ГИБРИДНАЯ ПОДВИЖНАЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМАЯ КОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ

Полезная модель относится к относится к области связи и может быть использована для оперативной скрытой передачи информации подвижным объектам в тактическом звене управления.
Известна система с адаптивной конфигурацией для беспроводного доступа точек, обеспечивающую индикацию, прием и пересылку сигналов в зонах беспроводных локальных сетей связи (СА 2630390 [1]). Подобные системы в виде точек доступа ретрансляторов служат для распределения и пересылки сигналов между беспроводньми локальными цепями связи и беспроводными покрывающими большие пространства зонами связи. В период процедуры настройки или проведения опытной подготовки к работе беспроводной точки доступа радио сигналы определенной частоты, передаваемые от множества устройств связи, принимаются беспроводными точками доступа. Все многообразие устройств связи включает две группы. Первая группа устройств или точек доступа находится в области диапазона частот, нежелательных к приему локальными системами. Вторая группа устройств связи находится в области желаемых к приему частот радиосигналов. При этом локальные зоны могут находиться внутри покрывающих больших пространств. Параметры приемно-передающего устройства ретранслятора (точки доступа) определяются автоматически для того, чтобы установить границы таких областей частотного доступа, чтобы сделать минимальными для первой группы устройств связи. Одновременно области частотного доступа для второй группы сигналов обеспечивается максимальной. Для этого предлагается решение задачи минимальной оптимизации, которая решается автоматически ретрансляторами (точками доступа) посредством методов адаптации автоматически без внешнего вмешательства. После выполнения параметров настройки беспроводная точка доступа работает в нормальном режиме локальной сети. Недостатком известной системы является то, что она не является подвижной, а привязана к определенной местности.
Известна тактическая система связи (КР 100960868 [1]), которая для увеличения точности и быстродействия выполнения атаки боевыми средствами, содержит мобильную портативную компьютеризированную радиостанцию, устройство обработки данных и хранения информации и формируемую карту местности и выполнения операций. Система обеспечивают управление и связь между мобильными машинами, например танками, или роботами, между оператором и мобильной машиной, между операторами. Недостатком системы является невысокая скрытность.
Наиболее близкой к заявляемой к подвижной реконфигурируемой коммуникационной сети по своей технической сущности является известная система тактической связи, описанная в US 2008144815 [3]. Система содержит спутник, в зоне действия которого размещают несколько передвижных или стационарных ретрансляторов, в зоне покрытия которых перемещаются абоненты сети.
Недостатком системы является невысокая скрытность и возможность перехвата переговоров между абонентами, поскольку в обмене информацией принимает участие передатчик, установленный на спутнике. Кроме того, сеть лишена автономности.
Заявляемая гибридная подвижная реконфигурируемая коммуникационная сеть направлена на обеспечение автономности и повышение скрытности сигнала.
Указанный результат достигается тем, что подвижная реконфигурируемая коммуникационная сеть содержит, по крайней мере, две автономные мобильные робототехнические платформы с установленными на них системами навигации и управления ими, средствами ретрансляции, связи между собой и с системой управления второго уровня, выполненной в виде сервера, снабженного пакетом программ управления этими мобильными робототехническими платформами.
Указанный результат достигается также тем, что система управления второго уровня, содержит карту, базу карт местности и блок их редактирования, блок ввода начального положения мобильных робототехнических платформ, блок ввода зоны покрытия, блок выделения покрываемой области, блок ввода параметров среды, блок ввода параметров мобильных робототехнических платформ, блок проверки соответствия мобильных робототехнических платформ и целей, блок распределения целей, блок планирования пути, блок симуляции движения и блок уклонения от столкновений, при этом с базой карт через блок выделения покрываемой области соединены блоки ввода зоны покрытия, блок ввода параметров среды и блок ввода параметров мобильных робототехнических платформ, а непосредственно с базой карт - блоки проверки соответствия ретрансляторов и целей, блок распределения целей, блок планирования пути, блок симуляции движения и блок уклонения от столкновений.
