Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• Беспроводные технологии в компьютерных сетях
• Семейство SCALANCE W
• Radioline - новая система беспроводной связи
• Индивидуально настраиваемая скорость передачи данных
• Параллельная работа сетей без взаимных помех с модулем Confstick
• Подключение радиосигнала при помощи протокола Modbus RTU
• Защита от импульсных перенапряжений для радиосистем с антенными разъемами SMA
• Вывод
• Список использованной литературы

Введение

В настоящее время технология беспроводной связи переживает настоящий бум своего развития. В основном это связано с прочным входом в нашу жизнь смартфонов, планшетных компьютеров и нетбуков, которые для полноценного использования требуют постоянный доступ к сети интернет, в том числе и при движении.

Кроме этого, в промышленности, сельском хозяйстве ну и естественно в военной сфере назревает необходимость в организации надежных систем управления распределенными объектами и объединение их в глобальную сеть. Подобные тенденции наблюдаются во всем мире и ведут к неминуемому развитию беспроводных технологий связи.

Системы АСУ ТП, которые зачастую являются распределенными, характеризуются в настоящее время тенденцией модернизации при условии неизменности основных средств производства (линий, машин и механизмов). Качество производства меняется в короткие сроки за счет модернизации АСУ ТП, в том числе, с применением беспроводных технологий, приносящих экономию средств и времени, по сравнению с развертыванием проводных сетей.

Сегодня основная проблема для пользователя, решившего применить беспроводные решения, заключается в выборе соответствующей технологии. Существует множество типов беспроводной связи и, как и в проводных сетях, к различным системам предъявляются различные требования.

Внутри зданий к беспроводным технологиям прибегают прежде всего тогда, когда кабельные работы невозможны (по техническим, организационным или экономическим причинам) либо когда необходимо обеспечить обмен данными с пользователями, перемещающимися в пределах зданий. Последнее не следует путать с мобильной связью: речь идет не о реализации обмена информацией непосредственно в процессе движения, а о возможности работать в сети из любой точки помещения (здания). Для таких применений имеется специальный термин - "роуминг" (от английского "roam" - слоняться, блуждать). Беспроводные сети передачи данных внутри зданий весьма широко распространены на Западе - именно это и есть та самая область для применения новых технологий.

Беспроводные технологии в компьютерных сетях

Беспроводные технологии - это подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение. Развиваясь с огромной скоростью, они стимулируют образование новых устройств и услуг.

Широкое распространение в большинстве сфер общества получили системы беспроводной передачи данных, так как имели преимущества по сравнению с другими: низкая стоимость, мобильность, независимость от кабельной инфраструктуры, высокоскоростным доступом к сети Интернет, простотой подключения и использования.

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.

По дальности действия:

Беспроводные персональные сети (WPAN - Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий - Bluetooth.

Беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area Networks). Примеры технологий - Wi-Fi.

Беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий - WiMAX.

Беспроводные глобальные сети (WWAN - Wireless Wide Area Network). Примеры технологий - CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.

беспроводная сеть компьютерная технология

Рис.1. Беспроводные технологии по дальности действия

Каждое из этих средств имеет свои преимущества и недостатки. Беспроводные сети эффективнее всего при передаче данных на расстояние нескольких сот метров.

Поскольку теоретически к беспроводной сети можно подключится из любой точки, имея соответствующий сетевой адаптер, большинство моделей беспроводных сетевых адаптеров и узлов передатчиков используют кодирование. Некоторые устройства с возможностью кодирования позволяют код безопасности ESSID. Это восьмиразрядный код, который позволяет защитить сеть от проникновения посторонних пользователей. При этом также не стоит забывать о таких стандартных средствах идентификации в сети, как пароли пользователей.

В некоторых беспроводных сетях осуществляется проверка на наличие незарегистрированных МАС - адресов (каждый сетевой адаптер имеет уникальный МАС - адрес) и разрешает доступ в сеть только зарегистрированным сетевым адаптерам. Для обеспечения лучшей безопасности уровни защиты на сетевых адаптерах и узловых передатчиках должны совпадать.

