Upload
grady
View
54
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Sprehod po poglavjih. Elektrostatika E lektrodinamika E lementi električnega tokokroga V eriga generiranja, transformiranja in uporabe električne energije E lektronika v prometu O snovni pojmi regulacije v prometu. Zanesljivost naprav. Čas, ki preteče med dvema zaporednima okvarama. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Sprehod po poglavjih
• Elektrostatika • Elektrodinamika• Elementi električnega tokokroga
• Veriga generiranja, transformiranja in
uporabe električne energije
• Elektronika v prometu • Osnovni pojmi regulacije v prometu
Zanesljivost naprav• Življenjska doba – s statistično porazdelitvijo
– Objekti, ki se starajo (motorji, pnevmatike, orodja) porazdelitev odvisna od zunanjih vplivov
– Objekti, ki se ne starajo (elektronski elementi, če niso preobremenjeni!) porazdelitev okvar popolnoma naključna
• Zanesljivost Z(t)– verjetnost, da komponenta po času t še ni pokvarjena (Stöcker, str.
731)
• Pričakovani čas do okvare MTTF (Mean Time To Failure) za sisteme, ki jih ob okvari zamenjamo, ne popravljamo
– stopnja okvarjenosti:
– na primer 10-7h (1 okvara na 10 milijonov komponent ur) za ključne procese, ni zadosti vodenje cestnega, letalskega prometa z GNSS, transakcije v denarnem prometu, prenos električne energije
• Pričakovani čas med okvarami MTBF (Mean Time Between Failures) za sisteme, ki jih ob okvari popravljamo
0
( )MTTF Z t dt
število okvarstopnja okvarjenosti
začetno št. komponent čas obratovanja
Čas, ki preteče med dvema zaporednima okvarama
število komponent, ki po času t še delujejo( )
začetno št. komponentZ t
NalogaProizvajelec po izdelavi pospešeno preizkuša svoje nove naprave in beleži
koliko naprav se je pokvarilo ob katerem času. Narišite diagram in ocenite življenjsko dobo izdelane naprave. Ocenite zanesljivost (št. naprav, ki še delujejo/skupno št. preizkušanih naprav) in stopnjo okvarjenosti (št. okvar/ skupno št. preizkušanih naprav), ki bi jih z izbrano življenjsko dobo poslali na trg.
Čas (mes)
10 20 30 40 50 60 70 80 90100
110
120
130
140
150
160
170
180
Št. okvar
1 1 3 1 4 1 0 0 0 2 15 40 90520
67 30 20 1
0
100
200
300
400
500
600
10 40 70 100 130 160
Št. okvar
Zanesljivost
Prva inženirska naloga za sistem: kolikšno zanesljivost zanj zahtevati? Oceno zanesljivosti moramo imeti za sistem po izdelavi, oceno preverjamo z rednimi preizkusi in pregledi. Funkcije sistema in dokumentacija morajo biti zanesljivi. Zahteve za zanesljivost so vsebovane v podrobnih opisih sistemov in podsistemov, načrtih preizkusov in tudi v členih pogodb.
Zahteve izražamo s parametri zanesljivosti, od katerih je najbolj pogost mean-time-between-failure (MTBF), ki ga lahko razumemo kot pogostnost odpovedi = število odpovedi v določenem obdobju.
Zanesljivost napravnačrtovanje
izdelava
Skladnost (odvisna od
t)
Zanesljivost (odvisna od
t)
Stopnja okvarjenosti (AQL, LTPD, ppm)
Porazdeljenost parametrov
MTBF
MTTF
Povpr. življ. doba
Verjetnost preživetjaStabilnost parametrov
Presoja proizvodov
Uporaba proizvodo
v
Kakovost proizvodov
materiali
Po knjigi: Component Reliability for Electronic SystemsTitu-Marius I. Băjenescu,Marius I. Bâzu
Zanesljivost naprav
Zanesljivost naprav
Polprevodniške tehnologije
Nekaj definicij
Signal pojav, ki nosi informacijo o obnašanju sistema
Enosmerni tok tok, ki ves čas teče v isto smer Izmenični tok tok, ki ves čas spreminja smer Element tokokroga dvovhodni element skozi
katerega teče električni tok Karakteristika elementa odvisnost med izhodno in
izhodno veličino (npr. I(U)) Linearni elementi tokokrogov upor, kondenzator,
tuljava imajo linearno karakteristiko Nelinearni elementi so elementi z nelinearno
karakteristiko (iz polprevodniških materialov)
Še nekaj definicij prepovedani pas energijski skok, ki ga morajo opraviti elektroni
(e-), da postanejo nosilci el. toka vrzel če atomu manjka en e- do nevtralnosti, pravimo, da ima en
pozitiven naboj, kar imenujemo vrzel (v+) PN spoj osnovni gradnik digitalne elektronike, nastane ob staknitvi
polprevodnikov, enega s prevladujočimi e- (N tip) in drugega s v+ (P tip)
osiromašeno področje prostor v okolici PN spoju, v katerem ni prostih nosilcev naboja (niti e-, niti v+)
dioda element, ki dopušča el. tok le v eno smer mikroelektronske tehnologije (ločimo ji po debelini najtanjših
povezav μm ali nm) zaporedje postopkov izdelave drobnih integriranih vezij
integrirano vezje po mikroelektronskih postopkih na eni silicijevi rezini izdelana enota, sestavljena iz množice tranzistorjev, diod, namenjena za opravljanje funkcij na majhni površini
mikroprocesor enota, sestavljena iz delov, ki, glede na signale na vhodih po vgrajenem programu, omogočajo izvajanje predvidenih funkcij (logičnih, aritmetičnih)
Kaj je PN spoj in za kaj je uporaben?
