सीएसएस (आईएसओ 24730-5) टेप उपाय और तारों के बिना दूरी को मापने

पिछले विषयों में से एक में, मैंने पहले रूसी रियल-टाइम पोजिशनिंग सिस्टम के बारे में बात की थी। यह विषय उन लोगों के लिए है जो रुचि रखते हैं, "यह कैसे काम करता है।" मैं रेडियो फ्रीक्वेंसी मेथड का उपयोग करके दूरी माप कर शुरू करूँगा।
योजना पर निशानों के स्थान का निर्धारण करने के लिए, RTLS LLC, चिह्न (M) द्वारा मापी गई दूरियों के आधार पर प्रत्येक चिह्न के स्थान की गणना करने के लिए एक विधि लागू करता है, जिसमें तीन या अधिक एंकर (A) ज्ञात स्थानिक स्थिति रखते हैं, जैसा कि चित्र में है।



दूरी मापने के लिए, दो तकनीकों का उपयोग किया जाता है, अर्थात्:
CSS (Chirp Spread Spectrum) - छोटी मिर्च दालों का उपयोग करते हुए और
एसडीएस-TWR (सममित डबल साइडेड टू वे रेंजिंग) एक सममित दो-तरफ़ा द्वि-दिशात्मक दूरी माप है।
प्रौद्योगिकियां एक ट्रांसमीटर से एक रिसीवर (उड़ान का समय) तक एक रेडियो सिग्नल के प्रसार समय को मापने पर आधारित हैं और क्रमशः अंतरराष्ट्रीय मानकों आईएसओ 24730-5 और आईईईई 802.15.4-2011 का अनुपालन करती हैं।
यह विषय CSS तकनीक के बारे में है।

CSS तकनीक, जैसा कि RTLS LLC द्वारा लागू किया गया है, द्वारा प्रतिष्ठित है:
1) अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए इष्टतम माप सटीकता (90% के विश्वास के साथ 30 मीटर की दूरी पर एक मीटर की त्रुटि) घर के अंदर;
2) उच्च शोर उन्मुक्ति;
3) मल्टीथेन क्षीणन का प्रतिरोध;
4) न्यूनतम बिजली खपत टैग (रिचार्जिंग के बिना बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए);
5) न्यूनतम लागत।

आरटीएलएस पोजिशनिंग सिस्टम स्ट्रक्चर

ब्लॉक आरेख चित्र में दिखाया गया है।




सिस्टम में दूरी की माप को टैग द्वारा किया जाता है जो एक द्वि-दिशात्मक रेडियो इंटरफेस के माध्यम से बुनियादी ढांचे के तत्वों के साथ पैकेट का आदान-प्रदान करता है जो आईएसओ 24730-5 का अनुपालन करता है। एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (आरटीएलएस एप्लिकेशन एपीआई) के माध्यम से इन्फ्रास्ट्रक्चर सर्वर से बुनियादी ढांचे, लेबल और माप प्रक्रिया का प्रबंधन करने के लिए जुड़ा हुआ है, साथ ही माप के परिणाम और लेबल की स्थिति के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए। आरटीएलएस प्रणाली में बुनियादी ढाँचा ZigBee वायरलेस मेश ज़ोन (IEEE 802.15.4) से बना है जो आईपी चैनलों से सर्वर से जुड़ा है। प्रत्येक ZigBee नेटवर्क बेस स्टेशन में टैगिंग के लिए एक अतिरिक्त रेडियो इंटरफ़ेस है। (निम्नलिखित विषयों में से एक आरटीएलएस बुनियादी ढांचे के लिए समर्पित होगा)।
सर्वर, बदले में, एक बाहरी मानक एपीआई है जो आपको सिस्टम द्वारा प्राप्त डेटा को अन्य स्वचालित प्रणालियों में स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।

आरटीएलएस प्रणाली में, टैग नेटवर्क का हिस्सा नहीं हैं, रूटिंग और डेटा ट्रांसमिशन में भाग नहीं लेते हैं, अर्थात, वे दूरी को मापने और परिवहन नेटवर्क के माध्यम से माप परिणामों को सर्वर पर प्रसारित करने के अलावा हर चीज से छूट जाते हैं। इससे हमें टैग को सरल बनाने और उनकी ऊर्जा खपत और कीमत को कम करने की अनुमति मिली।

