СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ Российский патент 2014 года по МПК H04Q9/00 

Изобретение относится к области беспроводной передачи в центр обработки информации сведений от удаленных датчиков, которые размещают на местности в определенном порядке, а также команд им из этого центра.

Удаленные датчики используют во многих отраслях промышленности для мониторинга, измерения или записи текущих или критических данных.

Известно изобретение «Способ автоматической дистанционной телеметрии» по патенту РФ №2414810, с использованием которого автоматически снимают и передают информацию с удаленных телеметрических устройств (ТУ) в центр обработки данных (ЦОД). Это изобретение является наиболее близким предлагаемому нами изобретению по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принимается нами за прототип.

В соответствии со способом-прототипом на местности размещают датчики или иные приборы, которые объединяют с устройствами беспроволочной связи в ТУ. В качестве ТУ используют однотипные устройства, которые могут различаться как способами энергообеспечения, так и конструктивно. Энергообеспечение осуществляют непосредственно от электросети или автономным питанием от батарей. Все ТУ размещают в пределах радиовидимости друг относительно друга. При этом хотя бы несколько ТУ размещают в пределах радиовидимости с ЦОД. Кроме того, все ТУ, помимо снятия и передачи информации со своих датчиков, так же выполняют функции ретрансляторов.

С помощью таких ТУ снимают информацию с датчиков или иных приборов и передают ее за один сеанс в ЦОД по установленной им периодичности. При этом за этот же сеанс могут быть переданы команды из ЦОД этому же ТУ. Объем передаваемой информации не ограничивают, так как он определяется только возможностями компьютера ЦОД.

Маршрут, по которому передают информацию от ТУ-источника ТУ-адресату (в качестве источника может выступать ЦОД или конкретное ТУ, то же касается и адресата), выбирают следующим образом.

При необходимости ТУ-источника послать информацию ТУ-адресату, который не находится в зоне радиовидимости ТУ-источника и который при этом не знает маршрута, через какого ТУ-соседа можно послать информацию ТУ-адресату, ТУ-источник рассылает всем своим ТУ-соседям запрос о местонахождении ТУ-адресата. Затем ТУ-соседи ТУ-источника, если ТУ-адресат не находится в зоне их радиовидимости, в свою очередь рассылают копии запроса ТУ-источника своим ТУ-соседям и при этом запоминают местонахождение ТУ-источника и ТУ-своих соседей. Как только запрос ТУ-источника достигнет ТУ-адресата, ТУ-адресат запоминает местонахождение ТУ-своих соседей, через которые ТУ-адресат получил запрос, и посылает им ответ о своем местонахождении. Затем ТУ-соседи ТУ-адресата запоминают местонахождение ТУ-адресата и посылают его ответ своим ТУ-соседям, от которых они получили запрос. В результате все ТУ, участвующие в запросе о местонахождении ТУ-адресата, запоминают информацию о местонахождении как ТУ-источника запроса, так и ТУ-адресата, а также информацию о местонахождении всех ТУ-соседей, через которые прошел запрос.

Помимо адресов ТУ-источника и ТУ-адресата запрос и ответ на него учитывают продолжительность маршрута путем учета количества промежуточных ТУ-ретрансляторов, через которые проходил запрос и ответ. Каждый ТУ-ретранслятор по пути к ТУ-адресату увеличивает количество промежуточных узлов на 1. Кроме учета промежуточных ТУ-ретрансляторов запрос и ответ учитывают качество связи через каждого ТУ-ретранслятора. При этом если оценка качества связи ТУ-ретранслятора с другим ТУ-ретранслятором, которому он передает запрос, будет ниже, чем значение в этом поле, то это значение уменьшается до величины фактической оценки качества. Таким образом, сначала запрос к ТУ-адресату, а затем ответ к ТУ-источнику запроса (как и к ТУ-промежуточным ретрансляторам) прибывает многократно, но каждый раз по своему маршруту со своим значением количества пройденных ТУ-ретрансляторов и показанием качества на данном маршруте. По этим данным каждый ТУ-ретранслятор вычисляет и запоминает свой наикратчайший и с высоким качеством связи маршрут как к ТУ-источнику, так и к ТУ-адресату.