• prepovedani pas onemogoča e-, da se pri Tsob gibljejo kot el. tok prevodnik, izolator in polprevodnik (En)
• Spoj in diode (En)
• Polprevodniki in uporaba (Eh..)
– Dioda: Delovanje, uporaba (En)
– Tranzistor: delovanje 1 delovanje 2 (En)
– Logična vrata: delovanje (En)
• Prozorna elektronika (Slo)
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Napetost (V)
To
k (A
)
consult diodeCurrent.m
n = 1.6 n = 1.7 n = 1.9
Tok PN diode
1TnU
u
s eIi
IS .. tok nasičenja v zapori (značilno nekaj nA)
UT .. termična nepetost (običajno pri Tsob znaša 26 mV)
n .. faktor diode (n=1 za diode v integr. vezjih, n=2 za diskretne diode)
Sodobna elektronika
• komunikacija(telefon, radio)• obdelava informacij (računalnik) • stik z realnostjo (radio-navigacijski
pripomočki, radio-lokacijski pripomočki)
Digitalna tehnika
• Štetje čas in Galileo– Merjenje časa – koliko znaša deviacija merjenja časa z atomsko uro?
______ s– Koliko dobimo, če to deviacijo pretvorimo v razdaljo?
______ m
• Osnova številskih sistemov sta enota in sistem uteži (glej R. Čop, Osnove digitalne tehnike (ODT), str. 2)
• Logične funkcije
Digitalna tehnika
• Polprevodniški materiali – ponavadi silicij + primesi (dopanti)– mikroelektronska tehnologija: rezine, tiskanje s svetlobo, izdelava
mikroprocesorja• Polprevodniški elementi
– nelinearni elementi • diskretni
– diode– transistorji
» http://www.rtvslo.si/znanost-in-tehnologija/intelov-velik-korak-k-uporabi-tridimenzionalnih-tranzistorjev/256812 » http://colos1.fri.uni-lj.si/ERI/RACUNALNISTVO/RAC_SLOJI/Tranzistor.html
• integrirana vezja• Strukture
– odločitvene (vmesniki za senzorji,...) in pomnilniške (RAM,..)
– avtomati – prosto po Von Neumannu: naprava, ki glede na vhodne pogoje in po programu opravlja predvidene operacije in se jo da preprogramirati
– komunikacijska vezja
Brezžična komunikacija
• Brezžičnost– Za komunikacijo ni treba žic, optičnih vlaken, uporablja
pa se radijski oz. optični spekter ali ultrazvok s fiksno ter nomadsko oz. mobilno uporabo
• Pozorni moramo biti na:– domet komunikacije– zasedenost povezav– motnje pri prenosu– hitrost prenosa podatkov– varnost komunikacije– opremo za komunikacije – razpoložljivo energijo– ceno za zasedanje spektra
Brezžično širjenje informacij
• Elektromagnetno valovanje (emv) – električno in
magnetno polje v prostoru in času
– naprave – poti razširjanja emv– zanesljivost naprav
in prenosa informacij
• Elektromagnetno sevanje (EMS)– učinki na okolico
naprav– učinki na človeka
Naravni zakoni(upad zaznane moči z oddaljenostjo)
250 W
1 W
20 0
00 km
1300 km
izvor motenj
satelit GNSS
Elektromagnetna sevanja (EMS)
Sevanje je oddajanje valov ali delcev, ki se širijo v prostor (sevanje radijske antene, sevanje radioaktivnega vira, sevanje svetlobe).
