Показано, что создаваемый протокол передачи данных использует время-импульсную модуляции, особенностью которой является большая разница между нулями и единицами. Приведены необходимые диаграммы. Отмечается, что увеличение количества датчиков ведет к росту производительности системы в целом.
Ключевые слова: время-импульсная модуляция, протокол, диаграммы.
Для несинхронизуемых устройств необходимо было в первую очередь разработать протокол физического уровня, позволяющий декодировать сигнал с датчика без синхронизации с кадрами камеры. Для этого были изучен ряд источников, описывающих технологии беспроводных сетей [1–4].
Названный протокол был разработан и испытан и применяет время-импульсную модуляцию (рис. 1). Информация кодируется паузами, разделяемыми передаваемыми световыми импульсами. Длительность светового импульса равна двум периодам экспозиции кадра камерой. Для передачи 0 длительность паузы равна двум периодам кадров. Для передачи логической 1 длительность паузы увеличивается до пяти периодов.
Рис. 1. Время-импульсная модуляция
Большая разница между паузами для нуля и единицы выбрана из следующих логических соображений. Пауза длительностью два кадра обязательно даст хотя бы один ноль на приемнике, независимо от взаимной фазы передаваемого сигнала и интервалов экспозиций. Однако, в случае коротких выдержек может получиться и три нуля, если интервалы экспозиции попадают на границу паузы. Таким образом, из-за несинхронности пауза передатчика в два кадра расширяется у приемника случайным образом, но в диапазоне от одного до трех нулей.
Аналогично можно показать, что пауза передатчика в пять кадров расширяется у приемника случайным образом, но в диапазоне от четырех до шести нулей.
Более детально временные диаграммы описанного протокола физического уровня показаны на рис. 2, 3.
Диаграммы для устройства отражательного типа выглядят сложнее, однако они просто отражают отличие сигнала управления светодиодом от сигналов управления ЖК-затвором:
— единственный сигнал управления светодиодом чисто логический (1 — светит, 0 — не светит);
— сигналы управления ЖК-затвором работают по следующему правилу: разницы между сигналами RB2, RB3 нет — свет проходит сквозь затвор и отражается ретрорефлектором, сигналы RB2, RB3 противофазны — свет не проходит сквозь затвор и соответственно не отражается ретрорефлектором.
Рис. 2. Время-импульсная модуляция в устройстве излучательного типа
Производительность несинхронизуемого устройства определяется описанным протоколом физического уровня. В наихудшем случае, когда байт содержит 8 единиц, на передачу байта таким способом потребуется (5 + 2) * 8 + 2 = 58 кадров. Для устойчивого декодирования между байтами добавляется длинная пауза, которая доводит период следования байтов до 90 кадров. При использовании видеокамер общего назначения с частотой кадров 30 Гц период составляет 3 с.
Рис. 3. Время-импульсная модуляция в устройстве отражательного типа
Таким образом, несинхронизуемая система при использовании недорогих доступных компонентов обладает низкой производительностью в расчете на один датчик, равной 0,33 байт/с. Поэтому она может использоваться только для регистрации медленных процессов, таких, как температура. Однако при добавлении датчиков общая производительность системы будет расти, так как производительность базового устройства (видеокамеры) от добавления датчиков не снижается. Это преимущество рассматриваемой системы перед известными радиоволновыми сетями датчиков, таких, как ZigBee.
Отметим, что производительность синхронизуемых устройств может быть в несколько раз выше, приближаясь численно к частоте кадров камеры. Например, при использовании видеокамер общего назначения с частотой кадров 30 Гц с учетом накладных расходов простого старт-стопного протокола она может составлять порядка 24 бит/с = 3 байт/с в расчете на датчик. Аналогично и здесь общая производительность системы будет расти при добавлении датчиков.
Для приема рассмотренного кода в ходе выполнения магистерской диссертации получен необходимый для реализации кода декодер.
Литература:
1. Григорьев, В. А. Сети и системы радиодоступа [Текст] / В. А. Григорьев, О. И. Лагутенко, Ю. А. Распаев. — М.: Эко-Трендз, 2005. — 384 с.
2. Агафонов, Н. Технологии беспроводной передачи данных ZigBee, BlueTooth, Wi-Fi [Текст] / Н. Агафонов // Беспроводные технологии. — 2006. — № 1. — С. 20–15.
3. Трифонов, С. В. Исследование и оптимизация работы беспроводной сенсорной сети на основе протокола ZigBee [Текст] / С. В. Трифонов, Я. А. Холодов // Компьютерные исследования и моделирование. — 2012. — Т. 4. — № 4. — С. 855–869.
4. Аникин, А. Обзор современных технологий беспроводной передачи данных в частотных диапазонах ISM (Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi) и 434/868 МГц [Текст] / А. Аникин // Беспроводные технологии. — 2011. — № 4. — С. 6–12.
