Способ информационного взаимодействия устройств в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды Российский патент 2022 года по МПК H04W80/02 

Настоящее изобретение относится к связи и, в частности, к способам формирования структур данных канального уровня с использованием кадров переменной длины и динамическим интервалом отправки данных в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды.

Системы беспроводной связи широко используются для предоставления услуг связи, в том числе для передачи пакетных данных в сенсорных системах связи. В то же время актуальна тенденция снижения энергопотребления устройств при передаче данных за счет модернизации протоколов канального уровня, что приводит к необходимости разработки новых методов формирования структур данных для последующей передачи.

Известен способ информационного взаимодействия, основанный на формировании структур данных канального уровня [1]. Построение кадра основано на использовании данных идентификатора отправителя, идентификатора получателя и опциональных идентификаторов, находящихся в заголовках транспортных структур. Недостатком данного изобретения является постоянная длина кадра, использование подуровней управления идентификаторами, отсутствие возможности динамически изменять интервал отправки данных.

Кроме того, существует способ и устройства, основанные на формировании структуры кадра с использованием протокола RRC [2]. В способе описан метод информационного взаимодействия устройств сети связи с поддержкой функций мобильности абонента. Недостатком данного способа является ограничение поддерживаемых технологий, а именно, работоспособность гарантирована в сетях сотовой связи на основе стандартов 3GPP с использованием соответствующей архитектуры сети.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, в котором описано информационное взаимодействие устройств сети связи с использованием технологии NB-IoT, в которой структура кадра переменной длины описана множеством последовательных подкадров [3]. Недостатком является использование привязка к одной технологии данных, основанной на передаче данных на одной поднесущей сигнала LTE.

Задача изобретения - уменьшение времени передачи информационного сообщения за счет формирование структуры кадров канального уровня переменной длины с поддержкой динамического интервала отправки данных в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды.

Суть изобретения выражена в формировании структур данных канального уровня переменной длины с инкапсуляцией данных, полученных с применением селективного опроса сенсоров передающего устройства и, опционально, отладочной информации, представляющей собой последовательную запись текущего значения напряжения аккумуляторной батареи передающего устройства и уровня сигнала при использовании двусторонней связи,, расчете контрольной суммы сообщения, также в процедуре изменения интервала получения первичных данных с сенсоров устройства на основе индивидуальных предварительно сконфигурированных параметров доверительного интервала для каждого сенсора устройства и процедуре передачи данных с изменяемым интервалом. На приемной стороне - вычислении контрольной суммы, сравнения принятой и расчетной контрольных сумм, поэтапное раскрытие содержимого полей кадра канального уровня для получения исходных данных.

Способ информационного взаимодействия устройств в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды выполняет функцию формирования структуры кадра переменной длины, отличающуюся тем, что применяется процедура селективного опроса сенсоров на основе сравнения разницы предыдущего и текущего значения выбранного параметра с предварительно установленным доверительным интервалом и последующей инкапсуляцией полученных значений данных в структуру кадра.

Способ информационного взаимодействия устройств в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды представляет собой поэтапный процесс формирования структуры данных канального уровня переменной длины. Изобретение состоит из двух основных этапов, для устройства-передатчика и приемника соответственно.

Алгоритм передающей части состоит из трех этапов:

- формирование данных для передачи;

- формирование структуры данных канального уровня.

На фиг. 1 представлен алгоритм формирования данных для передачи.

На фиг. 2 представлен общий алгоритм передающей части.

На фиг. 3 представлена структура данных канального уровня.

В качестве входных параметров принимаются значения уникального идентификатора передающего устройства, минимального и максимального периодов опроса сенсоров, доверительного интервала для каждого из сенсоров, период передачи данных и, опционально, текущее значение напряжения аккумуляторной батареи и RSSI сигнала, при использовании двусторонней связи. На основе входных данных производится опрос сенсоров передающего устройства системы автоматизированного мониторинга окружающей среды (фиг. 1). Входной параметр идентификатора устройства содержит уникальный в рамках одной системы набор символов длиной 5 байт, позволяющий идентифицировать отправителя на стороне приемного устройства. Значение минимального и максимального периодов опроса сенсоров необходимы для динамической конфигурации периода опроса для одного из сенсоров T_опроса. Для изменения значения периода опроса производится сравнение модуля разницы текущего и предыдущего значений измеряемого сенсором параметра, F(s) и F0(s) соответственно, со значением доверительного интервала сенсора F_триг(s), где s - один из сенсоров устройства. При значении модуля разницы равного или большего чем доверительный интервал выполняется проверка требования T_min=T_опроса, если последнее верно, происходит поэтапное добавление идентификатора сенсора и его текущего значения к структуре кадра, в противном случае, перед добавлением данных в структуру кадра происходит уменьшение периода опроса сенсора путем умножения на предварительно установленного уменьшающий коэффициент. При |F(s)-F0(s)|<F_триг(s) происходит проверка требования Т_max=T_опроса, если последнее не выполняется, происходит увеличение периода опроса сенсора путем его умножения на предварительно установленный увеличивающий коэффициент.