Pri sevanju nas zanimajakost sevanja (potencialna izpostavljenost
sevanju) in absorbirana moč sevanja (dejanski učinek
sevanja – na tkiva)
Izpostavljenost različnim jakostim povzroča sile v celicah
Učinek: tkiva absorbirajo del izsevane moči EMS
Omejitve seval
• Omejitve s stališča uporabnika: specifična vsrkana moč Specific
Absorption Ratio SAR = ( E2)/
– izvor sevanja: efektivna vrednost električne poljske jakosti E
– tkivo: specifična prevodnost in specifična gostota
prim. El. praktikum str. 156 in http://www.forum-ems.si/
• Človekovo telo – proizvaja do 150 W (metabolizem), pri težkem delu do 1000 W, – absorbira med opoldanskim sončenjem do 200 W, od RF sevanj 5,6 W
• Biološke učinke EMS ocenjujemo z absorpcijo v telesu, ki je določena s stopnjo specifične absorpcije (SAR). Koliko moči absorbira biološka snov (W/kg). SAR se povpreči na 6 minut.
• Ob blagem segrevanju telesa za njegovo izravnavo dokazano poskrbijo naravni mehanizmi v telesu (termoregulacija). Močno segrevanje pa lahko telo preobremeni in povzroči škodljive vplive na zdravje.
• Človek v svojem okolju ni izpostavljen samo enemu viru EMS, temveč vsem virom EMS v določenem okolju hkrati. Posledice akumulacije absorbiranih sevanj?
• Za določitev izpostavljenosti EMS je potrebno izmeriti in oceniti skupno sevalno obremenitev okolja (http://www.forum-ems.si/).
• Za frekvence med 400 in 2000 MHz - meji SAR za okolja:
0,4W/kg delovno 0,08W/kg bivalno
snov absorbira moč
energija sevanja
naravni, vedno več umetnih
Učinki sevanj: segrevanje tkiv
izvori sevanj
Frekvenčni spekter
Poglejte si simulacijo na INIS, 2013Wikipedia commons
Sistemi brezžičnih zvez
po A. Štern, 2012
5G
Brezžične tehnologije
Stacionarni domet: do 100 km, tip. 30 kmHitrost: do 72.6 Mbit/s, tip. 18 Mbit/sKognitivni radio pri izrabi TV kanalov
Operatersko okolje
Mobilni domet: do 35 km, tip. 5 km
Hitrost: do 21.6 Mbit/s HSPA+Celično globalno pokrivanje
Operatersko okoljeStacionarni in mobilni
domet: do 50 km, tip. 5 kmHitrost: 5 - 75 Mbit/sOperatersko okolje
Nomadsko: do 500 mHitrost: do 150 (600) Mbit/s
Lokalno pokrivanjeBrezplačna uporabaNomadsko: do 50m
Hitrost: do 1 Mbit/s, (do 1 Gbit/s)
Osebno pokrivanje, brezplačnoBližina telesa: do 10 cmBližina telesa: do 10 cm
aktivni RFID: do 50 maktivni RFID: do 50 mHitrost: do 424 kbit/sHitrost: do 424 kbit/s
Stacionarni in mobilni domet: nekaj 1000 kmRazlične hitrosti: kbit/s do nekaj 10 Mbit/s
Pokrivanje s sateliti LEO, MEO in GEO
WPAN
WMAN
WWAN
WLAN
IEEE 802.15Bluetooth
IEEE 802.11Wireless LAN
IEEE 802.16Wireless MANMMDS, LMDS
IEEE 802.20Mobile Broadband
Wireless Access (MBWA)
ETSIHIPERLAN
ETSI HIPERMAN& HIPERACCESS
3GPP, 3GPP2GSM, UMTS, HSxPA,
HSPA+, LTE, LTE-Advanced
WRAN
IEEE 802.22 Wireless Regional Area Networks
ZigBeeUWB
WBANRFID NFC
WGAN
BGAN Broadband Global Area Networks
A. Štern, 2012
RFID• RFID in kako delujejo? čitalnik - priponka
• http://www.element14.com/community/videos/8770/l/recording-of-elektor-academy--rfid-trickery
– Pasivni (em val čitalnika, kateremu približamo priponko, inducira napetost v dolgi anteni priponke, kar vzbudi dejavnost čipa)
• manjše razdalje: LF, HF na cca. 1m, UHF do 10m
• čitalniki na ključnih mestih: vrata, izhod od blagajne v trgovini, ključavnica avtomobila, avtomat za pijače
– Aktivni (baterija)• do nekaj 10 m• večje hitrosti prenosa podatkov, • (mikrovalovna izvedba) cestninjenja, stanje zalog, inventarja, gibljivost zaposlenih v
nadzorovanih območjih
• RFID in NFC (komunikacije v bližnjem polju – čitalnik in priponka sta nekaj valovnih dolžin ( = c/f) narazen)– skupaj omogočata večje hitrosti prenosa (do 424 kbit/s),
nove storitve (vstopnice, plačila, vizitke)
Problem 1
Večje število prepeljanih potnikov v javnem prevozu je možno doseči s sistemom prioritete avtobusov. Vozila sporočajo svoje položaje z zig-beeji.
