Bezdrôtové komunikačné systémy ABB Tropos

Koncept mriežkových sietí

Pôvodný koncept mriežkovej siete bol vyvinutý pre vojenské aplikácie a na komunikáciu medzi pohybujúcimi sa bojovými vozidlami. Dnešné moderné siete typu mesh umožňujú prenos dátových paketov medzi voľne stojacimi rádiovými uzlami až po dosiahnutie komunikačnej brány, ktorá prepojí mriežkovú sieť na hlavnú „chrbtovú“ sieť, ktorá môže byť rádiová alebo káblová – optická (Obr. 1).

Mriežková sieť slúži na prepojenie rôznych druhov zariadení a umožňuje WiFi klientom aj mobilný prístup na intranet, resp. internet. Typický príklad použitia bezdrôtovej mriežkovej siete v energetike je na obr. 2.

ABB Tropos ponúka výkonnú širokopásmovú infraštruktúru na zhotovenie vonkajšej aj vnútornej bezdrôtovej IP siete s distribuovanou inteligenciou. Na trhu sú k dispozícii rádiové smerovače na rôzne spôsoby použitia (obr. 3 a 4).

Základom architektúry bezdrôtovej mriežkovej siete TROPOS je patentovaný algoritmus (PWRPTM – Predictive Wireless Routing Protocol), ktorý umožňuje prediktívne dynamické smerovanie v sieti na základe vnútorného merania priechodnosti paketov. Organizuje a konfiguruje spojenie tak, aby sa dosiahol maximálny výkon a dostupnosť služby. Výsledkom je architektúra s redundanciou, schopná dynamicky reagovať na zmeny prostredia v reálnom čase. Eliminuje zlyhanie jednotlivých bodov. Ďalšou prednosťou smerovačov TROPOS je rýchle prepínanie Rx/Tx s oneskorením menej ako 10 ms. 

Základné charakteristiky:

• bezdrôtová sieť 4G s kapacitou až 54 Mbit/s,
• pracovné pásmo 2,4 GHZ a/alebo súčasná prevádzka v duálnom pásme 2,4/5 GHz,
• modulácia 802,11g/n – OFDM (64-QAM, 16-QAM, QPSK, BPSK), 802,11b – DSSS (DBPSK, DQPSK, CCK),
• vysielací výkon ETSI/EU 5 – 20 dBm (EIRP) nastaviteľný po 1 dB, FCC/IC 20 – 35 dBm (EIRP) nastaviteľný po 1 dB, 
• smerové antény 1 – Tx, 3 – Rx, omnidirekcionálne so ziskom 6 dB,
• sieťové IP prostredie v súlade so štandardom 802,11n, 802,11b/g, 802,11a,
• podpora viacnásobných VLAN, VPN, WiFi,
• každý smerovač môže byť konfigurovaný ako brána,
• prepínacia rýchlosť – oneskorenie <10 ms,
• viacúrovňová bezpečnosť – niektoré vlastnosti:
• súlad s NERC CIP 002 – 009 (ISO 27001),
• autentifikácia WPA2 kódovaním, MAC, 
• firewall, filtrovanie paketov podľa IP, TCP/UDP portov, protokolov, certifikovaný podľa štandardov FIPS 140-2,
• konfigurácia a manažovanie siete chránené SSL,
• konštrukcia vonkajších smerovačov je vhodná aj do extrémnych pracovných podmienok, teplota okolia od –40 °C do 55 °C, intenzita vetra (165 mph) <300 Newtons, krytie IP69,
• napájanie (11 – 55 VDC), 100 – 277 VAC, spotreba typicky 10 W.

Frekvenčná politika

Licencované aj nelicencované frekvencie a ich kombinácia majú svoje miesto pri budovaní komunikačných sietí. Licencované frekvencie sú vhodné pre chrbticové siete IP, voľné nelicencované frekvenčné pásma ako doplnkové pokrytie mriežkovej architektúry na prepojenie väčšieho počtu zariadení. Licencované pásmo sa vyznačuje vyššou spoľahlivosťou. Použitie a harmonizáciu frekvencií riadi Telekomunikačný úrad SR.