Наличие по крайней мере, двух автономных мобильных робототехнических платформ с установленными на них системами навигации и управления ими, средствами ретрансляции, связи между собой и с системой управления второго уровня позволяет в режиме высокой автономности обеспечивать коммуникационное покрытие заданной формы, изменяющейся с течением времени. Системы навигации необходимы для того, чтобы предотвращать столкновение платформ в движении, а также для привязки платформ к местности. Наличие связи между платформами необходимо для того, чтобы предотвращать потерю связи между платформами во время движения платформ. Наличие связи с системой управления второго уровня позволяет координировать движение группы платформ, распределять позиции платформ для осуществления ретрансляции, получать данные о функционировании платформ. Установленные на платформах средства ретрансляции обеспечивают передачу коммуникационного сигнала для создания зоны покрытия коммуникационной сети. Система управления второго уровня, выполненная в виде сервера, снабженного пакетом программ управления этими мобильными робототехническими платформами необходима для выработки алгоритма действия платформ, распределения их на местности в зависимости от требуемой формы зоны покрытия сети, координации группового движения платформ.
Системы управления построены по иерархическому принципу. Первый, низший уровень, осуществляется бортовой системой управления платформ. Им решаются задачи исполнительного управления движением платформ, управления коммуникационными функциями платформ, предотвращения столкновений с препятствиями и другими платформами. Второй, высший уровень управления реализуется сервером и решает задачи задания зоны покрытия, распределения платформ на местности, в том числе с учетом изменений зоны покрытия с течением времени, учета влияния параметров среды на коммуникационные способности платформ, симуляцию движения платформ. Таким образом, с высшего уровня управления на низший передается информация о требуемом местоположении платформы, включении и отключении коммуникационной функции, сигнал на начало движения. С низшего на высший уровни передается информация о позиции платформы, режиме ее функционирования, о наличии препятствий среды или других платформ, которые могут привести к столкновению. За счет такого распределения функциональных задач между уровнями системы управления достигается достаточно высокий уровень автономности.
Система управления второго уровня в частных случаях реализации содержит базу карт местности, блок ввода начального положения мобильных ретрансляторов, блок ввода зоны покрытия, блок выделения покрываемой области, блок ввода параметров среды, блок ввода параметров ретрансляторов, блок проверки соответствия ретрансляторов и целей, блок распределения целей, блок планирования пути, блок симуляции движения и блок уклонения от столкновений, при этом с базой карт через блок выделения покрываемой области соединены блоки ввода зоны покрытия, блок ввода параметров среды и блок ввода параметров ретрансляторов, а непосредственно с базой карт - блоки проверки соответствия ретрансляторов и целей, блок распределения целей, блок планирования пути, блок симуляции движения и блок уклонения от столкновений.
Центральным объектом структуры является карта. Она содержит информацию об объектах находящихся в зоне действия коммуникационной сети. Блок ввода начального положения мобильных робототехнических платформ необходим для задания позиции на карте, которые должны занимать мобильные робототехнические платформы в момент начала симуляции. Блок редактирования карты отвечает за создание рельефа местности и различных препятствий на карте. Ввод границ действия коммуникационной сети, в которой мобильные робототехнические платформы должны обеспечить связь, осуществляется в блоке ввода зоны покрытия. Блок выделения покрываемой области обеспечивает определение замкнутой области, в каждой точке которой необходимо установить связь. После чего в блоке покрытия области определяется количество и целевые координаты расположения мобильных робототехнических платформ с целью создания неразрывной коммуникационной сети. Также для работы этого блока необходима информация о параметрах мобильных робототехнических платформ и среды. Эта информация поступает из блока ввода параметров мобильных робототехнических платформ (радиус действия радиопередатчика, частота канала связи) и блока ввода параметров среды (температура, облачность, время суток, наличие застройки) соответственно. Различные варианты карт хранятся в базе карт
На начальном этапе симуляции осуществляется проверка соответствия количества мобильных робототехнических платформ и целей. По итогам проверки принимается решение о вводе новых мобильных робототехнических платформ, если их не хватает, или о продолжении симуляции. В блок распределения целей передаются координаты всех робототехнических платформ и координаты позиций, которые эти платформы должны занять. В этом блоке осуществляется распределение целевых позиций между платформами, так чтобы общее перемещение всех платформ было минимальным. В блоке планирования пути передаются пары координат «платформа-цель», сформированные в предыдущем блоке, и определяется оптимальный путь от платформы до соответствующей цели. После этого блок выдает команду на запуск таймера и передает информацию о спланированных маршрутах движения платформ в блок симуляции движения. Далее в этом блоке на каждом такте расчета определяется текущее положение и ориентация платформ. В то время как в блоке уклонения от столкновений рассчитывается возможность столкновения, и формируются действия направленные на уклонение. Если необходимо, то данные о текущем положении платформ передаются в блок планирования пути и путь пересчитывается.