После поступления ответа о местонахождении ТУ-адресата ТУ-источник запроса из всех возможных маршрутов передачи информации ТУ-адресату выбирает оптимальный - наикратчайший и с высоким качеством связи, запоминает его и по нему в дальнейшем пересылает информацию ТУ-адресату. Информацию, снятую ТУ со своего датчика, хранят в этом ТУ до момента подтверждения, что она принята ЦОД.

Аналогичный процесс поиска маршрута повторяют и в случае, если передача информации по уже известному маршруту стала невозможной из-за перемещения одного из ТУ, находящегося на этом маршруте, выхода ТУ из строя, его выключения, появления помех и т.д.

В результате создают самоорганизующуюся сеть приема - передачи информации, устойчивую к помехам и к изменению топологии.

В целом изобретение по патенту РФ №2414810 позволяет автоматически снимать с ТУ и передавать информацию в ЦОД, в том числе и с удаленных ТУ, а также команд из ЦОД к ТУ, обеспечивая при этом надежность, экономичность и качество связи.

Однако изобретение по патенту-прототипу обладает существенным недостатком. В соответствии с ним на местности размещают только ТУ, то есть датчики или иные приборы, объединенные с устройствами беспроволочной связи (УБС). В том числе в пределах радиовидимости с ЦОД находятся только ТУ. При этом для обеспечения связи ТУ с ЦОД, а также между ТУ, в соответствии с этим изобретением ТУ устанавливают даже там, где в пределах радиовидимости между ТУ или между ТУ и ЦОД нет объектов, с которых необходимо снимать информацию и устанавливать там датчики, и фактически используют при этом ТУ только в качестве ретрансляторов. Такое использование ТУ экономически нецелесообразно, так как ведет к повышенным затратам на создание и эксплуатацию сети устройств, обеспечивающих дистанционную телеметрию. Кроме того, несмотря на то, что алгоритм выбора наикратчайшего маршрута по изобретению-прототипу минимизирует количество промежуточных ТУ-ретрансляторов, при передаче информации на значительные расстояния пропускная способность канала связи падает. Вызывается это тем, что расстояние радиовидимости типовых ТУ сравнительно невелико, а при передаче на значительные расстояния количество промежуточных ТУ-ретрансляторов может достигать десятков и сотен. А каждое промежуточное устройство вносит задержку передачи информации, что приводит к снижению пропускной способности канала связи от источника к адресату. Делать же все ТУ намного более мощными, чем типовые, с целью расширения зоны их радиовидимости не целесообразно как по экономическим соображениям, так и во избежание загрязнения эфира.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа дистанционной телеметрии, экономичного и обеспечивающего приемлемую пропускную способность при передаче информации на значительные расстояния.

Поставленную задачу по обеспечению экономичности способа решают путем размещения на местности ТУ только на объектах, с которых надо снимать информацию, а связь ТУ с центром обработки информации (ЦОИ), а также между ТУ там, где нет прямой радиовидимости между ТУ или между ТУ и ЦОИ, обеспечивают путем установки промежуточных устройств беспроволочной связи - ретрансляторов (УБСР). Все ТУ и УБСР объединяют в единую одноуровневую систему с электропитанием от сети или автономным питанием от батарей. По заданной ЦОИ периодичности или по его отдельным командам снимают информацию с датчиков ТУ-источника и передают ее непосредственно в ЦОИ в случае, когда между ТУ-источником и ЦОИ есть прямая радиовидимость, а также через промежуточные ТУ-ретрансляторы и УБСР. Отметим, что команды ЦОИ могут как модифицировать функционирование самих ТУ, так и быть в каком-либо виде переданы в оборудование, подконтрольное ТУ. А приемлемую пропускную способность при этом при передаче информации на значительные расстояния обеспечивают путем уменьшения количества промежуточных устройств, через которые информацию от ТУ-источников передают к ТУ-адресатам и обратно.

