по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > О журнале > Требования к статьям > Редакция и редакционный совет > Порядок рецензирования статей > Политика издания > Ретракция статей > Этические принципы > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Публикация за 72 часа: что это? > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат
Журналы индексируются
Реквизиты журнала

Публикация за 72 часа - теперь это реальность!
При необходимости издательство предоставляет авторам услугу сверхсрочной полноценной публикации. Уже через 72 часа статья появляется в числе опубликованных на сайте издательства с DOI и номерами страниц.
По первому требованию предоставляем все подтверждающие публикацию документы!
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Кибернетика и программирование
Правильная ссылка на статью:

К вопросу о технологии беспроводной передачи данных для построения линии связи теледиагностического комплекса
Юрьева Радда Алексеевна

кандидат технических наук

аспирант, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

197701, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49, каб. 231

Iureva Radda Alekseevna

PhD in Technical Science

graduate student, Department of Safety of Information Technology, St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics

197701, Russia, g. Saint Petersburg, Kronverkskii prospekt,, 49, kab. 231

raddayurieva@gmail.com
Другие публикации этого автора
 

 
Тимко Андрей Сергеевич

студент, кафедра СиТТБ, Университет ИТМО

197101, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Кронверкский Проспект, 49

Timko Andrei Sergeevich

student, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics

197101, Russia, Saint Petersburg, str. Kronverkski Prospect, 49

timko.andrew@gmail.com
Другие публикации этого автора
 

 
Ведерников Кирилл Александрович

магистр, Университет ИТМО

197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49

Vedernikov Kirill Alexandrovich

Master's degree student of the Department of Technogenic Security Systems and Technologies at ITMO University

197101, Russia, Saint Petersburg, str. Kronverksky Prospect, 49

vedernikov@diakont.com
Другие публикации этого автора
 

 
Мальцева Надежда Константиновна

кандидат технических наук

доцент, Университет ИТМО

197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49

Maltseva Nadezhda Konstantinovna

PhD in Technical Science

associate professor of the Department of Technogenic Security Systems and Technologies at ITMO University (Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics)

197101, Russia, St. Petersburg, str. Kronverkski Prospect, 49

nkmaltseva@hotmail.com
Другие публикации этого автора
 

 

Аннотация.

В статье приводится исследование существующих и развивающихся технологий беспроводной передачи данных для построения линии связи теледиагностического комплекса, на примере киберфизической системы производства АО «Диаконт». Представлены достоинства и недостатки, проведена оценка эффективности внедрения технологии. Актуальность исследования заключается в анализе перспектив и недостатков применения беспроводной связи, что даст возможность увеличить скорость передачи данных и увеличить дальности проведения диагностики от места загрузки за счет уменьшения веса соединительного кабеля. Методы анализа: теоретический анализ существующих разработок в области внедрения беспроводной связи в киберфизические теледиагностические системы, используемые для контроля состояния трубопроводов Модификация робота под беспроводную передачу данных основывается на закреплении мостов и антенн на ВСД (взрывобезопасное средство доставки) и на срез трубы (место загрузки). Модификация ВСД заключается в корректировке конструкции, схемотехники и программного обеспечения. Необходима разработка новой крышки БПС (блока преобразования сигналов) с высокочастотными разъемами и новой крышки-антенны на БД (блок драйверов).Теоретически существуют технологии, позволяющие перейти на беспроводную передачу данных внутри комплекса для проведения внутритрубной диагностики. Основным вопросом на сегодняшний день остается вопрос электромагнитной совместимости и помехоустойчивости. Для этого необходима закупка оборудования под каждый стандарт в отдельности и проведение испытаний на электромагнитную совместимость, пропускную способность, радиус действия и др.

Ключевые слова: беспроводная передача данных, киберфизическая система, теледиагностический комплекс, Wi-Fi, 5G, роботизированная система, внутритрубная диагностика, неразрушающий контроль, динамическая передача данных, передача данных

DOI:

10.25136/2306-4196.2017.5.24057

Дата направления в редакцию:

24-09-2017


Дата рецензирования:

04-09-2017


Дата публикации:

30-10-2017


Abstract.

