Способ организации подключения к сети опорных датчиков по информационному каналу
METHOD OF ORGANIZING CONNECTION TO NETWORK OF REFERENCE SENSORS ON INFORMATION CHANNEL

Способ относится к области данных беспроводной связи, управлением и установкой соединений, и измерении расстояния триангуляционным методом. В изобретении описан способ и формат пакета для подключения удаленных станций к сети опорных датчиков по беспроводному информационному каналу. Пакет включает в себя поле «метка времени опорного датчика» наряду с полями «номер удаленной станции» и «номер сообщения удаленной станции».
Изобретение «Способ организации подключения к сети опорных датчиков по информационному каналу» может быть использовано для проектирования удаленных станций, которые необходимо подключить к сети опорных датчиков с последующей передачей данных, служебной информации с удаленных станций и определении их положения в пространстве относительно опорных датчиков, а так же, отправке их обратно на удаленные станции. Может быть использовано на расстоянии не более чем в 100 метрах от 3 опорных датчиков в зоне прямой видимости.
Известен «Протокол передачи пакетных данных для радиосвязи» RU 2139636. Способ обмена данными в сети между главной ЭВМ и удаленным устройством, при котором передают блоки данных в направлении "удаленная станция - главная ЭВМ", блоки данных включают в себя заголовок пакета (поле кода функции), заголовок фрагмента (поле кода субфункции, обеспечивающее дополнительную информацию, связанную с полем кода функции) и передаваемые данные (функционально-зависимую часть). Известный протокол позволяет снизить избыточность передаваемой информации.
Недостатком данного изобретения является отсутствие механизма обеспечения процесса упорядочивания пакетов, что при передаче информации, чувствительной к времени передачи (реального времени), будет приводить к наличию ошибок.
Известно «Устройство и методы для службы позиционирования» (US6943729B2). Изобретение служит для определения местоположения удаленной станции, которое использует трехмерные координаты местоположения для триангуляции местоположения с использованием метода разницы во времени прибытия с уменьшением количества ошибок.
Недостатком данного метода является отсутствие регламентирования способа подключения и отсутствие передачи полезной нагрузки вместе с метками времени.
Известен «способ беспроводной связи (варианты), сетевой узел и мобильная станция» (RU2527728). В изобретении описан способ получения от удаленной станции запроса на установление соединения. В случае определения необходимости отклонения запроса на установление соединения система передает в мобильную станцию ответное сообщение с отказом на установление соединения, причем ответное сообщение содержит время задержки, которое должно выдерживаться удаленной станцией, прежде чем она передаст следующий запрос на установление соединения.
Недостатком является избыточность передаваемых данных, а также, отсутствие гарантии доставки сообщения от удаленной станции сети опорных датчиков.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Способ и устройство повторной передачи данных по протоколу пользовательских дейтаграмм» (RU 2610697). Изобретение описывает сравнение номера текущего сообщения с предыдущим номером предыдущего сообщения, и в случае обнаружения факта потери запускается механизм перезапроса потерянной сообщения. Известный способ позволяет уменьшить потерю данных при сохранении высоких скоростных характеристик.
Недостатком известного способа является отсутствие передачи «времени опорного датчика» и «номера удаленной станции» и «номера сообщения удаленной станции», в качестве отдельного элемента полезной нагрузки сообщения, не являющегося заголовком, которые передаются в каждом сообщении, а также, не возможность работы в распределенной сети, необходимость обязательного ответа на выявленное потерянное сообщение.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлен заявляемый способ, является избыточность информации (ответ опорного датчика), недостаточная для работы в реальном времени скорость обработки опорным датчиком пакетов, необходимость синхронизации времени между опорным датчиком и удаленной станцией, определение местоположения удаленной станции.
Решение указанной технической проблемы достигается тем, что сообщение формируется с обязательными полями «Номер удаленной станции», «Номер сообщения удаленной станции», «Метка времени опорного датчика» в начале полезной нагрузки, используется распределенная сеть опорных датчиков, производится постобработка полученных сообщений.
