CC BY
21
тельно, обладают одинаковыми энергиями, Это противоположные сигналы. И их можно использовать ДЛЯ кодирования двоичных символов информации, что приводит к увеличению помехоустойчивости системы передачи.
Библиографический список
1. Батдэлигэр Уурцайх, Просвирякова Л.В., Засенко В.Е. Исследование модулятора сигналов с минимальным сдвигом частоты ¡1 Современные проблемы радиоэлектроники,--Красноярск, 2002. -С. 105-108.
2. Засенко В.Е., Просвирякова Л.В. Коды Баркера с ми-
нимальной манипуляцией //Современные проблемы радиоэлектроники. - Иркутск: Изд-во ИрГТ/,2006. - С.93-99.
3. Засенко В.Е., Просвирякова Л.В. Способ формирования шумоподобных радиоимпульсов для передачи бинарных символов информации сложными сигналами.Патент РФ на изобретение № 2231924.
Статья принята к публикации 21.05.07
И.А.Бузиков
Концепция системы контроля и управления инфраструктурой жилых и офисных сооружений с использованием технологии PLC
Очевидно, что средства автоматизации, применяемые для управления сложным комплексом систем жизнеобеспечения здания, сегодня становятся необходимыми как в частной квартире или коттедже, так и в комплексе общественных зданий. Автоматика, помимо обеспечения оптимального энергосберегающего режима работы сложного оборудования, такого как энергоснабжение, отопление, вентиляция, водоснабжение, кондиционирование и прочее, позволяет получить высокую экономию и эффективность при обслуживании этих систем, создавая удобства для пользователя и обслуживающего персонала. Другими словами, появляется возможность экономии средств не только на энергоресурсах, но и на количестве квалифицированного эксплуатационного персонала. Традиционные системы автоматики на базе промышленных контроллеров успешно решают эту проблему, однако они требуют серьезных затрат на проектирование и инсталляцию, что связано с высокими требованиями по квалификации специалистов в разных областях - программистов, технологов, наладчиков, - и эти затраты, в лучшем случае, составляют 50% и выше от стоимости оборудования. Эти системы, как правило, требуют серьезных вложений при дальнейшем развитии и модернизации, что связано с прокладкой новых сигнальных и управляющих цепей и установкой дополнительных контроллеров или портов, а также датчиков физических величин и силовых исполнительных блоков для обработки вновь затребованных параметров. Современный уровень развития технических средств и опыт работ в области автоматизации показывает перспективность использования децентрализованных и гибридных систем. Здесь стоит вспомнить о сути распределённых систем. Распределённая система — это совокупность независимых друг от друга средств для анализа информации и формирования команд. Главной её особенностью является то, что
доступ к управлению подобной сетью можно получить почти из любой точки такой системы. Рассмотрим несколько наиболее популярных систем автоматизации сооружений.
Технология LonWorks. Изначально LON-технологии (local operating network) относятся к распределённым системам контроля инфраструктуры сооружений и ориентированы на обеспечение полноценного климат-контроля в крупных зданиях и квартирах. С помощью архитектуры LON можно осуществлять контроль и регулирование таких функций, как отопление, кондиционирование, вентиляция, увлажнение воздуха, подогрев полов, охранная и пожарная сигнализация, управление светом.
Суть технологии в том, что все инженерные системы объекта обмениваются данными о своём состоянии, выполненных действиях или полученных командах с помощью единой сети по специально разработанному в рамках LonWorks протоколу LonTalk. В качестве физического интерфейса передачи данных часто используется интерфейс, подобный полудуплексному многоточечному последовательному RS 485. На сегодняшний день интерфейс RS-485 является одним из наиболее распространенных стандартов передачи данных на физическом уровне, то есть на самом нижнем (первом) уровне в рамках модели взаимодействия открытых систем OSI.
С помощью RS-485 можно построить сеть с участием 32 пар передатчик/приёмник, но уже сегодня в спецификации стандарта введены изменения, расширяющие возможности этого RS-протокола до 255 устройств, объединённых в одну сеть. Если же есть необходимость в объединении ещё большего количества устройств, то можно использовать так называемые репитеры, или, по-другому, повторители. В таком случае сеть на базе RS-485 можно расширять почти до бесконечности. Потому
что системы на базе LonWorks чаще применяются в больших зданиях и помещениях.
