Прошло немногим более двух десятилетий с момента появления первых мобильных телефонов, но мобильная связь уже подверглась существенным изменениям. Cистемы первого поколения, основанные на аналоговом принципе, использовались исключительно для телефонной связи и лишь впоследствии обзавелись некоторыми базовыми сервисами. Cистемы второго поколения так назывфаемые 2G, включая стандарт GSM, предоставляют улучшенное качество передачи и защиту сигнала, дополнительные сервисы, низкоскоростную передачу данных, и для систем GSM - автоматическую службу т.н. роуминга для удобства передвижения абонента по разным странам и континентам. Однако использование данног стандарта было практически невозможно для передачи видео изображения, так как не обеспечивались нормальные скорости при передачи данных, поэтому вскоре после появления второго поколения мобильных систем, начались приготовления к проектированию стандартов мобильной связи следующего поколения.
Технология третьего поколения (3G) обеспечивает высококачественную передачу речи, изображений (скорость предположительно будет достигать 2 Мбит/с вместо 9.6 Кбит/с, доступных сегодня), и доступ в Internet, а также обмен данными между мобильным телефоном и компьютером. В то же самое время 3G технологии должны улучшить качество cервиса сетей вторых поколений, добавляя им множество новых услуг. Спецификация 3G все еще в процессе развития. Для новой 3G системы были выделены следующие частотные диапазоны: 1885-2025 МГЦ, и 2110-2200 МГЦ для дальнейшего развития 3G, в частности для спутниковой части 3G выделены диапазоны 1980-2010 и 2170-2200 МГЦ соответственно.
GPRS - General Packet Radio System
GPRS - одна из важнейших технологий в переходном периоде от систем второго поколения к 3G. GPRS часто упоминается как GSM-IP (GSM Internet Protocol), так как это - технология, предлагающая абоненту GSM прямой доступ к провайдеру Internet со скоростью до 115 Кбит/с. Еще одной отличительной особенностью GPRS от систем старого поколения является то, что GPRS позволяет абоненту иметь постоянную связь с ISP и пребывать в так называемом режиме online. Новая система потребует введения нового принципа оплаты: Ваша плата будет зависеть только от объема принятых/переданных данных вне зависимости от времени использования радио канала. К тому же, введение GPRS будет способствовать более бережливому и рациональному распределению радиочастотного ресурса: "пакеты" данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи. И только в паузах - голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, так что скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети. Подчеркну, что в GPRS ни один канал не занимается под передачу данных целиком - и это основное качественное отличие новой технологии от используемых ныне.
Построение GPRS сетей
Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы - программную и аппаратную. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду - начиная с реестров HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BTS В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента).
Ядро системы GPRS (GPRS Core Network) состоит из двух основных блоков - SGSN (Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS) и GGPRS (Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS).
SGSN является центральным процессором GPRS сети. В некотором роде SGSN можно назвать аналогом MSC - коммутатора сети GSM. Он выполняет следующие функции.
SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям.
взаимодействует с реестром собственных абонентов сети HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги.
ведет мониторинг находящихся online пользователей.
организует регистрацию абонентов вновь "проявившихся" в зоне действия сети и т.п.
Так же как и MSC, SGSN, в системе может быть и не один - в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети. Например, SGSN производства компании Motorola имеет следующие характеристики:
каждый узел поддерживает передачу до 2000 пакетов в секунду,
одновременно контролирует до 10000 находящихся online пользователей.
Всего же в системе может быть до 18 SGSN Motorola.
Назначение GGSN следующее - грубо говоря, это шлюз между сотовой сетью (вернее, ее частью для передачи данных GPRS) и внешними информационными магистралями (Internet, корпоративными интранет-сетями, другими GPRS системами и так далее). Основной задачей GGSN, таким образом, является роутинг (маршрутизация) данных, идущих от и к абоненту через SGSN. Вторичными функциями GGSN является адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о внешних сетях и собственных абонентах (в том числе тарификация услуг).
Внутри ядра GPRS-системы (между SGSN и GGSN) данные передаются с помощью специального туннельного протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol).
Еще одной составной частью системы GPRS является PCU (Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи). PCU стыкуется с контроллером базовых станций BSC и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к SGSN. При ориентации системы на мобильный Интернет возможно добавление специального узла - IGSN (Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернет).
Прежде чем приступить к работе с GPRS, мобильная станция, так же как и в обычном случае передачи голоса, должна зарегистрироваться в системе. Как уже было сказано, регистрацией (а, точнее, "прикреплением" (attachment) к сети) пользователей занимается SGSN. В случае успешного прохождения всех процедур (проверки доступности запрашиваемой услуги и копирования необходимых данных о пользователе из HLR в SGSN) абоненту выдается P-TMSI (Packet Temporary Mobile Subscriber Identity - временный номер мобильного абонента для пакетной передачи данных), аналогичный TMSI, который назначается мобильному телефону для передачи голоса (кстати, если абонентский терминал относится к классу А, то ему при регистрации выделяется как TMSI, так и P-TMSI).
