В настоящей статье рассматриваются некоторые вопросы, связанные c созданием узкополосных технологических радиосетей1 обмена данными УКВ-диапазона повышенной надежности и живучести, предназначенных для развертывания в районах со слабо развитой телекоммуникационной инфраструктурой и условиями сурового климата. Описаны особенности построения и функциональные возможности таких радиосетей. Актуальность представленной в статье информации обусловлена расширением работ по освоению Западной Сибири и морского шельфа, а также активизацией хозяйственной деятельности в Арктических районах Российской Федерации, где строительство технологических радиосетей часто не имеет альтернативы.
Узкополосная технологическая радиосеть обмена данными
История создания и эксплуатации гражданских узкополосных технологических радиосетей обмена данными насчитывает уже более 30 лет. Первые успешные эксперименты по беспроводной передаче пакетных данных по узкополосному радиоканалу в УКВ-диапазоне были проведены в 1978 году канадскими радиолюбителями Р.Роули (позывной VE2PY), Н.Перлом (VE2BQS) и Ж.Орсали (VE2EHP). В 1992 году Р.Роули и Н.Перл организовали компанию Dataradio, которая занялась развитием технологии и созданием перспективных технических средств на ее основе – радиомодемов.
С тех пор узкополосные технологические радиосети обмена данными стали широко применяться в проектах, в которых использование проводных сетей оказывается невозможным или нецелесообразным. Область применения технологических радиосетей обмена данными определяется следующими основными оперативно-техническими возможностями и преимуществами:
- гарантированная надежность2 работы (радиосеть создается и управляется ее владельцем с учетом его персональных требований к надежности функционирования);
- высокая живучесть3 радиосети в различной обстановке (требование к живучести закладывается на этапе проектирования радиосети ее владельцем, и, как правило, оказывается выше, чем в радиосетях общего пользования);
- рабочая зона, полностью перекрывающая район использования подключенных к радиосети оконечных устройств, как правило, объединенных в автоматизированную систему управления (реально построенные технологические радиосети имеют оперативную зону более миллиона кв. км);
- применение детерминированных протоколов обмена данными, поддерживающих работу в близком к реальному режиму времени и обеспечивающих гарантированную доставку данных в установленные регламентом работы радиосети сроки;
- относительно небольшое время доступа к каналу передачи данных, обеспечивающее незначительные и приемлемые для большинства автоматизированных систем задержки в доставке данных;
- высокая безопасность данных, функционирующих в технологической радиосети (применяемые технологии обеспечивают защиту от подавления, перехвата или несанкционированного доступа к работе в составе технологической радиосети);
- относительно низкая стоимость эксплуатации;
- независимость от «чужой» инфраструктуры связи и возможность развивать ее исходя из реальных требований (радиосеть принадлежит эксплуатирующей ее организации, параметры ее работы и оперативная зона могут изменяться ею самостоятельно);
- совместимость с разнородным оборудованием сбора и обработки данных по широко применяемым и детально отработанным интерфейсам;
- простота перемещения и оперативность развертывания в новом районе;
- возможность эксплуатации в жестких условиях окружающей среды.
Краткий перечень областей применения узкополосных технологических радиосетей обмена данными представлен в Таблице 1.
Таблица 1. Области практического применения узкополосных технологических радиосетей обмена данными УКВ-диапазона.
№ |
Область применения |
Прикладная задача |
---|---|---|
1 |
Топливная энергетика |
|
2 |
Электроэнергетика |
|
3 |
Горнодобывающая промышленность |
|
4 |
Транспорт (подземный, наземный, водный и воздушный) |
|
5 |
Службы общественной безопасности |
|
6 |
Роботизированные комплексы и удаленное управление |
|
7 |
Мониторинг состояния окружающей среды и сооружений |
|
8 |
Жилищно-коммунальное хозяйство |
|
9 |
Системы безопасности, оповещения, связи и вещания |
|
10 |
Промышленность и сельское хозяйство |
|
11 |
Полигонные комплексы |
|
12 |
Вооруженные силы |
Системы связи, управления войсками и оружием, оповещения, разведки и информационного обеспечения тактического звена управления. |
В настоящее время создаются и эксплуатируются технологические радиосети двух типов – прозрачные и пакетные.
Прозрачная радиосеть обмена данными использует внешний протокол обмена данными, например, широко применяемый Modbus, и обеспечивает побитную передачу данных в радиоканал по мере поступления данных на порт радиомодема. Данные передаются «как есть», без добавления служебной информации.
Пакетная радиосеть использует встроенный протокол обмена данными, обеспечивает разбиение поступающей на порт радиомодема информации на пакеты и добавление к каждому пакету служебных данных, включая, в отдельных случаях, избыточные данные помехоустойчивого кодирования. Современные радиомодемы обеспечивают работу по IP-протоколу.
