Скорости передачи в системе GPRS

В сетях, поддерживающих GPRS, предусмотрен поэтапный путь наращивания скорости передачи данных; максимальная реальная скорость приема и передачи, которую на первом этапе сможет поддерживать система GPRS, равна 107 Кбит/с.

Сегодня основные ограничения накладывают абонентские терминалы. Скорость приема и передачи информации, которую может обеспечить мобильный терминал, зависит от количества каналов, которые терминал поддерживает на прием и передачу. Один канал поддерживает передачу информации с максимальной скоростью 13.4 кбит/с. Таким образом, количество каналов, которые будет поддерживать конкретная модель терминала будет определять максимальные возможные скорости, на которых возможна передача и прием информации.

Абонентские терминалы GPRS, предполагаемые к выпуску в ближайшее время, будут поддерживать от 2 до 4 каналов для приема информации и до 2 каналов для передачи, что позволяет получить максимальную скорость приема до 53,6 кбит/с и передачи до 26.8 кбит/с. В последующем ожидается появление моделей GPRS терминалов, поддерживающих большее количество каналов (до 7).

При использовании системы пакетной передачи абонент получает и отправляет данные с переменной скоростью, которая определяется условиями распространения сигнала и наличием свободных каналов в пределах заданной соты. При этом динамическое выделение каналов производится исходя из приоритета голосовых каналов, т. е. система автоматически выделяет под пакетную передачу все каналы, не занятые передачей голоса. Таким образом, реальная скорость приема и передачи будет во многом зависеть от загруженности голосовых каналов в пределах каждой конкретной соты.

Перспектива появления новых аппаратов с поддержкой большого количества каналов, а значит, работающих на максимально возможных скоростях передачи данных (до 115 Кбит/с), вызывает определенное беспокойство у некоторых специалистов. Дело в том, что потенциально устройства GPRS при работе на высоких частотах могут выходить за рамки максимально допустимого уровня радиационного излучения. Повторим еще раз, речь идет только о высоких скоростях обмена, поскольку, например, канал GPRS, работающий со скоростью 30-40 Кбит/с (а именно такая скорость нам светит в ближайшем будущем), излучает максимум 0.75 Вт. Это конечно больше, чем фактическое излучение терминала стандарта GSM, но в пределах нормы. Средний уровень мощности излучения еще ниже, поскольку передатчик работает только тогда, когда передаются данные, а в остальное время он выключен. При передаче файла из телефона в базовую станцию передатчик работает постоянно; при передаче текстовых сообщений или во время веб-браузинга он включается редко, что снижает мощность излучения до нескольких милливатт.

 

2.3.3. Bluetooth

 

Судя по проекту стандарта беспроводных персональных сетей (Wireless Personal Area Network, WPAN), который первая рабочая группа комитета IEEE 802.15 разрабатывает на основе спецификаций Bluetooth, подобная сеть способна охватывать достаточно широкий спектр устройств. Помимо настольных и карманных персональных компьютеров, микрофонов и динамиков, наушников и сотовых телефонов, речь идет о принтерах, мониторах, пейджерах, сенсорных устройствах и даже средствах для считывания штрих-кодов. Без сомнения, со временем список типов поддерживаемого оборудования только расширится, однако даже на основании перечисленного можно заключить, что применение технологии Bluetooth домашней сетью не ограничится.

Во-первых, десятиметровый радиус действия вполне достаточен для развертывания беспроводной локальной сети небольшого офиса. Во-вторых, возможность объединения персональных сетей (называемых также пикосетями) в разнесенные сети, хотя и накладывает определенные топологические ограничения, заметно расширяет территориальный охват. В-третьих, несколько производителей активно работают над расширением зоны покрытия беспроводной персональной сети по крайней мере на порядок, и первые результаты этой деятельности можно было увидеть на CeBIT 2001.

