Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В состав устройства входят блоки электроники БЭЛ2М2, индикации БИЛ2М, ввода и диагностики БВДМ, коммутации БК, а также датчик пути и скорости ДПС-САУТ-МП и комплект кабелей.

Аппаратура КЛУБ–У выполняет следующие функции:

• исключение несанкционированного движения локомотива;

• сравнение фактической скорости с допустимой (при превышении допустимой скорости происходит включение сигнала «Внимание» и снятие напряжения с электромагнита ЭПК);

• контроль торможения перед запрещающим сигналом светофора;

• формирование сигналов для системы автоматического управления тормозами САУТ;

• контроль бдительности машиниста;

• регистрация параметров движения.

Одной из функций системы является определение координаты и скорости локомотива по сигналам, поступающим от осевых датчиков пути и скорости и от навигационной спутниковой системы GPS/ГЛОНАСС;

В связи с этим на локомотивах и других подвижных единицах предлагается устанавливать приемники спутниковых систем навигации обеспечения безопасности движения. Эта информация по цифровым каналам связи будет передаваться на станции и в диспетчерские центры управления и объединяться с информацией от рельсовых цепей. Так можно решить задачу автоматической идентификации и определения местоположения поезда в системах управления, что повысит эффективность, надежность и безопасность движения поездов.

На рисунке 1.3 показан принцип определения местоположения поезда с использованием аппаратуры КЛУБ-У.

Рисунок 1.3 – Принцип определения местоположения поезда с использованием аппаратуры КЛУБ–У

Однако опытная эксплуатация выявила несколько недостатков, а именно отсутствие обратного канала обратной связи и слабого сигнала приема внутри зданий и сооружений. Перечисленные недостатки не позволяют использовать средства спутниковой навигации в качестве универсальных для определения координат объекта. Очевидные недостатки способны устранить системы локального позиционирования.

1.2 Обзор беспроводных технологий, протоколов беспроводной передачи данных. Подбор оборудования

1.2.1 Общие сведения о беспроводных технологиях передачи данных

В настоящее время беспроводные системы сбора данных, управления и автоматизации стали реальностью благодаря технологиям беспроводных сетей малого радиуса действия и появлению на рынке наборов микросхем, радиомодулей и модемов, а также развитие программного обеспечения, поддерживающего стандартные протоколы управления и передачи данных. Данные промышленные сети перешли в область целесообразных технических решений. Беспроводные технологии обладают большим количеством преимуществ, которые позволяют пополнять ряды пользователей день ото дня. Мобильность, легкость создания, высокая скорость передачи данных, возможность использования в местах, где прокладка кабеля невозможна это лишь часть требований, реализуемых в беспроводных технологиях [1].

В качестве среды для передачи данных в беспроводных технологиях используется воздух. Носителем данных выступают волны сверхвысокочастотного диапазона. В Российской Федерации использование беспроводных технологий регламентируются решением Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) № 07-20-03-011 от 7.05.2007 г. «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» с учетом дополнений (№ 08-24-01-001 от 28.04.2008 г. и № 09-04-07 от 19.08.2009 г.). Согласно данному документу разрешены к использованию при соблюдении требований по ширине полосе, излучаемой мощности следующие диапазоны частот:

• 433,075–434,750 МГц;

• 868,0–868,2 МГц;

• 868,0–869,2 МГц;

• 2400,0–2483,5 МГц.

На сегодняшний день наибольшее практическое использование получили технологии беспроводной передачи данных в диапазоне 2400 МГц. Более подробно, о стандартах беспроводной передачи данных в диапазоне 2400 МГц будет описано далее.

1.2.2 Характеристика технологий беспроводной передачи данных

Все стандарты и технологии беспроводной передачи данных в диапазоне частот 2400 МГц можно классифицировать по ряду параметров, а выбор той или иной технологии зависит от требований, которые предъявляются к разрабатываемой системе.

При выборе беспроводной технологии для сетей промышленного применения необходимо учитывать:

• интенсивность обмена данными;

• возможность использования автономных источников электропитания большой емкости;

• топологию построения радиосети, необходимость обеспечения избыточности связей, а также возможности самоорганизации сети для повышения ее надежности;

• большое количество оконечных устройств и датчиков.

В диапазоне 2400 МГц на сегодняшний день широкое распространение получили несколько технологий беспроводной передачи данных, основанных на семействах стандартов IEEE 802.11 и 802.15. Примерами беспроводных технологий передачи данных в диапазоне 2400 МГц являются nanoNet, ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi [2].

В таблице 1.2 приведены сравнительные характеристики наиболее актуальных на данный момент стандартов беспроводной передачи данных.

Таблица 1.2 – Сравнение стандартов IEEE 802.15 и 802.11

Технология nanoNet, основанная на стандарте IEEE 802.15.4a, является частным решение для построения беспроводных сетей, разработанным компанией Nanotron Technologies. Ширина частотного канала, которая используется в приемопередатчиках, намного больше, чем та, которая используется в технологиях ZigBee и Bluetooth и составляет 64 МГц. Это дает возможность работы на высоких скоростях и с повышенной надежностью передачи данных, даже если уровень помех превышает стандартные значения [2].

