В рубрику "Решения корпоративного класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Инна Олимпиева
Руководитель группы связи ООО "Уфанефтепроект"
Основной задачей, которую решают системы радиотелемеханики в организациях топливно-энергетического комплекса (ТЭК), является бесперебойная передача результатов измерений физических величин, сигналов управления технологических процессов, а также сигналов, характеризующих состояние объектов, на большие расстояния в условиях сложного территориального рельефа и слаборазвитой кабельной инфраструктуры.
На сегодняшний день на предприятиях ТЭК для передачи данных телемеханики возможны следующие варианты организации беспроводных сетей для такой передачи данных:
Сети, построенные на широкополосных радиоэлектронных средствах связи (РЭС), как и сети с применением РЭС УКВ-диапазона, пользуются одинаковой популярностью. При проектировании новых РТМС перед специалистами встает нелегкая задача выбора принципиального решения построения сети. Так все-таки широкополосный доступ или узкополосная радиосвязь?
Для того чтобы разобраться в этом вопросе, проведем анализ систем передачи данных телемеханики с использованием оборудования широкополосного и узкополосного доступа.
Достаточно популярным решением в области широкополосного доступа на сегодняшний момент является применение оборудования Motorola Canopy (США) в частотных диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Основными доводами, приводимыми в пользу этого решения, являются следующие: высокие скорости передачи данных и низкая стоимость абонентского оборудования.
Популярным решением в области узкополосной связи в последние годы стали сети на базе специализированного беспроводного телеметрического оборудования канадской фирмы Data-Radio с применением радиомодемов Integra-TR, T-96SR, базовых станций Base-I и T-Base.
Сравним основные характеристики оборудования широкополосного доступа Canopy Motorola и узкополосного DataRadio (табл. 1).
Диапазон частот 900 МГц для эксплуатации оборудования Canopy Motorola не может быть использован на территории РФ. На сегодняшний момент СВЧ-диапазон частот, в том числе и 2,4 ГГц, сильно загружен, и возможность получить разрешение на эксплуатацию частот и оборудования, мощность излучения которого превышает 1 Вт, в этом диапазоне, тем более в диапазонах частот 5,2, 5,4, 5,7 ГГц, есть не во всех регионах России.
РЭС производства DataRadio работают в УКВ-диапазонах частот, которые выделены ФГУП ГКРЧ на территории РФ специально для организации сетей технологической связи. Получение разрешений на эксплуатацию частот может вызвать трудности, в случае если будет использован диапазон 130-170 МГц, так как в этом диапазоне осуществляется и телевизионное вещание.
Мощность излучения точки доступа Canopy Motorola составляет 1 Вт, однако антенна, встроенная в точку доступа, имеет коэффициент усиления 7 дБ, и мощность сигнала, излучаемого в эфир, будет около 5 Вт. При построении сетей телемеханики расстояние от абонентской станции до точки доступа может достигать нескольких десятков километров. В этом случае точка доступа устанавливается вместе с пассивным рефлектором, который может сконцентрировать излучаемую энергию в достаточно узкий пучок, за счет этого позволяя увеличить мощность излучения, что соответствует коэффициенту усиления 18 дБ. Таким образом, с применением рефлектора мощность сигнала, излучаемого в эфир, увеличивается почти до 80 Вт.
Мощность сигнала, излучаемого передатчиком в эфир для РЭС Data-Radio, может настраиваться, составляя от 1 до 5 Вт без использования усилителя. С применением усилителя мощность излучаемого сигнала может достигать 60 Вт.
Так как большинство современных систем в качестве принимающего фильтра используют средства обнаружения, основанные на энергетическом соотношении сигнал/шум, то качество связи и наличие ошибок при приеме полезного сигнала напрямую зависит от мощности излучаемого сигнала. Для приемника Canopy показатель количества ошибок, приходящихся на один бит полученной информации (BER), составляет 104. Для РЭС Data-Radio показатель BER равен 105. Так как объем передаваемой информации в системах телемеханики незначителен, то к помехоустойчивости систем телемеханики предъявляются повышенные требования, и вероятность обнаружения ошибки при приеме не должна быть хуже, чем 105.
Кроме того, говоря о диапазонах частот излучений, следует заметить, что затухание сигнала СВЧ-диапазона во много раз больше, чем сигнала УКВ-диапазона, что и определяет в конечном счете дальность связи при заданном качестве. Максимальная дальность связи для Motorola Canopy при наличии рефлектора у абонентского модуля - 16 км, в то время как дальность связи Integra-TR/I-Base без усилителя достигает 25-30 км, а с усилителем - до 80 км.
Рассматриваемые системы имеют принципиально разные методы доступа абонентов к каналу связи. Canopy использует метод множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA). Оборудование DataRadio использует метод последовательного опроса абонентов. Естественно, что метод TDMA позволяет достигать высоких скоростей передачи данных с использованием всего одного частотного канала. Однако стоит отметить, что обмен данными между контроллерами и диспетчерским пультом в системах телемеханики (в составе SCADA-системы) осуществляется по последовательному опросу, и множественный доступ с временным разделением не является преимуществом системы в данном случае. Кроме того, большинство систем для связи контроллеров с оборудованием вышестоящего уровня использует технологический протокол Modbus, где максимальная скорость обработки запросов составляет 19,2 кбит/с (при общем времени опроса всех абонентов не более 20 секунд).
