Сокращенный текст 3-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике" (фрагмент)

"Черный ящик" в автомобиле: технологии западных автоконцернов "отрихтуют" водителей  - http://www.liveinternet.ru/users/albrs/post402370094/

Этот раздел – логическое продолжение предыдущего и одновременно переход к следующей главе. Хорошо известны случаи удалённого управления мобильными роботами по беспроводной сети стандарта IEEE 802.11b. Например, робот «Трикол»: испытания, проведённые в кирпичном здании, показали устойчивую связь сквозь стену в два кирпича, а также сквозь перекрытие на расстояниях по прямой до 15 м. В частности специалисты Международного научно-учебного центра информационных технологий и систем НАН и МОН Украины детально описали подробности такого управления роботом ER1 фирмы Evolution Robotics (см. доклад «Использование 3D-моделирования в интерфейсе системы интеллектуального управления мобильным роботом» на конференции «Мобильные роботы-2003»). Напомним, в частности, что скорость передачи данных в этом стандарте составляет 11 Mbps, а радиус действия – несколько десятков метров. Для удалённого управления роботом ER1 использована технология «клиент-сервер». Клиент – программное приложение, служащее интерфейсом оператора. Программа-клиент устанавливается на удалённом компьютере оператора. Окно интерфейса оператора разбито на 5 блоков:

- главный вид модели сцены, где в произвольном, удобном пользователю ракурсе отображаются робот и окружающая его среда;

- вид сверху, дающий дополнительную визуальную информацию об относительном положении робота, причем изображение его модели всегда находится в центре окна;

- окно, содержащее модельное изображение сцены, воспринимаемой телекамерой, жестко связанной с роботом;

- окно для кадров реальной телекамеры робота;

- зона панелей управления. 

Среди возможностей программного обеспечения имеются:

- конструктор/редактор моделей сцен;

- режим модельного управления и планирования траекторий;

- планировщик заданий с визуальным контролем возможных конечных положений робота и библиотекой алгоритмов самопрограммирования некоторого набора его действий;

- режим управления реальным роботом по радисети.

Для последнего режима и реализован сетевой обмен в технологии «клиент-сервер». Сервер – программное приложение, непосредственно связанное с системой управления аппаратной частью мобильного робота. Сервер устанавливается на ноутбуке, находящемся непосредственно на роботе. Для управления действиями робота и получении данных о состоянии его систем фирмой-разработчиком предоставлена библиотека команд, за соответствующую интерпретацию которых отвечает программа-сервер. Для передачи команд выбран Telnet-протокол, который контролирует доставку именно текстовых команд серверу и допускает использование одного физического канала сети для разных процессов или программных приложений. Во время движения ER1 основную часть потока команд составляет опрос данных сенсоров и одометрии. Опрос ведётся по принципу «запрос-ответ». Задержка ответа на запрос о текущем состоянии сенсора или координатах робота не превышает 60 мс. При этом 50 мс – ограничение на скорость приёма запросов, выставленное фирмой-разработчиком системы управления нижнего уровня робота ER1. Задержка самой сети стандарта IEEE 802.11b при отправке пакета размером до 1,5 Кбайт составляет менее 10 мс, а пакетов размером до 50 Байт, к которым относятся текстовые команды и ответы на них – менее 3-4 мс. Отдельные команды на движение, управление манипулятором и т. п. не требуют обязательного ответа и занимают менее 5% всего трафика команд в сети. При передаче изображений по радиосети программа-сервер занимается первичным сбором видеоданных от веб-камеры (захват видео до 640 × 480 пикселей), которые затем передаются клиенту в виде отдельного потока данных по UDP-протоколу. Этот протокол выбран из соображений скорости и отказа от лишних транзакций пересчетов контрольных сумм, проверке «времени жизни» и повторных доставок утраченных пакетов (если пакет утрачен при пересылке, нет смысла тратить время и ресурсы на пересылку устаревшего изображения). Частота передачи составляет 10 кадр/с. Для минимизации объёмов передаваемой информации используется JPEG-компрессия. Общий размер потока данных через радиосеть в on-line режиме управления роботом составляет менее 200 Кбайт/с, то есть, около 15% всего возможного трафика. При этом поток передаваемого видео превышает поток текстовых команд более чем в 100 раз. 

В  Москве  директор Communication Technology Labs Кевин Кан расказал о первых результатах, достигнутых в области стандарта 802.11n и технологии Wureless USB. С его слов предварительно можно сказать, что в радиусе 10 м стандарт 802.11n обеспечивает пропускную способность порядка 100 Mbps. Это с точки зрения дистанционного управления немного (хотя на наш вопрос Кевин Кан ответил, что исследования в данном направлении только начались), но для передачи качественного видео в пределах «цифрового дома» результат неплохой. При этом специалисты Intel дали справку о том, как в реальности нужно оценивать понятие «пропускная способность». Действительная пропускная способность много меньше, чем заявленная скорость передачи данных, а именно:

- у стандарта 802.11b, имеющего скорость передачи данных 11 Mbps, пропускная способность в среднем составляет 6,5 Mbps;

- у 802.11a/g пропускная способность в среднем 20 Mbps;

- у 802.11n пропускная способность – 100 Mbps.

Это обусловлено тем, что 30-50% доступной на физическом уровне скорости передачи данных тратится на пакетную фрагментацию, межфреймовые паузы и подтверждение на МАС-уровне. Возможно о будущих возможностях стандарта 802.11n помогут судить результаты экспериментов по измерению скорости обмена данными, проводившимися в ходе испытаний вышеупомянутого робота «Трикол» и изложенными в докладе Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН на конференции «Мобильные роботы-2003» Результаты тестирования приведены в таблице. Тестирование проводилось программой TTCP, снимались показания скорости обмена и числа обменов в секунду в зависимости от объёма пересылаемых данных. Можно видеть, что по мере роста размера посылки пропускная способность канала растёт, что связано с уменьшением числа инициализационных обменов. При этом налицо факт снижения скорости обмена данными большого объёма.