Способ информационного взаимодействия устройств в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды
METHOD FOR INFORMATION INTERACTION OF DEVICES IN SYSTEMS OF AUTOMATED ENVIRONMENTAL MONITORING

Настоящее изобретение относится к связи и, в частности, к способам формирования структур данных канального уровня с использованием кадров переменной длины и динамическим интервалом отправки данных в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды.
Системы беспроводной связи широко используются для предоставления услуг связи, в том числе для передачи пакетных данных в сенсорных системах связи. В то же время актуальна тенденция снижения энергопотребления устройств при передаче данных за счет модернизации протоколов канального уровня, что приводит к необходимости разработки новых методов формирования структур данных для последующей передачи.
Известен способ информационного взаимодействия, основанный на формировании структур данных канального уровня [1]. Построение кадра основано на использовании данных идентификатора отправителя, идентификатора получателя и опциональных идентификаторов, находящихся в заголовках транспортных структур. Недостатком данного изобретения является постоянная длина кадра, использование подуровней управления идентификаторами, отсутствие возможности динамически изменять интервал отправки данных.
Кроме того, существует способ и устройства, основанные на формировании структуры кадра с использованием протокола RRC [2]. В способе описан метод информационного взаимодействия устройств сети связи с поддержкой функций мобильности абонента. Недостатком данного способа является ограничение поддерживаемых технологий, а именно, работоспособность гарантирована в сетях сотовой связи на основе стандартов 3GPP с использованием соответствующей архитектуры сети.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, в котором описано информационное взаимодействие устройств сети связи с использованием технологии NB-IoT, в которой структура кадра переменной длины описана множеством последовательных подкадров [3]. Недостатком является использование привязка к одной технологии данных, основанной на передаче данных на одной поднесущей сигнала LTE.
Задача изобретения - уменьшение времени передачи информационного сообщения за счет формирование структуры кадров канального уровня переменной длины с поддержкой динамического интервала отправки данных в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды.
Суть изобретения выражена в формировании структур данных канального уровня переменной длины с инкапсуляцией данных, полученных с применением селективного опроса сенсоров передающего устройства и, опционально, отладочной информации, представляющей собой последовательную запись текущего значения напряжения аккумуляторной батареи передающего устройства и уровня сигнала при использовании двусторонней связи,, расчете контрольной суммы сообщения, также в процедуре изменения интервала получения первичных данных с сенсоров устройства на основе индивидуальных предварительно сконфигурированных параметров доверительного интервала для каждого сенсора устройства и процедуре передачи данных с изменяемым интервалом. На приемной стороне - вычислении контрольной суммы, сравнения принятой и расчетной контрольных сумм, поэтапное раскрытие содержимого полей кадра канального уровня для получения исходных данных.
Способ информационного взаимодействия устройств в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды выполняет функцию формирования структуры кадра переменной длины, отличающуюся тем, что применяется процедура селективного опроса сенсоров на основе сравнения разницы предыдущего и текущего значения выбранного параметра с предварительно установленным доверительным интервалом и последующей инкапсуляцией полученных значений данных в структуру кадра.
Способ информационного взаимодействия устройств в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды представляет собой поэтапный процесс формирования структуры данных канального уровня переменной длины. Изобретение состоит из двух основных этапов, для устройства-передатчика и приемника соответственно.
Алгоритм передающей части состоит из трех этапов:
- формирование данных для передачи;
- формирование структуры данных канального уровня.
На фиг. 1 представлен алгоритм формирования данных для передачи.
На фиг. 2 представлен общий алгоритм передающей части.
На фиг. 3 представлена структура данных канального уровня.
опроса
триг
min
опроса
триг
max
опроса
В качестве входных параметров принимаются значения уникального идентификатора передающего устройства, минимального и максимального периодов опроса сенсоров, доверительного интервала для каждого из сенсоров, период передачи данных и, опционально, текущее значение напряжения аккумуляторной батареи и RSSI сигнала, при использовании двусторонней связи. На основе входных данных производится опрос сенсоров передающего устройства системы автоматизированного мониторинга окружающей среды (фиг. 1). Входной параметр идентификатора устройства содержит уникальный в рамках одной системы набор символов длиной 5 байт, позволяющий идентифицировать отправителя на стороне приемного устройства. Значение минимального и максимального периодов опроса сенсоров необходимы для динамической конфигурации периода опроса для одного из сенсоров T. Для изменения значения периода опроса производится сравнение модуля разницы текущего и предыдущего значений измеряемого сенсором параметра, F(s) и F0(s) соответственно, со значением доверительного интервала сенсора F(s), где s - один из сенсоров устройства. При значении модуля разницы равного или большего чем доверительный интервал выполняется проверка требования T=T, если последнее верно, происходит поэтапное добавление идентификатора сенсора и его текущего значения к структуре кадра, в противном случае, перед добавлением данных в структуру кадра происходит уменьшение периода опроса сенсора путем умножения на предварительно установленного уменьшающий коэффициент. При |F(s)-F0(s)|<F(s) происходит проверка требования Т=T, если последнее не выполняется, происходит увеличение периода опроса сенсора путем его умножения на предварительно установленный увеличивающий коэффициент.
Общий алгоритм работы передающего устройства включает в себя функции инициализации начальных параметров, вышеописанный алгоритм опроса сенсоров, передачу данных, запись данных и режим ожидания (фиг. 2).
При наличии данных для передачи, полученных в результате алгоритма опроса сенсоров, происходит поэтапная инкапсуляция уникального идентификатора устройства, данных для передачи, контрольной суммы и, опционально, отладочных данных в структуру кадра канального уровня с их последующей передачей на физический уровень. При обратном, происходит сравнение установленного периода передачи данных с текущим значением счетчика времени устройства. При значении текущего счетчика больше или равного периоду передачи данных, происходит передача данных аналогично вышеописанной процедуре с использованием данных предыдущих значений измеряемых параметров, находящихся во временной памяти. В противном случае выполняется переход в режим ожидания.
Функция записи данных выполняется после передачи данных для текущей итерации алгоритма и представляет собой запись значения F)s) в переменную F0(s). После ее выполнения выполняется переход в режим ожидания.
Фиг. 3 показывает структуру данных канального уровня, состоящую из следующих полей: уникальный идентификатор устройства-передатчика (5 байт); поле данных; поле отладочной информации (8 байт); поле контрольной суммы (4 байта).
Поле данных представляет собой последовательную запись набора идентификатора сенсора и текущего значения измеряемого им параметра, при этом в зависимости от конфигурации возможно использование различной размерности указанных параметров. Типовое значение размерности идентификатора сенсора - 2 байт, текущего значения измеряемого параметра - 4 байта. Опциональное поле отладочной информации состоит из двух значений напряжения АКБ - 4 байт и RSSI - 4 байт.
Выходными данными является структурированный кадр канального уровня, содержащий в себе инкапсулированные данные и служебные поля.
На стороне приемника происходит вычисление контрольной суммы принятого кадра канального уровня, и, в случае идентичности вычисленной и записанной в принятом кадре контрольных сумм, поэтапная декапсуляция информации из кадра канального уровня в исходные данные.
Основным достоинством данного способа является уменьшение объема передаваемой информации, ведущее к снижению времени передачи сообщения, при незначительном изменении или неизменности значений измеряемых параметров с использованием структуры кадра канального уровня переменной длины.
Источники информации
1. Патент РФ № 2454040.
2. Патент США 20140092799 А1.
3. Патент США 20190223197 А1 - прототип.