The authors of the present article examine current and developing technologies of wireless data transmission used to construct telediagnostic system lines based on the example of a cyberphysical production system of Diakont. The authors describe advantages and disadvantages and evaluates efficiency of technology implementation. The rationale of the research is caused by the fact that the authors provide an analysis of prospects and challenges of implementing wireless lines which will allow to increase the speed of data transmission and diagnostic procedure remoteness from the feed end at the account of reducing the weight of a connecting cord. The analysis methods used by the authors include: theoretical analysis of current findings in the sphere of wireless connections used in cyberphysical telediagnostic systems, in particular, those that are used to control the state of pipelines. Modification of the robot for wireless data transmission is based on fixing bridges and antennas on an explosion-proof delivery system and pipe face (feed end). Modification of the eplosion-proof delivery system implies adjustment of the installation, circuit design and software. The authors emphasize the need to develop a new type of a signal conditioner lid with high-frequency connectors as well as a new antenna lid on the drivers block. Theoretically speaking, there are technologies allowing to convert to wireless data transmission inside an installation in order to perform the pipeline inspection. The main question today still remains the one about electromagnetic compatibility and noise immunity. For this purpose it is necessary to purchase equipment that would satisfy each standard in particular and to arrange tests for electromagnetic compatibility, carrying capacity, action radius, etc. 

Keywords:

nondestructive testing, pipeline inspection, robotic system, 5G, Wi-Fi, telediagnostic system, cyberphysical system, wireless data transfer, dynamic error-free transmission, data transfer

Введение

АО «Диаконт» более двадцати лет разрабатывает уникальные инновационные решения для повышения безопасности и эффективности в наукоемких отраслях. Одним из направлений деятельности является разработка киберфизических систем для внутритрубной диагностики. В отличие от традиционных методов обследования, внутритрубная диагностика не требует вскрытия подземной части трубопровода и демонтажа конструкций. На данный момент актуальной представляется задача модификации существующей системы с целью облегчения конструкции, а именно отказ от проводной передачи данных и установка на робота аккумуляторных батарей. В ходе данного исследования рассмотрена возможность модернизации киберфизической системы в направлении беспроводной передачи данных.

Комплекс для проведения внутритрубной диагностики состоит из взрывобезопасного средства доставки (ВСД), сменных диагностических модулей и системы управления. Связь между киберфизической системой и системой управления осуществляется по кабелю, что позволяет получать информацию в интерактивном режиме о расположении ВСД внутри трубопровода, включая определение линейной координаты, крена, дифферента, информацию с узла ротации по угловой координате расположения диагностического модуля, а также обеспечивать передачу данных и команд управления, передачу питающих напряжений и в случае нештатных ситуаций провести аварийное извлечение. Актуальность исследования заключается в анализе перспектив и недостатков применения беспроводной связи, что даст возможность увеличить скорость передачи данных и увеличить дальности проведения диагностики от места загрузки за счет уменьшения веса соединительного кабеля [5-9].

Целью данного исследования является проведение аналитического обзора существующих технических решений осуществления беспроводной передачи данных.

Линия связи должна обеспечивать возможность дистанционного управления оборудованием передающей части (теледиагностического комплекса) ТДК на расстоянии не менее 400 м, гарантировать отсутствие искажений сигналов, стабильность электрических параметров и защищенность цепей от взаимных и внутренних помех.

Рисунок 1– Модель киберфизической системы контроля трубопровода АО «Диаконт»

Научная новизна исследования заключается в предложенной модели функционирования киберфизической системы, позволяющей использовать беспроводную передачу данных.

Пропускная способность линии связи должна обеспечивать передачу данных и команд управления в интерактивном режиме без потерь, качественно ухудшающих результаты контроля.

ТДК и его составные части должны обладать следующими видами устойчивости к воздействию помех согласно ГОСТ Р 51317.4.1 [1]:

- Устойчивостью к наносекундным импульсным помехам по ГОСТ Р 51317.4.4.

Должна быть обеспечена работоспособность в электромагнитной обстановке, удовлетворяющей 1 степени жесткости испытаний.

- Устойчивостью к микросекундным импульсным помехам большой энергии по ГОСТ Р 51317.4.5

Должна быть обеспечена работоспособность в 3 классе условий эксплуатации, удовлетворяющей 2 степени жесткости испытаний по схеме «провод-провод» и 3 степени жесткости испытаний по схеме «провод-земля».