• Ali je sistem prioritete vozil javnega prevoza (bus priority) učinkovit v primeru LPP?
Dim
c, P
eča
r, .
., V
alič
, 2013
, A
N E
VA
LUA
TIO
N O
F B
US P
RIO
RIT
Y P
ILO
T A
PPLI
CA
TIO
N F
OR
EFF
ICIE
NT B
US S
ER
VIC
E IN
LJU
BLJ
AN
A
Rešit
ev z
zig
-bee v
pro
metu
Data exchange
Dim
c, P
eča
r, .
., V
alič
, 2013
, A
N E
VA
LUA
TIO
N O
F B
US P
RIO
RIT
Y P
ILO
T A
PPLI
CA
TIO
N F
OR
EFF
ICIE
NT B
US S
ER
VIC
E IN
LJU
BLJ
AN
A
Rešit
ev z
zig
-bee v
pro
metu
Elektronska komunikacijska sredstva
• Področje elektronike• Zasnova elektronskih sistemov s
katerimi:– kodiramo (moduliramo,...)– oddajamo – detektiramo informacije
Zmogljivost prenosnega kanala
po A. Štern, 2012
)2log(
)/1log( NSBc
Kdaj prenesemo več podatkov? Kdaj imamo večjo rumeno kocko?• če prenašamo dlje časa na širšem pasu in z večjo močjo
Kako več uporabnikov navidezno hkrati prenaša podatke?• FDMA - frekvenčni sodostop (Frequency Division Multiple Access)• TDMA - časovni sodostop (Time Division Multiple Access)• CDMA - kodni sodostop (Code Division Multiple Access)
Izvor-ponor informacij
IZVORINFORMACIJE
IZVORNIKODIRNIK
KANALSKIKODIRNIK
KANALSKIDEKODER
PONORNIDEKODER
PONORINFORMACIJE
PRENOSNIKANAL
MODULATOR
DE-MODULATOR
Govor,glasba,slike,video,
podatki
WAV,MP3,
JPEG,DivX,ZIP
robustnost,redundanca,priprava na
lastnostiprenosnega
kanal
AM/FM,QPSK,
QAM64,kHz, MHz,
GHz
izgube,lom,uklon,presih,presluh,šum,interferenca
Električni tok Radijski signal
po A. Štern, 2012
Modulacija
• Zakaj moduliramo?• Pomembni pojmi:
– pasovna širina– nosilni signal (sinus določene frekvence)
– informacijski signal (zvoki v telefoniji ali znaki v telegrafiji)
– modulirani nosilni signal– nameni uporabe različnih vrst (katero
modulacijo rabi radio, katero GSM?)
Modulacija
• Splošno
c
Moduliramo nosilni signal.