Радиотехническая платформа Viper-SC+
Радиотехническая платформа Viper-SC+ представляет собой одну из наиболее современных и перспективных разработок американской компании CalAmp, преемника канадской компании Dataradio и де-факто ведущего мирового производителя радиомодемов. Вышеуказанная платформа (технические характеристики оборудования представлены в таблицах 2 и 3), использующая для работы IP-протокол, включает в себя:
- радиомодем Viper-SC+ (140-5018-5025) с одним антенным входом;
- радиомодем Viper-SC+ (140-5018-503) с двумя антенными входами;
- базовую станцию Viper-SC+ (140-5118-502);
- базовую станцию Viper-SC+ (140-5318-502) повышенной надежности и живучести с резервированием всех компонентов;
- базовую станцию Viper-SC+ (140-5318-503) повышенной надежности и живучести с резервированием всех компонентов с двумя антенными входами.
Таблица 2. Технические характеристики радиомодема Viper-SC+
Общие характеристики |
Viper-SC+ 100/200/400/900 |
||||||||
|
ОВЧ |
200 МГц |
УВЧ |
900 МГц |
|||||
Диапазон частот, МГц |
136-174 |
215-240 |
406-470 450-512 |
880-902 928-960 |
|||||
Шаг сетки частот, кГц (настраивается программно) |
50; 25; 12,5; 6,25 |
100; 50; 25; 12,5; 6,25 |
50; 25; 12,5; 6,25 |
100; 50; 25; 12,5 |
|||||
Тип излучения |
3K30F1D; 11K2F1D; 16K5F1D; 17K8F1D; 33K0F1D; 52K7F1D |
||||||||
Потребляемый ток: |
|
||||||||
- прием, мА |
450 (10 В); 240 (20 В); 170 (30 В) |
||||||||
- передача 40 дБм (10 Вт), А |
4,6 (10 В); 2, 04 (20 В); 1,37 (30 В) |
||||||||
- передача 30 дБм (1 Вт), А |
1,2-3,6 (10 В); 0,6-1,8 (20 В); 0,4-1,2 (30 В) |
||||||||
Номинальная задержка при холодном старте, с |
35 |
||||||||
Рабочее напряжение, В |
10-30 (постоянный ток) |
||||||||
Температура по спецификации, град. C |
от -30 до +60 |
||||||||
Рабочая температура, град. C |
от-40 до +70 |
||||||||
Температура хранения, град. C |
от-45 до +85, без образования конденсата |
||||||||
Влажность, % |
5-95, без образования конденсата |
||||||||
Габаритные размеры, см |
13,97 (Ш) х 10,80 (Г) x 5,40 (В) |
||||||||
Масса (в упаковке), кг |
1,1 |
||||||||
Рабочий режим |
симплекс/полудуплекс |
||||||||
Передатчик |
|||||||||
Полоса пропускания без подстройки, МГц |
38 |
38 |
64 (406,1-470 МГц); 62 (450-512 МГц) |
32 |
|||||
Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт |
1-10 |
1-8 |
|||||||
Время переключения с передачи на прием, мс |
<1 |
||||||||
Время переключения между каналами, мс |
<15 |
||||||||
Импеданс, Ом |
50 |
||||||||
Цикл работы на передачу, % |
100 |
||||||||
Стабильность частоты, ppm |
1,0 |
0,5 |
1,0 |
0,5 |
|||||
Интерфейсы |
2 x RS-232 (DE-9F), 10Base-T RJ-45 |
||||||||
Антенна |
TNC (мама) - прием/передача; SMA (мама) - прием (для двухпортовых устройств) |
||||||||
Приемник |
|||||||||
Чувствительность (вероятность ошибки 1х10-6): |
|
||||||||
- 100 кГц, дБм |
- |
-103 (64 кбит/с); -96 дБм (192 кбит/с); -89 дБм (256 кбит/с) |
- |
-100 (64 кбит/с); -93 (192 кбит/с); -86 дБм (256 кбит/с) |
|||||
- 50 кГц, дБм |
-111 (32 кбит/с); -104 (64 кбит/с); -97 (96 кбит/с); -88 (128 кбит/с) |
-108 (32 кбит/с); -101 (64 кбит/с); -94 (96 кбит/с); -85 (128 кбит/с) |
|||||||
- 25 кГц, дБм |
-114 (16 кбит/с); -106 (32 кбит/с); -100 (48 кбит/с); -92 (64 кбит/с) |
-111 (16 кбит/с); -104 (32 кбит/с); -97 (48 кбит/с); -89 (64 кбит/с) |
|||||||
- 12,5 кГц, дБм |
-116 (8 кбит/с); -109 (16 кбит/с); -102 (24 кбит/с); -95 (32 кбит/с) |
-112 (8 кбит/с); -106 (16 кбит/с); -99 (24 кбит/с); -90 (32 кбит/с) |
|||||||
- 6,25 кГц, дБм |
-115 (4 кбит/с); -106 (8 кбит/с); -100 (12 кбит/с) |
|
|||||||
Подавление помех по соседнем каналу, дБ |
45/6,25 кГц; 60/12,5 кГц; 70/25 кГц; 75/50 кГц; 70/100 кГц |