Так, компания 3Com представила концентратор доступа Wireless Bluetooth LAN Access Point 1000, с помощью которого в беспроводные сети можно объединять устройства, находящиеся на удалении до 100 м на открытом пространстве и до 30 м в помещении. Аналогичную дальность передачи обеспечивает плата Bluetooth PC Card компании Toshiba и адаптер Gigaset B427 для порта USB производства Siemens. По данным производителей, скорость передачи данных при этом может доходить до 724 Кбит/с. Появление адаптеров для шины USB (а подобные устройства помимо Siemens представили 3Com, Sunderland и другие компании) обеспечивает возможность подключения к сети Bluetooth принтеров и сканеров.

Наступивший год был ознаменован появлением продуктов, специально предназначенных для интеграции в беспроводные персональные сети компьютерной периферии. В этой связи достаточно назвать адаптер Bluetooth для принтеров BLUEprint производства все той же Sunderland и выделенный принт-сервер PlusCom Xpress PRO 10/100BaseT PrintServer. Последнее устройство позволяет отправлять на печать информацию непосредственно с мобильного телефона, карманного или настольного ПК со встроенным адаптером Bluetooth либо подать запрос на загрузку распечатываемого документа из Internet средствами протокола IPP.

Но, пожалуй, наиболее масштабное решение, ориентированное на использование Bluetooth в корпоративных сетях, представила компания Siemens. Автоматическую адаптацию загружаемых графических элементов к возможностям беспроводных терминалов будет выполнять специальное ПО Mediation. Согласно данным производителя, каждый концентратор доступа способен обслуживать до 256 (!) пользователей, при этом в одном помещении может быть установлено сразу несколько таких устройств. Наконец, решение blu21 позволяет объединить в сеть тысячи концентраторов доступа, обеспечивая практически неограниченную масштабируемость развертываемой сети.

Рисунок 2.14 - Сервер и концентратор доступа для сетей Bluetooth производства Red-M.

 

2.3.4. Применение различных технологий в интеллектуальном здании

 

Все устройства т.н. бытовой техники и бытовой электроники соединены между собой через разного рода интерфейсы, и все вместе это связано в локальную сеть. В сети присутствует от одного до трех компьютеров-серверов, один из которых имеет постоянное подключение к интернету. Сеть строится по такому принципу, чтобы все дополнительные переносимые устройства, которые имеются в распоряжении его хозяина или его гостей могли "прозрачно" подключаться к сети, и взаимодействовать с серверами.

Все бытовые устройства такого дома должны иметь свой процессор, способный посылать сигналы серверу, и обрабатывать команды, отданные ему в ответ. Для построения такой сети можно использовать "проводную" основу, но в любом случае, для взаимодействия с переносными устройствами в сети должен быть хотя бы один "беспроводной вход" для переносных устройств. Речь идет о сотовых телефонах, наладонниках, цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, каждые из которых, для свободного с собой обращения, требуют наличия в системе хотя бы одного Bluetooth или Wi-Fi интерфейса, способного "покрыть" всю жилую зону дома (а иногда и не только жилую). Строго говоря, и всю сеть можно построить на "беспроводной" основе, но, как правило, это приводит к разного рода "накладкам" внутри сети в виду большого разнообразия устройств. Специалисты называют это "зоопарком". А с другой стороны, для большого числа датчиков "проводное" соединение вообще может оказаться невозможным и не нужным либо ввиду своей дороговизны и не компактности, либо в связи с возможностью отключения банальным перерезанием провода. Для этого используется специальный радиоканал с частотой в 433,92 МГц.

Кстати, каждый электроприбор вовсе не обязательно должен иметь собственный процессор для управления над собой. Есть специальные устройства из серии "умного управления домом", которые через электросеть могут включать и отключать подачу тока на такой прибор. Т.е. служить таким "групповым" выключателем.

Итак, весь электронный "зоопарк" в вашем доме подключается к единой сети, имеющей как минимум один центральный сервер, через который всеми этими устройствами можно управлять. А наличие подключения к Интернету обеспечивает еще и возможность взаимодействия с устройствами на любом расстоянии от дома.