- Устойчивостью к воздействию провалов, кратковременных прерываний и изменения напряжения электропитания по ГОСТ Р 30804.4.11.

Должна быть обеспечена работоспособность в электромагнитной обстановке 1 класса и защита от помех с помощью систем бесперебойного питания (СБП).

- Устойчивостью к электростатическим разрядам по ГОСТ Р 30804.4.2.

Должна быть обеспечена работоспособность, удовлетворяющая 1 степени жёсткости испытаний методом контактного электростатического разряда.

- Устойчивостью к радиочастотному электромагнитному полю по ГОСТ Р 30804.4.3.

Должна быть обеспечена работоспособность в обстановке, характеризующейся высоким уровнем электромагнитных излучений и удовлетворяющей 3 степени жёсткости испытаний, относящихся к защите от излучений источников общего применения, цифровых радиотелефонов и других радиочастотных излучающих устройств.

- Устойчивостью к кондуктивным помехам, наведённым радиочастотными электромагнитными полями по ГОСТ Р 51317.4.6 [3].

Должна быть обеспечена работоспособность в обстановке, характеризующейся высоким уровнем электромагнитных излучений и удовлетворяющей 3 степени жёсткости испытаний, относящихся к помехоустойчивости при воздействии кондуктивных помех, наводимых излучениями радиопередающих устройств.

В настоящее время информация передается по технологии доступа VDSL2, используя существующие медные провода кабеля соединительного К-С-ВСД. Не смотря на то, что VDSL2 является новейшим стандартом xDSL широкополосных проводных коммуникаций, скорость передачи информации не позволяет в полной степени эксплуатировать существующее оборудование и проводить модернизацию.

Пути решения этой проблемы заключаются в переходе на другую среду распространения сигнала - оптический кабель или же в переходе на беспроводную технологию передачи данных.

Рисунок 2 – Структурная схема киберфизической системы, модифицированная модулем для передачи данных

Условия эксплуатации телеуправляемого диагностического комплекса могут оказаться критичными для использования оптического волокна в составе кабеля соединительного К-С-ВСД, так как во время выполнения работ кабель испытывает продольные и поперечные нагрузки.

В связи с этим, целесообразно перейти на беспроводную технологию передачи данных, при этом передачу питающих напряжений оставив в кабеле соединительном, отказавшись от бортового аккумуляторного питания и не усложняя аварийное извлечение из трубопровода.

В результате анализа технологий, возможных для решения поставленной задачи, была составлена сводная таблица, содержащая характеристики трех наиболее подходящих стандартов.

Таблица 1 – Стандарты, удовлетворяющие требованиям поставленной задачи

Технология

Стандарт

Использование

Пропускная способность

Радиус действия

Частоты

WiMax

802.16d

WMAN

до 75 Мбит/с

25-80 км

1,5-11 ГГц

Wi-Fi

802.11n

WLAN

до 300 Мбит/с (в перспективе до 600 Мбит/с)

до 300 метров

2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц

Wi-Fi

802.11aс

WLAN

до 1 Гбит/с

до 300 метров

5 ГГц

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приёмником.

WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом [8-9].

Заключение

Основным отличием Wi-Fi от WiMAX является радиус действия.

По стандарту 802.11n устройства могут использовать диапазоны 2,4 или 5 ГГц, что повышает надёжность связи, уменьшая влияние радиочастотных помех.

Стандарт 802.11ac обеспечивает передачу данных без задержек и на высокой скорости.

Модификация робота под беспроводную передачу данных основывается на закреплении мостов и антенн на ВСД (взрывобезопасное средство доставки) и на срез трубы (место загрузки). Можно выделить дальнейшие этапы модернизации системы:

- корректировка схемотехники,

- разработка программного обеспечения,

- разработка новой крышки БПС (блока преобразования сигналов) с высокочастотными разъемами и новой крышки-антенны на БД (блок драйверов).