Технология EIB. Сеть EIB (European Installation Bus) отличается простой наглядной иерархической структурой, созданной специально для схемотехники зданий. Узлы сети объединяются в линии, зоны и области. Линии отделяются друг от друга с помощью коммутационного устройства. Каждая из 15 возможных областей, в свою очередь, разветвляется на выходе на 15 линий. Каждая линия может содержать 256 устройств, То есть максимально возможное количество устройств, подключенных в одном проекте, составляет 57600. Классическое соединение устройств происходит посредством двухпроводной линии. Скорость обмена информацией - 9600 Бит/сек, максимальная длина кабеля (без регенерации сигнала) не должна превышать 1000 метров, причем максимальное расстояние между двумя узлами должно быть не больше 700 метров. Доступ к среде передачи обеспечивается по протоколу CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий), Управление и контроль за всеми происходящими в сети процессами также осуществляется с помощью одной общей линии. Существуют реализации для протоколов передачи через радиоканал, посредством PLC и lnfraRed-устройств, но они также ограничены в скорости передачи информации.
Технология Х10. В качестве третьего стандарта для ознакомления был выбран Х10 — один из наиболее, если не самый часто встречающийся стандарт автоматизации в домашних условиях. В качестве физической среды используется, главным образом, существующая электропроводка. Данный протокол и стандарт были разработаны ещё в 1975г. компанией Pico Electronics для того, чтобы осуществлять удалённый контроль за домашними бытовыми приборами.
Под данными в протоколе Х10 подразумеваются управляющие сигналы и команды, с помощью которых ваша квартира, собственно, и становится «думающей». Это одна из самых простых систем превращения обычного дома в «автоматизированный», однако в одну сеть Х10 можно связать не более 256 устройств, каждое из которых обладает собственным адресом.
У каждой из перечисленных выше технологий есть как достоинства, так и недостатки. Суть недостатков подчас понятна лишь специалистам в области построения систем интеллектуального управления сооружениями, но основная проблема очевидна. Это несовместимость технологий, приборов, техники, а также в ряде случаев плохие возможности по расширению и модернизации системы. Да, конечно, вы можете, взвесив все за и против, выбрать какую-то одну технологию или связку из двух-трёх совместимых, и получить на их базе замечательно функционирующую систему . Но через пару лет рынок изменится, появятся новые технологии, и не факт, что вы сможете легко интегрировать их в уже существующую систему. Универсальность и всеформатность
должна быть заложена в систему изначально. Многие из существующих за рубежом систем плохо адаптируются к отечественным условиям (другое напряжение питания и частота в сетях электропитания, низкое их качество). Кроме того, была поставлена задача обеспечения автоматизации уже построенных сооружений с существующей инфраструктурой при минимальном уровне затрат. Эти проблемы мы и попытались решить.
Система построена на основе использования технологии PLC в протоколе физического уровня, Ethernet на уровне соединения, TCP/IP в качестве транспортного протокола и оригинального протокола уровня приложений.
Технология PLC (Power Line Communication) - телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищенность были наиболее узким местом данной технологии. Появление мощных DSP - процессоров (цифровые сигнальные процессоры) дали возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM модуляция (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC. Технология PowerPacket фирмы Intellon, положена в основу для создания единого стандарта HomePlugl.O specification (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 г.), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек. В настоящее время на рынке доступны продукты, обеспечивающие скорости передачи до 100 Мбит/сек. Однако, какими бы оптимистичными ни были результаты работы экспериментальных PLC-сетей за рубежом, в нашей стране эта технология сталкивается с рядом трудностей.
Распределительные сети низкого напряжения в России отличаются в худшую сторону от европейских более высоким уровнем шумов и высокой скоростью затухания высокочастотного сигнала (наша электрическая проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая используется в большинстве стран мира). Изношенное промышленное оборудование и силовые кабели создают помехи непредсказуемой формы и мощности как широкополосные, так и с концентрированным спектром. Характерны нестационарные и непредсказуемые изменения импеданса сети во времени и вдоль линии передачи. Эти факторы существенно препятствуют широкому распространению технологий передачи данных по силовой сети, поскольку до недавнего времени не удавалось обеспечить надежный приём информации от нескольких сотен удаленных устройств более чем на 500 метров. Для преодоления указанных выше проблем система должна иметь протокол физического уровня, обладающий высокой помехоустойчивостью.