Če so nespremenljive:
A .. amplituda
.. frekvenca
.. faza
zapišemo modulirani nosilni signal:
( ) cos( )
Ko spreminjamo samo amplitudo (ne frekvence ali faze):
( ) ( )
cu t A t
u t f t
cos( )
Ko spreminjamo samo frekvenco (ne amplitude ali faze):
( ) cos(( ( ) ) )
Ko spreminjamo samo fazo (ne amplitude ali frekvence):
( ) cos( ( ))
c
c
c
t
u t A g t t
u t A t h t
u(t)
Pasovna širina
• APEK z dodelitvijo frekvenčnega pasu dovoljuje uporabo spektra zgolj v določenem območju
Za posamezne modulacije rabimo…
• ceneni kakovostni digitalni * sprejemnik
*za velike hitrosti prenosa podatkov; primerjava AM in M kaže, da na enaki pasovni širini, M prenaša več podatkov kot AM
pri AM vplivamo napri AM vplivamo na pri FM vplivamo napri FM vplivamo na pri pri M vplivamo naM vplivamo na
Razmerje signal / šum (SNR)
• Ali bo naprava signal (signal merjene veličine, informacijski signal) lahko rekonstruirala ali ne?• Moč (oddanega) signala, občutljivost sprejemnika • Moč toplotnega šuma elektronskih naprav in okolice
– a) radijski sistem (Friisova enačba)radijski sistem (Friisova enačba)– b) radarradar (signal se na razdalji R od oddajnikove antene odbija od prevodne površine k sprejemniku)
• razmerje signal/šum med drugim odvisno od frekvence, oddaljenosti, slabljenja
kTo .. močnostna gostota frekvenčnega spektra šuma [W/Hz]
B .. efektivna pasovna širina (-3dB) [Hz]Fn .. šumno število [ ]PT .. oddajna moč v konici [W]GT, GR .. dobitka anten oddajnika in
sprejemnika [ ] λ .. valovna dolžina [m] L .. skupno slabljenje [ ]R .. oddaljenost antene od odbojne
površine [m] σ .. velikost odbojne površine [m2]
2
2
0
4 4T T Rsignal
šum n
P G GP R LRP kT BF
2
0
4T T Rsignal
šum n
P G GP RP kT BF
Fri
is,
19
46
rad
ars
ka
en
ačb
a
Slabljenje vzdolž poti razširjanja
• Ko se signal v obliki elektromagnetnega vala razširja v prostor ali ko se sprememba napetosti razširja po kablu z oddaljevanjem od izvora, se njegova moč zaradi same razdalje zmanjšuje.
• Ker pa je sredstvo, skozi katerega se signal razširja, realno, nastajajo izgube, ki jih povzema izraz slabljen
Pna koncu .. moč signala na koncu obravnavane poti [W]Pna začetku .. moč signala ob izvoru [W]
L .. slabljenje [dB]
• Če je sredstvo linearno, je slabljenje sorazmerno razdalji do izvora oz. dolžini kabla do oddajnika– Izmerimo slabljenje L_kab v kablu dolžine D in kabel vzemimo kot linearno
sredstvo. Če nas zanima slabljenje v kablu na enoto dolžine (npr. na 1 km), z razmerjem 1 km/D določimo L_km
10log na koncu
na začetku
PL
P
Prenos govora in podatkov
• Stopnje pred oddajo– govor (pretvorimo v digitalni zapis, kodiramo), podatke (z
modemi prilagodimo na ustrezne napetostne nivoje)– kanalsko kodiranje (razporeditev po možnih kanalih)– šifriranje (tudi za varnost, zanesljivost prenosa)– moduliranje (vključitev visoke frekvence nosilnega signala)
• Brezžično prenašamo modulirane signale
po A. Štern, 2012
Celičnost mobilne telefonije
• Operater GSM ima na voljo omejeno število prenosnih kanalov (frekvenc)
• V sosednjih celicah se ne pojavijo iste frekvence
• Šestkotniki (en osrednji in 6 okoli) tvorijo celico, vsaki celici pripada 1/7 vseh frekvenc
• na eni frekvenci ( f1) poteka
– 8 časovnih rezin uporabnikov in signalizacija
– TDMA sodostop
V zvočnikh ob prehodu med celicami zaslišimo motnjo s frekvenco 1 / 4,615 ms = 216,6 Hz
po A. Štern, 2012
Klic v tujino Kaj se zgodi, če iz Slovenije kličemo
slovenskega naročnika, ki gostuje v tujini:
– klicatelj v Sloveniji zavrti telefonsko številko mobilnika
– pri domačem operaterju mobilnika se preveri stanje uporabnika (HLR)
• uporabnik je doma, v domačem omrežju
• uporabnik se nahaja v tujini, prijavljen je v omrežju tujega operaterja
• uporabnik ima izklopljen telefon
– klic se preusmeri v tujino– tuj operater
• preveri, na katerem območju celic se uporabnik nahaja
• sproži klic na skupino celic– naročnik v tujini
• se odzove na klic• plača gostovanje
Gateway Mobile Switching Centre
Home Location Register
Base Station Controller
po A. Štern, 2012
Sledenje našemu GSM..