Ну, во-первых, для управления всеми устройствами, от стиральной машины до выключателя света на кухне, для человека находящегося дома достаточно одного устройства, напоминающего современному человеку пульт дистанционного управления. Только на таком "пульте" нет кнопок, а есть достаточно большой ж/к экран, реагирующий на нажатия. Т.е. все "кнопки пульта" выводятся на этот экран, нажатия на которые и имитируют, например, привычное для нас переключение каналов на обычном пульте телевизора. Экран здесь нужен как раз для того, чтобы, как бы так выразиться, иметь "доступ ко всем кнопкам всех устройств" с одного пульта. Хотя на самом деле в таком "пульте" вовсе не имитируется передние панели музыкальных центров и стиральных машин. Если вы работаете с компьютером, то должны понимать, что в данном случае интерфейс по взаимодействию человека с устройствами можно построить и более удобным. В качестве аналогии такой интерфейс можно описать так: все, что вы будете видеть на экране — это интерфейс Windows XP, а все ваши бытовые устройства — это приложения, которые под этот Windows XP установлены. При этом, что немаловажно, такой "экран" вы увидите 1) на таком "пульте", 2) на экране головного сервера, 3) на экране компьютера, на котором вы работаете дома (при запуске соответствующего приложения, т.е. по желанию), 4) на компьютере в офисе (при запуске такого же приложения, т.е. тоже — по желанию). В интернет - кафе, и на прочих устройствах, имеющих доступ в Интернет такой "экран" вам будет смоделирован средствами HTML или WML головным сервером вашего дома. При этом многие функции всех устройств вам так же будут доступны. Естественно, для обеспечения безопасности, часть функций для управления через web недоступны, а сам web-интерфейс системы защищается как минимум паролем доступа и шифрованным соединением.

 

Рисунок 2.15 - сенсорная панель Siemens

 

В современном понимании бытовые устройства вряд ли вообще нуждаются в дистанционном управлении (телевизор не в счет). Ну действительно, скажете вы, зачем находясь на работе включать дома чайник или утюг? Да даже тот же телевизор вряд ли нуждается в управлении тогда, когда на него никто не смотрит. Все это так, но дело в том, что все бытовые устройства сейчас нами используются не так эффективно, как это было бы возможно при возможности их дистанционного, а главное, автоматического управления. А значит, мы вынуждены тратить большое количество свободного времени, которого и так всегда мало, на то, чтобы дождаться, пока стиральная машина достирает очередную порцию белья, чайник нагреется, а утюг остынет. Кроме того, настоящий интеллектуальный дом — это не только возможность при подходе к подъезду включить чайник (на самом деле он включится сам, когда ваш сотовый телефон пошлет сигнал о том, что вы уже близко центральному серверу, а тот сам включит чайник), интеллектуальный дом — это автоматическое включение/выключение света в темное время суток при перемещении людей по дому, автоматическое переключение "картинки" с экрана на экран, при том же перемещении человека по очень большому дому, это — единое хранилище личных данных всех членов семьи (записных книжек, фотографий, сообщений электронной почты) и развлекательных программ (видеоигр, фильмов, музыки). Для этого используется один из серверов.

При этом он сам собирает все сообщения с ваших почтовых ящиков, телефонные сообщения, а ваши рабочие компьютеры и другие устройства настраиваются таким образом, что все сообщения выводятся уже с этого сервера, что дает, как минимум отсутствие необходимости в синхронизации данных. Единое хранилище развлекательного контента позволяет иметь доступ к нему с любого устройства, на котором возможно его воспроизведение. Например, файлы MP3 сейчас умеют воспроизводить даже телефоны, а для показа цифровых фотографий или видеозаписей гостям необязательно приглашать их всех к своему компьютеру. Кроме того, бытовая техника развивается такими темпами, что без дистанционного доступа все ее функции в полной мере просто невозможно будет использовать,

Что настоящий интеллектуальный дом помимо "управления с пульта" должен уметь многое делать сам, и упоминал автоматическое включение/выключение света в помещении, где находится человек, и переключение картинки с одного экрана на другой, при перемещении этого человека. Для этого в доме устанавливается большое количество датчиков, подающих разного рода сигналы, которые кроме всех устройств бытовой техники, также включаются в локальную сеть, и головной сервер, анализируя их показания, посылает соответствующие команды на нужные устройства. А ведь есть еще климат-контроль, пожарная безопасность, видеонаблюдение, защита от воров, защита от утечек в трубах, экологический контроль за состоянием воздуха и радиационного фона, контроль над электросетью с "умным" распределением нагрузки, и даже интеллектуальный полив газона во дворе в зависимости от погодных условий. Все это — тоже умный дом.