Použitie tzv. nelicencovaných frekvencií pri prevádzkovaní nešpecifikovaných vysielacích rádiových zariadení s krátkym dosahom SRD je definované v zmysle Všeobecného povolenia VPR – 32/2012 takto: Frekvenčné pásma 2,400 – 2,4835 GHz a 5,725 – 5,875 GHz s obmedzeným vysielacím výkonom EIRP 10 mW/25 mW ako voľné frekvencie sú určené na prenos dátových, hovorových a iných signálov.

Oblasti použitia

Niektoré oblasti použitia bezdrôtových sietí sú už spomenuté v článku. Radiálne, resp. mriežkové rádiové siete nachádzajú použitie v komunálnej oblasti, ako sú mestské, letiskové siete s viacnásobným využitím, napr. verejná WiFi s prístupom na internet, prenos video signálu, na dohľad nad verejnou bezpečnosťou, lokálne informačné kanály a pod.

V priemyselnej oblasti nachádzajú bezdrôtové komunikačné siete s viacnásobným využitím uplatnenie najmä v oblasti monitorovania a riadenia výroby a spotreby elektriny v rámci inteligentných sietí (smart grids), distribučných sietí (elektrina, plyn, voda, ropa), odpočtov meračov energií AMR/AMI, komunikácie s mobilnými pracovnými čatami. Často sa nasadzujú aj ako mobilné siete dopravcov, pri ťažbe nerastov, v prístavoch a pod. Vonkajšie a vnútorné siete v areáloch priemyselných podnikov aj ako kombinácia s existujúcimi pevnými komunikačnými sieťami slúžia na prepojenie rôznych zariadení v rámci areálu.

Príklad rozdelenia komunikačnej siete s viacnásobným využitím a prioritným riadením toku dát – telemetrické dáta, hlasové služby, bezpečnostné kamery, video, mobilné čaty, WiFi prístup – je na obr. 5.

Vlastné bezdrôtové siete versus prenajaté alebo pevné siete

Všeobecne náklady na zriadenie bezdrôtových sietí sú menšie oproti zriadeniu pevných sietí. Prevádzkové náklady vlastnej bezdrôtovej siete oproti sieti prenajatej od mobilných operátorov s mesačným poplatkom za každého klienta sú niekoľkonásobne menšie. Vlastné siete svojimi technickými parametrami podporujú prenos priemyselných komunikačných protokolov, napr. IEC101/104, DNP3, Modbus TCP...), čo je pri prenajatých sieťach problematické. Vlastná mriežková sieť je flexibilná čo do počtu klientov a konfigurovateľná z hľadiska výkonu a priepustnosti a umožňuje viacnásobné využitie. Rozširovanie pokrytia oblasti je flexibilné, pôvodné zariadenia mriežkovej siete zostávajú bez zmeny, pridávajú sa nové uzly.

Referencie

Bezdrôtové siete ABB Tropos inštaluje naša spoločnosť už viac ako deväť rokov. Má viac ako 1 000 spokojných zákazníkov v 50 krajinách. Celkovo je nainštalovaných viac ako 70 000 smerovačov. Medzi posledné významné aplikácie patrí mestská bezdrôtová sieť v Benátkach s cca 200 nainštalovanými smerovačmi. Do prevádzky bola uvedená v októbri minulého roku a uspokojuje potreby 40-tisíc obyvateľov a 20 miliónov turistov ročne.

Výnimočnou je aj bezdrôtová sieť pozdĺž železničnej trate (260 km), ktorá zabezpečuje technologickú aj multimediálnu komunikáciu medzi riadiacim centrom, 89 železničnými stanicami a vlakovými súpravami v Brazílii (trať č. 11). Do prevádzky bola uvedená v apríli minulého roku.

Podrobnejšie informácie o bezdrôtových technológiách ABB Tropos možno získať na www.abb.com/tropos.