Общий алгоритм работы передающего устройства включает в себя функции инициализации начальных параметров, вышеописанный алгоритм опроса сенсоров, передачу данных, запись данных и режим ожидания (фиг. 2).

При наличии данных для передачи, полученных в результате алгоритма опроса сенсоров, происходит поэтапная инкапсуляция уникального идентификатора устройства, данных для передачи, контрольной суммы и, опционально, отладочных данных в структуру кадра канального уровня с их последующей передачей на физический уровень. При обратном, происходит сравнение установленного периода передачи данных с текущим значением счетчика времени устройства. При значении текущего счетчика больше или равного периоду передачи данных, происходит передача данных аналогично вышеописанной процедуре с использованием данных предыдущих значений измеряемых параметров, находящихся во временной памяти. В противном случае выполняется переход в режим ожидания.

Функция записи данных выполняется после передачи данных для текущей итерации алгоритма и представляет собой запись значения F)s) в переменную F0(s). После ее выполнения выполняется переход в режим ожидания.

Фиг. 3 показывает структуру данных канального уровня, состоящую из следующих полей: уникальный идентификатор устройства-передатчика (5 байт); поле данных; поле отладочной информации (8 байт); поле контрольной суммы (4 байта).

Поле данных представляет собой последовательную запись набора идентификатора сенсора и текущего значения измеряемого им параметра, при этом в зависимости от конфигурации возможно использование различной размерности указанных параметров. Типовое значение размерности идентификатора сенсора - 2 байт, текущего значения измеряемого параметра - 4 байта. Опциональное поле отладочной информации состоит из двух значений напряжения АКБ - 4 байт и RSSI - 4 байт.

Выходными данными является структурированный кадр канального уровня, содержащий в себе инкапсулированные данные и служебные поля.

На стороне приемника происходит вычисление контрольной суммы принятого кадра канального уровня, и, в случае идентичности вычисленной и записанной в принятом кадре контрольных сумм, поэтапная декапсуляция информации из кадра канального уровня в исходные данные.

Основным достоинством данного способа является уменьшение объема передаваемой информации, ведущее к снижению времени передачи сообщения, при незначительном изменении или неизменности значений измеряемых параметров с использованием структуры кадра канального уровня переменной длины.

Источники информации

1. Патент РФ № 2454040.

2. Патент США 20140092799 А1.

3. Патент США 20190223197 А1 - прототип.

Изобретение относится к способам формирования структур данных канального уровня с использованием кадров переменной длины и динамическим интервалом отправки данных в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды. Технический результат - уменьшение времени передачи информационного сообщения за счет формирования структуры кадров канального уровня переменной длины с поддержкой динамического интервала отправки данных в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды. Формируют структуры данных канального уровня переменной длины с инкапсуляцией данных, полученных с применением селективного опроса сенсоров и, опционально, отладочной информации, расчета контрольной суммы сообщения, также в процедуре изменения интервала получения первичных данных с сенсоров устройства на основе индивидуальных предварительно сконфигурированных параметров доверительного интервала для каждого сенсора устройства и процедуры передачи данных с изменяемым интервалом. На приемной стороне вычисляют контрольную сумму, сравнивают принятую и расчетную контрольную сумму, и осуществляют поэтапное раскрытие содержимого полей кадра канального уровня для получения исходных данных. 3 ил.

Способ информационного взаимодействия устройства-передатчика и приемника в системах автоматизированного мониторинга окружающей среды, включающий селективный опрос сенсоров передающего устройства, изменение периода опроса сенсоров передающего устройства, формирование структуры кадров канального уровня, отличающийся тем, что формирование структуры кадров канального уровня переменной длины происходит с использованием полей, представляющих последовательную запись набора идентификатора сенсора и текущего значения измеряемого им параметра, уникального в рамках одной системы идентификатора устройства передатчика, набора идентификаторов и текущих значений измеряемых параметров: идентификатора передающего устройства; минимального и максимального периодов опроса сенсоров; доверительного интервала для каждого из сенсоров; периода передачи данных, с подключенных к передатчику сенсоров, разность текущего и предыдущего значений измеряемого параметра которых превышает доверительный интервал и, опционально, отладочной информации, представляющей собой последовательную запись текущего значения напряжения аккумуляторной батареи передающего устройства и уровня сигнала при использовании двусторонней связи, а на стороне приемного устройства вычисляется контрольная сумма принятого кадра канального уровня и, в случае идентичности вычисленной и записанной в принятом транспортном пакете контрольных сумм, производится поэтапное раскрытие содержимого полей кадра канального уровня для получения исходных данных и отладочной информации о текущем напряжении аккумуляторной батареи передающего устройства и уровне сигнала.