Узловыми передатчиками некоторых производителей можно управлять с помощью Web-браузера; также выпускают утилиты диагностики и мониторинга, что позволяет оптимально располагать узловые передатчики.

Число пользователей на один узловой передатчик варьируется в зависимости от параметров устройства. На данный момент существуют модели, поддерживающие от 15 до 254 пользователей.

Производители аппаратных средств организации беспроводных сетей АСУ ТП:

· Промышленных АСУ ТП: Phoenix Contact, Omron, Moxa;

· АСУ инженерных систем зданий и сооружений, "умный дом": Thermokon, JUNG.

Термин сетецентризм подразумевает под собой наличие единого информационного пространства, максимизации ситуационной осведомлённости всех входящих в него абонентов и непрерывности взаимодействия. Что естественным образов подразумевает под собой кардинальный пересмотр отношения к системам связи, в том числе и к беспроводным связям, что неминуемо ведет к их активному развитию и совершенствованию.

Краткий обзор существующих коммерческих технологий и стандартов беспроводной связи. Чтобы было проще ориентироваться в большой номенклатуре технологий, введем классификацию по дальности связи и количеству абонентов входящих в беспроводную сеть. Всего введем шесть градации:

1. Персональные беспроводные сети.

IrDA; Bluetooth; UWB; Wireless USB; Wireless HD; WiGig (IEEE 802.11ad.); WHDi, Wireless Home Digital Interface (Amimon); LibertyLink; DECT/GAP.

2. Беспроводные сенсорные сети.

DASH7; Z-Wave; Insteon; EnOcean; ISA100.11a; WirelessHART; MiWi; 6LoWPAN; One-Net; Wavenis; RuBee.

3. Малые локальные беспроводные сети.

HiperLAN; Wi-Fi; Zigbee; RONJA.

4. Большие локальные беспроводные сети.

WiMAX; HiperMAN; WiBro; Classic WaveLAN.

5. Глобальные беспроводные сети.

5.1. Мобильная связь поколения 1G.

NMT; AMPS; TACS; Mobitex; DataTAC.

5.2. Мобильная связь поколения 2G.

GSM; TDMA; PDC; DAMPS; iDEN.

5.3. Мобильная связь поколения 2.5G.

GPRS; EDGE; HC-SDMA или iBurst; CDMA.

5.4. Мобильная связь поколения 3G.

UMTS; WCDMA; CDMA 2000.

5.5. Мобильная связь поколения 3.5G.

HSPA.

5.6. Мобильная связь поколения 4G.

LTE.

5.7. Другие глобальные беспроводные сети.

MMDS.

6. Спутниковая связь

Inmarsat; Global Star; Thuraya; Iridium; ICO; Euteltracs; Omnitracs; Prodat; Odyssey; ACeS; Orbcom; Гонец-Д1М; Полярная звезда; Глонасс; GPS.

Семейство SCALANCE W

Семейство SCALANCE W объединяет в своем составе целый ряд коммуникационных модулей, предназначенных для построения высоконадежных IWLAN с детерминированным временем передачи данных и поддержкой резервированных каналов связи.

Такие беспроводные сети позволяют передавать через свои каналы как критичные к времени передачи сообщения (например, IWLAN с передачей аварийных сообщений), так и обычные сообщения (например, WLAN с передачей сервисных и диагностических сообщений). В целом, подобные сети по своим функциональным возможностям перекрывают требования стандарта IEEE 802.11.

Модули SCALANCE W выпускаются в прочных металлических корпусах со степенью защиты IP65, обеспечивающих надежную защиту от влаги и пыли и возможность использования модулей в условиях вибрации и тряски.

Все модули серии SCALANCE W поддерживают стандартные механизмы идентификации пользователей, обеспечивающие защиту IWLAN от несанкционированного доступа, а также механизмы кодирования передаваемых данных.

Промышленное исполнение

Модули SCALANCE W способны сохранять работоспособность в диапазоне температур от - 20°C до +60°C, подвергаться длительному воздействию влаги и пыли. Используемые в них антенны, блоки питания и соединительные кабели также ориентированы на эксплуатацию в промышленных условиях.

