Библиографическое описание:ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС СИГНАЛОВ IOT-УСТРОЙСТВ : научное издание / Ф. В. Зандер [и др.]. - Текст : непосредственный // Информационные системы и технологии. - 2025. - № 1. - С. 108-117. - Исследование выполнено в рамках государственного задания ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (номер FSRZ-2023-0008). - ISSN 2072-8964.
Аннотация:В связи с необходимостью развертывания сетей Интернета вещей для обслуживания труднодоступных районов, где частично или полностью отсутствует наземная инфраструктура, предлагаются технические решения, при которых наземные устройства не координируются и не синхронизируются, то есть передают пакеты информации на космический аппарат в случайные моменты времени. Ряд особенностей сигналов, формируемых и обрабатываемых по технологии LoRa (Long Range), являются перспективными для использования в таких многоспутниковых системах передачи данных. В статье приводится описание проектного решения по созданию исследовательского аппаратно-программного комплекса (АПК), предназначенного для отработки алгоритмов работы приемопередатчиков сигналов IoT-устройств с целью последующего их использования не только на Земле, но и на космических аппаратах (КА). Конструктивно-технологическая реализация АПК LoRa основывается на использовании программно-определяемых реконфигурируемых радиоустройств (Universal Software Radio Peripheral). Применение таких устройств, в условиях априорной неопределенности, обеспечивает оперативность программного реконфигурирования АПК LoRa и позволяет в процессе проводимых экспериментальных исследований выполнять модификацию структуры и содержания формируемых кадров передаваемой информации программно, без повторной перекомпиляции ПЛИС устройства приема и передачи ВЧ сигналов. В результате АПК обеспечивает: формирование суммарного ВЧ сигнала (до 4-х IoT-устройств) с индивидуальным, настраиваемым пользователем содержанием кадров передаваемой информации от каждого IoT-устройства; управление режимами работы приемных и передающих трактов устройств формирования и приема ВЧ сигналов (центральная частота, уровень мощности выходного сигнала, коэффициент усиления входной цепи и пр.); визуализацию содержимого кадров информации, принятой от IoT-устройств с отображением в виде спектрограммы зависимости частоты сигнала от времени. Выполнено компьютерное моделирование алгоритмов, реализуемых в устройствах приема и передачи ВЧ сигналов, входящих в состав АПК, для чего использовалась среда программирования LabVIEW. Применение АПК LoRa позволит, в частности, провести исследования алгоритмов обработки коллизий в аппаратуре полезной нагрузки КА при одновременном приеме сигналов от нескольких IoT-устройств, а затем эффективно интегрировать отработанные алгоритмы в аппаратуру полезной нагрузки КА.
The need for deploying Internet of Things (IoT) networks to serve areas of difficult access where there is a partial or complete lack of ground infrastructure, technical solutions are proposed. Due to which ground devices are not coordinated and not synchronized, they transmit information packets to the spacecraft at random times. A number of signals features generated and processed using LoRa (Long Range) technology are promising for use in such multi-satellite data transmission systems. The article gives a description of a solution for the research hardware and software complex creation. The complex was designed to test algorithms for the operation of IoT device signals transceivers for the subsequent use of them not only on Earth, but also on spacecraft. The design and technological implementation of the LoRa hardware and software complex is based on the use of software-defined reconfigurable radio devices (Universal Software Radio Peripheral). The use of such devices, under conditions of a priori uncertainty, ensures the software reconfiguration efficiency of the LoRa hardware and software complex, allows to modify the structure and content of the generated frames of the transmitted information programmatically during experimental research, without recompiling the programmable logic device (PLD) of the receiving and transmitting RF signals device. As a result, the complex provides the formation of a total RF signal (up to 4 IoT devices) with an individual, user-configurable frames content of transmitted information from each IoT device. It allows to control operating modes of receiving and transmitting paths of RF signal generation and reception devices (center frequency, output signal power level, input circuit gain factor, etc.). The complex provides content visualization of information frames received from IoT devices with the display of the signal frequency versus time in the form of a spectrogram. Performed computer simulation of algorithms implemented in devices for receiving and transmitting RF signals included in the complex was carried out with usage of LabVIEW programming environment. The use of the LoRa hardware and software complex will allow to study collision processing algorithms in the spacecraft payload equipment while simultaneously receiving signals from several IoT devices.