А теперь подведём всё вышесказанное и изобразим схему организации сети, посредством которой обеспечивается управление в интеллектуальном доме.

3) Схема организации управления интеллектуального здания

 

3 ПРОГРАМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

 

 

Существует большое количество всевозможных приложений для написания управляющих программ для МК фирмы Atmel - это среды разработки и отладки на языках низкого уровня (например, бесплатный пакет AVR Studio для разработки программ на языке AVR Assembler), среды разработки на языках высокого уровня (такие как среда WinAVR для разработки программ на С-подобном языке) и есть даже графическая среда разработки и отладки программного обеспечения под названием "Algorithm Builder".

Algorithm Builder стоит особняком среди всех других сред и именно на нем мы и остановимся. Изюминка этого приложения даже не в том, что оно бесплатно, а в том, что код в нем даже не пишется, а рисуется в виде блок-схем алгоритмов, что значительно сокращает время на разработку приложения. Данная среда обеспечивает полный цикл разработки, начиная от ввода алгоритма, включая отладку, и заканчивая внутрисхемным программированием кристалла. В результате вся логическая структура программы становится полностью наглядной.

Разработка программного обеспечения в среде Algorithm Builder сводится к формированию таких блоков задач, размещению их на плоскости и установлению между ними связей из условных и безусловных переходов.

Для начала необходимо выбрать тип кристалла (в нашем случае Atmega8) в меню Опции/Опции проекта и там же задать тактовую частоту 8000000 Гц (8 МГц). Далее выполняем сброс кристалла при запуске (Элементы/Прерывания/Reset). После чего инициализируем стек, выбрав Элементы/Настройщик…/Stack Pointer (SP), откроется окошко с которым нужно будет просто согласиться, нажав "ОК" (рисунок 3.1).

 

Рисунок 3.1 – Настройшик стека

 

Следующим этапом следует инициализировать приемопередатчик USART (не стоит удивляться появлению буквы «S» в аббревиатуре – это более современный вариант UART, отличающийся от него возможностью передавать/принимать данные не только в асинхронном режиме, но и в синхронном) путем выбора меню Элементы/Настройщик…/USART. В открывшемся окошке (рис. 3) в разделе Receiver ставим галочки напротив Enable (включаем приемник данных) и Complete interrupt enable (разрешаем прерывания по окончании приема данных), далее ставим галочку напротив Double Speed, задаем размер символа Character Size: 8 – bit и выставляем скорость передачи данных Baud Rate = 9615 bps (когда нажмете на выбор скорости передачи данных в меню следует выбирать 9600 bps, 9615 bps получается в связи с пересчетом тактовой частоты на 8 МГц).

 

Рисунок 3.2 - Настройщик USART

 

Далее следует разрешить глобальные прерывания записав "1" во флаг глобальных прерываний I.

Основное тело программы будет состоять из последовательности проверок управляющих кодов (листинг №1). Идея в том, что ПК будет присылать по UART код операции, а МК принимать его и вырабатывать соответствующие управляющие воздействия на привод лопастей вентилятора и сервопривод. Всего таких кодов будет три (сами коды можно придумать абсолютно любые):

- $31 - включить привод лопастей вентилятора;

- $20 - выключить привод лопастей вентилятора;

- $A1 - обращение к сервоприводу.

Если с первыми двумя кодами все понятно, то с третьим не все так просто - $A1 - это только команда обращения к сервоприводу, далее необходимо получить еще код угла поворота. Экспериментальным путем было установлено, что он колеблется в приделах от $05AF до $154F. При чем отсылать с ПК и соответственно принимать со стороны МК будем начиная с младшего байта. Так же будем запрещать прерывания по приему данных по USART на время исполнения команды - иначе может получиться "каша" из данных.

