Области применения технологических радиосетей обмена данными на базе узкополосных радиомодемов УКВ-диапазона ДИАПАЗОНА

В связи с серьезным расширением числа получателей нашего технического бюллетеня и возросшему интересу к технологии узкополосных радиосетей обмена данными диапазона ультракоротких волн (УКВ) возросло количество индивидуальных запросов в технический центр ООО «Независимый исследовательский центр перспективных разработок» (НЦПР). Поскольку значительная часть данных вопросов дублируется, мы приняли решение дать ответы на самые общие из них в виде отдельного технического извещения. Естественно, наши технические специалисты продолжат оказывать консультационную поддержку по индивидуальным запросам.

Перечень основных прикладных задач, для реализации которых используются технологические радиосети обмена данными, представлен на нашем сайте: https://flexlab.ru/radio-networks/network-design. Тем не менее, часто возникает вопрос о том, в каких случаях лучше использовать технологическую радиосеть и какое оборудование выбрать для ее создания.

(Фото: https://www.seetelecom.com/vhf-radio-repeater)

Обращаясь к технологической радиосети обмена данными, забудьте о серфинге в Интернете – это задача не для нее. Хотя она вполне может интегрироваться с информационной сетью Интернет для доставки данных на верхний уровень и объединения работы нескольких технологических радиосетей. Только всегда необходимо помнить: технологическая радиосеть обмена данными – это система связи реального времени и это ее серьезное преимущество необходимо использовать там, где оно действительно востребовано.

Технологическая радиосеть обмена данными может создаваться как единая для обеспечения функционирования различных технологических комплексов одного предприятия или организации. Ниже представлен пример реализации узкополосной технологической радиосети УКВ диапазона для обеспечения функционирования промышленного автомобильного и железнодорожного транспорта, а также комплекса электроснабжения крупного электроэнергетического предприятия полного цикла.

 Функциональная схема интегрированной информационной системы на примере Автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления горнотранспортным комплексом (АСОДУ ГТК) угольного разреза «Восточный» АО «Евроазиатская энергетическая корпорация»

(фото: архив ООО «НЦПР»)

Соответственно, подключаемыми к технологической радиосети оконечными устройствами являются программируемые контроллеры и терминалы на нижнем уровне и компьютеры – на верхнем. Первые могут размещаться на земле (под землей), в воздухе (космосе) и на воде (под водой). В случае развертывания радиосети под землей в составе антенно-фидерного устройства может применяться радиоизлучающий кабель. Для обеспечения работы подводных объектов приемопередающая антенна должна находиться над поверхностью.

Подключение оконечных устройств производится как по последовательным (RS-232/422/485), так и по сетевому (Ethernet) интерфейсам. Технологическая радиосеть может иметь топологию «точка – точка» и «точка – много точек», в том числе с ретрансляцией. В связи с этим она легко масштабируется, обеспечивая подключение практически неограниченного количества объектов и расширяя собственную оперативную зону на тысячи километров (крупнейшая из развернутых технологических радиосетей обмена данными имеет зону электромагнитной доступности более 1 млн. кв. км и используется в интересах распределения метеорологической информации на территории США). В Российской Федерации развернута и уже более 10 лет успешно эксплуатируется стационарная технологическая радиосеть, обеспечивающая функционирование объекта общей протяженностью около 5500 км. Технически количество подключаемых объектов ограничивается только пропускной способностью радиосети и требованиями к допустимым задержкам при доставке информации.

Угольный разрез «Восточный» АО «Евроазиатская энергетическая корпорация»

(фото: архив ООО «НЦПР»)

Следует отметить, что технологическая радиосеть может использоваться для подключения как стационарных, так и подвижных, в том числе, высокоскоростных объектов. В первом случае применяются, как правило, так называемые «прозрачные» (телеметрические) радиомодемы, работающие по любому внешнему протоколу обмена данными. Семейство стационарных радиомодемов четвертого поколения включает в себя также пакетирующие модемы, которые используют встроенный IP-протокол.

«Прозрачные» радиомодемы представлены радиотехнической платформой Guardian. Такой радиомодем имеет малое и полностью детерминированное время установления связи, поэтому он наиболее эффективен при построении радиосетей, работающих по принципу опроса. В этом случае полностью исключаются «коллизии» в канале связи.

Аксуская электрическая станция АО «Евроазиатская энергетическая корпорация»

(фото: архив ООО «НЦПР»)

К «пакетирующим» относятся радиомодемы радиотехнической платформы Viper-SC+. При построении технологической радиосети данное устройство может выступать в качестве IP-маршрутизатора и обеспечивать ретрансляцию данных. Имея одинаковый с радиомодемом Guardian приемопередатчик, ему требуется несколько больше времени для установления связи, хотя обусловленные использованием IP-протокола задержки компенсируются более высокой скоростью обмена данными.

В радиомодеме Viper-SC+ предусмотрена возможность эксплуатации в режиме энергосбережения. Данный режим снижает потребление энергии в 3,5 раза, с 350 до 98 мА, при питании от источника постоянного тока номинальным напряжением 13,8 В. Переход в режим работы с пониженным энергопотреблением занимает не более 0,5, а выход из него − не более двух секунд. Реализация функции энергосбережения позволяет увеличить время работы радиомодема при переходе на электропитание от аккумуляторов в аварийных ситуациях, а также организовать электропитание радиотехнического оборудования от солнечных батарей.

В технологической радиосети среднего масштаба (20-50 объектов) обычно используется подсистема мониторинга технического состояния радиотехнического оборудования в реальном масштабе времени. Такая подсистема позволяет заблаговременно выявлять и предупреждать сбои в работе радиосети и выходы оборудования из строя.

