2. Принцип автоматизированной системы передачи и используемое оборудование

Для обеспечения автоматизации процесса передачи информации от поездного блока РПДП на стационарный сервер архивирования информации решено использовать выделенный Wi-Fi радиоканал, так как его характеристики в наибольшей степени удовлетворяют требованиям системы передачи. Как видно из таблицы 1.3.3.1, технология беспроводной передачи данных может обеспечивать наибольшую скорость передачи (что существенно, так как регистрации имеют большой объем) и наибольшую дальность действия.

Принцип действия данной системы следующий.

1. В состав стационарного стенда расшифровки РПДП вводится приёмопередатчик Wi-Fi (стационарный приёмопередатчик Wi-Fi).

2. В районе входного светофора на деповские пути с линии метрополитена, на мачте, устанавливается стационарная антенна Wi-Fi и подключается к стационарному приёмопередатчику Wi-Fi (формируется стационарная точка доступа Wi-Fi).

3. На путях (между рельсами) за входным светофором устанавливается стационарная RFID метка.

4. В систему «Витязь» вводится поездная антенна Wi-Fi, приёмопередатчик Wi-Fi, поездная RFID антенна и поездной RFID считыватель информации.

5. Приёмопередатчик Wi-Fi подключается к поездному блоку РПДП, поездной RFID считыватель к блоку БУП системы «Витязь».

6. Стационарная точка доступа Wi-Fi периодически формируют и отправляют запросы в адрес поездного устройства Wi-Fi на приём информации от РПДП.

7. При въезде состава на территорию депо поездной RFID считыватель информации принимает данные от стационарной RFID метки и передаёт её в блок БУП системы «Витязь».

8. Система «Витязь» формирует команду на включение режима передачи данных по Wi-Fi соединению.

9. Блок РПДП, получив запрос от стационарной точки доступа Wi-Fi , начинает отвечать (режим работы прием – ответ).

10. Считывание осуществляется пакетом прикладных программ (ППП) «Регистратор РПДП».

Рисунок 2.2.1 Принцип действия автоматизированной системы передачи

Инициатором включения режима передачи данных по Wi-Fi является считывание информации от стационарной RFID метки. RFID технологии было решено использовать после анализа существующих технологий идентификации. Помимо RFID-технологий серьезно рассматривалась возможность использования технологий оптической идентификации. Было предложено установить камеру на поезде и направить ее вдоль железнодорожного полотна. Объектами видеоанализа являлись бы специальные метки, устанавливаемые на рельсах при въездах в депо, попадающие в поле зрения камеры произвольным образом. Оборудование должно было обеспечить автоматическое распознавание этих меток и включение режима считывания по Wi-Fi. В качестве оптического оборудования рассматривалась возможность адаптирования применения камер в комплекте с видеосервером AGRG MagicBox, представляющим собой компактное устройство, обеспечивающее интеллектуальную обработку видео в системах охранного телевидения, для использования в метро. Устройство позволяет строить гибридные решения на базе аналоговых камер и цифровых систем видеонаблюдения с применением встроенной видеоаналитики на протяженных объектах.

После консультаций с разработчиками видеосервера AGRG MagicBox (компанией «Синезис»), было решено отказаться от идеи использования оптического оборудования по следующим причинам:

• радиочастотный способ идентификации обладает высокой степенью защиты. Такую метку очень сложно сымитировать, так как каждая имеет свой уникальный идентификатор. В то время как попадание на пути любого похожего на метку объекта может инициировать оптическую идентификацию;

• Более высокая стоимость установки и эксплуатации (в сравнении с RFID-технологиями);

• необходимость частого очищения камер, расположенных на вагонах, в связи со специфическими условиями использования.

На рельсы в депо устанавливаются метки идентификации средней дальности (от 20 см до 10 м). Выбраны пассивные RFID-метки диапазона UHF, так как они не требуют встроенного источника энергии. Метки данного диапазона обладают наибольшей дальностью регистрации, во многих стандартах данного диапазона присутствуют антиколлизионные механизмы.

С целью определения возможных альтернативных RFID меток, была проведена аналитическая работа, показавшая два возможных варианта выбора:

• Готовый продукт, в виде RFID метки во влагозащитном радиопрозрачном корпусе;

• Микросхемы RFID для самостоятельного изготовления меток в НИИП.

Требования к оборудованию в метро:

• Рабочий диапазон температуры от -40 до +65°C.

• Влажность до 100% при 25°C.