टैग आंकड़े में दिखाए गए द्विदिश रेडियो इंटरफेस के माध्यम से बुनियादी ढांचे के साथ बातचीत करते हैं।



इस इंटरफ़ेस के लिए, आईएसओ 24730-5 मानक आवृत्ति रेंज, रेडियो तरंग, मॉड्यूलेशन, कोडिंग, पैकेट प्रारूप, कमांड और अन्य मापदंडों को परिभाषित करता है। इंटरफ़ेस प्रोटोकॉल स्टैक में शामिल हैं:
PHY - भौतिक परत जो ट्रांसमिशन माध्यम के मापदंडों (ऑपरेटिंग आवृत्ति, चैनल की चौड़ाई, आदि) को परिभाषित करती है;
मैक - पर्यावरण तक पहुंच का स्तर, जो एन्कोडिंग मापदंडों, पैकेट प्रारूप और इस तरह निर्धारित करता है;
एपीआई - आवेदन स्तर, जो लेबल की स्थिति और उनके परिवर्तन के आदेश, आदेशों की सूची और उनके मापदंडों को निर्धारित करता है, बुनियादी ढांचे के तत्वों के साथ पैकेट के आदान-प्रदान के लिए प्रोटोकॉल और इसी तरह।

सिस्टम ऑपरेशन

समावेशन के समय, लेबल की स्थिति प्रारंभिक है, "डिफ़ॉल्ट प्रोफ़ाइल" का उपयोग किया जाता है। लेबल समय-समय पर छोटे प्रसारण पैकेट - पलकें भेजता है। प्रत्येक ब्लिंक में टैग का भौतिक पता, उसकी स्थिति और उस समय की जानकारी होती है जब टैग बुनियादी ढांचे से कमांड प्राप्त करने के लिए तैयार होगा।
उपयुक्त कमांड के साथ इन्फ्रास्ट्रक्चर लेबल को दर्शाता है जिसके साथ एंकर और दूरी को मापने के लिए किस आवृत्ति के साथ, माप सत्रों की संख्या और परिणामों को प्रसारित करने के लिए पता है। लेबल की स्थिति को बदलने के लिए उपयुक्त कमांड को लेबल करके और मोड और माप मापदंडों को सेट करके परिवर्तित किया जाता है।
यदि लेबल को एक निश्चित समय में अगला आदेश प्राप्त नहीं होता है, तो यह अपनी प्रारंभिक स्थिति ("डिफ़ॉल्ट प्रोफ़ाइल" का उपयोग करने के लिए) पर लौटता है और समय-समय पर संचार को बहाल करने के लिए ब्लिंक्स भेजता है। आप RTLS वेबसाइट www.rtlsnet.ru/technology/view/2 पर लेख में लेबल राज्यों और नियंत्रण आदेशों के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।

दूरी मापने की तकनीक: चिर स्प्रेड स्पेक्ट्रम (सीएसएस)

CSS तकनीक “chirp” दालों का उपयोग करती है (शाब्दिक अनुवाद में, chirp का मतलब ट्वीट है, और रूसी में, CSS रैखिक आवृत्ति मॉड्यूलेशन - chirp के लिए है)। चिरप दालें एक नीरस रूप से बढ़ती या घटती आवृत्ति की दाल हैं। चिरप पल्स की निचली और ऊपरी आवृत्तियां मानक द्वारा निर्दिष्ट आवृत्ति रेंज की सीमाओं के अनुरूप हैं।
प्रकृति में, डॉल्फिन और चमगादड़ चिरप दालों का उपयोग करके लाखों वर्षों के लिए दूरी को मापते हैं। चिर रडार में, दालों का पहली बार इस्तेमाल किया गया था और 1940 में प्रोफेसर गुटमैन द्वारा पेटेंट कराया गया था। 1990 के दशक के मध्य में कैनन ने फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में चिर दाल का उपयोग किया। और 1996 में, नैनोट्रॉन टेक्नोलॉजीज ने अनुसंधान शुरू किया और बाद में वायरलेस डेटा ट्रांसफर के लिए सीएसएस का पेटेंट कराया।
CSS रेडियो फ़्रीक्वेंसी तकनीक है और उन अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त है जहाँ संचार की विश्वसनीयता और कम बिजली की खपत विशेष रूप से बैटरी से चलने वाले उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है। सीएसएस डेटा ट्रांसफर गति औसत (2 एमबी / एस तक) है।