Примеры использования IWLAN

Возможна беспроводная интеграция сегментов PROFIBUS и PROFINET станций в существующую сеть Industrial Ethernet. Для этого к стационарной сети Industrial Ethernet подключается необходимое количество точек доступа SCALANCE W.

Точки доступа могут комплектоваться круговыми или направленными антеннами, а также протяженными антеннами с низким уровнем излучения в виде RCoax-кабеля. Через точки доступа в систему беспроводной связи могут быть включены любые стационарные или мобильные объекты, оснащенные модулями клиентов или модулями IWLAN/PB Link PNIO.

Приведем пример реализации дистанционного конфигурирования аппаратуры на подвижных станциях. Мобильные станции свободно перемещаются в зоне охвата радио, образованной двумя точками доступа SCALANCE W788-1PRO. Каждая мобильная станция оснащена модулем клиента SCALANCE W746-1PRO. Обеспечивается поддержка беспроводного обмена данными панели оператора, компьютера и программируемого контроллера каждой мобильной станции с контроллером и системой человеко-машинного интерфейса стационарной сети Industrial Ethernet.

Программатор Field PG M используется для дистанционного обслуживания всей аппаратуры данной системы.

В зоне охвата радио одной точки доступа SCALANCE W788-1PRO или SCALANCE W788-2PRO могут работать мобильные станции с компонентами систем распределенного ввода/вывода PROFINET IO.

Программное обеспечение

Программный пакет SINEMA E со стандартной лицензией обеспечивает поддержку функций автоматического позиционирования компонентов инфраструктуры и оптимизации каналов связи, определяет необходимые типы точек доступа, оптимизирует значения параметров их настройки.

Поддерживаемые продукты:

Точки доступа WLAN: SCALANCE W788; W786; W784; HiPath AP2610, 2620, 2630, 2640; точки доступа по Wi-Fi 802.11 a/b/g/h.

Модули клиентов WLAN: SCALANCE W744; W746; W747; IWLAN/PB Link PNIO; модули клиентов по Wi-Fi 802.11 a/b/g/h.

Адаптеры LAN/WLAN для поддержки функций чтения/загрузки: SIMATIC NET CP 1613 A2; CP 1612; стандартный LAN-адаптер; стандартная WLAN-карта.

Адаптер WLAN для выполнения измерений в WLAN; для измерений в стандартном режиме - стандартный WLAN адаптер; для усовершенствованного режима измерений - PCMCIA WLAN-адаптер.

Одним из преимуществ этого производителя является предложение комплектов беспроводных устройств, совместимых с наиболее популярными в промышленности ПЛК и системами Siemens, обеспечение помехоустойчивой и надежной связи для АСУ ТП в различных отраслях, включая транспортную.

Рис. 2. Точка доступа Siemens SKALANCE W788-1PRO

Radioline - новая система беспроводной связи

В 2012 году, на торгово-промышленной выставке в Ганновере компания Phoenix Contact представила свою новую систему беспроводной связи Radioline. Данное техническое решение, основанное на технологии Trusted Wireless 2.0, было разработано специально для беспроводной передачи сигнала в пределах больших предприятий и систем. С системой Radioline можно осуществлять обмен входными/выходными сигналами, а также выполнять последовательную передачу данных. Адресация модулей ввода/вывода осуществляется поворотом колесика и позволяет распределять сигналы для максимум 250 радиостанций программирования.

Рис. 3. Беспроводная передача сигнала поворотом колесика

Система Radioline соответствует специфическим требованиям, предъявляемым к оборудованию связи, которое используется в промышленной инфраструктуре. Эта система заполняет пробел между Wireless Hart - решением для сбора данных с датчиков в технологических процессах, и стандартами Bluetooth или беспроводных локальных сетей (WLAN), используемых в средствах промышленной автоматизации. В зависимости от требований, предъявляемых к конкретной системе автоматизации, имеются самые разнообразные опции настройки.