Сети радиотелемеханики наиболее часто имеют топологию типа "точка -многоточка" либо смешанную топологию. Сети, построенные на Canopy, будут иметь архитектуру "точка -многоточка", если расстояния между ЦДП небольшие (до 16 км). Если расстояния между КП и ЦДП значительные, то у сети смешанная топология, где будут присутствовать несколько промежуточных точек доступа ("точка -многоточка") и ретрансляторы, соединяющие промежуточные точки с центральной точкой доступа (точка -точка).
Полезная канальная скорость передачи данных для оборудования Canopy с архитектурой сети "точка -многоточка" составляет порядка 7 Мбит/с.
Однако скорость обработки запросов системой телемеханики с КП по протоколу Modbus не превышает 19,2 кбит/с, и даже при наличии высоких скоростей передачи данных по каналам связи она не сможет обрабатывать запросы с более высокой скоростью.
При правильном расчете загрузки базовой станции (БС) системы на базе оборудования DataRadio скорость обмена данными в системе соответствует максимальной битовой скорости опроса КП системой телемеханики с диспетчерского пульта по протоколу Modbus.
В системах Canopy, как и в системах DataRadio, применяется бинарная частотная манипуляция. Частотная манипуляция сигнала означает, что каждому значению передаваемого символа сопоставляется своя частота. В течение каждого символьного интервала передается гармоническое колебание с частотой, соответствующей данному типу символа.
В BFSK и MSK частоты манипуляции выбираются из условия ортогональности битового сигнала для реализации квадратурной схемы модулятора, что повышает помехоустойчивость излучаемого сигнала. Применяемые в системах виды модуляции в данном случае можно рассматривать как эквивалентные друг другу.
Как было сказано ранее, обмен данными между диспетчерским пультом и контроллерами осуществляется по опросу, что характеризует полудуплексный режим работы. Данный режим работы может быть реализован и на оборудовании Canopy Motorola, и на оборудовании DataRadio.
РЭС, применяемые как в сетях широкополосного, так и узкополосного доступа, преимущественно предназначены для использования при температуре от -40 до +60 °С. Однако большинство предприятий нефтегазодобывающей промышленности расположены в климатических зонах с низкими температурами, например в условиях Крайнего Севера, где температура воздуха может опускаться ниже отметки -60 °С. В этом случае РЭС DataRadio требуют установки в отапливаемые помещения, блок-боксы или специальные обогреваемые шкафы. Компания Motorola предлагает решение на оборудовании Canopy в климатическом исполнении, которое может использоваться при температуре воздуха до -60 °С.
Таким образом, для реализации беспроводной сети передачи данных телемеханики от КП до ДП по протоколу Modbus наиболее оптимальным является решение с применением узкополосных цифровых систем передачи данных.
Однако стоит заметить, что потребности предприятий ТЭК не ограничиваются только сетями ПД телемеханики. В тех районах, где устройство кабельных линий связи затруднено или связано с большими финансовыми тратами, беспроводные решения являются предпочтительными и для других целей, например: подключение удаленных рабочих мест к локально-вычислительной и телефонной сети предприятия, передача данных охранного телевидения и охранно-пожарной сигнализации на удаленный пост охраны и т.д. Развертывать несколько беспроводных сетей под различные задачи экономически нецелесообразно. Поэтому все поставленные задачи решаются в рамках организации единой беспроводной сети. И в этом случае наиболее оптимальным с точки зрения использования технических ресурсов является комплексное решение. Однако получение разрешения на эксплуатацию различных диапазонов частот экономически невыгодно. Но не стоит забывать, что
есть маломощное оборудование связи в диапазоне 433 МГц, которое не требует получения лицензии. Примером такого радиооборудования являются радиомодемы "Невод-5" и "Марс РМД400". Согласно технической документации дальность действия таких РЭС достигает 5 км. Архитектура сети с использованием комплексного решения будет выглядеть следующим образом. Сеть ПД телемеханики разбивается на несколько подсетей. Между близкорасположенными контрольными пунктами организуется связь в УКВ-диапазоне, где один из КП подсети будет выступать в роли промежуточной базовой станции. Промежуточные базовые станции собираются на центральную точку доступа с использованием абонентского оборудования широкополосной связи. Далее данные передаются по магистральному соединению широкополосной связи с применением топологии "точка-точка" на диспетчерский пульт.
Комплексное решение является наиболее оптимальным с точки зрения использования технических ресурсов средств связи.
В конечном счете выбор решения определяется экономической эффективностью развертывания беспроводной сети, где необходимо учитывать топологию сети с использованием того или иного оборудования, а также круг решаемых ею задач.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #5, 2009
Посещений: 15618
Автор
| |||
В рубрику "Решения корпоративного класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