Сущность заявляемой гибридной подвижной реконфигурируемой коммуникационная сети поясняется графическими материалами и примером реализации. На фиг.1 представлена блок-схема мобильной робототехнической платформы. На фиг.2 представлена блок-схема варианта реализации системы управления второго уровня.
Гибридная подвижная реконфигурируемая коммуникационная сеть содержит, по крайней мере, две автономные мобильные робототехнические платформы.
Каждая платформа 1 содержит установленные на ней систему 2 навигации, систему 3 управления платформой, средство 4 ретрансляции, средство 5 связи для обмена информацией между собой и с системой управления второго уровня и автономную систему 6 энергоснабжения. Платформа может быть выбрана из числа известных, например таких, как платформа МП-М4401 или платформа МП-Л2301, которые серийно изготавливаются российской компанией Technovision. Платформа представляет собой комплекс из корпуса с движителями на базе ДПТ и колес повышенной проходимости.
В качестве системы 2 навигации может быть использован датчик спутниковой навигации ВТ-338 со специальной программой для расчета навигационных данных (координаты платформы в пространстве). В качестве системы 3 управления платформой быть использован бортовой компьютер, например 2ML-2313 на базе контроллера AVR ATtiny2313 со специальными программами. Средство 4 ретрансляции представляет собой ретрансляционный модуль, например, D-Link DAP-1150/RU. Средство 5 связи для обмена информацией между собой и с системой управления второго уровня представляет собой ретранслятор Xbee XB8-DMRS-002. В качестве автономной системы 6 энергоснабжения использованы аккумуляторы марки Energizer с суммарным номинальным напряжением 9 В.
Система 7 управления второго уровня в своем составе содержит блок 8, названный «карта», блок в 9 вода начального положения мобильных робототехнических платформ, блок 10 редактирования карты, блок 11 ввода зоны покрытия, блок 12 выделения покрываемой области, блок 13 покрытия области, блок 14 ввода параметров мобильных робототехнических платформ и среды 15, блок 16 хранения базы карт, блок 17 проверки соответствия количества мобильных робототехнических платформ и целей, блок 18 распределения целей, блок 19 планирования пути, блок 20 симуляции движения и блок 21 уклонения от столкновений.
В качестве блока 8 «карта» используется программа, вычисляющая количество платформ, необходимое для создания заданной зоны покрытия, а также их распределение в пространстве.
Блок 9 ввода начального положения мобильных робототехнических платформ представляет собой программу, позволяющую указать на карте исходный район расположения платформ.
Блок 10 редактирования карты представляет собой программный модуль, позволяющий пользователю указать на карте участки, на которых платформа не может перемещаться.
Блок 11 ввода зоны покрытия представляет собой программный модуль, с помощью которого пользователь в графическом режиме задает границы требуемой зоны покрытия.
Блок 12 выделения покрываемой области на основании границ определяется замкнутая область, в каждой точке которой необходимо установить связь.