Radioline особенно удобна при беспроводной передаче информации от датчиков и исполнительных устройств, а также для передачи малых и средних объемов данных в системах, имеющих устройства, распределенные на большой площади. Система передачи данных состоит из модуля приема/передачи данных и пяти различных модулей ввода/вывода, которые могут быть расположены последовательно друг за другом. Станции ввода/вывода могут быть расширены и включать в свой состав до 32 модулей ввода/вывода на один приемо-передатчик. Модули ввода/вывода можно устанавливать или заменять в процессе эксплуатации системы. В дополнение к возможности горячей замены, эти модули настраиваются отдельно благодаря высококачественному электрическому разделению каналов.

Индивидуально настраиваемая скорость передачи данных

Ключевым элементом системы Radioline является модуль беспроводной связи, который для обмена данными использует полосу нелицензируемых частот 2.4 ГГц. Этот модуль имеет исключительно прочную и надежную конструкцию. Среди его прочих конструктивных особенностей следует отметить способность обеспечивать связь на больших расстояниях, хорошие функции диагностики, а также способность параллельной работы с другими системами беспроводной связи в одной и той же полосе частот, что делает это устройство весьма удобным в эксплуатации.

Еще одной особенностью данного модуля беспроводной связи, который может использоваться во всех странах мира, является то, что скорость передачи данных может регулироваться в пределах от 16 до 500 кбит/с, за счет чего повышается чувствительность приема. Например, при низких скоростях передачи данных связь обеспечивается на гораздо более значительных расстояниях по сравнению с высокими скоростями передачи данных. Благодаря такой индивидуальной настройке пользователи могут выбрать оптимальные параметры работы для конкретной системы с учетом расстояний, на которые требуется осуществить передачу. Пределы видимости для двух устройств могут изменяться от нескольких сот метров до 5 километров. Эти дистанции превышают радиус действия систем на основе Bluetooth и WLAN в несколько раз.

Интуитивно-понятный ввод в эксплуатацию "одним поворотом колесика"

Для последовательной передачи пакетов данных, например, между системами управления, работающими по протоколу Modbus (Рис.1), модуль беспроводной связи оснащен одним интерфейсом RS232 и одним двухпроводным интерфейсом RS485.

Рис. 4. Системы управления с последовательной передачей данных

Беспроводная сеть может включать в свой состав до 250 станций. Может быть реализована любая структура сети, от простого подключения "точка-точка" до самовосстанавливающихся многоузловых сетей (Рис. 2).

Рис. 5. Конфигурирование сети со сложной многоузловой структурой

Каждый приемо-передатчик может действовать в качестве ведущего устройства, повторителя или ведомого устройства. Ведущее устройство обеспечивает настройку сети, повторители передают данные, а ведомые устройства образуют конечные точки сети. Приемо-передатчики конфигурируются на предприятии-изготовителе, и могут быть введены в эксплуатацию без использования программного обеспечения, простым выполнением настройки поворотом колесика желтого цвета. Колесико определяет радиоидентификатор (RAD-ID). Каждый модуль беспроводной связи, находящийся в составе сети, должен иметь свою индивидуальную настройку. Ведущее устройство определяется радиоидентификатором (RAD-ID)"01", настройки от "02" до "99" автоматически конфигурируют модули как повторители или ведомые устройства.

Параллельная работа сетей без взаимных помех с модулем Confstick

Предварительно сконфигурированные модули беспроводной связи имеют одинаковые сетевые настройки. Это позволяет мгновенно вводить в работу отдельные беспроводные сети. Однако, в случае наличия нескольких беспроводных сетей, действующих одновременно, для того, чтобы они не создавали помех друг другу, следует создать уникальную сеть. Для решения этой задачи, пользователи могут настраивать модули беспроводной связи при помощи специального конфигурационного модуля памяти Confstick, без необходимости использования программного обеспечения (Рис.3).