• ..in podatki o nakupovalnih navadah http://www.pathintelligence.com/video/
Komunikacija in navigacija s pomočjo satelitov
• Pokrivanje območij s satelitskimi signali– dopolnjevanje obstoječe prizemne
komunikacijske infrastrukture• pomemben člen pri optimizaciji povezljivosti
“kjerkoli, kadarkoli” v omrežjih 4G (5G)• pomembna vloga na območjih brez prizemne
infrastrukture– morja in oceani, puščave, gore
– postavitev visokih “baznih postaj” oz. “letečih ur”• bolj vertikalno pokrivanje ozemlja s signalom• dosegljivost tudi v dolinah in soteskah
geostacionarna tirnica
nizka tirnica
srednja tirnica (GPS)
• Prednosti– pokrivanje zelo velikih geografskih območij– premoščanje nepokritih področij– cenovna politika neodvisna od razdalje oz. lokacije klica– možnost sprejema broadcast sporočil– kopica možnih storitev s področja zaščite in reševanja
• Slabosti– veliki stroški vzpostavitve sistema– motnje v komunikaciji in zakasnitve– zasedenost frekvenc in tirnic– v večini potrebna vidnost prostega neba– slaba razpoložljivost terminalne opreme– in dostopa do tehnologije
Prednosti in slabosti satelitskih komunikacij
po A. Štern 2012
Satelitska radionavigacija (GNSS)
• Leteče ure (sateliti GPS oz. GNSS) oddajajo signale, sprejemniki na Zemlji jih sprejemajo in določajo svoj položaj (PVT)
• Pot signala od satelita (v srednji tirnici, 20.000 km) do sprejemnika na Zemlji se pot začne v brezzračnem prostoru (vakuumu), nadaljuje skozi ionosfero (ionizirana atmosfera) in konča v troposferi (vremenski vplivi). Vsi delci, ki jih signal na poti sreča, zavirajo njegovo potovanje in mu jemljejo moč.
• Kako natančen je izračun položaja?– Natančnost je odvisna od števila satelitov nad obzorjem in vzorca
njihove razporeditve v času določanja položaja (vzorec razporeditve se na pribl. 12 h ponovi)
• Kako zanesljiv je izračun položaja?– Prisotnost šumov
• Naravnih (izredna Sončeva dejavnost, ionosfera) • Umetnih (oddajanje na sosednjih frekvencah)
– Prisotnost motenj• Nenamernih (‘nehote vklopljen motilnik...’)• Namernih (zmanjšati nadzor, neplačevanja)• Odpornost ‘navadnih’ sprejemnikov na motnje• Potvarjanje položaja (finančni interesi (KRIVOLOV) in kriminalna dejavnost –
TRANSPORT NEVARNIH SNOVI)
Problem 2
Pojavljajo se primeri krivololova v zaščitenih območjih. Plovila oddajajo lažne podatke o svojem položaju.
• Kako zaščititi javljalnike položaja vozil/plovil pred vdori oz. potvarjanji (spoofing/meaconing)?
Kro
ener,
Dim
c, H
ard
enin
g o
f ci
vili
an G
NSS t
rack
ers
Zaščit
a p
od
atk
ov o
polo
žaju
plo
vil
Zmanjšanje možnosti potvarjanja poslanih VMS
podatkovKako zaščitimoKako zaščitimo sprejemnik
GNSS in oddajnik signalov na plovilih, ki oddaja informacije (VMS) za sledenje:
• Zaznavamo, če nekdo prekriva sprejemnik/oddajnik s kovinsko škatlo
• Fizično onemogočamo poseg v škatlo v kateri je sprejemnik GNSS
• Preverjamo ali so signali GNSS istovetni? (authetication, ali sprejeti signali GNSS pripadajo resničnim satelitom?)
Kro
ener,
Dim
c, H
ard
enin
g o
f ci
vili
an G
NSS t
rack
ers
Digitalne modulacije• nQAM kvadraturne amplitudne modulacije
– spreminjanje dveh parametrov: amplitude in faze– konstelacijski diagram - prikaz simbolov
• vsak simbol pri nQAM nosi k bitov• pri 16QAM nosi vsak simbol log2n=k=4 bite• 2 bita določata amplitudo, 2 pa fazo
– vpliv šuma• šum premika lokacije simbolov v naključni
smeri• pri dani moči se posamezni simboli naključno
približujejo– mejne hitrosti
• moč pada s kvadratom razdalje– razdalje med simboli se hitro bližajo– pri istem šumu enkrat simboli trčijo
• omejitev višjih redov modulacije z razpoložljivo močjo
– hitrejši prenos -> bližje anteni
Konstelacijski diagram 16QAM
šum
c(t) = C cos (ωct + φc)
moč
po A. Štern, 2012
Problem 3
Zaznavanje delujočih satelitskih telefonov na morju lahko pomaga, da reševalci hitreje najdejo izvor klica na pomoč.
• Ali je signal, ki ga sprejemamo, res signal satelitskega telefona in koliko si v tem razpoznavanju lahko pomagamo s programskim radiem (software defined radio)?