Техническим результатом данного изобретения, является обеспечение стабильной работы в сети опорных датчиков, удаленных станций с возможностью определения их месторасположения, оценки качества сигнала, без необходимости синхронизации времени между опорными датчиками и удаленными станциями, с последующей постобработкой, записью данных в базу данных и возможностью отправки полученных данных обратно на удаленные станции.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
На Фиг. 1 представлена блок-схема, описывающая алгоритм работы способа. Показаны основные шаги по передаче и обработке данных.
На Фиг. 2 представлена схема сети передачи данных. Изображены опорные датчиков (1), устройство обработки данных (2) и удаленная станция (3), а также, среды передачи данных. (4) – соединение с помощью провода, (5) вещание в эфир.
На Фиг. 3 представлен формат сообщения передачи данных. Показаны ключевые поля данных в пакете.
Способ работает следующим образом. Имеется сеть опорных датчиков (1), стационарно закрепленных в заранее известных координатах, между ними время синхронизировано известным способом. Удаленные станции (3) не являются стационарно закрепленными, и могут перемещаться в пределах максимального радиуса опорных датчиков. Для удаленных станций, не требуется синхронизация времени. Для подключения к сети опорных датчиков, необходимо наличие как минимум 3 опорных датчиков в радиусе 100 метров. Для подключения к опорной сети, удаленная станция, использует пакет установленного формата (фиг.3). Пакет содержит служебную информацию в заголовке., длинна 64 бита. Содержится динамическое содержимое, содержащее параметры передающего устройства, тип передаваемой информации, а также, контрольную сумму. Далее, в пакете содержится полезная нагрузка, которая может быть разделена на 2 блока. 1 блок, размером 96 бит: номер удаленной станции – идентификатор удаленной станции, может быть только один уникальный номер в сети, у каждой удаленной станции свой, длинна поля 16 бит; номер сообщения удаленной станции – номере сообщения, отправленного удаленной станцией, автоинкрементно, длинна поля 16 бит; метка времени опорного датчика – метка времени, заполняемая опорным датчиком после получения сообщения от удаленной станции, длина поля 64 бита, время измеряется в пикосекундах. 2 блок полезной информации от удаленной станции, длина поля не регламентируется.
Удаленная станция, отправляет сообщение сети опорных датчиков, при этом остается незаполненное поле «Метка времени опорного датчика», все остальные поля являются заполненными. Опорный датчик получает сообщение, и записывает свою метку времени получения сообщения в поле «метка времени опорного датчика». Метка времени записывается в реальном времени, без использования буфера. Сообщение должно быть получено не менее чем 3 опорными датчиками, лучше 4—8 опорными датчиками. Далее сформированное сообщение передаётся в устройство обработки данных (2) по надёжной проводной сети с минимальными задержками передачи данных. Сообщение считается полученным, когда устройство обработки данных, получает сообщение с следующим номером из поля «Номер сообщения удаленной станции». После этого, происходит обработка предыдущего сообщения. Если во время обработки, было получено сообщение от удаленной станции менее чем 3 опорными датчиками (по полю «номер сообщения удаленной станции»), так же, 3 датчика не должны находится на одной прямой, либо в одной плоскости. При наличии аномально отличающийся метки времени опорного датчика, в случае отсутствия избыточного количество сообщений, сообщения с текущим номером удаленной станции и номером сообщения, игнорируются. В случае потери данных, перезапрос не осуществляется.
В случае наличия достаточного количества релевантных сообщений, происходит расчёт положения удаленной станции. Обработка производится с использованием известного триангуляционного способа измерения расстояний. Для этого, необходимо иметь координаты опорных датчиков, которые заранее известны, а также, расстояние от опорных датчиков до удаленных станций, которое вычисляется на основании разницы во времени между временем получения сигнала опорными станциями, т.к. скорость распространения радиоволны равна скорости распространения света в данной среде. Точность достигается за счёт записи времени в пикосекундах, что даёт погрешность порядка 0,3мм.
После обработки данных, в базу данных записывается местоположение удаленной станции, номер сообщения удаленной станции, а также, полезная нагрузка сообщения. После этого, местоположение удаленной станции, может быть передано удаленной станции.