Для быстрой маршрутизации информации к мобильному абоненту GPRS-система нуждается в данных о его месторасположении относительно сети, причем с большей точностью, нежели в случае передачи голосового трафика. Но если если телефон будет информировать систему каждый раз при переходе от одной соты к другой служебный трафик в сотовой сети и расход энергии мобильным аппаратом возрастает. Чтобы найти разумный компромисс между объемом сигнального трафика в сети GPRS и необходимостью знать с высокой точностью местонахождение абонента принято деление терминалов на три класса:
IDLE (неработающий). Телефон отключен или находится вне зоны действия сети. Очевидно, что система не отслеживает перемещение подобных абонентов.
STANDBY (режим ожидания). Аппарат зарегистрирован (прикреплен) в GPRS-системе, но уже долгое время (определяемое специальным таймером) не работает с передачей данных. Местоположение STANDBY-абонентов известно с точностью до RA (Routing Area - область маршрутизации). RA мельче, чем LA (каждая LA разбивается на несколько RA, но, тем не менее, RA крупнее, чем сота, и состоит из нескольких элементарных ячеек).
READY (готовность). Абонентский терминал зарегистрирован в системе и находится в активной работе. Координаты телефонов, находящихся в режиме READY, известны системе (а, точнее, SGSN) с точностью до соты.
EDGE - Enhanced Data GSM Environment.
EDGE - заключительная ступень на пути к 3G. Она позволит операторам GSM предлагать абонентам мультимедиа сервисы при 384 Кбит/с. Полагают, что операторы GSM смогут предоставлять услуги EDGE за относительно низкую цену, поскольку это потребует всего лишь небольших изменений в программном обеспечении и оборудовании операторов. Система будет использовать TDMA интерфейс (Time Division Multiple Access) и типичный для GSM шаг 200 КГЦ.
Глава 2
Программа управления камерами предназначена для непосредственного управления камерой или группой камер.
Управление возможно с помощью мыши, клавиатуры, джойстика, задания камере предустановок (определенной последовательности команд).
Как и в любой системе управления, имеется субъект и объект управления. Субъект управления - оператор системы безопасности. Объектами управления являются поворотный механизм камеры и трансфокаторы. Поворотный механизм отвечает за повороты камеры в вертикальной и горизонтальной плоскостях, вверх и влево, вверх и вправо, вниз и вправо, вниз и влево. Трансфокаторы отвечают за управлением зумированием и фокусировкой.
Схема функционирования.
В качестве протокола для управления камерами выбран RS-232, который связывает компьютер (с соответствующим программным обеспечением) и преобразователь интерфейсов. Протокол RS-422 предназначен для передачи управляющих воздействий на контроллер поворотных механизмов камер и трансфокаторов.
В данном случае такой выбор протоколов обмена обусловлен их техническими характеристиками и принципами работы.
Технические характеристики RS- протоколов
Протоколы RS-232 и RS-422 являются дуплексными протоколами, применение дуплексного протокола позволяет принимать и передавать информацию одновременно, то есть оба оконечных устройства могут быть приемниками и передатчиками одновременно.
Важное отличие протокола RS-232 состоит в том, что они используют небалансный сигнал, в то время как RS-422 использует балансный. Небалансный сигнал передается по несбалансированной линии, которая представляет собой «землю» и одиночный сигнальный провод. Балансный сигнал передается по сбалансированной линии, в котором присутствуют «земля» и пара проводов, разница напряжений между которыми используется для приема и передачи сигнала. Сбалансированный сигнал передается быстрее и дальше, чем несбалансированный.
Ниже в таблице приведены технические характеристики протоколов RS-232 RS-422
RS-232
RS-232
Соединения
Одиночный провод
Одиночный провод/много соединений допустимо
Количество устройств
1 передатчик
1 приемник
5 передатчиков
10 приемников на 1 передатчик
Вид протокола
дуплексный
Дуплексный
Макс. длинна провода
~15.25 м. При 19.2Kbps
~1220 м. При 100Kbps
Макс. скорость передачи
19.2Kbps для 15 м.
10Mbps для 15 м
Сигнал
небалансный
Балансный
двоичная 1
-5В мин.
-15В макс.
2В мин. (A>B)
6В макс. (A>B)
двоичный 0
5В мин.
15В макс.