Ещё одним проблемным моментом является то, что
сеть бытового электропитания служит общей средой
передачи данных, то есть в один момент времени передачу могут осуществлять сразу несколько устройств, В такой ситуации для разрешения конфликтов столкновения трафика необходим регулирующий механизм - протокол доступа к среде. В качестве такого протокола был выбран хорошо известный Ethernet, который в технологии Powerline был расширен путем добавления дополнительных полей приоритета. Такая модификация вызвана необходимостью передачи данных в режиме, близком к реальному времени, когда величина задержки является критичным параметром. Пакеты, содержащие такие данные помечаются как "timing critical", т. е. имеют самый высокий приоритет при обработке и доступе к среде передачи. Кроме того, в протоколе уровня приложений должна быть реализована технология тегирования (tagging), позволяющая в самом пакете данных содержать описание содержащихся в нем данных.
Целью разработки нашей системы было получение
простого инструмента для гибкого построения надежных
систем дистанционного контроля и управления электрическими нагрузками, освещением, теплом, сигнализацией, вентиляцией, кондиционированием, водоснабжением, приводами ворот и жалюзи в квартире или комплексе зданий, который должен быть доступен персоналу среднего технического уровня.
Учитывая все изложенные выше факторы, можно сделать вывод о целесообразности создания системы контроля и управления инфраструктурой жилых и офисных сооружений с использованием модифицированной технологии PLC в качестве протокола физического уровня, общепринятых протоколов Ethernet, TCP/IP и оригинального протокола уровня приложений с использованием тэгирования. При этом целесообразно применение частично децентрализованной сети.
Статья принята к публикации 21.05.07
Р.А.Белоусов
ИИС « КУМ И р-Тепло Ко м » как система массового обслуживания__
При разработке информационно-измерительных систем теплоучета, как правило, ставится задача обеспечения обмена информацией с неким максимальным количеством тепловычислителей. Оно обычно находится в районе 100-200 единиц. Нет необходимости теоретически обосновывать работу с таким количеством устройств, т.к. при столь небольших нагрузках не встает вопрос о максимальной загрузке сервера, о производительности сетевого интерфейса, об устойчивости приложения в условиях экстремальной нагрузки. Однако при разработке масштабной информационно-измерительной системы, способной обслуживать несколько тысяч единиц, необходимо знать, как влияет внутренняя структура системы, ее аппаратные ресурсы на максимальное количество тепловычислителей в сети и скорость обслуживания. Это позволит оптимально планировать задания в системе, построить схему резервирования, обеспечить защиту от перегрузок,
Фактически необходимо определить скорость обслуживания заявок в системе и вероятность отказа в обслуживании. Величина вероятности отказа в обслуживании является как раз тем порогом производительности, относительно которого считается максимальное количество тепловычислителей в сети. Стоит также отметить, что нет необходимости рассчитывать вероятность ошибок в канале связи. И вот почему. Во-первых, канал связи
цифровой, и его интерфейсы уже учитывают ошибки и располагают разнообразными средствами коррекции ошибок. Во-вторых, работу канала связи регулирует подсистема сотового оператора, о настройке которой нам ничего не известно и которая может меняться оператором связи по мере необходимости. В-третьих, из статистических данных вероятность корректного завершения сессии составляет не менее 90%, и эта величина зависит, в том числе, от уровня входного сигнала на модеме. Поэтому в дальнейшем мы принимаем эту величину как наиболее худшие условия при расчетах.
Расчеты мы предлагаем основывать на теории телетрафика [1], полагая, что информационно-измерительную систему теплоучета масштаба города можно считать системой массового обслуживания (СМО).
Согласно теории телетрафика все СМО можно разделить по определенному набору параметров на группы. Наиболее известная классификация - это классификация Кендалла-Башарина, основанная на пяти символах. Первичная классификация Кендалла была основана на трех символах, но ввиду необходимости описания моделей сложных телекоммуникационных систем она была дополнена еще двумя символами.
Простейшей (для исследования) моделью считается однолинейная СМО с пуассоновским входящим потоком