यह कैसे काम करता है

किसी भी सीएसएस पैकेट को दो प्रकार की दालों में चिरप द्वारा प्रेषित किया जाता है: आंकड़ों में दिखाए गए अनुसार (अपचिरप) या घटती (डाउनचिरप) आवृत्ति।






ISO 24730-5 मानक CSS के लिए 2.45 GHz की केंद्र आवृत्ति, 80 MHz की बैंडविड्थ और 1 μ की निश्चित पल्स चौड़ाई के लिए स्थापित करता है।
CSS Technology में, Chirp pulses के कोडित अनुक्रम का उपयोग करके जानकारी प्रसारित की जाती है। प्रतीक "1" अपचिर आवेग से मेल खाता है, प्रतीक "0" - डाउनचिर आवेग। अनुक्रम का डिकोडिंग दो पूरक (एक दूसरे के पूरक) फैलाव देरी लाइनों (DLZ) द्वारा किया जाता है। कोडित अनुक्रम को दोनों पंक्तियों के इनपुट के लिए खिलाया जाता है, लेकिन DLZ के मापदंडों को चुना जाता है ताकि विभिन्न आवृत्तियों के संकेत DLZ से अलग-अलग गति से गुजरें। एक डीएलजेड (आकृति में - ऊपर) में, उच्च आवृत्तियों को विलंब रेखा के माध्यम से तेजी से फैलता है, दूसरे निचले आवृत्तियों में तेज होता है। नतीजतन, अपचिरप आवेग, जो कम से शुरू होता है और उच्च आवृत्तियों के साथ समाप्त होता है, डीएलजेड अप के माध्यम से गुजर रहा है "संपीड़ित" समय में। उच्च-आवृत्ति का अंत "कम-आवृत्ति की शुरुआत" और उत्पादन में पल्स ऊर्जा को शुरू में समान रूप से वितरित समय पर एक छोटी नाड़ी में प्रकट होता है, जिसका आयाम इनपुट सिग्नल के आयाम से कई गुना बड़ा हो जाता है। इसके विपरीत, डाउनचेयर आवेग, डीएलजेड अप के माध्यम से गुजर रहा है, समय में "मिट" जाता है और इसका आयाम कम हो जाता है। इस प्रकार, दालें जो कि प्रतीक "1" के अनुरूप हैं, DLZ अप के आउटपुट में दिखाई देती हैं। दूसरे DLZ में (चित्रा डाउन में), कम आवृत्तियों का तेजी से प्रसार होता है, जिसके कारण डाउनचिरप दालें "संपीड़ित" होती हैं, और दालें जो कि प्रतीक "0" के अनुरूप होती हैं, DLZ के आउटपुट में दिखाई देती हैं।




डीकोडिंग के अलावा, DLZs प्रतिरक्षा को बढ़ाते हैं, साथ ही साथ ब्रॉडबैंड शोर भी। लब्बोलुआब यह है कि सर्प दालों के विपरीत हस्तक्षेप (शोर), एक अपरिवर्तित आवृत्ति स्पेक्ट्रम है और परिवर्तन के बाद DLZ से गुजरता है। डीएलजेड में "संपीड़ित" मिर्च दालों में शुरुआती एक की तुलना में बड़ा आयाम होता है, और आसानी से शोर और शोर से अलग होता है।
CSS का एक अन्य लाभ मल्टीनेशन क्षीणन का प्रतिरोध है। 2.4 गीगाहर्ट्ज बैंड में एक ट्रांसमीटर सिग्नल आमतौर पर रिसीवर में कई गूंज संकेतों की "संगत" तक पहुंचता है - बाधाओं से प्रतिबिंब, या यहां तक ​​कि प्रत्यक्ष दृश्यता की अनुपस्थिति में केवल गूंज संकेतों के रूप में। सिग्नल प्रसार पथों की लंबाई अलग-अलग होती है, इसलिए मुख्य संकेत के संबंध में प्रतिबिंब चरण से बाहर हैं। संकीर्ण-बैंड प्रणालियों में, यह संचार व्यवधान की ओर जाता है। सीएसएस इस तथ्य से प्रतिष्ठित है कि एक पूरे के रूप में विकृत और चरण-शिफ्ट सिग्नल आवृत्ति स्पेक्ट्रम को संरक्षित करते हैं, जो डीएलजेड में मूल सिग्नल के 80 मेगाहर्ट्ज बैंड में वितरित व्यावहारिक रूप से सभी ऊर्जा एकत्र करना संभव बनाता है।