Для этого размещают на местности кроме устройств первого уровня ТУ (1) и УБСР (1) по крайней мере еще одну сеть более мощных, чем устройства первого уровня, устройств беспроволочной связи - ретрансляторов УБСР (2). При этом все УБСР (2) или их часть могут быть совмещены с датчиками или иными приборами в более мощные, чем ТУ (1), ТУ второго уровня - ТУ (2). Несколько УБСР (1) и/или ТУ (1) размещают в пределах прямой радиовидимости с ЦОИ. То же делают с несколькими УБСР (2) и/или ТУ (2). Кроме того, УБСР (2) и ТУ (2) объединяют с ТУ(1) и УБСР (1) в единую двухуровневую систему. Зона радиовидимости УБСР (2) и ТУ (2) больше, чем у устройств первого уровня, и их мощности обеспечивают при преимущественном приеме и передаче информации через них от ТУ-источников к ТУ-адресатам и обратно маршруты связи с меньшим количеством промежуточных ретрансляторов и, следовательно, с меньшей задержкой передачи информации через них. При этом ЦОИ является главным адресатом, которому остальные ТУ-источники по беспроводной связи передают информацию, снятую с датчиков или иных приборов. Так же ЦОИ является главным источником, которым задают периодичность снятия информации с каждого ТУ-источника и ее передачи в ЦОИ и, кроме того, передают команды из этого центра соответствующим ТУ-адресатам.

Передачу информации по предлагаемому в качестве изобретения способу автоматической дистанционной телеметрии осуществляют следующим образом.

По заданной ЦОИ периодичности или по его отдельным командам снимают информацию с датчиков ТУ-источника и передают ее непосредственно в ЦОИ в случае, когда между ТУ-источником и ЦОИ есть прямая радиовидимость, а при ее отсутствии передают информацию через промежуточные ТУ-ретрансляторы и УБСР обоих уровней, объединенных в единую двухуровневую систему. При этом все ТУ (1) и ТУ (2) также выполняют функции ретрансляторов, через которые ТУ-источники первого уровня, не находящиеся в пределах прямой радиовидимости с ЦОИ, а также ТУ-источники второго уровня и УБСР обоих уровней могут передавать информацию в ЦОИ и команды из этого центра всем соответствующим ТУ-адресатам обоих уровней.

Для выбора маршрута связи все размещенные на местности ТУ первого и второго уровней и УБСР обоих уровней обнаруживают и запоминают местонахождение всех соседних УБСР и ТУ-соседей, находящихся в зоне их радиовидимости, для возможной передачи информации через них. При необходимости ТУ-источника передать информацию ТУ-адресату, который не находится в зоне прямой радиовидимости этого ТУ-источника и который не знает, через какое УБСР или ТУ-ретранслятор какого из уровней передать информацию ТУ-адресату, ТУ-источник рассылает всем соседним УБСР и ТУ-соседям запрос о местонахождении ТУ-адресата. В свою очередь, соседние УБСР и ТУ-соседи, если ТУ-адресат не находится в зоне их радиовидимости, рассылают копии запроса ТУ-источника своим соседним УБСР и ТУ-соседям и при этом запоминают местонахождение ТУ -источника. Как только запрос ТУ-источника достигнет ТУ-адресата, ТУ-адресат посылает ответ о своем местонахождении всем своим соседним УБСР и ТУ-соседям, от которых к нему пришел запрос. В свою очередь соседние УБСР и ТУ-соседи также рассылают ответ всем своим соседним УБСР и ТУ-своим соседям, через которые прошел запрос. А все соседние УБСР и ТУ-соседи, участвующие в поиске местонахождения ТУ-адресата, запоминают информацию о местонахождении как ТУ-источника запроса, так и ТУ-адресата, а также информацию о местонахождении всех соседних УБСР и ТУ-своих соседей, через которые прошел запрос,

При этом, помимо адресов ТУ-источника и ТУ-адресата, запрос и ответ на него учитывают продолжительность маршрута путем учета количества промежуточных УБСР и ТУ-ретрансляторов, через которые прошел запрос. Каждый УБСР и ТУ-ретранслятор по пути к ТУ-адресату увеличивает значение количества промежуточных узлов на 1.