Учитывая требования к оборудованию в метро, описанные в документах по классу ММ1 и классу К6 ОСТ 32.146-2000 «Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Общие технические условия» был выбран готовый продукт, RFID метка ТA900-3GPSI-2 компании ООО «НТЦ «Альфа-1».

Рисунок 2.2.2 RFID Метка ТA900-3GPSI-2

Описание производителя:

Радиометка TA900-3GPSI-2BM является пассивной электронной меткой RFID UHF диапазона различного назначения, встроенной в специальный металлический корпус. Основное назначение – транспортные логистические системы и промышленная автоматика. Радиометка TA900-3GPSI-2 поддерживает международные радио интерфейсы ISO 18000-6B или 18000-6С и имеет возможность бесконтактной перезаписи не менее 100 тысяч раз пользовательской информации объемом до 216 байт.

Таблица 2.2.1

Технические характеристики метки TA900-3GPSI-2BM

Параметр	Значение	Примечание
Рабочий диапазон частот	862 -870 МГц	Соответствует Европейским стандартам
Радио интерфейс	ISO 18000-6В ISO 18000-6С	ЕРС G2C1
Максимальная дальность считывания	До 12 метров	В зависимости от параметров считывателя и ориентации метки
Дальность записи	70% от дальности считывания
Условия эксплуатации: Температура Влажность	От-40 до + 85 °С До 100%	Всепогодное исполнение
Температура хранения	От-40 до + 60 °С	Без конденсата
Габариты	192 х 38 х 20 мм
Вес	Не более 70 г

В данных метках используются микросхемы SL3ICS3001 компании NXP. В 2008 году компания NXP выпустила новые чипы, которые на сегодняшний день отвечают всем основным требованиям по функционалу и безопасности. Чипы выполнены в стандарте EPC Gen 2.0, но отличаются от всех своих предшественников тем, что поле памяти TID (Tag ID), в которое при производстве обычно пишется код типа метки разбито на две части. Первые 32 бита отведены под код производителя метки и её марку, а вторые 32 бита — под уникальный номер самого чипа. Поле TID — неизменяемое, и, таким образом, каждая метка является уникальной.

Таблица 2.2.2

Технические характеристики микросхемы NXP SL3ICS3001

Параметр	Значение
Международный стандарт	ISO18000-4, ISO18000-6, EPC Generation 2 Class1
Фирменный стандарт	UCODE
Описание производителя	UCODE HSL IC (UCODE высокочастотная программируемая метка) представляет из себя специализированный чип для пассивных меток, которые могли бы быть считанными на расстояние в несколько метров. Технология UCODE HSL разработана в соответствии с европейскими нормами и требованиями.
Заявленная дальность считывания	8 метров
Доступная для записи память	216 байт
Корпус	TSSOP8

В головных вагонах поезда метро устанавливаются стационарные считыватели RMA900-5M, которые изготавливаются специально для НИИП компанией ООО «НТЦ «Альфа-1» (для того чтобы их можно было соединить с СОМ (системой определения местоположения) системы «Витязь» через интерфейс RS-232). Прибор представляет собой печатную плату, на одном конце которой расположен низкочастотный разъем, а на противоположном конце – СВЧ разъем для подключения антенны.

Прибор включается в режим работы, установленный по умолчанию:

• мощность выходного сигнала минимальная;

• непрерывное чтение метки;

• при обнаружении метки передается UID (уникальный идентификатор) метки по каналу RS-232.

Рисунок 2.2.3 Схема подключения считывателя RMA900-5M

Общение с модулем ридера осуществляется в режиме интерпретатора команд, переданных через стык RS-232.

Для изменения режима работы прибора используются следующие основные команды, поступающие по каналу RS-232:

• AUTO Режим автоматического считывания UID метки.

• M_AUTO Режим автоматического считывания UID метки и 8 байт данных с начального адреса 20h.

• LOCK Запрет перепрограммирования байта во внутренней памяти метки.

Получив команду от ведущего контроллера (например, от PC) модуль ридера выполняет соответствующие действия и формирует ответ. При отсутствии ответа на корректную команду более 500 мс команду необходимо передать повторно. Некорректные команды игнорируются.