Dim
c, B
ald
ini, S
itham
para
nata
n,
Exp
erim
enta
l det
ectio
n of
sa
telli
te-m
obile
tra
nsm
issi
ons
with
cyc
lost
atio
narit
y fe
atur
es
Zazn
avan
je s
ate
lits
kih
kom
un
ikacij
Zaznavanje določene vrste EMV v prostoru
Zaznavanje Zaznavanje prisotnosti moči IN vrste kodiranja na sat. up-link frekvenci
• za down-link: občutljiv sprejemnik (satelit 35 000 km)
• analiza
Dim
c, B
ald
ini, S
itham
para
nata
n,
Exp
erim
enta
l det
ectio
n of
sa
telli
te-m
obile
tra
nsm
issi
ons
with
cyc
lost
atio
narit
y fe
atur
es
Iz oblike grafa sklepamo, da je signal, ki smo ga prestregli, res iskani signal
Sprehod po poglavjih
• Elektrostatika • Elektrodinamika• Elementi električnega tokokroga
• Veriga generiranja, transformiranja in
uporabe električne energije
• Elektronika v prometu • Osnovni pojmi regulacije v prometu
Elektronika in regulacije
• Elektronika v prometu
• Osnovni pojmi regulacije v prometu
Pomen znaka: PRI VOŽNJI S TOVORNJAKI PO TEJ CESTI
NE UPORABLJAJTE SATELITSKE NAVIGACIJE!
Elektronika v prometu
• Radijske (komunikacijske) naprave (značilnosti in načini razširjanja emv, smisel modulacije, sevanje)
• Energetska elektronika (gospodarnost izrabe energetskih virov: goriva, el. energije)
• Krmilja in avtomatske naprave (mikroprocesor, računalniški sistemi, sistemi vodenja - vključno z navigacijo)
• Stik človek-naprava (senzorji, vmesniki, aktuatorji (ABS), prikazovalniki)
• Prometna infrastruktura (signalizacija, radar, nadzorna središča,…)
Elektronika v prometu• Vidiki ( obravnavanje informacij, ki omogočajo
nemoten promet)• Upoštevanje naravnih zakonov za lažje delo in
življenje• Elektronski elementi (generiranje signalov,
analogna in digitalna obdelava signalov,…)• Postopki (modulacija, ojačevanje, obdelava
informacij)• Naprave (procesorji, krmilja, števne zanke,
radijske naprave, signalizacija, RFID…)• Sistemi (računalniški sistemi, satelitska
radionavigacija (GNSS), pomoč pri vožnji, …)– težave zapletenih sistemov (npr. večpotje)
Pomoč pri vožnji
•vozilo vozi po cesti •položaj spremlja naprava OBU (on board unit)•odseki z omejitvami hitrosti so shranjeni v pomnilniku OBU•ko vozilo vstopi v odsek z omejitvijo hitrosti, ga opozori zvočni signal, (v kasnejših različicah ASA celo odvzame plin)
ASA
Zanesljivost navigacijeZgradbe v mestnih jedrih odbijajo in senčijo signale navigacijskih satelitov, kar pogosto povzroča napake.
Rešiti težavo mestnih sotesk
Osnovni pojmi regulacije
• Smisel regulacije (…doseči zanesljivo boljši (varnejši) potek dogodkov, kot če sistem prepustimo samemu sebi…)
• Katere veličine v prometu reguliramo? (informacije vplivajo na obnašanje voznikov) posredno na količino prometa, uspeh mogoč, če upoštevamo na kapaciteto ceste
• S katerimi sredstvi prometne avtomatizacije razpolagamo? (semaforji, dinamični portali, prilagodljive omejitve hitrosti, cestninjenje, …)
regulator prometni sistemnpr. želen
pretok
trenutni pretok
senzorski sistem
Σ
Osnovni pojmi regulacije
•Postopki (primer dozirani dostop, vodenje voznega parka, …)
•Vsebina regulacijske zanke, pomen zanesljivosti upravljanja z informacijami senzorjev (računalniški vid)
Osnovni pojmi regulacije
• Pričakovanja od regulacij– manj zastojev – dvig povprečne hitrosti– krajši potovalni časi– manjši vplivi na okolje– manjši stroški vožnje
– … Kliknite na sliko
Po točkah zapišite kako sistem deluje in mi pošljite vaš opis po pošti.
Problem 4
Tovornjaki se na poti z pristanišča Koper v Bertokih vključujejo na AC.