Кроме учета количества промежуточных ТУ-ретрансляторов и УБСР запрос и ответ учитывают качество связи через каждого ТУ-ретранслятора и УБСР. При этом если оценка качества связи ТУ-ретранслятора или УБСР с другим ТУ-ретранслятором или УБСР, которому он передает запрос, будет ниже, чем предыдущее значение, то это значение уменьшается до величины фактической оценки качества.

В результате к ТУ-адресату (как и к ТУ-промежуточным ретрансляторам или к УБСР) запрос прибывает многократно, но каждый по своему маршруту со своим значением количества пройденных ТУ-ретрансляторов и УБСР и показанием качества на данном маршруте. Затем соседи ТУ-источника запроса всю эту информацию передают ТУ-источнику запроса, который из всех возможных каналов передачи информации от ТУ-источника ТУ-адресату выбирает наикратчайший канал с наименьшим количеством промежуточных УБС и ТУ обоих уровней с преимущественным прохождением при этом информации через более мощные УБСР и ТУ-ретрансляторы второго уровня, имеющих высокое качество связи, обеспечиваемое каждым УБСР и ТУ обоих уровней на выбранном маршруте связи, запоминает его и по нему в дальнейшем пересылает информацию ТУ-адресату и получает ответ от него. При этом все промежуточные УБСР и ТУ обоих уровней на этом маршруте сохраняют информацию о том, кому из соседних УБСР и ТУ-соседей пересылать информацию от ТУ-источника ТУ-адресату и получать ответ от него,

Аналогичный процесс поиска маршрута связи повторяют в случае, если передача информации по уже известному маршруту стала невозможной из-за перемещения одного из УБСР или ТУ, находящихся на этом маршруте, выхода УБСР или ТУ из строя, их выключения, появления помех и др. Информацию, снятую ТУ со своего датчика, хранят в этом ТУ до момента подтверждения, что она принята ЦОИ. При этом информацию от ТУ-источника к ТУ-адресату и обратно передают за один сеанс. Все УБСР и ТУ обоих уровней выполняют с запасом объема памяти, а также с запасом пропускной способности информации, которую они могут принимать и передавать помимо объема, необходимого для обслуживания собственных датчиков или иных приборов и работы при этом в качестве ретрансляторов.

Кроме того, если мощностей УБСР и ТУ второго уровня недостаточно для обеспечения приема и передачи информации на местности с приемлемой пропускной способностью, то на местности помимо УБСР и ТУ первого и второго уровней размещают сеть УБСР и ТУ-третьего уровня, еще более мощных, чем УБСР и ТУ второго уровня. А при необходимости на местности размещают и последующие сети УБСР и ТУ еще более мощных, чем УБСР и ТУ предыдущего уровня. При этом зона радиовидимости УБСР и ТУ каждого последующего уровня больше, чем у УБСР и ТУ предыдущего уровня, и в результате УБСР и ТУ каждого последующего уровня принимают и передают информацию на большие расстояния, чем УБСР и ТУ предыдущего уровня. Количество уровней выбирают таким, при котором мощности УБСР и ТУ последнего уровня обеспечивают вместе с УБСР и ТУ предыдущих уровней приемлемую пропускную способность. Кроме того все последующие сети УБСР и ТУ объединяют с предыдущими сетями в единую многоуровневую систему. При этом все УБСР и ТУ всех уровней принимают и передают информацию по алгоритму, аналогичному алгоритму системы, состоящей из ТУ и УБСР первого и УБСР и ТУ второго уровня.

Технический результат, получаемый при реализации вышеописанного способа автоматической дистанционной телеметрии, заключается в обеспечении возможности автоматически, практически без ограничений по размеру обслуживаемой местности снимать с датчиков ТУ и передавать информацию в ЦОИ с удаленных ТУ, а также команд из ЦОИ к этим ТУ, обеспечивая при этом приемлемую пропускную способность, надежность, экономичность и качество каналов связи.

