Диссертация (1137104), страница 11
Текст из файла (страница 11)
БД реализована посредством СУБД MySQL и хранилищ вформате XML. Здесь также представлены web-сервер и сервер БД.Рисунок 2.10 - Схема архитектуры телекоммуникационной системыБМ является устройством, работающим от автономных источниковпитания и обладающим набором следующих основных компонентов:•чувствительным элементом, определяющим наличие утечек газа изобъектов ГТС является детектор утечек метана (ДУМ), который состоит извысокочувствительного датчика по обнаружению утечек газа/метана (в данномслучае заявлен стационарный инфракрасный датчик-газоанализатор [21,80],предназначенный для автоматического непрерывного измерения концентрацийметана (СН4) в воздухе открытых пространств на газовых магистралях) иэнергонезависимой памяти;•приемо-передающееустройство(ППУ)сфункциейретрансляциисостоящее из управляющего микроконтроллера, приемопередатчика, встроенная76антенны, флэш-памяти, внешних схем согласования уровней USB, RS232,цифрового порта;•автономные источники питания (АИП) (аккумулятор, солнечная батарея,ветрогенератор, гибридный регулятор).Программное обеспечение отвечает за работоспособность БМ и находитсяпод управлением операционной системой (ОС) реального времени TinyOS,осуществляет прием и передачу информации/сигналов, которую БМ получает сДУМ, ППУ и АИП посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП).БМ устанавливаются вблизи трубы (≈5-10 м), на определенном расстоянии(≈100 м), на основе учета розы ветров, розы скорости ветра и анализаинформации по распространению газового облака, соединяются между собойпосредством беспроводной радиосвязи [10,14], образуя сенсорную сетьпоследовательнорасположенныхбеспроводныхустройств,которыепосредством ретрансляции передают информацию от точки к точке.
Учитываятот факт, что дальность работы БМ ограничивается их мощностью ивозможностями ДУМ и достигает порядка 100 м, однако организация даннойтопологии сети с использованием узловых точек для ретрансляции данныхпозволяет это расстояние увеличить до необходимого, чтобы покрытьтерриторию МГ от одной КС до другой. Выбор беспроводного канала связи дляпередачи данных между БМ и ЭВМ, объясняется сложностью прокладки кабеляв труднодоступных районах эксплуатации МГ.В ДУМ выполняются следующие функции: обнаружение утечки газапосредством чувствительного сенсора; регистрация времени обнаружения(начало и окончания) утечки в микроконтроллере; зарядка аккумулятораустройств ДУМ посредством солнечных элементов и других источниковавтономного питания; передача данных со всех датчиков, с ретрансляциейинформации полученной из предыдущего на последующий БМ и далее, для77ввода ее в ЭВМ; обнаружение и фиксация мест несанкционированного доступаи повреждений на объектах ГТС.Принцип обнаружения утек газ в ДУМ, основывается на процесседиффузионного рассеивания метана в атмосфере.
Для этого использовалсяметод М. Берлянда [17,19,20,53,71], основанный на математической моделирассеиваниягазообразныхэкспериментов,которыйпримесейпозволилватмосферерассчитатьипоставленныхконцентрациюгазовввертикальном и горизонтальном сечение облака метана, а также поляконцентраций создаваемые точечными источниками выбросов из труб.БМ с заданным периодом выполняет аналого-цифровое преобразование инормализацию сигналов с подключенных датчиков и устройств, а такжеосуществляют первичную обработку данных. После чего полученные сигналы ввиде пакета с цифровыми данными передаются по радиоканалу в точку сбораинформации на шлюз [4,64,90].Шлюз осуществляет соединение БМ с серверным уровнем, исполняя рольавтономного регистратора показаний, поступающих от БМ, и сохраняет их вэнергонезависимой памяти, отмечая время поступления данных, регистрируяпредполагаемые утечки газа, отказы на оборудовании или канала связи идругую служебную информацию для последующего анализа и архивации, атакже выдает данные по запросу сервера.
С помощью специального ПОинформация, из шлюза загружается на серверный уровень для ее последующейобработки, сохранения и отображения.В зависимости от условий применения системы мониторинга возможнынесколько вариантов взаимодействия шлюза и сервера: локальное подключениек серверу по интерфейсу USB, RS-232, RS-485; удаленное подключение ксерверу через модем. Первый вариант наиболее прост в реализации ипредназначается для систем, в которых возможно организовать проводнойканал связи между сенсорной сетью сбора данных и сервером, в этом случае78сервер можно устанавливать на компрессорных станциях, что обеспечиваетоперативный контроль состояния наблюдаемых объектов.
Вариант удаленногоподключения к шлюзу по беспроводному каналу связи, при которомоборудование сенсорной сети (ДУМ и шлюз) устанавливаются вблизи МГнепосредственно на распределенных модулях, а сервер – в любом другомудобном месте (например, в центре принятия решений обслуживающегогазотранспортногопредприятия),позволяетэксплуатироватьсистемумониторинга без какого-либо электроснабжения.