Рис. 6. Использование устройства Confstick обеспечивает надежную и безопасную параллельную работу нескольких сетей

Для этого применяется модуль памяти, который вставляется в интерфейс конфигурирования модуля беспроводной связи (S-порт), и считывается после нажатия кнопки SET, расположенной на модуле. Преимуществом такого модуля памяти является простота его применения в среде промышленного оборудования. Параметры модуля включают в себя одну из восьми используемых групп частот системы Radioline, а также индивидуальный идентификатор сети (NET ID), который используется для определения модулей, относящихся к одной сети. Между собой могут связываться только те модули, которые имеют одинаковый идентификатор сети (NET-ID).

Уникальные идентификаторы сети могут быть записаны в модули только при помощи устройства Confstick, и не могут быть скопированы. Такой порядок работы позволяет надежно конфигурировать параллельно действующие сети.

Бесплатное программное обеспечение: Расширенные функции настройки и диагностики

В дополнение к базовым функциям ввода в эксплуатацию, пользователи могут выполнять индивидуальную настройку и диагностику беспроводной сети, используя соответствующее программное обеспечение. Если модуль беспроводной связи, являющийся ведущим устройством, подключен к компьютеру при помощи переходника (S-порт/USB), то используя программное обеспечение можно проверить структуру всей сети на предмет ошибок. Кроме того, может быть отображено и записано фактическое состояние модулей ввода/вывода каждой станции. Данное программное обеспечение позволяет выполнять специальные настройки, такие как активация шифрования данных, изменение мощности передачи, а также настройка последовательных интерфейсов.

В целом, система Radioline компании Phoenix Contact является простым, гибким и надежным техническим решением по беспроводной передаче сигналов в установках с обширной инфраструктурой. Такие характеристики были достигнуты за счет использования карты распределения входных/выходных сигналов, а также возможности ввода в эксплуатацию, добавления или замены модулей беспроводной сети без использования программного обеспечения.

Подключение радиосигнала при помощи протокола Modbus RTU

Рис.7. Беспроводное радиоустроиство

Для этого ведущее беспроводное радиоустройство собирает входные/выходные сигналы от 250 радиостанций и распределяет их в централизованном реестре Modbus. Это означает, что вся радиосеть может адресоваться через один ведомый адрес Modbus. Связь с блоком управления осуществляется с помощью интерфейсов RS-232 или RS-485.

Удаленные периферийные станции могут быть расширены модульным способом и сгруппированы индивидуально для облегчения практической реализации любого сценария работы. Для этого предлагается определенный ассортимент цифровых и аналоговых модулей ввода/вывода, которые позволяют обрабатывать сигналы напряжением до 230 В. Собственно радиосвязь осуществляется с помощью технологии Trusted Wireless 2.0, разработанной компанией Phoenix Contact, которая обеспечивает надежную передачу данных даже в трудных условиях промышленной среды. Вся система может быть легко настроена с помощью поворотных переключателей, за исключением параметров последовательного порта ведущего радиоустройства, которые настраиваются с помощью бесплатного программного обеспечения.

Защита от импульсных перенапряжений для радиосистем с антенными разъемами SMA

Рис.8. Новый переходник со встроенной защитой

Новый переходник со встроенной защитой модели CSMA-LAMBDA/4-2.0-BS-SET от компании Phoenix Contact обеспечивает защиту антенных разъемов радиосистем с узкополосными сигналами, частота которых находится в диапазоне от 1,7 ГГц до 2,3 ГГц. Переходник пригоден для установки в местах подключения антенн в системах мобильной телефонной связи, системах Trusted Wireless и радиосистемах ввода/вывода.

Защитный элемент выполнен по четвертьволновой технологии (л/4), что позволяет устранять импульсы перенапряжения, частота которых лежит в пределах ±15% от номинальной частоты в 2 ГГц. Данная технология обеспечивает достаточный уровень защиты без создания помех для полезного сигнала. Комплект защиты состоит из модуля защиты от перенапряжений и переходников для разъема типа SMA. Опционально, защитное устройство может быть установлено непосредственно в линии антенны или в оконечном устройстве без использования дополнительного переходного кабеля. Наличие монтажной пластины CN-UB/MP облегчает установку защитного устройства в шкафах управления автоматикой.