Предлагаемый способ автоматической дистанционной телеметрии может быть реализован с использованием существующих датчиков или иных приборов, а также существующей элементной базы с модификацией известного прикладного программного обеспечения.

Изобретение относится к беспроводным системам телеметрии. Согласно изобретению датчик объединяют с устройством беспроволочной связи (УБС) в единое телеметрическое устройство (ТУ). Кроме ТУ на местности размещают УБС-ретрансляторы (УБСР), которые обеспечивают связь ТУ с центром обработки информации ЦОИ, а также между ТУ там, где нет прямой радиовидимости между ТУ или между ТУ и центром обработки информации (ЦОИ). Для получения приемлемой пропускной способности на местности, кроме сети ТУ и УБСР первого уровня, размещают, по крайней мере, еще одну сеть более мощных ТУ и УБСР второго уровня, имеющих большую радиовидимость. Обе сети объединяют в одну систему. При передаче информации преимущественно через мощные устройства второго уровня обеспечивают приемлемую пропускную способность за счет сокращения количества промежуточных устройств, через которые проходит информация. Количество уровней выбирают таким, при котором мощности устройств последнего уровня обеспечивают вместе с устройствами предыдущих уровней приемлемую пропускную способность, что и является техническим результатом. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ автоматической дистанционной телеметрии, в соответствии с которым размещают на местности сеть телеметрических устройств ТУ (1), включающих в себя датчики или иные приборы, объединенные с устройствами беспроволочной связи УБСР (1), с электропитанием от сети или автономным питанием от батарей, снимают информацию с датчиков или иных приборов ТУ (1) и по беспроволочной связи передают ее в центр обработки информации (ЦОИ), который является главным адресатом, которому ТУ-источники передают информацию, снятую с датчиков или иных приборов, а также является главным источником, которым задают периодичность снятия информации с каждого из ТУ-источников и ее передачи в ЦОИ, а также передают команды из этого центра соответствующим ТУ-адресатам, при этом ТУ (1) используют в качестве ретрансляторов при передаче информации от ТУ-источника в ЦОИ и команд ему из этого центра, а маршрут передачи информации от телеметрического устройства в центр обработки информации и команд ему из этого центра выбирают с учетом продолжительности маршрута путем учета количества телеметрических устройств, через которые пройдут информация и команды, а также с учетом качества связи, обеспечиваемого каждым телеметрическим устройством на этом маршруте, отличающийся тем, что ТУ (1) преимущественно размещают только на объектах местности, с которых необходимо снимать информацию, при этом кроме ТУ (1) на местности размещают и устройства беспроволочной связи - ретрансляторы-УБСР (1), с помощью которых обеспечивают связь ТУ (1) с ЦОИ, а также между ТУ (1) там, где нет прямой радиовидимости между ТУ (1), или между ТУ (1) и ЦОИ, а для обеспечения приемлемой пропускной способности каналов связи уменьшают количества промежуточных устройств, через которые информацию передают от ТУ-источников к ТУ-адресатам и обратно, для этого, кроме ТУ (1) и УБСР (1), размещают на местности, по крайней мере, еще одну вторую сеть УБСР (2), более мощных, чем УБСР (1), при этом все УБСР (2) или их часть могут быть совмещены с датчиками или иными приборами в ТУ (2), более мощные, чем ТУ (1), кроме того, хотя бы несколько УБСР (2) и/или ТУ (2) размещают в пределах прямой радиовидимости с ЦОИ, а все устройства второго уровня объединяют с устройствами первого уровня в единую двухуровневую систему и передают через нее информацию от ТУ-источников в ЦОИ и команды из этого центра всем ТУ-адресатам обоих уровней, при этом ТУ (2) также выполняют функции ретрансляторов вместе с УБСР (2), через которые ТУ(1), не находящиеся в пределах прямой радиоидимости с ЦОИ или между собой, а также