Технология MESH– надежное профессиональное решение по гарантированной передаче широкополосных данных с мобильных объектов.

В целях организации беспроводных систем связи для передачи данных в настоящее время используется системы широкополосного доступа, которые можно разделить по функциональному назначению на следующие классы:

WLAN – беспроводные локальные сети связи.

Оборудование WLAN используются для организации беспроводной сети Ethernet в пределах офиса. Оборудование разрабатывалось для работы на небольшом расстоянии, до 100 метров. Наиболее известными представителями WLAN являются продукты, использующие технологии 802.11a/b/g (Wi-Fi). Типовая дальность действия оборудования WLAN обычно не превышает 30-50 метров, однако применение усилителей и направленных антенн позволяет её увеличивать. Типовой диапазон частот оборудования WLAN – 2,4; 5 ГГц. Существующее положение «О порядке использования на территории РФ внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400-2483,5 ГГц» практически вылилось в повсеместное использование внутриофисных решений вне офисов.

Из-за низкой стоимости изделий WLAN и облегченного «частотного вопроса» в России очень многие сети БШД строились и продолжают строиться именно на основе оборудования WLAN с применением внешних антенн и дополнительных усилителей. Основные недостатки WLAN – коллизионный доступ, резкое и непрогнозируемое падение скорости с увеличением дальности и количества пользователей, необходимость применения внешних антенн и усилителей. Технология, на наш взгляд, является практически бытовой и по нашему опыту не подходит для решения задач, где требуется гарантированное время доставки информации.

MAN (внутригородскиесети), WAN (Wireless Access Network)

Оборудование данного класса специально разработано для организации крупных сетей масштаба города или отдельного региона с гарантированным качеством услуг. Типовой диапазон частот оборудования WLAN – 2,4; 3,5; 5 ГГц. Оборудование имеет развитые системы мониторинга, управления элементами системы, легко и гибко масштабируется с расчетными параметрами качества. Оборудование принципиально создавалось для наружного использования.

Технология MESH

В рамках данной классификации сети связи можно разделить на системы для фиксированных и мобильных объектов. Кроме того, новое поколение оборудования может использовать современную технологию MeSH.

В чем же отличие обычных сетей от самоорганизующейся сетевой архитектуры MeSH?

К примеру, так выглядит стандартная сеть Wi-Fi, представленная на следующей схеме:

Если такую сеть дополнить специализированными аппаратными средствами и программным обеспечением, ее структура измениться в MeSH архитектуру:

Казалось бы, новая ар хитектураalt MeSH позволяет улучшить возможности стандартной сети, однако и такая схема имеет  свои недостатки, а именно:

- ограниченные возможности инфраструктуры (абоненты, которые вне зоны действия инфраструктуры не имеют связи с сетью)

- прерывание связи при сбоях в сети (в случае выхода из строя одного из элементов инфраструктуры, абоненты в этой зоне действия разрываются от сети)

- отсутствие мобильности и hand-over (при движении объекта абоненты теряют связь с инфраструктурой сети)

- подверженность к интерференциям со стороны других сетей (при возникновении помех элементы инфраструктуры сети могут терять связь с инфраструктурой и абонентами)

Настоящая революция свершилась благодаря разработанной цифровой интегральной схеме ASIC, позволившей устранить не только все недостатки обычных MeSH сетей, но достигнуть новых возможностей.

 

Микрочип центрального процессора, встраиваемый во все устройства MEA MeSH, позволяет осуществлять через себя всю маршрутизацию без нагрузки на центральный процессор соединенного компьютера или на его память, в том числе маршрутизацию через абонентские устройства.

Первоначально система MeSH создавалась по заказу МО США как быстро разворачиваемая система связи и обмена цифровыми данными между мобильными объектами на поле боя.

В настоящее время аппаратура MeSH доступна и гражданским потребителям. Сеть MeSH наряду с мобильными может включать стационарные объекты. Передача данных внутри сети осуществляется на основе IP-технологии, что позволяет осуществлять обмен практически любым видом данных. Внутри сети возможна передача данных в чистом виде, передача видео изображений, а в будущем - и голосовая связь (с ограничениями, налагаемыми пакетной технологией).

Сеть MeSH состоит из трех основных уровней:

 

Первый уровень – абонентские терминалы стационарного и мобильного исполнения

Второй уровень – беспроводные маршрутизаторы, обеспечивающие необходимую зону покрытия при требуемой скорости. Обеспечивают транспорт и маршрутизацию потоков между абонентскими устройствами и точкой входа в наземную опорную сеть 

Третий уровень – беспроводные точки доступа, обеспечивающие соединение беспроводного сегмента с наземной опорной сетью и также маршрутизацию потоков

Сети МЕА MeSH обладают следующими уникальными возможностями,  которые отсутствуют в других системах беспроводного доступа:

мобильность (гарантированная передача при движении объекта до 300км/ч);

определение местоположения объекта с точностью ±10м без использования системы GPS;

надежность соединения:

сеть – самоорганизующаяся, самовосстанавливающаяся и самобалансирующаяся;

разнообразные маршрутизаторы и до 3 альтернативных маршрутизаторов;

гибкая балансировка трафика между маршрутизаторами;

высокоэффективная маршрутизация на 2 уровне канала передачи;

поддержка мягкой переадресации вызова;

сравнение нескольких установленных связей;

определение оптимального маршрутизатора перед прерыванием сессии;

динамическая оценка плохих и слабых соединений;

запрещение плохих соединений для оптимизации передачи;

приоритетное использование хороших соединений;

повышенная устойчивость к механическим воздействиям (устройства соответствуют жестким требованиям военных стандартов МО США);

гарантированная устойчивость канала связи (адаптация к радиочастотным интерференциям со стороны других систем);

легкая масштабируемость:

не требуется прокладка кабельных соединений между сетевыми маршрутизаторами;

абонентские модули сами являются маршрутизаторами;

высокая производительность:

до 6 Мбит/сек в зависимости от конфигурации;

поиск маршрута <1мс;

получение маршрута <10мс;

скорость передачи гарантирована на всем пути следования пакета;

многоуровневая аутентификация абонентов для обеспечения безопасности и динамичное управление новыми абонентскими устройствами.

