УДК 004.031.6

ВОСПІ МАЛОЇ ДОВЖИНИ ДЛЯ РОЗПОДІЛЕНИХ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ АВТОНОМНИХ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ

Нікітенко О. О., науковий керівник Проскурін М.П.

Волоконно-оптичні системи передачі інформації (ВОСПІ) ще наприкінці 20-го століття зв`язали більшість континентів планети, регіони і держави та забезпечили значні якісні, кількісні показники інформаційного трафіку у вигляді потоків цифрових сигналів (ЦС), які не могли бути досягнуті на кабельно-дротових лініях зв`язку (ЛЗ). Частиною ВОСПІ є волоконно-оптичні лінії зв`язку (ВОЛЗ) на основі волоконно-оптичних кабелів (ВОК), що мають переваги над  кабельно-дротовими ЛЗ завдяки:

- широкій смузі пропускання  (несуча частот до 10¹⁴ Гц);

- малим значенням загасання сигналів (протяжність ВОЛЗ сягає до 10³ км і більше);.

- невеликій вазі, обсяг діаметру ВОК і більшої зручності при його прокладанні;

- значного рівня захисту від електромагнітних перешкод (носії ЦС- нейтральні фотони);

- відсутності радіовипромінювання назовні і перехресного впливу ВОК у трафіку ЦС;

- підвищеному рівню інформаційної, екологічної і пожежної видів безпеки;

- тривалому термін служби - до 25…50 і більше років.

Такі характеристики ВОСПІ, ВОЛЗ не оминули інтересу до їх використання у сегменті вбудованих систе́м (ВС, ан. embedded system): спеціалізовані  і/або обчислювальні пристрої, які призначені для виконання обмеженої кількості функцій (частіше - з обмеженнями реального часу: РЧ), що побудовані на комбінації апаратного (АЗ, ан. hard: частина ВС, що виконує перетворення даних на основі швидкісних цифрових інтегральних схем- ІС згідно кодів команд) і програмного (ПЗ, ан. soft: частина ВС у вигляді програми, її двійкового коду - послідовності дій над операндами, даними, ін. згідно алгоритму обробки) видів забезпечення. Поступово ВОСПІ, ВОЛЗ та волоконно-оптичні давачі (ВОД) і сенсори (з виходом у вигляді ЦС), ін. почали з`являтися у вигляді альтернативних (недротових) підсистем зв`язку, блоків контролю, обладнання, ін. для генерування і передачі потоків ЦС у локальних комп`ютерних системах та мережах (КСМ), в т. ч. у літаках, повітряних апаратах [1], дронах, плаваючих засобах, роботизованих комплексах, в автомобільній техніці, ін.. Наведемо деякі розроблені конструктивно-технологічні рішення (КТР) в цій області, в тому числі з розподіленими ВС, що використовують ВОСПІ і окреслимо можливі  ніші їх застосування з можливістю дублювання функцій керування об`єктом, резервних підсистем (аварійні ситуації, відмова одного з 2…4 електродвигунів, блоків авто, ін.).

Відомо, що електроніка авто, що отримала великий розвиток останніми роками, вимагає швидкої та надійної передачі великих масивів інформації. Для цього було розроблено кілька ВОСПІ типу MOST25 (50, 150): Media Oriented System Transport [2, 3]. Основою їх топологічної структури є кільце зі з`єднувачами, як зображено на рис.1.

а      б                  в

Рисунок1 - Компоненти ВОСПІ MOST25 з ВОК: а - 1,2,5- модулі (підключені до електророз`ємів);  3, 4- оптичні з`єднувачі ВОК (3- одинарний, б; 4- подвійний, в).

Для прив'язки приладів від підсистем автомобіля (гальмівна, двигуна і/або кількох електричних на кожному колесі, відповідних давачів температури, тиску, медійна, ін.), наприклад, до MOST25-шини розроблено комплекти модулів, які мають 2 або 4 оптичні роз'єми та 12, 20 або 40 електричних контактів. Оптичні ЦС проходять від одного приладу до іншого по ВОК, швидкість передачі елементів може досягати 25 Мбіт/с. В кожному приладі прийняті оптичні ЦС перетворюються на електричні, обробляються відповідним МОST-процесором і знову перетворюються на оптичні за допомогою світлодіода (СД). Передавальні та приймальні елементи (трансивери) функціональних модулів MOST25-системи складаються з ІС CMДS та швидкісного pin- фотодіода (ФД). Швидкість передачі елементів може сягати 25 Мбіт/с.

Для забезпечення високої надійності оптичні роз'єми / з`єднувачі (рис.1) повинні задовольняти вимоги, що пред'являються до них, а саме - задовольняти вимоги:

- фіксація дротів в них має витримувати  силу на роз'єднання 60 Н без їх пошкодження;

- допустимий температурний діапазон має бути від –40 до +85°С при вологості  95%;

- роз'єми повинні витримувати задані кліматичні, вібраційні та ударні навантаження.

Також передбачена можливість модернізації системи підключенням нового і/або відключення одного (або кількох модулів / приладів, що наявні в топології «кільце»).

Найскладнішим елементом MOST25 ВС є MOST- процесори з ПЗ до нього, іншим - шина даних (ШД). При розробці вимог до ШД враховують велику відмінність елементів, що з'єднуються один з одним; третім елементом MOST25 є підсистема для забезпечення функціонування ВОЛЗ між модулями.  Мережа може керувати до 64 пристроям у кільцевій конфігурації (рис.1). В критично важливих ВС використовують резервні конфігурації з подвійним кільцем (для підвищення безпеки).   Підхід plug and play дозволяє легко під'єднувати та знімати пристрої / модулі / ВОК / з`єднувачі, не порушуючи зв`язок. Мережі MOST також можуть бути створені у інших топологіях.

Відзначимо, що технологія MOST25 (50,150) використані у багатьох марках авто, включаючи Audi, BMW, General Motors, Honda, Hyundai, Jaguar, Lancia, Land Rover, Mercedes-Benz, Porsche, Toyota, Volkswagen, SAAB, SKODA, SEAT та Volvo.

Запропоновані підходи у ВС типу MOST25 (50, 150) для автомобілей, можуть бути застосовані і для інших областей використання, а саме в малій авіації, безпілотних літальних апаратах (БПЛА), автожирах, повітряних електричних мотоциклах і таксі, ін.. Наприклад, додавання кілька резервних ВОЛЗ і, відповідно, мікроконтролера (МК) в трансивер в кожному вузлі «кільця» для розподіленої ВС типу «управління електродвигунами гвинтів» (кількість: від 4… до 18) повітряного таксі [4], дозволить підвищити безпеку його керування за рахунок можливості перенаправлення управління вузла, що відмовив, сусідньому діючому пристрою практично без втрати її якості.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. PHAROS Photonics, Aeronautics and Space 2016, Бордо, 24.10.2016; презентація, N.Schmitt. Режим доступа [електронне джерело]:  https://www.researchgate.net/publication/309734212_The_use_of_Photonics_in_Aerospace_-_some_perspectives_2020-2030;

2. Оптические шины и разъемы для автомобилей. В. Петраков. Журнал «Рынок микроелектроники», РФ.  Режим доступа [електронне джерело]: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/03_01/stat_52.htm;

3. MOST Bus - MOST Bus. Википедия  site.  Режим доступа [електронне джерело]: https://360wiki.ru/wiki/MOST_Bus;

4. Транспорт будущего. Глава Skai: «Наши воздушные такси будут дешевле Uber». Режим доступа [електронне джерело]: https://hightech.plus/2019/06/10/glava-skai-nashi-vozdushnie-taksi-budut-deshevle-uber