gototopgototop

Анализ пригодности сетей с ячеистой топологией для систем управления освещением

Чумаченко Илья Геннадьевич – магистрант Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М. И. Платова.

Пятницын Сергей Евгеньевич – магистрант Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М. И. Платова.

Аннотация: В статье рассмотрена возможность применения сетей с ячеистой топологией в системах управления освещением. С этой целью была изучена техническая документация стандартов IEEE 802.3 и IEEE 802.15.4. Выявлена возможность использования технологий ZigBee и Thread для подобных систем. Произведен поиск результатов тестирования возможностей беспроводных ячеистых сетей на основе технологий ZigBee и Thread. Построена модель проводной ячеистой сети передачи данных в средстве моделирования Cisco Packet Tracer. Рассмотрена возможность использования таких ЛВС в системах управления освещением. Выявлена невозможность технического применения, связанная с высокой экономической нерентабельностью. Рассмотрены технические возможности, достоинства и недостатки ячеистых сетей.

Ключевые слова: Mesh – сеть, ячеистая топология, системы освещения.

Безотказная работа систем мониторинга и управления играет важную роль в современных АСУ. Главной задачей сети передачи данных в таких системах является постоянная передача показаний датчиков от устройства, осуществляющего локальный контроль над освещенностью на пульт управления. В роли которого может выступать, как аналоговое устройство, так и программный комплекс.

В случае отказа одного из устройств локального управления или линии передачи данных исправная работа всей остальной системы не должна нарушаться. С этой целью в 2003 году была разработана технология ZigBee [1]. Она определяет протоколы связи между устройствами связи и позволяет различным устройствам и системам передавать информацию через единую сеть передачи. Это является как достоинством, так и существенным недостатком в данной технологии. С одной стороны, к такой сети практически невозможно подключиться из вне, с другой если объект управления находится на значительном удалении проще использовать глобальную сеть передачи данных Ethernet, подключить устройство с модулем связи ZigBee к которой представляется делом осуществимым, но достаточно трудоемким и сложным.

С целью решить этот недостаток в 2015 году была разработана технология Thread [2]. Она, как и ZigBee построена на стандарте IEEE 802.15 [3], однако в ней реализована поддержка IP – технологии (6LoWPAN), что качественно влияет на область применения и масштабируемость такой сети. Однако применение Thread более актуально в области больших АСУТП, так как возможности таких систем не ограничиваются только локальной сетью, что в свою очередь позволяет применить проект в рамках нескольких комплексов зданий, находящихся на большом удалении. Например, в газоперекачивающем цехе, который расположен на удалении в несколько километров от офиса газоперекачивающей станции.

Но для систем построенных на основе технологии Thread, необходимо реализовывать более защищенные от внешнего воздействия программные продукты, так как имеется возможность выхода устройств локального управления в глобальную сеть.

Вопрос дальности ячеистых сетей наглядно продемонстрировал в своей статье Nordic Semiconductor [4], где на одинаковых отладочных платах nRF52840-DK, протестировал представленные сети в трех режимах работы.

Таблица 1. Дальность связи в ячеистых сетях.

Выходная мощность (дБм)

Протокол

ZigBee

Thread

0

196

209

+4

231

270

+8

280

328

Источник: статья Nordic Semiconductor.

Исходя из представленных данных можно сделать вывод, что беспроводные ячеистые сети можно применять, как в системах управления освещением, так и в глобальных АСУТП, где такие системы являются лишь частью большого программно-аппаратного комплекса.

Но не стоит забывать и о проводных сетях. В которых так же имеется возможность реализации ячеистой топологии. Такие сети строятся по стандарту IEEE 802.3 [5] и имеют возможность интеграции в глобальную сеть. Однако в отличии от беспроводных их установка является затратной, так как к каждому устройству необходимо протянуть кабель, к тому же устройство должно иметь собственный концентратор или несколько портов ввода – вывода, которые в свою очередь соединены с отдельным концентратором, к которому в свою очередь подключаются другие устройства локального управления. Пример реализации такой сети с помощью системы моделирования Cisco Packet Tracer [6] представлен на рисунке 1.

Как видно из рисунка 1 для проводной ячеистой сети потребуется большое количество вспомогательного оборудования, что в конечном итоге приведет к экономической нецелесообразности применения данного решения.

1

Рисунок 1. Проводная mesh – сеть.

Источник: Автор

Выводы:

  1. Применение проводной ЛВС с ячеистой топологией сложно по своей практической реализации и экономически не целесообразно;
  2. Применение решений на основе технологии ZigBee возможно, но сложно в реализации если для системы требуется выход в глобальную сеть передачи данных;
  3. Сложность применения ZigBee c другими сетевыми решениями;
  4. Thread – универсальное решение с наилучшими показаниями дальности связи и возможностью выхода в глобальную сеть. Однако применение данной технологии более выгодно в условиях крупных АСУ.

Список литературы

  1. Официальный сайт ZigBee [электронный ресурс] URL: https://zigbeealliance.org (дата последнего обращения: 10.05.2020).
  2. Официальный сайт Tread [электронный ресурс] URL: https://www.threadgroup.org (дата последнего обращения: 12.05.2020).
  3. Стандарт IEEE 802.15.4 [электронный ресурс] URL: https://standards.ieee.org/standard/802_15_4-2020.html (дата последнего обращения: 12.05.2020).
  4. Статья Nordic Semiconductor [электронный ресурс] URL: https://devzone.nordicsemi.com/nordic/nordic-blog/b/blog/posts/nrf52840-dk-range-testing-with-ble-zigbee-and-thread-protocols-at-0-4-and-8dbm-transmit-power-settings (дата последнего обращения: 12.05.2020).
  5. Стандарт IEEE 802.15.4 [электронный ресурс] URL: https://standards.ieee.org/standard/802_3-2018.html (дата последнего обращения: 12.05.2020).
  6. Официальное руководство Cisco по подготовке к сертификационным экзаменам CCNA ICND2 200-101. Маршрутизация и коммутация / У. Одом , - Москва 2015г , - с 553.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail