Systemy komunikacji bezprzewodowej. Rozwiązania w pojazdach, taborze kolejowym i transporcie

Systemy komunikacji bezprzewodowej. Rozwiązania w pojazdach, taborze kolejowym i transporcie
Pobierz PDF Download icon
Możliwości stosowania technologii bezprzewodowych w przemyśle są bardzo szerokie, co sprawia, że na rynku funkcjonuje bardzo duża liczba standardów komunikacji bezprzewodowej. Różnice pomiędzy nimi polegają głównie na częstotliwości pracy, parametrach i odległości transmisji, przepustowości, a także kosztach wdrożenia. Spośród wszystkich technologii bezprzewodowych największe możliwości dla sieci lokalnych przynosi standard IEEE802.11, czyli popularne Wi-Fi.
96 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2010 Wybór konstruktora Dodatkowe informacje: Elmark Automatyka Sp. z  o.o. 05-075 Warszawa-Wesoła, ul. Niemcewicza 76, tel.: 22-773-79-37, www.elmark.com.pl, e-mail: elmark@elmark.com.pl Standard 802.11g teoretycznie pozwala na transfer z prędkością do 54 Mbps na odległość do 150 metrów w otwartej przestrzeni i do około 40 metrów w pomieszczeniach. W odróżnieniu od urządzeń do zastosowań konsumenckich, sprzęt przemysłowy musi cechować się pewnymi dodatkowymi właściwościami i technologiami, które zosta- ną przybliżone poniżej. Redundancja połączeń Jednym z najpoważniejszych problemów w sieciach bezprze- wodowych jest ich podatność na zaburzenia elektromagnetyczne. Systemy komunikacji bezprzewodowej Możliwości stosowania technologii bezprzewodowych w  przemyśle są bardzo szerokie, co sprawia, że na rynku funkcjonuje bardzo duża liczba standardów komunikacji bezprzewodowej. Różnice pomiędzy nimi polegają głównie na częstotliwości pracy, parametrach i  odległości transmisji, przepustowości, a  także kosztach wdrożenia. Spośród wszystkich technologii bezprzewodowych największe możliwości dla sieci lokalnych przynosi standard IEEE802.11, czyli popularne Wi-Fi. Powodują one skrócenie zasięgu pracy poszczególnych urządzeń, a  czasami mogą wręcz uniemożliwiać normalną pracę. W  zasto- sowaniach przemysłowych, gdzie niezawodność ma kluczowe znaczenie, najlepszym rozwiązaniem jest redundancja połączenia bezprzewodowego uzyskana poprzez pracę urządzeń jednocześnie na dwóch częstotliwościach. Wymusza to zastosowanie w jednym urządzeniu dwóch modułów radiowych, pracujących w pasmach 2,4  GHz oraz 5  GHz. Dzięki temu w  przypadku wystąpienia za- kłóceń na jednej częstotliwości nastąpi natychmiastowe przełącze- nie trybu pracy na częstotliwość alternatywną. Urządzenia z taką funkcją oferuje firma Moxa, a mechanizm ten nazywa się DualRF i zaimplementowano go w serii punktów dostępowych AWK-6222 oraz AWK-5222 (rys. 1). Mechanizm DualRF można wykorzystywać nie tylko do połączeń redundantnych typu klient?punkt dostępu. Ciekawą koncepcją do zrealizowania za pomocą punktów dostępowych Moxa jest topologia bezprzewodowego mostu. W tym przypadku konieczne jest ustawie- nie jednego modułu radiowego w  urządzeniu w  trybie master AP, a drugiego w slave AP (rys. 2). Rys. 1. Zasada działania trybu DualRF Rozwiązania w pojazdach, taborze kolejowym i transporcie 97ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2010 Systemy komunikacji bezprzewodowej w pojazdach, taborze kolejowym i transporcie R E K L A M A Ten tryb pracy został zaprojektowany jako rozszerzenie stan- dardowego modelu WDS (Wireless Distribution System) i eliminuje jego największą wadę, jaką jest spadek prędkości transmisji wraz ze wzrostem liczby access pointów. Przepustowość dla standar- dowego trybu WDS wyraża się wzorem 25  Mbps/(n?1), gdzie n to liczba urządzeń. Dzięki zastosowaniu urządzeń z podwójnym modułem radiowym można pozbyć się tej niedogodności i dyspo- nować przepustowością na poziomie 25 Mbps. Na potrzeby sieci zbudowanych w  oparciu o  rezerwowe kanały transmisyjne po- wstał specjalny protokół STP (Spaning Tree Protocol). Jest to proto- kół tworzący w sieci graf bez pętli (drzewo) i ustalający zapasowe łącza, które w  trakcie normalnej pracy pozostają zablokowane. W czasie prawidłowego działania wykorzystywana jest tylko jedna ścieżka, po której może odbywać się komunikacja. W przypadku awarii głównej ścieżki następuje przełączenie na ścieżkę redun- dantną. Protokół STP został zaprojektowany, by zapobiegać awarii po- łączenia w  przypadku uszkodzenia pojedynczej ścieżki komuni- kacji oraz tworzeniu się tzw. pętli w tak zaprojektowanych syste- mach. Zwiększa to znacznie niezawodność całej sieci. STP jest częścią