Рисунок 3.3 – Основное тело программы

 

На рисунке 3.4 приведен код подпрограммы задержки (Delay). Временная задержка необходима для точной и полной отработки команды и формируется путем зацикливания программы на N циклов (методом проб и ошибок мы подсчитали, что в нашем случае наиболее удачное число циклов 84FF в 16-тиричной системе счисления).

Рисунок 3.4 - Подпрограмма задержки

 

Окончание приема данных по UART вызывает прерывание USART_Receive_Complete (если оно в данный момент не запрещено в основном теле программы), которое в коде можно задать через меню Элементы/Прерывания/ USART_Receive_Complete. В теле обработчика следует сохранить все используемые в нем регистры в стек, а в конце обработчика обратно их восстановить из стека. Так же в этом обработчике можно получить байт статуса (регистр UCSRA) для проверки данных на ошибки и, естественно, сами данные из регистра UDR (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 - Обработчик прерывания

 

Угол поворота сервопривода зависит от ширины подаваемого на него импульса при сохранении периода постоянным (период 20 мс, а длительность управляющего импульса от 0,8 до 2,2 мс, хотя для разных сервоприводов эти значения могут немного отличаться) для этого нам и понадобится подпрограмма отработки угла поворота сервопривода (рисунок 3.6). Время управляющего импульса и время паузы будем задавать аналогично подпрограмме задержки. Как мы уже писали выше, экспериментальным путем для частоты кристалла 8 МГц мы определили, что время импульса задается кодом в приделах от $05AF до $154F. Таким образом, зная время всего периода – $9E3C (определили так же экспериментально), можно рассчитать время паузы как разницу между длительностью периода и длительностью импульса. Остается только аналогично подпрограмме задержки отработать последовательно время импульса и время паузы, а затем повторить такой сигнал несколько раз (в нашем случае мы повторили сигнал $10 раз, т.е. 16 раз в десятичной системе счисления).

 

 

Рисунок 3.6 - Подпрограмма отработки угла поворота

 

После написания кода (прорисовки алгоритма) управляющей программы необходимо ее откомпилировать и прошить в микроконтроллер. Компиляцию программы можно произвести нажатием Ctrl+F9 либо через меню Программа/Компилировать. В случае успешной компиляции появится информационное окно в котором будет указан объем занятой памяти МК. Далее необходимо прошить результат компиляции (файл с расширением *.hex без приписки «EE_» вначале, лежащий в той же папке, что и исходник программы) в контроллер.

 

 

Рисунок 3.1 – Схема управления вентилятором в PROTEUS

 

На данном рисунке показано схему управления вентилятором, в место вентилятора взят 12 V двигатель, также взят микроконтроллер ATMEGA8 для управления этим двигателем.

 

ВЫВОДЫ

 

 

В данном курсовом проекте была разработана и описана локальная компьютерная сеть для интеллектуального дома, предназначенной для прохождения тестирования, при приеме на роботу, кандидатами для обслуживания систем «Человек-Техника-Среда».

В курсовом проекте были приведены возможные варианты решения задачи и описаны все возможные программные и аппаратные средства для построения и обслуживания локальной компьютерной сети интеллектуального дома. Была собрана схема управления вентилятором в программе Proteus, и написана программа для микроконтроллера ATMEGA8.

 

Список литературы:

 

 

1. Штефан Науманн, Хендрик Верю, «Компьютерная сеть. Проектирование, создание, обслуживание».– 2000г., Изд: Вильямс, 336 стр.

2. Дебра Литтлджон Шиндер,«Основы компьютерных сетей».– 2002г., Изд: Вильямс, 656 стр.

3. Гук М. «Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия».– С. П-б, 2000г., Изд: Питер, 576 стр.

4. Хант К. «TCP/IP. Сетевое администрирование». – 2000г., Изд: Вильямс, 816 стр.

5. Борисенко А.А. «Локальная сеть. Просто как дважды два. 2-е изд».– С. П-б, 2000г., Изд: Питер, 192 стр.