60 /12,5 кГц; 70/25 кГц; 75/50 кГц; 70/100 кГц |
|||||||
Интермодуляция, дБ |
>75 |
||||||||
Избирательность, дБ |
>70 (25 кГц); >60 (12,5 кГц); >55 (6,25 кГц) |
||||||||
Время переключения с приема на передачу, мс |
<2 |
||||||||
Время переключения между каналами, мс |
<15 |
||||||||
Модем |
|||||||||
Скорость, кбит/с |
4; 8; 12; 16; 24; 32; 48; 64; 96; 128; 256 |
||||||||
Индикация |
Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, прием/передача |
||||||||
Вид модуляции |
2FSK, 4 FSK, 8FSK, 16FSK |
||||||||
Адресация |
IP |
Таблица 3. Технические характеристики радиомодема Viper-SC+ base station
Общие характеристики |
Viper-SC+ 100/200/400/900 base station |
||||||||
|
ОВЧ |
200 МГц |
УВЧ |
900 МГц |
|||||
Диапазон частот |
136-174 МГц |
215-240 МГц |
406-470 450-512 МГц |
928-960 МГц |
|||||
Шаг сетки частот |
50; 25; 12,5 или 6,25 кГц (настраивается программно) |
50, 25 или 12,5 кГц |
|||||||
Тип излучения |
6K00F1D, 9K30F1D, 15K3F1D |
||||||||
Номинальная задержка при холодном старте |
60 с |
||||||||
Рабочее напряжение |
10-30 В постоянного тока |
||||||||
Рабочая температура |
-30 град. C до +60 град. C |
||||||||
Температура хранения |
-45 град. C до +85 град. C |
||||||||
Влажность |
5-95% без образования конденсата |
||||||||
Габаритные размеры |
41 (Ш) х 12 (Г) x 29 (В) см |
||||||||
Масса (в упаковке) |
5,2 кг |
||||||||
Рабочий режим |
симплекс/полудуплекс |
||||||||
Передатчик |
|||||||||
Полоса пропускания без подстройки, МГц |
38 |
38 |
64 (406,1-470 МГц); 62 (450-512 МГц) |
32 |
|||||
Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт |
1-10 |
1-8 |
|||||||
Время переключения с передачи на прием, мс |
<1 |
||||||||
Время переключения между каналами, мс |
<15 |
||||||||
Импеданс, Ом |
50 |
||||||||
Цикл работы на передачу, % |
100 |
||||||||
Стабильность частоты, ppm |
1,0 |
0,5 |
1,0 |
0,5 |
|||||
Интерфейсы |
2 x RS-232 (DE-9F), 2 х 10Base-T RJ-45 |
||||||||
Антенна |
N-типа (мама) |
||||||||
Приемник |
|||||||||
Чувствительность (вероятность ошибки 1х10-6): |
|
||||||||
- 100 кГц, дБм |
- |
-103 (64 кбит/с); -96 дБм (192 кбит/с); -89 дБм (256 кбит/с) |
- |
-100 (64 кбит/с); -93 (192 кбит/с); -86 дБм (256 кбит/с) |
|||||
- 50 кГц, дБм |
-111 (32 кбит/с); -104 (64 кбит/с); -97 (96 кбит/с); -88 (128 кбит/с) |
-108 (32 кбит/с); -101 (64 кбит/с); -94 (96 кбит/с); -85 (128 кбит/с) |
|||||||
- 25 кГц, дБм |
-114 (16 кбит/с); -106 (32 кбит/с); -100 (48 кбит/с); -92 (64 кбит/с) |
-111 (16 кбит/с); -104 (32 кбит/с); -97 (48 кбит/с); -89 (64 кбит/с) |
|||||||
- 12,5 кГц, дБм |
-116 (8 кбит/с); -109 (16 кбит/с); -102 (24 кбит/с); -95 (32 кбит/с) |
-112 (8 кбит/с); -106 (16 кбит/с); -99 (24 кбит/с); -90 (32 кбит/с) |
|||||||
- 6,25 кГц, дБм |
-115 (4 кбит/с); -106 (8 кбит/с); -100 (12 кбит/с) |
|
|||||||
Подавление помех по соседнем каналу, дБ |
45/6,25 кГц; 60/12,5 кГц; 70/25 кГц; 75/50 кГц; 70/100 кГц |
60 /12,5 кГц; 70/25 кГц; 75/50 кГц; 70/100 кГц |
|||||||
Интермодуляция, дБ |
>75 |
||||||||
Избирательность, дБ |
>70 (25 кГц); >60 (12,5 кГц); >55 (6,25 кГц) |
||||||||
Время переключения с приема на передачу, мс |
<2 |
||||||||
Время переключения между каналами, мс |
<15 |
||||||||
Модем |
|||||||||
Скорость, кбит/с |
4; 8; 12; 16; 24; 32; 48; 64; 96; 128; 256 |
||||||||
Индикация |
Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, прием/передача |
||||||||
Вид модуляции |
2FSK, 4 FSK, 8FSK, 16FSK |
||||||||
Адресация |
IP |
Совместно с техническими средствами радиотехнической платформы Viper-SC+ может использоваться получившая широкое распространение в странах СНГ российская программа мониторинга технического состояния радиосети «Балтика».