Беспроводная связь в шахтах - Analysis of methods of organization data networks for building modern mfsb in coal

Технологические вопросы безопасности горных работ
75
научно-технический журнал № 3-2016
ВЕСТНИК
нюю связь и передавать данные с «носимых»
устройств на гора
[7]
.
На рисунке 2 показаны области действия
оборудования ведущих производителей, обе-
спечивающего беспроводную связь в шахтах, в
координатах: дальность (расстояние между уз-
лами сети) и скорость передачи.
Численная оценка производительности
беспроводных сетей в случае «идеальной»
топологии на примере функции «геопозици-
онирование».
На рисунке 2 заметна большая разница в
производительности оборудования. Может быть,
производители высокоскоростных беспровод-
ных сегментов
сетей неоправданно завышают
скорость и можно обойтись менее производи-
тельными системами?
Для ответа на этот вопрос нужно оценить
объем необходимых минимальных данных,
которые надо передать по локальной сети из
подземной части на гора для обеспечения ка-
кой-либо одной функции МФСБ. Оценим объ-
ем передаваемых данных по сети для функции
МФСБ «геопозиционирование» на примере обо-
рудования лидера сетей класса WPAN - компа-
нии Nanotron
[8]
. В этой сети, схема показана на
рисунке 3,
устройства определяют расстояния
между мобильной
меткой и
узлом сети путем
обмена короткими пакетами (радиосигналами)
и последующим измерением времени распро-
странения этих пакетов (метод ToF — Time of
Flight), скорость которых равна скорости света.
Не принимая во
внимание время на опреде-
ление расстояния и время на внутреннюю об-
работку результатов измерений, получим, что
для обеспечения «геопозиционирования», или
определения координат местонахождения мет-
ки с частотой 1 с-1, сеть должна обеспечивать
минимальную передачу информации к серверу в
размере 128 байт (1 пакет) на каждое устройство
(метку)
[8]
или 1 Кбит/с (128 байт х 8 бит/байт
= 1024 бит). При этих расчетах топология пере-
дающей сети (способ соединения узлов связи и
реальное расположение) не учитываются и ко-
ординаты полученные узлами сети передаются
к серверу с максимальной скоростью проводной
магистрали (оранжевые стрелки) . Координаты
передаются по беспроводному каналу (красные
молнии) с максимальной
скоростью передачи
данных для этой сети: 1 Мбит/с - для двоичной
системы и 2 Мбит/сек - для системы с четырьмя
уровнями передачи. По результатам испытания
пропускной способности сети, построенной на
модулях Nanotron в
[9]
, с учетом конкуренции
устройств за среду передачи, были получе-
ны реальные скорости передачи данных в 530
кбит/с и 840 кбит/с - для двоичной и четверич-
ной логики, соответственно. Для окончательной
оценки следует уменьшить скорость передачи
на 20 %, что является обычным допущением по
ресурсному резервированию, и учесть потери на
технологическое
построение маршрутов в раз-
мере 10 – 15 %. Окончательно можно сделать
вывод, что максимальное число каналов для по-
зиционирования в этой системе - от 300 до 500.
Но производитель системы RealTrack на
модулях Nanotron
[8]
указывает, что возможно
подключение 25 000 устройств. Как это можно
сделать? Нужно уменьшить частоту определе-
ния координат и делать это не один раз в одну
секунду, а гораздо реже, допустим,
один раз в
минуту. Тогда получится 30 000 устройств (500
Рисунок 3 – Схема “идеальной” системы геопозиционирования для оценки её пропускной способно-
сти
76
Технологические вопросы безопасности горных работ
научно-технический журнал № 3-2016
ВЕСТНИК
каналов х 60 мин
-1
). Однако, при этом постра-
дает точность определения координат объекта.
Например, если за 1 с объект при скорости 3,6
км/ч сдвинется на 1 метр, то за 1 мин он уйдет
на 60 метров. Для того, чтобы этого не происхо-
дило, производители такой системы применяют
различные методы экстраполяции координат, то
есть в промежутке между реальными измере-
ниями координат проводятся промежуточные
вычисления координат или математическими
методами, или при помощи локальных алгорит-
мов
[10]
. Это хорошо согласуется с архитекту-
рой
WPAN-устройств, основное преимущество
которых – низкое потребление энергии. Дело в
том, что при интенсивном определении коорди-
нат (1 с
-1
) много энергии тратится на излучение
и устройства теряют это преимущество. По-
этому по рекомендациям разработчиков WPAN-
устройств период опроса узлов сети следует
устанавливать во многие десятки секунд.
Все приведенные рассуждения относятся
и к системе «WiPAN» производства компании
Davis Derby, построенной на аналогичной тех-
нологии. Единственное отличие от технологий
RealTrack состоит в том, что при заявленной
скорости передачи данных в 256 Кбит/с макси-
мальное число устройств в системе позициони-
рования составит 100 шт. Компания заявляет о
500 устройствах
[11]
,
отсюда получаем период
опроса – 10 с.