standardu IEEE 802.1D (wprowadzonego w 1998 roku), jego udoskonalona wersja ? RSTP ? została wprowa- dzona wraz z IEEE 802.1D: 2001. Podstawowa różnica polega na czasie rekonfiguracji: STP potrzebuje nawet kilkadziesiąt sekund na rekonfigurację, protokół RSTP jest znacznie szybszy. Szybki roaming Dla pojazdów będących w  ruchu bardzo ważna jest możliwość szybkiego roamingu. Ma to szczególne znaczenie dla szybkiego ru- chu kolejowego czy innych pojazdów poruszających się ze znacznymi prędkościami, gdzie duże znaczenie ma utrzymanie stałej łączności pomiędzy pojazdem a  kolejnymi punktami dostępowymi. Problem można częściowo rozwiązać poprzez zastosowanie specjalnych an- ten (kierunkowych) oraz wydłużenie odległości pomiędzy kolejnymi punktami dostępowymi, co spowoduje, że przełączanie będzie nastę- powało rzadziej. Rys. 3. Sposób działania Turbo Roamingu Rys. 2. Idea działania mostu bezprzewodowego Firma Moxa opracowała dodatkowo specjalną technologię umoż- liwiającą bardzo szybkie przełączanie ? Turbo Roaming. Dzięki tej 98 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2010 Wybór konstruktora funkcji czas przełączania pomiędzy kolejnymi access pointami dla urządzeń z serii AWK wynosi poniżej 100 ms (rys. 3). Bezpieczeństwo transmisji Kolejnym aspektem komunikacji bezprzewodowej w  przemyśle jest kwestia bezpieczeństwa transmisji. Podstawowymi metodami za- bezpieczania połączenia jest filtracja adresów MAC (autoryzacja na podstawie adresu MAC) urządzeń bezprzewodowych czy ukrywanie identyfikatora SSID sieci bezprzewodowej. Jednak metody te są obec- nie wysoce nieskuteczne i nie stanowią już problemu dla nieproszo- nych gości. Wśród metod szyfrowania obsługiwanych przez współ- czesne urządzenia komunikacji bezprzewodowej można wymienić WEP (oparte na algorytmie szyfrującym RC4), WPA (Wired Equivalent Privacy, zgodny ze standardem IEEE 802.11, opracowany jako udo- skonalenie WEP) oraz WPA2 (standard zaprojektowany całkowicie od nowa, wykorzystuje szyfrowanie AES ? wymagające znacznie więk- szych mocy obliczeniowych niż stosowane w WPA ? TKIP). Urządze- nia komunikacji bezprzewodowej firmy Moxa obsługują wszystkie wspomniane technologie, dodatkowo mając możliwość uwierzytel- niania i autoryzacji poprzez serwer RADIUS. Budowa urządzeń, zasilanie Ostatnią kwestią pozostaje mocna, solidna obudowa oraz możli- wość nieprzerwanej pracy w niekorzystnych warunkach środowisko- wych urządzeń przeznaczonych np. do działania w systemach komu- nikacyjnych transportu kolejowego. Bardzo ważna jest również zgod- ność z branżowymi normami i standardami, takimi jak np. EN50155 (zastosowania kolejowe), EN50121-1/4 (urządzenia telekomunikacyj- ne i sygnalizacyjne stosowane w kolejnictwie), ATEX Class 1, Zone 2 i innymi. Urządzenia muszą być odporne na drgania i wstrząsy, niskie oraz podwyższone temperatury, pył, kurz oraz wilgoć. Bardzo dobrze sprawują się tutaj łącza typu M12, zapewniając największe bezpie- czeństwo podłączenia przewodów do urządzeń. Przydatną funkcją dla urządzeń montowanych w taborze jest również możliwość zasi- lania sprzętu kablem interfejsu danych. Technologia ta nazywa się Power over Ethernet. Eliminuje ona konieczność stosowania osobnych przewodów zasilających. Access Point AWK-6222 firmy Moxa ma obudowę o  stopniu ochrony IP68, więc może być wystawiony na działanie warunków atmosferycznych. Zakres temperatury pracy wersji oznaczonej sym- bolem ?T? wynosi ?40...+75°C. Wszystkie urządzenia serii AWK mają redundantne zasilanie (12...48 VDC) oraz dodatkowo mogą być zasila- ne z użyciem technologii Power over Ethernet. Podsumowanie Sądząc po dotychczasowym rozwoju sytuacji, wszystko wskazuje na to, że standard bezprzewodowego Ethernetu pozostanie najatrak- cyjniejszą możliwością teraz i w przyszłości dla bardzo wielu zasto- sowań w przemyśle, transporcie, kolejnictwie i innych gałęziach. Bar- dzo istotną kwestią, oprócz niezawodności i możliwości prostej konfi- guracji, pozostaje możliwość bezproblemowej rozbudowy w przyszło- ści systemu opartego o ten standard. E.L. R E K L A M A
Artykuł ukazał się w
Czerwiec 2010
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik styczeń 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio styczeń 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje styczeń 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna styczeń 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich styczeń 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów