных номеров для номерОБ. В поле пакета  для номеров  вносится один номер, получаемый радиомодемом из входного потока данных в качестве первого байта сообщения. Формат эфирного сообщения в режиме логической адресации идентичен сообщению со списочной адресацией и одним номером в списке.
Если в режиме логической адресации требуется передача сообщения всем адресатам, в начале сообщения указывается номер 0.
Ретрансляция пакетов, отправленных модемом, работающим в режиме динамической адресации, ничем не отличается от ретрансляции пакетов с одним номером в списке для номеров.
В случае, когда не удается установить прямую радиосвязь между двумя точками сети, используется ретрансляция данных через промежуточные узлы. Радиомодем может одновременно работать в пакетном режиме и режиме ретрансляции. При совмещении двух режимов, принимаемые по эфиру данные сразу ставятся в очередь на передачу и одновременно выдаются на интерфейс с оконечным оборудованием. Таким образом, ретрансляция данных всегда происходит раньше, чем передается ответ оборудования, соединенного с модемом (в случае, если принятая по эфиру информация инициирует ответ этого оборудования).
переменной it. Задержка ретрансляции требуется в случае построения сети с древовидной структурой, чтобы задержать вещание
одной ветви относительно другой. Это увеличивает время передачи данных, но гарантирует отсутствие коллизий в эфире даже в случае отсутствия прямой связи между радиомодемами разных сегментов сети.
Количество ретрансляторов в сети ограничивается только ее адресным пространством. При построении длинных цепочек ретрансляции каждый из ретрансляторов сети одновременно должен физически принимать сигналы не более чем от 16 соседних ретрансляторов, участвующих в цепочке.
Предусмотрен режим радиомаяка. В режиме радиомаяка радиомодем игнорирует любые приходящие по эфиру или интерфейсу посылки. Этот режим предусмотрен для проведения обследования условий радиосвязи при проектировании сети, а также для упрощения настройки радиосети на местности.
Переход в режим маяка сообщений осуществляется установкой признака рш, а в режим маяка немодулированной несущей - установкой признака рс. Если маяк передает в эфир сообщения, его сигнал можно принимать при помощи другого радиомодема. В режиме передачи немодулированной несущей сигнал радиомаяка измеряется при помощи индикатора поля.
При работе в режиме маяка сообщений в эфир с пометкой для всех передаются сообщения следующего содержания: рп: номер маяка # номер посылки Например: рп:ОА #В1
После посылки с номером FF следует посылка с номером 00.
Периодичность посылок устанавливается при помощи параметра pd, длительность посылок несущей - р1. Если установлены признаки pni и рс, то сначала передается посылка несущей, а затем без паузы - текстовое сообщение.
Блок управления 9 управляет радиомодемом в зависимости от заложенной конфигурации. Для конфигурирования предусмотрен режим установки значений внутренних переменных таблицы параметров модема. Конфигурирование радиомодема осуществляется с помощью стандартного терминала.
После перехода в режим конфигурирования радиомодем вьщаст сведения о версии встроенного программного обеспечения, текущую конфигурацию и перейдет в режим ввода команд.
Ниже приведена таблица конфигурации со стандартными значениями переменных по умолчанию. rs 9600/8Nl гр- st- ГС- г1-      ta+ ra+ la- Ip- If- sptO 00tt+ tl+ tn- tc+ pm- pc- rt- ld+       rt-28h
Ниже приводится вьщержка основных конфигурируемых параметров и их назначений.
Команда «. Назначение: настройка всех параметров умолчанию, включая идентификационный номер модема и скорость работы с последовательным портом.
Команда «@. Назначение: сохранение всех параметров в энергонезависимой памяти.
Команда . Назначение: присвоение радиомодему группового номера . Допустимый диапазон номеров : 00-FF.
Команды «1а+ и «1а-. Назначение: соответственно включение и выключение режима логической адресации (динамической маршрутизации).
Команда . Назначение: нрисвоенне радномодему нерсонального номера. Персональный номер используется для управления адресацией в радиосети. Допустимый диапазон номеров: 00-FF.
Команды «га+ и «га-. Назначение: соответственно включение и выключение режима адресации  от всех . При включенном режиме список идентификационных номеров  от номеров  игнорируется.
3.22 Команды «rt+ и «rt-. Назначение: соответственно включение и выключение режима ретрансляции сообщений (маршрутизация).
Команда . Назначение: занесение в список идентификационных номеров  от номеров  номера удаленного модема. Предусмотрено 10 ячеек, ячейка определяется номером после буквы г.
Допустимый диапазон: О ... 9. Для стирания номера из ячейки необходимо записать в нее номер 00.
Команды «ta+ и «ta-. Назначение: соответственно включение и выключение режима адресации всем .
Команда . Назначение: занесение в список идентификационных номеров для номеров номера удаленного модема. Предусмотрено 10 ячеек, ячейка определяется номером после буквы t.
Допустимый диапазон: О ... 9. Для стирания номера из ячейки необходимо записать в нее номер 00. Если список пуст, радиомодем переходит в режим  всем .