• Ali bi sistem doziranega dostopa (ramp metering) izboljšal varnost njihovega vključevanja v hiter prometni tok?
Dim
c, V
alič
, A
ppro
pria
tene
ss o
f Ram
p M
eter
ing
of H
eavy
Tra
ffic
from
Por
t of
Kop
er o
n A
1 H
ighw
ay R
amp
‘Ber
toki
’
Rešit
ev d
ozi
ran
i d
osto
p -
Bert
oki
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240
100
200
300
400
500
600
Q1
0 m
in
time (hour)
Thursday, May 12-th, 2005
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
0
100
200
300
400
500
600
Q1
0 m
in
day of month
May 2005
Pretok po A1 ob Pretok po A1 ob odcepu Bertoki z odcepu Bertoki z zankami QLD 6zankami QLD 6
vir: DRSC
0
2500
5000
7500
10000
12500Jan
Feb
Mar
Apr
Maj
Jun
Jul
Avg
Sept
Okt
Nov
Dec
2000 2001 20022003 2004 20052006
Vstopajoči tovornjaki v Vstopajoči tovornjaki v pristanišče Koperpristanišče Koper
vir Luka Koper
Divača
Koper
200 m
• Podatki
A1 (A1 (vir: Promet 2003) :) :
45.000 vozil/dan 45.000 vozil/dan
10% tovornih10% tovornih
Dim
c, V
alič
, A
ppro
pria
tene
ss o
f Ram
p M
eter
ing
of H
eavy
Tra
ffic
from
Por
t of
Kop
er o
n A
1 H
ighw
ay R
amp
‘Ber
toki
’
Dim
c, V
alič
, A
ppro
pria
tene
ss o
f Ram
p M
eter
ing
of H
eavy
Tra
ffic
from
Por
t of
Kop
er o
n A
1 H
ighw
ay R
amp
‘Ber
toki
’
Rešit
ev d
ozi
ran
i d
osto
p -
Bert
oki
• Predlog
Če imate še kaj časa..
Inmarsat• International Maritime
Satellite Organization– začetek zagotavljanja
komunikacijskih storitev pomorščakom leta 1982
– zagotavlja komercialne storitve in javno brezplačno pomoč v sili
• GMDSS - Global Maritime Distress Safety System - prioritetna komunikacija v sili
• EPIRB - Emergency Position Indicating Radio Beacon
• Vrste storitev– govorne storitve– sporočilne storitve SMS/faks– videotelefonija– podatkovne storitve različnih
tipov• 600-9600 bit/s - telemetrija• 64 kbit/s - vodovni prenos
(CS)• 492 kbit/s - paketni prenos
(PS)
po A. Štern 2012
Pokrivanje Inmarsat• Sateliti v geosinhroni tirnici na 35,786
km– 3 generacije satelitov I-2, I-3 in I-4 (skupaj
10 SAT)• generacija 2 (2 SAT) se izteka po 20 letih• generacija 3 (5 SAT) zagotavlja osnovne
storitve• generacija 4 (3 SAT) zagotavlja storitve IP
BGAN
po A. Štern 2012
Iridium• Prvi poskus zagotavljanja globalne satelitske telefonije 1998
– začetni neuspeh - odmevna zgodba o nezrelosti uporabniškega trga• razlogi: cena storitev in opreme, velikost terminalov, primerjava z GSM
– leta 2001 ponovno oživetje projekta s kapitalom 6 mrd. $• današnje tržišče obsega 523.000 uporabnikov po celem svetu (dec.
11)• Vrste storitev
– govorne in podatkovne storitve• govorni kodeki od 2.2 do 3.8 kbit/s• omogočen prenos IP do 10 kbit/s• dosežena latenca 1800 ms
– sporočilne in enosmerne paging storitve• pošiljanje SBD (Short Burst Data)• sporočila <2 kB s časom prenosa
od 6 do 22 sekund
po A. Štern 2012
Thuraya• Pokriva zgolj določene regije z 2 GEO satelitoma
– osrednja in južna Evropa, srednji Vzhod, S Afrika, del Azije in Avstralije– uporaba 200 ločenih nastavljivih antenskih snopov (angl. spot beam)
Vrste storitev•govorne storitve•prenos kratkih sporočil SMS•prenos podatkov
•9,6 kbit/s za podatke in faks•60/15 kbit/s DL/UL za GmPRS podatke•444 kbit/s z uporabo prenosnih terminalov
•podpora GPS na vseh terminalih•podpora več storitvam: govorni predal, WAP, “Prayer service”•klici v sili z natančnim sporočanjem lokacije
po A. Štern 2012