Механизмы обеспечения достоверности и надежности передачи данных по радиоканалу с использованием эстафетной технологии и их реализация на трансиверах с модуляцией LoRa

The article is devoted to a detailed description of the algorithms of the operation of the relay-race data transmission system over a radio channel, which ensure high reliability of transporting the results of monitoring the operation of extended objects to the central control panel. The feature of the system is operation at a low power level of transmitters, energy efficiency, which ensures a long-term operation without maintenance, the ability to replace failed elements quickly without stopping the entire system, mobility —  quick installation and start-up of the system. Energy efficiency and operation of the radio channel with a low transmitter power level is ensured by the use of SX 1276 (LoRa) transceivers. The accuracy and reliability of data transmission is ensured by original algorithms, which are described in the paper. In the relay data transmission system, it is possible to use up to 255 relay nodes with their installation at a distance of up to 4 km from each other. Two options of building a system with relay-race transmission have been developed: a system with a simple handover, a system with transmission «Through one». The second option provides more reliable data transfer and higher probability of uptime. With the number of relay nodes equal to 50, the probability of failure-free operation of a simple system is 0.268, and for the system with «Through one» transmission is 0.985. Luchinin A. S., Malygin I. V., Starikov S. I., Chechetkin V. A., Shegal A. A., Belkov S. A. Mechanisms of ensuring the accuracy and reliability of data transmission over a radio channel using relay technology and their implementation on transceivers with LoRa modulation. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(2):191–217. (In Russ.) DOI: 10.15826/urej.2023.7.2.006.Статья посвящена детальному описанию алгоритмов работы системы эстафетной передачи данных по радиоканалу, обеспечивающих высокую надежность транспортировки результатов наблюдения за работой протяженных объектов на центральный пульт контроля. Особенностью системы является работа на малом уровне мощности передатчиков, экономичность по потреблению электроэнергии, обеспечивающая длительную работу без обслуживания, возможность быстрой замены вышедших из строя элементов без остановки всей системы, мобильность —  быстрая установка и запуск системы. Экономичность энергопотребления и работа радиоканала с низким уровнем мощности передатчиков обеспечиваются применением трансиверов SX 1276 (LoRa). Достоверность и надежность передачи данных обеспечивается оригинальными алгоритмами, описание которых приводится в статье. В системе эстафетной передачи данных возможно использование до 255 узлов ретрансляции с установкой их на расстоянии до 4 км друг от друга. Разработаны два варианта построения системы с эстафетной передачей: система с простой эстафетной передачей и система с передачей «через одного». Второй вариант обеспечивает более надежную передачу данных и более высокую вероятность безотказной работы. При числе узлов ретрансляции, равном 50, вероятность безотказной работы простой системы составляет 0,268, а системы с передачей «через одного» —  0,985. Лучинин А. С., Малыгин И. В., Стариков С. И., Чечеткин В. А., Шегал А. А., Бельков С. А. Механизмы обеспечения достоверности и надежности передачи данных по радиоканалу с использованием эстафетной технологии и их реализация на трансиверах с модуляцией LoRa. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(2):191–217. DOI: 10.15826/urej.2023.7.2.006

Mechanisms of Ensuring the Accuracy and Reliability of Data Transmission over a Radio Channel Using Relay Technology and their Implementation on Transceivers with LoRa Modulation

Поступила: 04.05.2023. Принята в печать: 05.06.2023.Received: 04.05.2023. Accepted: 05.06.2023.Статья посвящена детальному описанию алгоритмов работы системы эстафетной передачи данных по радиоканалу, обеспечивающих высокую надежность транспортировки результатов наблюдения за работой протяженных объектов на центральный пульт контроля. Особенностью системы является работа на малом уровне мощности передатчиков, экономичность по потреблению электроэнергии, обеспечивающая длительную работу без обслуживания, возможность быстрой замены вышедших из строя элементов без остановки всей системы, мобильность — быстрая установка и запуск системы. Экономичность энергопотребления и работа радиоканала с низким уровнем мощности передатчиков обеспечиваются применением трансиверов SX 1276 (LoRa). Достоверность и надежность передачи данных обеспечивается оригинальными алгоритмами, описание которых приводится в статье. В системе эстафетной передачи данных возможно использование до 255 узлов ретрансляции с установкой их на расстоянии до 4 км друг от друга. Разработаны два варианта построения системы с эстафетной передачей: система с простой эстафетной передачей и система с передачей «через одного». Второй вариант обеспечивает более надежную передачу данных и более высокую вероятность безотказной работы. При числе узлов ретрансляции, равном 50, вероятность безотказной работы простой системы составляет 0,268, а системы с передачей «через одного» — 0,985.The article is devoted to a detailed description of the algorithms of the operation of the relay-race data transmission system over a radio channel, which ensure high reliability of transporting the results of monitoring the operation of extended objects to the central control panel. The feature of the system is operation at a low power level of transmitters, energy efficiency, which ensures a long-term operation without maintenance, the ability to replace failed elements quickly without stopping the entire system, mobility — quick installation and start-up of the system. Energy efficiency and operation of the radio channel with a low transmitter power level is ensured by the use of SX 1276 (LoRa) transceivers. The accuracy and reliability of data transmission is ensured by original algorithms, which are described in the paper. In the relay data transmission system, it is possible to use up to 255 relay nodes with their installation at a distance of up to 4 km from each other. Two options of building a system with relay-race transmission have been developed: a system with a simple handover, a system with transmission «Through one». The second option provides more reliable data transfer and higher probability of uptime. With the number of relay nodes equal to 50, the probability of failure-free operation of a simple system is 0.268, and for the system with «Through one» transmission is 0.985