ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХРОНОМЕТРАЖА: СТАРТ, ВЕЛОГОНКА И СКОРОСТЬ

Всем привет! В этой статье мы попытаемся ответить на следующий вопрос:

Почему оборудование для хронометража UHF GEN2 так хорошо работает на старте?

В другой статье мы разбирали вопрос дальнего и ближнего поля; почему хронометражный чип переместился с кроссовка на нагрудный номер, а в одном из параграфов я упомянул, что оборудование, работающее в диапазоне частот UHF, очень хорошо работает на старте. Сейчас я объясню почему, но для начала рассмотрим, что такое система GEN 2 UHF. GEN 2 – это аббревиатура стандарта и явлется вторым поколением.

UHF соотносится с частотой сигнала. Частота какого-либо сигнала устанавливает скорость, с которой приходит ответ.

Оборудование для хронометража, такое как ChampionChip или HDD компании Rfid Race Timing Systems, осуществляет передачу на низких частотах. Программное обеспечение для хронометража со старым Dag System передает на высокой частоте, а у оборудования Ipico, являющимся двойственным, считывающие коврики передают сигнал на низкой частоте, чип заряжается и отвечает на высокой частоте, завершая то, что называется маршрут full duplex; хронометражное устройство и чип могут  передавать одновременно.

Timing Sense, Chronotrack и Mylaps осуществляют передачу в диапазоне UHF.

Это означает, что запросы считывателя и ответы чипов осуществляются гораздо быстрее в UHF. Считыватель передает по одному каналу, и чип отвечает по другому.

Тут можно было бы подумать, что в таком случае речь идет о коммуникации full duplex, поскольку передача и ответ проходят по разным каналам (как это, например происходит с мобильным телефоном и его собеседниками), но тут важно то, что чип возвращает часть получаемого сигнала. Пока чип возвращает сигнал, считыватель только слушает. В следующей статье мы об этом поговорим подробнее.

Почему у низкочастотного оборудования возникали проблемы с хронометражем во время велогонки?

Как мы уже объяснили выше, подавляющее большинство низкочастотного оборудования для хронометража основано на TIRIS компании Texas Instruments.

Когда хронометражный чип пересекает один из ковриков, антенна, спрятанная в нем, заряжает чип.  В чипе расположена резонансная сеть, заряжающаяся в течение периода от 15 до 50 милисекунд, в зависимости от приложения. Я не измерял период зарядки ChampionChip или HDD c осциллоскопом, но я склоняюсь к мысли, что этот период приблизительно равен 50 мсек у обоих. В течение этого (или меньшего) периода чип заряжается на 134,2 Khz, на которой резонирует до тех пор, пока передатчик внезапно не замолкает. В этот момент чип перестает получать энергию и по инерции разряжает все, что он накопил во внутреннем конденсаторе, через винт при помощи FSK. Чипу нужно менее 20 милисекунд, чтобы разрядиться, в зависимости от номера 1 и 0 его кода. Разряжаются всего 128 бит, содержащих индивидуальный код. Это и есть весь протокол.

Это не 100% рассчет, и он зависит от конфигурации, которую спроектировал каждый производитель для своих устройств хронометража. Если его коврики имеют 1 м в длину, периоды разрядки сигнала буду выбраны с интервалом в 50мсек, если чипу нужны 20 мсек, чтобы выбросить сигнал, то полученная макисмальная скорость спортсмена, которую будет способна считать система, равна 50 км/ч по следующей формуле:

1 метр x 3600 секунд /((50 + 20) мсекунд x 1000 метров) лм/час  = 50 км/ч

И это верно только в случае, если над ковриком проходит только один чип. В системах хронометража с этим у HDD и у Ipico дела обстоят хуже, чем у Championchip. Кроме этого, у систем HDD существует особенность, заключающаяся в том, что передатчик не так хорошо разработан, как в ChampionChip, и часто сложно или невозможно получить оптимальный ток для максимальной высоты считывания. Даже с максимальной конфигурацией считывания не так высоки. Ipico, с хорошей поверхностью и хорошей конфигурацией коврика может считывать на высоте полтора метра. Но так происходит не всегда. Это не означает, что их система плоха, это означает, что технологии развиваются, а Texas представил свою на рынок более 20 лет назад. Какими тогда были мобильные телефоны?