Преимущество удаленногодоступа к системе заключается в том, что обеспечивается возможностьквалифицированным специалистам осуществлять мониторинг распределенныхобъектов ГТС, без необходимости периодического выезда и осмотра.Устройства с внедренными модулями ZigBee совмещены со средствами,используемыми для хранения информации, устанавливаются на БМ ипрограммируются на снятие и передачу данных, после чего полученнаяинформация оперативно транслируется на ПК, где установлено специальное ПО«Оператор СТС» [10,23,81].ПО «Оператор СТС» предоставляет оператору возможность произвестинастройку параметров сенсорной сети, отображать на электронной карте МГбеспроводные модули с приведением характеристик их состояний, доступно ибыстро просмотреть данные по любому ЛУ МГ, осуществлять контроль ТС,контролировать ресурсы оборудования, выявлять несоответствия в условияхэксплуатации магистрали, осуществлять прием и передачу данных с сети БМ ишлюза сервера, считывать со шлюза накопленную информацию, отображатьполученные данные в виде таблиц и графиков, сохранять информацию в БД дляее архивации и последующей обработке и все это производить в режимереального времени.В заключении можно отметить, что использование данной сенсорнойтелекоммуникационной системы контроля утечек газа из ЛУ МГ, позволяет79развернуть ее в любом месте ГТС, повысить оперативность получения ипередачи данных, обеспечить контроль и мониторинг ТС газопроводов,проводить в режиме реального времени обработку и анализ поступающейинформации, избежать больших материальных затрат на ремонт и устраненияпоследствий аварий на МГ.2.4.АналитическаяоценкасенсорнойтелекоммуникационнойсистемыАналитическую оценку сенсорной телекоммуникационной системыконтроляутечекгазапроведемнаосновеанализаобщесистемногопрограммного обеспечения абонентских вычислительных систем массовогообслуживания (СМО) [66].Если принять, по аналогии с СМО, что в телекоммуникационной системе(укрупнено) существует два потока заявок:•t - заявки, собственно, заявки - сообщения, поступающие от сенсоров(датчиков метана, а в перспективе от фото/видеокамер, ветрогенераторов и т.п.)по беспроводной сенсорной сети;•p - заявки, текущая работа ЭВМ (обработка t - заявок, организацияобмена данными с СТС, системами управления базами данных (СУБД),автоматизированнымисистемамиуправления(АСУ)газотранспортногопредприятия и другими клиентскими приложениями).В качестве критерия эффективности работы такой структуры можнопринять среднее время пребывания t - и p - заявок в сети СМО, при двухобслуживающихприборах:СМОА-ЭВМилисервер,иСМОБ-телекоммуникационная (приемо-передающая) система.
При этом существуетдва возможных варианта обслуживания t - и p - заявок. Первый вариант, когдаприоритет в обслуживании отдан p-заявкам и второй - приоритет вобслуживании отдан t - заявкам.80В работе [66] описывается СМО наиболее характерная для традиционнойструктуры построения многотерминальных систем по типу вычислительныхсетей (ВС). Однако, для более полного отражения специфики применения ЭВМв сенсорной телекоммуникационной системе, необходимо учесть работу СМО ив режиме мультипрограммной смеси задач (МСЗ) - это собственно: обработкаинформации, ее визуализация, хранение и принятие решений.В общем виде СМО на базе СТС КУГ имеет следующий вид рисунке 2.11,где: С1-Сn – сенсоры (для СМО это «i – пользователи») с приемо-передающимиблоками.
Структурная схема СМО для телекоммуникационной системыотражает обмен информацией СМОБ (прием информации от сенсоров, передачапо сети и ввод информации для обслуживания (обработки) с постановкой ее наочередь в СМОА.При выводе информации из СМОА в СМОБ, для дальнейшей ее передачи вСТС (i – пользователю), очередь отсутствует, так как ввод осуществляетсяСМОА и начинается сразу же после обслуживания очередной t - заявки. Режимобслуживания p - заявки и режим мультипрограммной смеси задач, зависит, каквидно из схемы на рисунке 1, от состояния СМОА, где в зависимости отприоритета, в определенный момент времени обслуживается одна из заявок.Рисунок 2.11 - Модель системы массового обслуживания на базе сенсорнойтелекоммуникационной системы81Наиболее общим параметром, характеризующим функционирование СМО()iв СТС, является среднее время реакции СМО для i – пользователя, i = 1, n T p и5согласно [89] имеет вид: T =ipTj i ,∑j( )(2.1)=1где T 1(i ) - среднее время задержки сообщения при передаче по каналу связи от in– пользователя к in-1 – пользователю (режим ретрансляции) и далее в СМОБ;T 2 (i ) - среднее время задержки в СМОБ; T 3 (i ) - среднее время ожидания в очередина обслуживании в СМОА; T 4 (i ) - среднее время обслуживания в СМОА; T 5 (i ) среднее время передачи информации по каналу связи из СМОА в in пользователь, определяется по методике, приведенной в работе [66].Определим все составляющие формулы (2.1).
Из работы [66] известно, чтоT 1 (i ) = ( µi ci − λi ) ,−1(2.2)где ci - пропускная способность канала, связывающего in – пользователя с in-1 –пользователем или наоборот; 1 / µi ci - среднее время передачи сообщения; 1 / λi среднее время ожидания в очереди.В данном случае имеется ввидупользователейкСМОБимеющийλi > 0 , это выходной поток от i пуассоновскоераспределение.Длятелекоммуникационной системы беспроводной сети при n, i – пользователей,можно поток заявок искусственным путем задать стационарным в интервалеnвремени t0 (цикла обмена информацией), а именно: Λ = ∑ λi ,(i = 1, n), (2.3)i =1т.е. суммарный, уже стационарный поток, состоит из цепочки последовательнопросуммированных в определенном интервале времени n количества t - заявок.При этом, t0 >> t2 − t1 , где t1 − время поступления информации от сенсоров (илив перспективе от видео/фото камер); t 2 - формирование ответа на данную задачу.82Значитt2 − t1 = τ 0 ,τ 0 − интервал времени, в течение которого от i -пользователей будут поступать t - заявки в виде λi .