2В мин. (B>A)
6В макс. (B>A)
Мин. входное напряжение
+/- 3В
0.2В
Выходной ток
500мА
150мА
Принцип работы протокола RS-232
Все оборудование, соединяемое по RS-232 протоколу, разделяют на DCE оборудование - передачи данных, и DTE - терминальное оборудование. Различие заключается в разъемах и разводке разъемов.
DCE
DTE
Pin 1
Защитное заземление
Защитное заземление
Pin 2
Прием данных
Передача данных
Pin 3
Передача данных
Прием данных
Pin 4
Запрос на прием
Запрос на передачу
Pin 5
Запрос на передачу
Запрос на прием
Pin 6
Готов выход
Готов вход
Pin 7
Земля сигнальная
Земля сигнальная
Pin 8
Несущий выход
Несущий вход
Pin 9
Не указано
Не указано
Принцип работы протокола RS-422
RS-422 используют экранированную витую пару, экран в качестве сигнальной «земли», земля не используется для определения логического состояния линии, при этом сигнал уровня RS-422 является парафазным. Стандарт на RS-422 предусматривает 32 пары передатчик/приемник. На данный момент возможности протокола RS-422 расширены, теперь он поддерживает от 128 до 255 устройств на одной линии. Протокол RS-422 предусматривает использование четырехжильной экранированной витой пары, при этом получается полный дуплекс. В таком случае необходимо, чтобы одно из устройств было сконфигурировано как ведущее, а остальные как ведомые. Тогда все ведомые устройства общаются только с ведущим устройством, и никогда не передают ничего напрямую друг другу.
RS-422 использует строго разделенные две пары проводов, одну пару для приема, одну для передачи и еще по одной на каждый сигнал контроля/подтверждения.
Принцип взаимодействия протоколаRS-232 и преобразователя интерфейсов
Программа управления камерами вырабатывает управляющие сигналы, в зависимости от данных поступивших от оператора системы видеонаблюдения, по протоколу (RS-232) соответствующие биты кода команды передаются на преобразователь интерфейсов.
Преобразователь интерфейсов
Идея интерфейсного преобразователя состоит в том, чтобы со стороны управляющего компьютера, при передаче данных, преобразовать сигнал уровня RS-232 в сигнал уровня Транзисторно-Транзисторной Логики (ТТЛ) или Комплиментарных полупроводников со структурой металл – оксид – полупроводник (КМОП), а затем в парафазный сигнал, соответствующий передающей среде RS-422. При обратной передаче, парафазный сигнал преобразуется в уровень ТТЛ, а затем в сигнал соответствующий интерфейсу RS-232.
Контроллер поворотного механизма камеры и трансфокатора.
Контроллер поворотного механизма камер и трансфокаторов предназначен для преобразования управляющего сигнала, поступившего от оператора системы и полученного по интерфейсу RS-422, в управляющие воздействия, которое направлено на включение двигателей поворотного механизма и механизма управления трансфокаторами.
Контроллер - восьмиразрядное устройство, то есть за каждый такт, вырабатываемый своим генератором частот, контроллер может обработать восемь бит информации, из которых четыре бита должно идти на код команды и еще четыре - на код адреса камеры. Таким образом, используя этот контроллер интерфейсов, можно закодировать до шестнадцати команд и управлять шестнадцатью камерами. Контроллер обрабатывает первые четыре бита, как код адреса камеры, вторые четыре бита, как код команды.
Контроллер преобразует команды, пришедшие от оператора в соответствии с алгоритмом, заложенном в ПЗУ, и подает на свои выходы, электрические потенциалы согласно данным, полученным после обработки. Каждый выход данного контроллера соединен с входом двигателя, который вращается в соответствии с поступившим сигналом. От двигателей движение передается на камеру или на объектив.
Другая задача контроллера - это следить за положением камеры во время поворота и за положением ее объектива. При достижении камерой или объективом крайнего положения контроллер перестает подавать соответствующие управляющие воздействия на свои выходы.
Ниже приведены команды управления камерами, которые программа выставляет на шину RS-232 согласно действиям оператора системы видеонаблюдения. Помимо команд управления на шину необходимо подать адреса контроллеров и соответствующие им адреса камер.
Команды.
Вверх 0000
Вниз 0001
Влево 0010
Вправо 0011
Вверх-влево 0100
Вверх-вправо 0101
Вниз-влево 0110
Вниз-вправо 0111
STOP-Telemetry(Возвращение поворотного механизма камеры в исходное положение) 1000
Фокус (плюс) 1001
Фокус (минус) 1010
Zoom (плюс) 1011
Zoom (минус) 1100
STOP-Transfokator (Возвращение механизма управления трансфокаторами камеры в исходное положение) 1101
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