Возвращаясь к велогонкам и хронометражу в общем: если над одной и той же антенной проходит более одного чипа, два чипа коммуницируют одновременно и взаимно генерируют помехи. Существует ряд систем фильтрации более мощного сигнала, с наибольшей вероятностью того, что находится ближе всего к коврику, а также некоторые системы предупреждения столкновения сигналов. Но даже в таком случае передача настолько медленная, что эти системы малоэффективны. Например, система HDD осуществляет фильтрацию гораздо хуже, так как необходимы 8 см разницы в высоте, чтобы устройство смогло различить 2 чипа над одним ковриком, и я не думаю, что в систему интегрирован какой-либо алгоритм антиколлизии сигналов. Почему же тогда, с учетом всего сказанного выше, ChampionChip работает настолько хорошо, с 95% считываний на одной лишь стартовой линии? Основная причина в том, что коврики разделены на меньшие сегменты, в которых устанавливаются принимающие антенны, и через один такой сегмент может пройти лишь один спортсмен. Такое решение позволило им создать систему, в которой с помощью двойной линии точность считываний получается весьма солидной.

Такое оборудование для спортивного хронометража, работающее на низкой частоте, не пригодно для велогонок, на мой взгляд. Возможно, с MTB и хорошей поверхностью они еще могут работать достаточно хорошо, но коврики непригодны для гоночных велосипедов, ни тем более для скоростей, на которых они идут к финишу в спринте. В 2013 году мы провели хронометраж гонки Кебрантауэсос (Quebrantahuesos), где финишная прямая находилась на ровном спуске. С нашим оборудованием UHF, Timing Sense, у нас не было особых проблем, даже с учетом того факта, что велогонщики пересекали финишную линию на больших скоростях и группами.

Какими преимуществами обладает система хронометража GEN2 UHF?

Поскольку оборудование для хронометража GEN2 UHF  работает на частоте порядка приблизительно 6575 раз выше, это позволяет нам передавать информацию на гораздо более высокой скорости. Это также позволило нам создать гораздо более полный протокол. Хронометражный чип не только загружает, а потом выгружает свой код, но еще и не выгружает его до тех пор, пока не выйдет из поля. Чип умеет много еще чего интересного.

Взгляните на следующее видео для примера, вам понравится:

Естественно, необходимо учитывать идеальные условия эксперимента, но из видео можно почерпнуть представление о том, как быстро и высоко может считывать чип, прикрепленный к раме или на переднюю панель велосипеда.

Мы уже знаем, что чип считывается очень быстро, но не происходит ли смешения сигналов, когда считывающее устройство запрашивает информацию о количестве активных на данный момент чипов? Верно, но если происходит смешение сигналов, и ответ приходит от двух и более чипов одновременно, это смешение автоматически обнаруживается, и запускается алгоритм антиколлизии под названием slotted aloha protocol. Я коротко объясню его суть, поскольку он довольно сложен. Алгоритм позволяет разделить время на слоты, и, таким образом, чипы могут отвечать только в начале одного слота. В зависимости от времени активности генерируется случайное число в диапазоне от 1 до запрограмированного нами, и ожидается, пока не ответит это число слотов. Слот, имеющий наименьший номер, ответит раньше. Таким образом мы избегаем смешения сигналов, и чипы проходят линию один за другим. Важно правильно выбрать число возможных слотов, ведь в случае образования свободных слотов образуются пустоты, в которые не поступает сигнал. Если происходит наоборот, то случаются коллизии. Помните, что чип выбирает число случайно из нескольких. Чем меньше возможностей у него будет для выбора, и чем выше число (количество) чипов, тем вероятнее смешение сигналов. Хотя эта проблема не должна вас волновать слишком сильно, поскольку новые передатчики (такие, как Impinj), перепрограммируют эту величину самостоятельно.

Первый протокол Алоха был применен впервые в Гавайском университете, и эту интересную историю я расскажу вам в одной из следующих статей.