Блок 13 покрытия области является программой, которая определяет количество и целевые координаты расположения платформ с целью создания неразрывной коммуникационной сети.
Блок 14 ввода параметров платформ является программным модулем, содержащим информацию о платформах (радиус действия радиопередатчика, частота канала связи).
Блок 15 ввода параметров среды является программным модулем, содержащим информацию о среде (температура, облачность, время суток, наличие застройки).
Блоком 16 "база карт" является база данных, содержащая картографическое описание местности, на которой предстоит функционировать платформам.
Блок 17 проверки соответствия платформ и целей является программным модулем, проверяющим соответствует ли имеющееся количество платформ количеству, требуемому для создания заданной зоны покрытия.
Блок 18 распределение целей является программным модулем, передающим текущие координаты всех платформ и координаты платформ, которые эти платформы должны занять.
Блок 19 планирования пути является программой, передающей пары координат платформа - цель, сформированные в предыдущем 18, и определяющей оптимальный путь от платформы до соответствующей цели.
Блок 20 является расчетно-графическим программным модулем, осуществляющим симуляцию движения платформ и отображения их на экране.
Блок 21 - программный модуль для расчета возможных столкновений платформ и внесения соответствующих изменений в их траекторию движения.
Гибридная подвижная реконфигурируемая коммуникационная сеть функционирует следующим образом.
Из базы 16 карт оператор загружает в блок 8 карты карту местности, на которой предстоит работать платформам. С помощью блока 10 редактирования карты оператор указывает на карте непреодолимые для платформ участки местности, а с помощью блока 9 ввода начального положения начальные позиции платформ. Затем оператор используя программный блок 11 ввода зоны покрытия задает внешние границы требуемой зоны покрытия, которые должны иметь замкнутый вид. На основании заданных границ блок 12 выделения покрываемой области заполняет на карте местности всю зону покрытия и передает ее в блок карт.
Оператор с помощью блока 15 ввода параметров среды задает в оконно-диалоговом режиме текущие параметры, которые, как правило, наиболее существенно влияют на распространение коммуникационного сигнала, одновременно оператор задает с помощью программного модуля блока 14 ввода параметров платформ коммуникационные параметры платформ, которые также влияют на распространение коммуникационного сигнала. Эти данные поступают в блок 13 покрытия области, который рассчитывает расположение платформ на местности и передает их в блок 8 карт.
Информация о требуемом количестве платформ поступает из блока 8 карт в блок 17 проверки соответствия платформ и целей, где определяется доступно требуемое количество платформ. Затем в случае если платформы есть в достаточном количестве, блок 18 распределения целей исходя из текущего положения платформ и их целевого положения распределяет, какой из платформ какую целевую позицию надо занять с учетом минимизации перемещений платформ. Эта информация (пары координат «платформа-цель») передается в блок 19 планирования пути, который определяет оптимальный путь от текущего положения платформы до соответствующей цели. После этого блок выдает команду на запуск таймера и передает информацию о спланированных маршрутах движения платформ в блок 20 симуляции движения. В этом блоке на каждом такте расчета определяется текущее положение и ориентация платформ. Одновременно в блоке 21 уклонения от столкновений рассчитывается возможность столкновения, и формируются действия направленные на уклонение. Данные о текущем положении платформ передаются в блок 8 карт для графического отображения оператору. В случае успешной симуляции блок 8 карты передает задание на движение платформам.
При получении через средство 5 связи информации о задании на перемещение система управления дает команду исполнительным механизмам на перемещение. Одновременно система 3 управления запрашивает систему 2 навигации о текущем положении платформы и через блок связи передает ее системе управления верхнего уровня. Система 4 ретрансляции включается в действие системой 3 управления платформы и затем работает в автономном режиме до отключения. Система 6 энергоснабжения служит для снабжения энергией всех компонентов системы.
Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет обеспечить функционирование подвижной реконфигурируемой коммуникационной сети с высокой степенью автономности, используя в качестве подвижных ретрансляторов мобильные робототехнические платформы.