Разработка системы управления спутниковых каналов связи для АО "Казтелеком" на базе платформы labview

В-пятых, использование  спутниковой связи может оказаться  проще там, где получить право  на прокладку кабеля или очень  трудно, или очень дорого. В-шестых, спутниковая связь нужна в  ситуации, когда критичным оказывается быстрая установка связи, например для нужд армии или флота во время боевых действий.

Таким образом, похоже, что  основным направлением развития средств  связи в ближайшие годы будет  наземная волоконная оптика в соединении с сотовой связью, однако в особых случаях спутниковая связь оказывается предпочтительнее. Следует отметить, что главным аргументом в конкурентной борьбе различных средств связи всегда будет оставаться экономический аспект. Хотя оптоволоконные кабели обеспечивают значительно более высокую пропускную способность, однако вполне возможно, что между наземными и спутниковыми средствами связи будет идти жесткая конкуренция в области цен. Если прогресс в космической технологии приведет к радикальному снижению цены запуска спутника (например, какой-нибудь носитель сможет выводить за один запуск по нескольку десятков спутников) или низкоорбитальные спутники войдут в моду, то не исключено, что оптоволоконные кабели не смогут победить сразу на всех рынках.

Выводы

 

Физический уровень составляет основу всех сетей. Природа накладывает на все каналы два фундаментальных предела, ограничивающие их пропускную способность. Это предел Найквиста, относящийся к идеальным, бесшумным каналам, а также ограничение Шеннона для каналов с термодинамическим шумом.

Каналы связи могут  быть направляемыми и ненаправляемыми. Основными направляемыми каналами связи являются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель. К  неуправляемым каналам связи  относятся радио, микроволны, инфракрасное излучение, а также лазерный луч в воздухе.

Ключевым элементом  глобальных компьютерных сетей является телефонная система. Ее основными компонентами являются местные телефонные линии, междугородные магистрали и коммутаторы. Магистрали являются цифровыми. В них используются различные способы уплотнения, включая частотное (FDM), временное (TDM) и спектральное (WDM) уплотнение. Коммутаторы бывают координатными, с пространственным и временным разделением. Большое значение имеют коммутация каналов и коммутация пакетов.

Телефонная система  будущего будет цифровой от начала до конца. Она будет обеспечивать передачу как голосовых, так и  прочих данных по одним и тем же линиям. Уже разработаны два варианта этой новой системы, известной как ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть, предоставляющая комплекс услуг). Узкополосная ISDN представляет собой цифровую систему с коммутацией каналов, являясь улучшением современной системы. Широкополосная система ISDN, напротив, является принципиально новым подходом, поскольку она основывается на технологии коммутации ячеек ATM. Разработаны различные типы коммутаторов ATM, включая выталкивающий коммутатор и коммутатор Бат-чера.

Для мобильных приложений кабельная телефонная связь неприменима. В качестве альтернативы применяется сотовая и спутниковая связь. В настоящее время сотовая связь широко применяется для портативных телефонов и скоро будет использоваться также и для передачи цифровых данных. Нынешнее поколение сотовых телефонных систем является аналоговым (например, AMPS), однако следующее поколение (например, PCS/PCN) будет полностью цифровым. Традиционные спутники связи в основном являются геостационарными, однако большой интерес представляют низкоорбитальные спутниковые системы, такие как Iridium.

3. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА LABVIEW

3.1 Программно-аппаратный комплекс  LabVIEW

 

LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workshop) - это система программирования, разработанная фирмой National Instruments (США) и ориентированная на создание приложений в области автоматизации научных исследований, управления производством и промышленными установками и т.п. LabVIEW по своим возможностям приближается к системам программирования общего назначения, например к Delphi. Тем не менее, между ними существует ряд важных различий. Система LabVIEW является проблемно-ориентированной; она поддерживает программирование множества действий, специфичных для АСНИ, АСУ ТП и АСУП и реализует концепцию виртуальных приборов.

Каждая программа LabVIEW представляет собой отдельный виртуальный прибор (ВП), то есть - программный аналог некоторого реально существующего или воображаемого устройства, состоящий из двух взаимосвязанных частей.

Первая часть, лицевая панель, описывает внешний вид ВП и содержит множество средств ввода информации - так называемых средств управления, а также множество средств визуализации информации - так называемых индикаторов.