Формат команд:

01h’:NNNNNNNN COP P0 P1 P2 [ P3.. P4] COMM CRC;’

01h - сетевой адрес модуля ридера - любой байт от 00h до 0Fh (в случае единственного устройства в сети этот адрес должен иметь значение 01h), расценивается модулем ридера как требование очистить входной буфер и приготовиться к приему очередной строки

‘:’ - маркер начала командной строки

‘NNNNNNNN’ - очередной номер команды - может принимать значения 00000000, 00000001, ….99999999. Этот номер будет присутствовать в ответе, сформированном модулем ридера

‘COP’ - команда

‘P0 P1 P2 [ P3.. P4]’ - параметры команды

‘COMM’ - комментарий - игнорируется интерпретатором

‘CRC’ - контрольная сумма - получается суммированием байтовых значений выделенных символов строки

‘;’ - маркер конца командной строки – получив этот символ, интерпретатор приступает к выполнению команды

TxD: - строка, передаваемая модулю ридера

RxD: - ответ модуля ридера.

Пример команды - M_AUTO:

Режим автоматического считывания UID метки и 8 байт данных, записанных в метку с начального адреса 20h.

M_AUTO TIME_MS

TIME_MS – период считывания метки, мс.

Может иметь значение в интервале 10<TIME_MS <10000 мс.

Включение режима:

TxD: :00000003 M_AUTO 100 1081;

RxD: :00000003 M_AUTO_ОN ;

Пример ответа при успешном автоматическом чтении UID метки (8 байт) и данных (8 байт):

RxD: :00000000 REC_ID -16E21FFFC0113002 DAT -4E544320416C7068 ;

RxD: :00000001 REC_ID -16E21FFFC0113002 DAT -4E544320416C7068 ;

При отсутствии метки в зоне считывания – ответа нет.

Ридер соединяется с СОМ (системой определения местоположения) системы «Витязь» через интерфейс RS-232. Система определения местоположения по CAN подключаются к блоку управления поездом системы «Витязь», центральному микропроцессорному блоку, отвечающему за логическую обработку информации по CAN.

Когда антенна считывает метку (по команде M_AUTO), информация с метки поступает в СОМ, где сравнивается с информацией из базы данных СОМ, после чего СОМ отправляет сигнал в БУП. БУП анализирует сигнал и выносит решение для дальнейших действий, в нашем случае решение о включении передачи по Wi-Fi.

Приёмопередатчик Wi-Fi напрямую подключается к поездному блоку РПДП. Стационарная точка доступа Wi-Fi периодически формирует и отправляет запросы в адрес поездного устройства Wi-Fi на приём информации от РПДП. После установления Wi-Fi-соединения стационарная ПЭВМ отправляет на РПДП команду на считывание данных. Адаптер беспроводной связи блока РПДП превращает данные в радиосигнал и передает их в эфир с применением антенны. Беспроводная точка доступа принимает и декодирует этот сигнал. Информация направляется в ПЭВМ по кабелю проводной сети Ethernet.

Оборудование системы работает в режиме моста. Режим беспроводного моста используется в том случае если необходимо соединить две проводные локальные сети, удаленные друг от друга на небольшое расстояние (20-250 м), но нет возможности проложить кабели. Так как передавать информацию с поезда необходимо в тоннеле на въезде в депо, этот режим является наиболее удобным.

Точки доступа используется только для транзита трафика из одной локальной проводной сети (поезд) в другую (стенд).

Рисунок 2.2.4 Режим беспроводного моста

В качестве Wi-Fi адаптера решено использовать адаптер Complex iWAVEPORT WLM54AG.

Рисунок 2.2.5 Адаптер Complex iWAVEPORT WLM54AG

Таблица 2.2.3

Основные характеристики адаптера Complex iWAVEPORT WLM54AG

Основные характеристики
Тип	сетевой адаптер
Тип сети	Wi-Fi (беспроводная сеть)
Диапазон частот	2.4/5 ГГц
Сетевые стандарты	IEEE802.11a/b/g
Скорость передачи данных	54 Мбит/сек.
Максимальная скорость(WAN)	108 Мбит/сек

Помимо адаптера используется универсальный Wi-Fi шлюз для промышленной телеметрии WLg-LINK-OEM

Модуль WLg-LINK-OEM, представляет собой законченное многопрофильное устройство стандарта «IEEE 802.11 a/b/g/h & super AG», предназначенное для использования в качестве Wi-Fi точки доступа, Wi-Fi - Ethernet моста, а также повторителя (WDS). При работе в качестве точки доступа, модуль WLg-LINK-OEM используется, как базовый элемент промышленной сети WiFi – Ethernet. При использовании в качестве моста, модуль WLg-LINK-OEM может быть подключен к любому внешнему промышленному устройству с интерфейсом Ethernet 10/100.