Система МЕА MeSH использует технологию QDMA многократного доступа с квадратурным разделением сигнала. В системе имеется 4 радиоканала, из которых автоматически выбирается наиболее оптимальный канал. Смещенные каналы MEA MeSH относительно 802.11 позволяет ограничить возможные интерференции и повышают устойчивость к обычным интерференциям или преднамеренным помехам.

Как видно из схемы стандартные сети используют каналы с шагом 20МГц и эффективной полосой 5Мгц. В оборудовании МЕА MeSH программируется 4 канала с шириной полосы 20МГц. Для устойчивого функционирования системы производителем рекомендовано использование не менее 3 каналов. С учетом возможности программирования центральной частоты канала система позволяет сместить каналы таким образом, чтобы свести к минимуму возможные интерференции со стороны других широкополосных систем.

 

altСистема МЕА MeSH, используя данные о триангуляции, поступающие от сетевых устройств, позволяет определять местоположение объектов без использования системы GPS в относительных координатах и в географических координатах при наличии заданной абсолютной координаты инфраструктурных элементов сети.

 

Система МЕА MeSH предоставляет заказчику следующие выгоды:

 

Возможность создать интегрированную систему, позволяющую практически мгновенно получать данные для оперативного реагирования, управления и анализа;

Возможность получения данных для управления производственным процессом на уровне SCADA, MES, ERP, там, где необходим высокоскоростной обмен данными с мобильными объектами, что ранее нельзя было реализовать;

Получить ряд дополнительных уникальных функций, позволяющих сокращать потери, увеличивать производительность, повышать уровень безопасности технологических процессов;

Средние финансовые организационные затраты при необходимости расширения системы.

Таким образом, продукт предназначен для решения задач заказчика, связанных с достаточно быстрой передачей больших потоков данных, в тех случаях, когда задача не может быть решена с помощью стационарной сети передачи данных.

 

Пример реализованного проекта

 

Рассмотрим в качестве примера систему диспетчеризации горно-транспортного оборудования «Карьер», построенную с использованием технологии MESH нашим партнером компанией ВИСТ-Групп на Рудногорском руднике Коршуновского ГОКа в Иркутской обл.

 

Система состоит из следующих частей:

 

Оборудования мобильных объектов – контроллеры, датчики, средства передачи данных, устанавливаемые на самосвалы, экскаваторы, бульдозеры и другую технику.

Серверного оборудования и программного обеспечения.

Рабочих мест пользователей системы (диспетчеры, маркшейдеры, ремонтные и технические службы и т.п.).

Подсистемы передачи данных по радиоканалу.

Работа Системы включает весь цикл управления горным производством от планирования до управления и анализа работы.

Общая схема построения системы

Применение технологии Motorola MESH в качестве диспетчерской системы передачи данных решило как проблему оперативности доставки сообщений, так и позволяет практически без ограничений передавать данные диагностики работы машин и механизмов.

Опыт показал, что технология WI-FI не надежно работает в условиях подвижных сетей на горных работах. Сложность для данной технологии заключается в том, что часть объектов инфраструктуры отключается от питания, оборудование работает в условиях значительных радиопомех, возникающих при работе электрических машин. В этих условиях надежно работает только технология Motorola MESH, изначально рассчитанная для работы на поле боя.

Построение сети MESH на Коршуновском ГОКе

 

Схема построения сети

а схеме приведенной выше показано расположение объектов инфраструктуры. Типичное размещение роутера показано на рисунке:

На мобильных объектах оборудование установлено в штатных местах, предназначенных для установки радиостанций:

Результаты внедрения Motorola MESH

Состав оборудования:

Точка доступа – 1 шт. + 1 ЗИП

Роутер – 5 + 4 резерв на расширение площади покрытия.

Автомобильный модем – 23 + 2 ЗИП

Инфраструктура (Маршутизатор Cisco + ПО Mesh Manager).

Система передачи данных с большим запасом обеспечила функционирование задач диспетчеризации с учетом перспективы развития.

Заказчик получил возможность доступа в корпоративную вычислительную сеть в любой точке горных работ, что позволило коренным образом усовершенствовать механизм управления работами, строить различные информационные системы и системы безопасности.

Со времени установки системы в ноябре 2007 года не было ни единого сбоя работы системы. Фактически, никаких работ по дополнительной настройке проводить не требовалось.

Выводы:

Системы Motorola являются наиболее современными и перспективными решениями по передаче ШПД с мобильных объектов.

 

Изначально разработанная для министерства обороны США, а также благодаря успешному опыту эксплуатации в суровых условиях Сибири данное решение является надежным выбором для Заказчиков, которым требуется гарантированная передача ШПД с мобильных объектов.