Механизмы обеспечения достоверности и надежности передачи данных по радиоканалу с использованием эстафетной технологии и их реализация на трансиверах с модуляцией LoRa

A. S. Luchinin, I. V. Malygin, S. I. Starikov, V. A. Chechetkin, A. A. Shegal, S. A. Belkov

Аннотация


Статья посвящена детальному описанию алгоритмов работы системы эстафетной передачи данных по радиоканалу, обеспечивающих высокую надежность транспортировки результатов наблюдения за работой протяженных объектов на центральный пульт контроля. Особенностью системы является работа на малом уровне мощности передатчиков, экономичность по потреблению электроэнергии, обеспечивающая длительную работу без обслуживания, возможность быстрой замены вышедших из строя элементов без остановки всей системы, мобильность —  быстрая установка и запуск системы. Экономичность энергопотребления и работа радиоканала с низким уровнем мощности передатчиков обеспечиваются применением трансиверов SX 1276 (LoRa). Достоверность и надежность передачи данных обеспечивается оригинальными алгоритмами, описание которых приводится в статье. В системе эстафетной передачи данных возможно использование до 255 узлов ретрансляции с установкой их на расстоянии до 4 км друг от друга. Разработаны два варианта построения системы с эстафетной передачей: система с простой эстафетной передачей и система с передачей «через одного». Второй вариант обеспечивает более надежную передачу данных и более высокую вероятность безотказной работы. При числе узлов ретрансляции, равном 50, вероятность безотказной работы простой системы составляет 0,268, а системы с передачей «через одного» —  0,985.

 

Лучинин А. С., Малыгин И. В., Стариков С. И., Чечеткин В. А., Шегал А. А., Бельков С. А. Механизмы обеспечения достоверности и надежности передачи данных по радиоканалу с использованием эстафетной технологии и их реализация на трансиверах с модуляцией LoRa. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(2):191–217. DOI: 10.15826/urej.2023.7.2.006.


Ключевые слова


эстафетная передача, ретрансляция, синхронизация, расписание, модуляция LoRa

Полный текст:

Без имени

Литература


Таненбаум Э., Стеен М. ван. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. Пер. с англ. СПб: Питер; 2003. 877 с.

Azubogu A. C., Idigo V. E., Nnebe S. U., et al. Wireless Sensor Networks for Long Distance Pipeline Monitoring. World Academy of Science, Engineering and Technology International, Journal of Electronics and Communication Engineering. 2013;7(3):285–289.

Барабанова Е. А., Мальцев Д. Б., Есауленко В. Н., Руденко М. Ф. Распределенная система контроля технологических объектов нефтегазовой промышленности на базе беспроводной сенсорной сети. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2017;(2):98–104.

Park S., Park H., Kim E.-J. Distributed Relay- Assisted Retransmission Scheme for Wireless Home Networks. International Journal of Distributed Sensor Networks. 2014;10(4). DOI:10.1155/2014/683146

Piyare R., Murphy A. L., Magno M., Benini L. On- Demand LoRa: Asynchronous TDMA for Energy Efficient and Low Latency Communication in Io T. Sensors. 2018;18(11):3718. https://doi.org/10.3390/s18113718

Petäjäjärvi J, Mikhaylov K, Pettissalo M, Janhunen J, Iinatti J. Performance of a low-power wide-area network based on LoRa technology: Doppler robustness, scalability, and coverage. International Journal of Distributed Sensor Networks. 2017;13(3). DOI: 10.1177/1550147717699412

Bali Z., Ajib W., Boujemaa H. Distributed relay selection strategy based on source- relay channel. 2010 17th International Conference on Telecommunications. Doha, Qatar. April 4–7, 2010. IEEE 2010. Pp. 138–142. DOI: 10.1109/ICTEL.2010.5478647

Verhulevskij K. LoRa — everything you wanted to know about it. Components & Technologies. 2016;(3):110–114.

Ma Y., Zhao L., Yang R., Li X., Song Q., Song Z., Zhang Y. Development and Application of an Atmospheric Pollutant Monitoring System Based on LoRa–Part I: Design and Reliability Tests. Sensors. 2018;18(11):3891. https://doi.org/10.3390/s18113891

Starikov S. I., Luchinin A. S., Malygin I. V. Investigation of the Boundary Conditions of a Radio Channel Noise Immunity Using LoRa Modulation. 2019 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). Ekaterinburg, Russia. April 25–26, 2019. IEEE 2019. Рp. 340–343.

Лучинин А. С., Стариков С. И., Малыгин И. В., Марков М. В. Синхронизация элементов системы сбора данных разнесенных на большое расстояние. Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2019;10(2):28–32.

Luchinin A. S., Malygin I. V., Starikov S. I., Markov M. V., Chechetkin V. A. Wireless Data Collecting System for Long Distances. 2019 International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). Novosibirsk, Russia. October 21–27, 2019. IEEE 2019. Pp. 0038–0042. DOI: 10.1109/SIBIRCON48586.2019.8957859

Microchip RN 2483. Low- Power Long Range LoRa® Technology Transceiver Module. Microchip Technology Inc. 2017. URL: http://ww1. microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/RN2483-Low- Power- Long- Range- LoRa- Technology- Transceiver- Module- Data- Sheet- DS50002346D. pdf (дата обращения 08.06.2023)

Смит Д. Дж. Безотказность, ремонтопригодность и риск. Практические методы для инженеров, включая вопросы оптимизации надежности и систем, связанных с безотказностью. Пер. с англ. М.: ООО «Группа ИДТ»; 2007. 432 с.

Боровиков С. М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности: учебник для инженерно-технических специально- стей вузов. Минск: Дизайн ПРО, 1998. 336 с.

Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука; 1964. 576 с.