На рисунке 3.1 к индикаторам  относится, например, табло "Measurement", отображающее разряды числового  значения измеряемой величины, а к средствам управления - ползунок "Function", переключатель диапазона измерений "Range" и переключатель режима измерений "Trigger Mode".

 

Рис. 3. 1. Лицевая панель ВП - аналога цифрового тестера Fluke 8840A

 

Вторая  часть, блок-схема (или блок-диаграмма) описывает алгоритм работы ВП.

 

Рис. 3.2 Блок-схема ВП - аналога цифрового  тестера Fluke 8840A

 

Каждый ВП, в свою очередь, может использовать в качестве составных  частей другие ВП, подобно как любая  программа, написанная на языке высокого уровня(СИ, Паскаль, Бейсик,) использует свои подпрограммы. Такие ВП нижнего уровня обычно называются субВП. На рисунке 3.2 к субВП относится элемент "Send DEMO" - это ВП, непосредственно реализующий операции по переключению диапазонов, преобразованию сигналов, генерации поразрядного представления результата и т.п.

Также на рисунке можно  отметить многочисленные функциональные блоки, играющие роль "задних контактов" для объектов лицевой панели, - это  так называемые терминалы. Каждому  терминалу обязательно соответствует какой-либо индикатор или средство управления, расположенные на лицевой панели.

Важными элементами блок-схемы  являются функциональные узлы - встроенные субВП, являющиеся частью LabVIEW и выполняющие  предопределенные операции над данными.

Данные от терминалов к функциональным узлам и между различными функциональными узлами передаются при помощи связей, которые изображены на рисунке разноцветными линиями различной толщины. Поля ввода/выводя должны быть совместимы с типами данных, передаваемыми по проводникам. В данном курсе используются следующие типы данных:

- Flnnting point — число с плавающей запятой, отображается в виде оранжевых терминалов. Может быть комплексным.

- Integer — целочисленный тип, отображается в виде голубых терминалов.

  - Boolean — логический тип, отображается в виде зеленых терминалов.

Логический тип может  принимать только два значения: 0 (FALSE) или 1 (TRUE).

- String — строковый тип, отображается в виде розовых терминалов.

Строковый тип данных содержит текст в ASCII формате.

^- Path — путь к файлу, отображается в виде терминалов. Путь к файлу

близок строковому типу, однако, LabVlEW форматирует его, используя стандартный синтаксис для используемой платформы.

- Array — массивы включают типы данных составляющих элементов и принимают соответствующий им цвет.

- Dynamic — динамический тип, отображается в виде темно-синих терминалов. Кроме данных сигнала, динамический тип содержит дополнительную информацию, например, название сигнала или дату и время его получения.

Наконец, рамка со скругленными углами, ограничивающая группу соединенных между собой терминалов и функциональных узлов, - это функциональный узел особого вида, управляющая структура.

Источники и приемники данных:

При соединении элементов LabVIEW друг с другом в каналах  связи действуют принципы аналогичные принципам теоретических основ электротехники:

1) К каналу  связи может быть подключен  только один источник данных.

2) К одному  источнику данных может быть  подключено неограниченное число  приемников данных.

3) Соединение  только одних приемников - абсурдно и поэтому программой LabVIEW признается ошибочным.

Вывод объекта, по которому объект передает данные внешним элементам, принято называть выходом объекта. Вывод объекта, по которому объект принимает  данные от внешних элементов, принято называть входом объекта. Программа Labview может прокладывать трассу провода только прямолинейными участками, расположенными только горизонтально или вертикально. Поэтому трасса провода между двумя соседними точками, в общем случае, образуется двумя участками: горизонтальной и вертикальной проекциями отрезка воображаемой прямой линии, соединяющего соседние точки. Соединяющая трасса имеет вид пунктирной линии. При правильной соединении пунктирная линия трассы превращается в сплошную линию провода и окрашивается, при неправильном - остается пунктирной и требует устранения ошибки, точнее согласования подключаемых элементов.

Среда LabVIEW включает в себя набор подпрограмм ВП, позволяющих конфигурировать, собирать и посылать данные на DAQ-устройства. Часто DAQ-устройства могут выполнять разнообразные функции: аналого-цифровое преобразование (А/D), цифро-аналоговое преобразование (D/A), цифровой ввод/вывод (I/O) и управление счетчиком/таймером. Каждое устройство имеет свой набор возможностей и скорость обработки данных. Кроме этого, DAQ-устройства разрабатываются с учетом аппаратной специфики платформ и операционных систем. На иллюстрации продемонстрированы два варианта компоновки DAQ-системы. В варианте "А" DAQ-устройство встроено в компьютер, а в варианте "В" DAQ-устройство является внешним. С внешним устройством можно построить DAQ-систему на базе компьютера без доступных слотов расширения, например, с использованием портативных компьютеров. Компьютер и DAQ-модуль связываются между собой через аппаратные интерфейсы, такие как параллельный порт, последовательный порт и сетевые карты (Ethernet). Практически эта система является примером удаленного управления DAQ-устройством.