ТУ-источники второго уровня и УБСР обоих уровней передают информацию в ЦОИ и команды из этого центра всем ТУ-адресатам обоих уровней, а для выбора канала связи все размещенные на местности ТУ и УБСР обоих уровней обнаруживают и запоминают местонахождение всех соседних УБСР и ТУ-соседей, находящихся в зоне их радио-видимости, для возможной передачи информации через них, и при необходимости ТУ-источника передать информацию ТУ-адресату, который не находится в зоне прямой радиовидимости этого ТУ-источника и который не знает, через какое УБСР или ТУ передать информацию ТУ-адресату, ТУ-источник рассылает всем соседним УБСР и ТУ-соседям запрос о местонахождении ТУ-адресата, в свою очередь, соседние УБСР и ТУ-соседи, если ТУ-адресат не находится в зоне их радиовидимости, рассылают копии запроса ТУ-источника своим соседним УБСР и ТУ-соседям и при этом запоминают местонахождение ТУ-источника, и как только запрос ТУ-источника достигнет ТУ-адресата, ТУ-адресат посылает ответ о своем местонахождении всем своим соседним УБСР и ТУ-соседям, от которых к нему пришел запрос, в свою очередь, соседние УБСР и ТУ-соседи также рассылают ответ всем своим соседним УБСР и ТУ-своим соседям, через которые к ним прошел запрос, а все соседние УБСР и ТУ-соседи, участвующие в поиске местонахождения ТУ-адресата, запоминают информацию о местонахождении как ТУ-источника запроса, так и ТУ-адресата, а также информацию о местонахождении всех соседних УБСР и ТУ-своих соседей, через которые прошел запрос, при этом запрос и ответ учитывают количество всех промежуточных ТУ-ретрансляторов и УБСР и качество связи через каждого ТУ-ретранслятора и УБСР, и если оценка качества связи ТУ-ретранслятора или УБСР с другим ТУ-ретранслятором или УБСР, которому он передает запрос и ответ, будет ниже, чем предыдущее значение, то это значение уменьшается до величины фактической оценки качества, в результате и к ТУ-адресату запрос, а затем и к ТУ-источнику запроса ответ (как и к ТУ-промежуточным ретрансляторам или к УБСР) прибывают многократно, но каждый по своему маршруту со своим значением количества пройденных ТУ-ретрансляторов и УБСР и показанием качества на данном маршруте, а ТУ-источник запроса после получения ответа о местонахождении ТУ-адресата из всех возможных маршрутов передачи информации от ТУ-источника к ТУ-адресату выбирает наикратчайший канал связи с наименьшим количеством промежуточных УБСР и ТУ обоих уровней с преимущественным при этом прохождением информации через более мощные УБСР и ТУ второго уровня, имеющих высокое качество связи, обеспечиваемое каждым УБСР и ТУ на выбранном канале связи, запоминает его и по нему в дальнейшем передает информацию ТУ-адресату и получает ответ от него, при этом все промежуточные УБСР и ТУ на этом канале сохраняют информацию о том, кому из соседних УБСР и ТУ-соседей пересылать информацию от ТУ-источника к ТУ-адресату и получать ответ от него.

2. Способ автоматической дистанционной телеметрии по п.1, отличающийся тем, что если мощностей УБСР и ТУ второго уровня недостаточно для обеспечения приема и передачи информации на местности с обеспечением приемлемой пропускной способности, то на местности, помимо УБСР и ТУ второго уровня, размещают сеть УБСР и ТУ третьего уровня, более мощных, чем УБСР и ТУ второго уровня, и обеспечивающих большую зону радиовидимости, а при необходимости на местности размещают и последующие сети УБСР и ТУ еще более мощных, чем УБСР и ТУ предыдущего уровня, с еще большей зоной радиовидимости, а количество уровней выбирают таким, при котором мощности УБСР и ТУ последнего уровня обеспечивают вместе с УБСР и ТУ предыдущих уровней приемлемую пропускную способность каналов связи, при этом все последующие сети УБСР и ТУ объединяют с предыдущими сетями в единую многоуровневую систему, в которой все УБСР и ТУ всех уровней принимают и передают информацию по алгоритму, аналогичному алгоритму системы, состоящей из сети ТУ (1) и УБСР (1) и сети УБСР и ТУ второго уровня.