Технология Bluetooth, основанная на стандарте IEEE 802.15.1, обеспечивает обмен информацией на небольших расстояниях между такими устройствами как персональные компьютеры, мобильные телефоны, принтеры, мышки, клавиатуры и другими портативными устройствами. Bluetooth представляет собой недорогой радио-интерфейс для организации персональных сетей с низким энергопотреблением (мощность передатчика всего порядка 1 мВт). В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS).

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, организуется работа нескольких пар приёмник-передатчик, без нанесения вреда друг другу.

Стандарт IEEE 802.11 является базовым стандартом для построения беспроводных локальных сетей (Wireless Local Network — WLAN) и составляет основу для технологии Wi-Fi. Стандарт IEEE 802.11 постоянно совершенствовался, и в настоящее время существует целое семейство, к которому относят спецификации IEEE 802.11 с буквенными индексами. Однако, основными из них являются только четыре (а, b, g и n), которые пользуются наибольшей популярностью у производителей оборудования, остальные же представляют собой дополнения, усовершенствования или исправления принятых спецификаций.

Стандарт IEEE 802.11n был утвержден в сентябре 2009 года. Его использование позволяет повысить скорость передачи данных в 12 раз в сравнении с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с). Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с.

Стандарт Wi-Fi дает клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Однако стандарт не описывает все аспекты построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения.

К преимуществам Wi-Fi относится:

• возможность иметь доступ к сети мобильным устройствам;

• Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi;

• излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Технология беспроводной передачи данных ZigBee была разработана после появления технологий Bluetooth и Wi-Fi. Появление технологии ZigBee обусловлено, прежде всего, тем, что для некоторых задач основными критериями при выборе технологии беспроводной передачи является малое энергопотребление аппаратной части и ее низкая стоимость. Это накладывает ограничение на пропускную способность, так как в большинстве случаев электропитание датчиков осуществляется от встроенной батареи, время работы от которой должно превышать несколько месяцев и даже лет.

Существующие беспроводные персональные сети, такие как Bluetooth и Wi-Fi недостаточно просты и дешевы для задач, где не требуется передавать большие объемы информации, но важны экономичность, автономность, отказоустойчивость. В связи с этим и был разработан стандарт 802.15.4.

1.2.3 Обзор технологии передачи данных ZigBee

1.2.3.1 Сведения о стандарте ZigBee

Стандарт 802.15.4 является основой для протокола ZigBee. Стандарт определяет физический слой и управление доступом к среде для беспроводных персональных сетей с малым энергопотреблением и низкой стоимостью. В свою очередь ZigBee является набором высокоуровневых протоколов связи, использующих небольшие, маломощные радиопередатчики. Протоколы ZigBee определяют верхние уровни сети, которые не регламентируются стандартом 802.15.4.

Стандарт ZigBee предусматривает частотные каналы в диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2400 МГц. Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость достигаются в диапазоне 2400 МГц. Поэтому большинство производителей микросхем выпускают приемопередатчики именно для этого диапазона, в котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 МГц. В соответствии с ГКРЧ № 07-20-03-011 от 7.05.2007 г. «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» с учетом дополнений (№ 08-24-01-001 от 28.04.2008 г. и № 09-04-07 от 19.08.2009 г.) в России к устройствам малой мощность (менее 100 мВт) работающим в диапазоне частот 2400 МГц предъявляются следующие требования:

• 16 частотных каналов в диапазоне 2400–2483,5 МГц;

• полоса частот канала 5 МГц;

• максимальная скорость 250 кбит/с;

• номинальная выходная мощность 0 дБм (1 мВт),

• чувствительность приемника 85 дБм;

• дальность действия 10–100 м;

• размер стека 4–32 кбайт;

• срок службы батареи 100–1000 дней;

• число узлов сети 65536 (16-разрядные адреса) [3].

На рисунке 1.4 показан выбор радиоканалов в частотном диапазоне 2400 МГц.

Рисунок 1.4 – Выбор радиоканалов в частотном диапазоне 2400 МГц

Сети ZigBee представляют собой распределенную, самоорганизующуюся сеть множества датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств, объединенных между собой посредством радиоканала. Расстояние между узлами сети составляет десятки метров при работе внутри помещения и несколько километров на открытой местности. За счет способности узлов ретранслировать сообщения, зона покрытия сети может значительно увеличиваться. В качестве конечного узла в такой сети может выступать датчик физических параметров окружающей среды (температуры, влажности воздуха, давления), датчик параметров принимаемого сигнала (уровень сигнала, частота) и т.д. В общем же случае узел будет представлять собой совокупность подсистемы восприятия, подсистемы обработки данных которая осуществляет первичную математическую обработку, коммуникационной составляющей и источника питания.

Характеристики

Список файлов ВКР