 

Рис. 3.3 Схема подключения DAQ-устройства

 

1. Датчики	5. Программное обеспечение
2. Модуль согласования сигналов	6. Связь с параллельным  портом
3. Согласованные сигналы	7. Внешний DAQ-модуль
4. Встроенное DAQ-устроНство

 

Основной задачей, решаемой DAQ-системами, является задача измерения или генерации физических сигналов в реальном времени. Перед тем как компьютерная система измерит физический сигнал" датчик или усилитель должен преобразовать физический сигнал в электрический, например, ток или напряжение. Встроенное DAQ-устройство часто рассматривается как полная DAQ-система, хотя практически это только один из компонент системы. В отличие от самостоятельных устройств измерения, не всегда возможно соединение напрямую источника сигналов со встроенным DAQ-устройством. В этих случаях необходимо использовать дополнительные модули согласования сигналов перед тем как DAQ -устройство преобразует их в цифровой формат. Программные средства DAQ-систем включают в себя: сбор данных, анализ данных и представление результатов. DAQ-устройства производства компании NI поставляются в комплекте с драйверами NI-DAQ. NI-DAQ взаимодействует и управляет измерительными устройствами National Instruments, включая такие DAQ-устройства как многофункциональные устройства ввода-вывода сигналов (MIO) серии Е, SCXI модули согласования сигналов и модули переключения сигналов. NI-DAQ являемся расширенной библиотекой функций, которые можно вызвать из среды создания приложений, например. Lab VIEW, для программирования всех возможностей измерительного устройства NI.

Надо очень четко  представлять себе, что ВП - это только модель тех элементов реального прибора или установки, которые гораздо проще и дешевле реализовать в виде программы. Но для того, чтобы ВП можно было использовать как реальный заменитель конкретного осциллографа или распределительного щита, необходимо осуществить связь между объектом физического мира (например, управляемой технологической установкой, ) и программой ВП. Эта связь традиционно осуществляется при помощи специализированных технических средств, - датчиков, аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, интерфейсов передачи данных и пр., - образующих в совокупности комплекс устройств связи с объектом (УСО). Соответственно, ВП должен иметь выход на программу (драйвер) обслуживания внешнего устройства, являющегося частью УСО (например, на драйвер "измерительной платы", драйвер контроллера КАМАК и т.п). Обычно в роли такого "связующего звена" выступает функциональный узел блок-схемы ВП или субВП, не декомпозируемый на более мелкие структурные составляющие. Часто он представляет собой фрагмент программного кода, разработанный не средствами LabVIEW, а при помощи языка Ассемблера или Си.

UDP соединения двух  машин, в среде LabView

UDP - протокол пользовательских датаграмм. Относится к транспортному уровню напрямую взаимодействуя с приложением. Этот протокол не предусматривает процесс создания виртуального канала между двумя машинами. Данные передаваемые от одной машины к другой не гарантированно придут в первоначальном виде. За целостность передаваемых данных отвечает программа (клиент-сервер).

Работа в LabView, ярлычки:

Процесс открытия UDP соединения в пакете LabView (LV) не зависимо от того, будет эта программа являться клиентом или сервером, осуществляется ярлычком (рис. 3.4):

Рисунок 3.4. Ярлык для  открытия соединения.

 

Port - открываемый локальный порт системы (более 1024)

Connection ID - идентификатор  соединения

Error in - ошибки соединения  на входе

Error out - ошибки соединения  на выходе

Процесс закрытия UDP соединения, осуществляется ярлычком:

 

Рисунок 3.5 Ярлык для закрытия соединения.

 

Connection ID - идентификатор соединения

Connection ID out  - идентификатор соединения на выходе

Error in - ошибки соединения  на входе

Error out - ошибки соединения  на выходе

Основная идея в образовании  соединения заключается в том, что  бы при его открытие ID был завязан как минимум с тремя ярлычками (открытие, закрытие и чтение/запись данных ).