Теоретически существуют технологии, позволяющие перейти на беспроводную передачу данных внутри комплекса для проведения внутритрубной диагностики. Основным вопросом на сегодняшний день остается вопрос электромагнитной совместимости и помехоустойчивости. Для этого необходима закупка оборудования под каждый стандарт в отдельности и проведение испытаний на электромагнитную совместимость, пропускную способность, радиус действия и др. Помимо рассмотренных технологий, интересной представляется технология 5G, которая на данный момент находится в стадии разработки. Сеть 5G обещает высокую стабильность и скорость соединения, однако ее придется еще подождать.

Библиография
1.
ГОСТ Р 51317.4.1-2000 (МЭК 61000-4-1-2000) Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний
2.
ГОСТ Р 51317.4.6-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными электромагнитными полями. Требования и методы испытаний
3.
ГОСТ 30804.4.3-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний
4.
ГОСТ 30804.4.11-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний
5.
Mikhail Gerasimenko, Dmitri Moltchanov, Sergey Andreev, Yevgeni Koucheryavy, Nageen Himayat, Shu-ping Yeh, Shilpa Talwar:Adaptive Resource Management Strategy in Practical Multi-Radio Heterogeneous Networks. IEEE Access 5, pp. 219-235, 2017
6.
В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. «Системы и сети радиодоступа», М.,:ЭкоТрендз, 2005.
7.
Sergey Andreev, Jiri Hosek, Thomas Olsson, Kerstin Johnsson, Alexander Pyattaev, Aleksandr Ometov, Ekaterina Olshannikova, Mikhail Gerasimenko, Pavel Masek, Yevgeni Koucheryavy, Tommi Mikkonen. A unifying perspective on proximity-based cellular-assisted mobile social networking. IEEE Communications Magazine 54(4), pp. 108-116, 2016
8.
Cai, N., Yeung, R.W. Network coding and error correction, Proceedings of IEEE Information Theory Workshop, pp. 119–122, 2002
9.
Anastasiia Voropaeva, Alexander Pyattaev, Mikhail Gerasimenko, Sergey D. Andreev, Yevgeni Koucheryavy. On feasibility of coding-based 3GPP LTE coverage enhancements for MTC. ICC Workshops 2015, pp.1201-1206, 2015
References (transliterated)
1.
GOST R 51317.4.1-2000 (MEK 61000-4-1-2000) Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Ispytaniya na pomekhoustoichivost'. Vidy ispytanii
2.
GOST R 51317.4.6-99 Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Ustoichivost' k konduktivnym pomekham, navedennym radiochastotnymi elektromagnitnymi polyami. Trebovaniya i metody ispytanii
3.
GOST 30804.4.3-2013 Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Ustoichivost' k radiochastotnomu elektromagnitnomu polyu. Trebovaniya i metody ispytanii
4.
GOST 30804.4.11-2013 Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Ustoichivost' k provalam, kratkovremennym preryvaniyam i izmeneniyam napryazheniya elektropitaniya. Trebovaniya i metody ispytanii
5.
Mikhail Gerasimenko, Dmitri Moltchanov, Sergey Andreev, Yevgeni Koucheryavy, Nageen Himayat, Shu-ping Yeh, Shilpa Talwar:Adaptive Resource Management Strategy in Practical Multi-Radio Heterogeneous Networks. IEEE Access 5, pp. 219-235, 2017
6.
V.A. Grigor'ev, O.I. Lagutenko, Yu.A. Raspaev. «Sistemy i seti radiodostupa», M.,:EkoTrendz, 2005.
7.
Sergey Andreev, Jiri Hosek, Thomas Olsson, Kerstin Johnsson, Alexander Pyattaev, Aleksandr Ometov, Ekaterina Olshannikova, Mikhail Gerasimenko, Pavel Masek, Yevgeni Koucheryavy, Tommi Mikkonen. A unifying perspective on proximity-based cellular-assisted mobile social networking. IEEE Communications Magazine 54(4), pp. 108-116, 2016
8.
Cai, N., Yeung, R.W. Network coding and error correction, Proceedings of IEEE Information Theory Workshop, pp. 119–122, 2002
9.
Anastasiia Voropaeva, Alexander Pyattaev, Mikhail Gerasimenko, Sergey D. Andreev, Yevgeni Koucheryavy. On feasibility of coding-based 3GPP LTE coverage enhancements for MTC. ICC Workshops 2015, pp.1201-1206, 2015
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.
Сайт исторического журнала "History Illustrated"