Вывод

Традиционно в нашей стране наибольший интерес к технологиям беспроводного доступа (особенно широкополосного) проявляют операторы сотовой связи и провайдеры Интернета. Использованию беспроводных систем для корпоративных нужд уделяется значительно меньше внимания, хотя именно этот сегмент заказчиков является сегодня одним из основных потребителей подобных решений в Украине. К сожалению, за последние годы ситуация с выделением частотного ресурса не стала проще.

Преимущество беспроводных локальных сетей очевидно - их проще и дешевле разворачивать и модифицировать, так как вся громоздкая кабельная инфраструктура оказывается излишней. Еще одно преимущество - обеспечение мобильности пользователей. Однако за эти преимущества беспроводные сети расплачиваются длинным перечнем проблем, которые несет с собой неустойчивая и непредсказуемая беспроводная среда. Помехи от разнообразных бытовых приборов и других телекоммуникационных систем, атмосферные помехи и отражения сигнала создают серьезные трудности для надежного приема информации.

В конце концов, ключ к преодолению препятствий к внедрению беспроводных технологий, сейчас и в будущем заключается в правильном понимании, планировании и построении беспроводной сети предприятия.

Беспроводная сеть - это не решение типа "установил и забыл".

Необходимо регулярно проводить аудит сети. Взаимодействовать с IT-службами на ранних стадиях построения сети, а также для поддержки функционирования сети.

Соблюдая эти несложные условия, пользователи могут наслаждаться гибкостью и универсальностью, присущими беспроводным решениям, и во многих случаях снизить свои затраты.

Мы видим, что идея использования беспроводных каналов передачи данных в качестве альтернативы кабельным сетям приобретает все большую популярность. В первую очередь, это связано с неразвитостью инфраструктуры "последней мили". Наверное, когда в Украине будет создана широкая инфраструктура высокоскоростного абонентского доступа (например, по каналам ISDN), необходимость в беспроводных каналах заметно снизится. Однако насколько быстро это произойдет - неизвестно, а пока беспроводные технологии могут принести очень большую пользу.

Список использованной литературы

1. http://uchit.net/catalog/Kibernetika/42943/

2. https: // docviewer. yandex.ua/? url=http%3A%2F%2Fradap. kpi.ua%2Fradiotechnique%2Farticle%2Fdownload%2F502%2F487&name=487&lang=uk&c=56c04fb40221

3. http://ua. automation.com/content/radioline-novaja-sistema-besprovodnoj-svjazi

4. http://knowledge. allbest.ru/radio/3c0a65625b2ac69a4d43b88521216c27_0.html

5. https: // ru. wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8

6. http://www.osp.ru/nets/1997/06/142603/

7. http://ua. automation.com/stati/reshenija-tehnologii-standarty? pageId=5556&_page=2

8. http://ua. automation.com/content/ip-tehnologii-budushhee-promyshlennoj-avtomatizacii

9. http://ua. automation.com/content/obzor-sredstva-besprovodnoj-peredachi-informacii-v-sistemah-bms

10. http://ua. automation.com/content/radioline-novaja-sistema-besprovodnoj-svjazi

11. http://ua. automation.com/content/obzor-sredstva-besprovodnoj-peredachi-informacii-v-sistemah-asu-tp

12. http://ua. automation.com/content/project-haystack-sledujushhij-shag-v-avtomatizacii-zdanij

13. http://ua. automation.com/content/5-priznakov-pravilnoj-promyshlennoj-besprovodnoj-seti

14. http://www.uran. donetsk.ua/~masters/2013/fknt/mironyuk/library/article5. htm

15. http://all-ht.ru/inf/systems/net_wireless_overview.html

16. http://www.roman. by/r-53932.html

17. https: // docviewer. yandex.ua/? url=http%3A%2F%2Fradap. kpi.ua%2Fradiotechnique%2Farticle%2Fdownload%2F502%2F487&name=487&lang=uk&c=56c04fb40221

18. http://studopedia.com.ua/1_51141_bezdrotovi-merezhi.html

19. http://ukrdoc.com.ua/text/23299/index-1.html

Размещено на Allbest.ru