БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

Настоящая статья написана в рамках проведения исследования передачи видеопотоков из роботизированной системы по беспроводной сети. Её целью является отражение ныне достигнутых результатов.

Разрабатываемое устройство представляет из себя «умную» камеру, встроенную в мобильный робототехнический комплекс со способностью распознавания объектов, образования видеопотока и передачи полученных данных по беспроводной сети на уровень оператора. Данное устройство без проблем сможет найти применение в такой области как «Интернет вещей» которая активно развивается в наши дни и в такой актуальной концепции как «Умный город».

В рамках концепции Интернета вещей (Internet of Things, IoT) одно из наиболее популярных направлений развития - это концепция «умный город» (Smart City). Фундаментальным принципом «умного города» является внедрение информационных технологий и объектов IoT в городскую среду. Ожидается, что такой подход позволит усовершенствовать систему управления и взаимодействия государства с обществом, повысит качество и эффективность работы городских служб, а всё вместе качественно изменит жизнь населения. Главным активом города будут являться: люди, данные, процессы и технологии.

Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий, служат для передачи информации между двумя и более точками на расстоянии, не требуя проводной связи. Для передачи информации могут использоваться радиоволны, а также инфракрасное, оптическое или лазерное излучение.

Существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных по маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi ,NFC , Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяются её областью применения.

Наборы сетевых протоколов описывают следующие процессы.

• Формат или структура сообщения.

• Метод, посредством которого сетевые устройства обмениваются данными о каналах с другими сетями.

• Способ и время передачи сообщений об ошибках или системные сообщения между устройствами.

• Запуск и прекращение сеансов передачи данных.

Наборы протоколов могут быть реализованы аппаратно, программно или в сочетании этих двух способов. Каждый уровень отвечает за часть процесса по подготовке данных к передаче через сеть.

Один из наиболее распространенных наборов сетевых протоколов известен как протокол управления передачи/интернет-протокол (TCP/IP). Все устройства, которые обмениваются данными по Интернету, должны использовать набор протоколов TCP/IP. В частности, все они должны использовать протокол IP из интернет-уровня стека, поскольку он позволяет отправлять и получать данные через Интернет.

Объекты, работающие по протоколу IP, т. е. с установленным программным обеспечением TCP/IP, смогут пересылать данные непосредственно через Интернет.

На рисунке 1 показана структурная схема разрабатываемого устройства. В которой передатчик является интересующей нас вещью.

Рисунок 1. структурная схема МКР

На сегодняшний день доступно много протоколов беспроводной сети, и все из них обладают различными характеристиками. На рисунке 2 представлено несколько достаточно распространенных протоколов беспроводной связи, а также наглядно продемонстрировано место этих протоколов в классификации. Обратите внимание, что один протокол может попадать под несколько классификаций.

Рисунок 2. Распространённые протоколы беспроводной передачи данных

1. Weightless – Использует неиспользуемые части спектральной полосы внутри и вокруг ТВ-передач. Это низкочастотный диапазон, который обеспечивает превосходное распространение сигнала даже для устройств без больших антенн. Имеет сравнительно невысокую выходную мощность.
2. Сотовая связь – Технология, используемая в мобильных телефонах, широко распространена и готова к использованию. Сотовые сети доказали свою надежность и обеспечивают покрытие на обширных территориях.
3. Проприетарный протокол – Это коммуникационный протокол обмена данными, разработанный одной организацией и недоступный другим компаниям.
4. Wi-Fi – это популярная технология беспроводной связи, которая использует радиоволны для беспроводного высокоскоростного интернета и сетевых подключений.
5. NFC - технология беспроводной передачи данных малого радиуса действия, которая дает возможность обмена данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 сантиметров.
6. ZigBee - спецификация сетевых протоколов верхнего уровня — уровня приложений APS (англ. application support sublayer) и сетевого уровня NWK, — использующих сервисы нижних уровней — уровня управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, описывают беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). Преимуществом является продолжительная, стабильная работа от автономных источников питания.
7. Bluetooth - производственная спецификация беспроводных персональных сетей (Wireless personal area network, WPAN). Преимуществом является низкое энергопотребление. Активно используется в медицинских мобильных приборах.

Рассмотрев виды беспроводной передачи данных была выбрана распространенная технология Wi-Fi. Этот метод передачи данных позволяет обеспечить высокую скорость передачи и имеет большой радиус обхвата сигнала. Так же в отличие от сотовой сети он является более доступным, и многие разработчики предоставляют либо встроенный, либо периферийный Wi-fi модуль.

Для того что бы найти подходящую платформу для нашего устройства были протестированы несколько платформ такие как Arduino UNO и Milestone от российской компании Intec и raspberry Pi 3 и были произведены попытки наладки видеопотока на этих платформах.

Arduino UNO

Первой платформой была Arduino UNO схема подключения показана на рисунке 4.1.

Рисунок 3. Схема подключения Arduino UNO

В Arduino используется встраиваемый Wi-Fi модуль. После подключения и выведения картинки нам сразу стало понятно, что платформе нахватает мощности и качество картинки нас не устраивало поэтому мы отказались от этой платформы. Качество изображения показано на рисунке 4.

Рисунок 4. результат проекта на Arduino UNO

Milestone

Российская платформа Milestone MSTN-M100 аппаратно и конструктивно совместим с платформой Arduino Uno, что позволяет использовать весь спектр сенсоров, драйверов и прочих модулей, совместимых с Arduino Uno. При этом MILESTONE Compact имеет гораздо более высокую производительность чем Arduino Uno, а также соответствует классу INDUSTRIAL по эксплуатационным характеристикам (климат, вибрация, удары). Платформа показана на рисунке 5.

Рисунок 5. платформа Milestone

После подключения выяснилось, что для передачи данных по беспроводной сети и получения видео нахватает библиотек. Хотя для программирования использовалась среда программирования Arduino IDE библиотеки Arduino не походили платформе.

Raspberry Pi 3

Raspberry Pi 3 одноплатный компьютер размером с банковскую карту, изначально разработанный как бюджетная система для обучения информатике. Платформа показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Raspberry Pi 3

Эта платформа обладает всеми необходимыми данными. Может быть использована USB камера для получения более качественной картинки. Wi-Fi модуль строенный и не требует внешнего подключения. При разработке проекта на этой платформе возникла проблема подключения к точке доступа из-за чего платформа не могла подключиться к интернету.

В дальнейшем планируется развернуть конфигурируемую точку доступа для создания тестового видеопотока для выявления неполадок в сети. И поиск решения выявленных неполадок.

Список литературы:

1. Введение в интернет вещей. Электронная лекция Cisco. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: netacad.com (дата обращения 11.12.2018).