«Пакетирующие» радиомодемы, использующие IP-протокол, имеют функцию удаленного обновления встроенного программного обеспечения. Кроме того, пользователь может дистанционно управлять радиомодемами и подключенными к ним контроллерами, размещенными на значительном удалении от пункта управления. Так, в вышеупомянутом проекте разработчикам удалось организовать надежную связь между собственной технической площадкой в г.Москве и оборудованием, работающем на территории другого государства, по следующей цепочке: сервер стенда главного конструктора в г.Москве - сеть Интернет – сервер в центральном офисе заказчика в г.Павлодаре (Республика Казахстан) – радиорелейная линия «Павлодар – Экибастуз» – сервер заказчика в г.Экибастузе – сервер технологической радиосети – удаленные объекты. При этом общая протяженность линии связи составила около 3000 километров.      

Сравнительные технические характеристики радиотехнических платформ Guardian и Viper-SC+ представлены в Таблице 1.

 Таблица 1. Сравнительные технические характеристики радиотехнических платформ Guardian и Viper-SC+ .

Общие характеристики	Радиомодем Guardian					Радиомодем Viper-SC+
	ОВЧ	УВЧ		900 МГц		ОВЧ		200 МГц		УВЧ	900 МГц
Общее описание платформы	Включает  в себя радиомодем, дуплексный радиомодем с двумя портами, базовую станцию-ретранслятор, работающие в прозрачном режиме.					Включает в себя радиомодем – IP-маршрутизатор, радиомодем – IP-маршрутизатор с двумя портами, базовую станцию-ретранслятор, базовую станцию-ретранслятор повышенной надежности и живучести, работающие по IP-протоколу.
Диапазон частот, МГц	136-174	406-470, 450-512		928-960		136-174		215-240		406-470  450-512	880-902 928-960
Шаг сетки частот, кГц (настраивается программно)	25 или 12,5 (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	9K55F1D, 9K35F1D, 11K6F1D, 14K6F1D, 16K4F1D					3K30F1D; 11K2F1D; 16K5F1D; 17K8F1D; 33K0F1D; 52K7F1D
Потребляемый ток:
- прием, мА	360 (10 В); 200 (20 В); 150 (30 В)					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)					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)					1,2-3,6 (10 В); 0,6-1,8 (20 В); 0,4-1,2 (30 В)
Номинальная задержка при холодном старте, с	20					35
Рабочее напряжение, В	10-30, постоянный ток					10-30 (постоянный ток)
Рабочая температура, °C	от -30 до 60					от -40 до +70
Температура хранения, °C	от -45 до 85					от-45 до +85, без образования конденсата
Влажность, %	5-95 (без образования конденсата)					5-95, без образования конденсата
Габаритные размеры, см	13,97 (Ш) х 10,80 (Г) x 5,40 (В)					13,97 (Ш) х 10,80 (Г) x  5,40 (В)
Масса (в упаковке), кг	1,1					1,1
Рабочий режим	Симплекс, полудуплекс, дуплекс				Симплекс, полудуплекс	симплекс/полудуплекс
Приемник
Чувствительность (вероят­ность ошибки 1х10-6), дБм:
- 100 кГц (кбит/с)								-103 (64); -96 (192); -89 (256)			-100 (64); -93 (192); -86 (256)
- 50 кГц (кбит/с)						-111 (32); -104 (64); -97 (96); -88 (128)					-108 (32); -101 (64); -94 (96); -85 (128)
- 25 кГц (кбит/с)	-100 (19,2), -107 (9,6), -110 (4,8)					-114 (16); -106 (32); -100 (48); -92 (64)					-111 (16); -104 (32); -97 (48); -89 (64)
- 12,5 кГц (кбит/с)	-107 (9,6), -110 (4,8)					-116 (8); -109 (16); -102 (24); -95 (32)					-112 (8); -106 (16); -99 (24); -90 (32)
- 6,25 кГц (кбит/с)						-115 (4); -106 (8); -100 (12)
Подавление помех по соседнему каналу, дБ (кГц)	60 (12,5); 70 (25)					45 (6,25); 60 (12,5); 70 (25); 75 (50); 70 (100)					60 (12,5); 70 (25); 75 (50)
Интермодуляция, дБ (кГц)	>75					>75
Избирательность, дБ (кГц)	>60 (12,5); >70 (25)					>70 (25); >60 (12,5); >55 (6,25)
Время переключения с приема на передачу, мс	<2					<2
Время переключения между каналами, мс	<15					<15
Передатчик
Полоса пропускания без подстройки, МГц	38		64 (406,1-470) 62 (450-512)		32	38	25		64 (406,1-470) 62 (450-512)		32
Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт	1-10				1-8	1-10					1-8
Время атаки, мс	<1					<1
Время переключения между каналами, мс	<15					<15
Импеданс, Ом	50					50
Цикл работы на передачу, %	100					100
Стабильность частоты, ppm	1					1	0,5		1		0,5
Интерфейсы	RS-232 (DB-9F)					2 x RS-232 (DB-9F), 10Base-T RJ-45
Антенна	TNC (мама) – прием/передача, SMA (мама) – прием (для дуплексных моделей)					TNC (мама) - прием/передача; SMA (мама) - прием (для двухпортовых устройств)
Модем
Скорость, кбит/с	4,8; 9,6; 19,2					4; 8; 12; 16; 24; 32; 48; 64; 96; 128; 256
Индикация	Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, прием/передача					Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, прием/передача
Вид модуляции	2FSK					2FSK, 4 FSK, 8FSK, 16FSK
Адресация	отсутствует					IP