Технология создания надежных высокоскоростных беспроводных сетей передачи данных бурно развивается в последние годы и представляет самостоятельный интерес.

Мы останавливаемся только на практических аспектах их применения. Внедрение беспроводных систем передачи данных может являться первым этапом модернизации систем управления, т.к. эти системы универсальны и совместимы с различными контроллерами и системами обработки сигналов.

Преимущества беспроводных сетей передачи данных хорошо известны:

• Быстрота развертывания и отсутствие затрат на поддержание сети:

  - нет необходимости в проведении земельных работ и в укладке электрического кабеля;

  - сохраняется дизайн интерьеров и ландшафт прилегающих к дому участков;

  - нет необходимости вторгаться на территорию собственника.

  Все это сокращает сроки и стоимость работ по установке систем автоматизации.

• Надежность сети, обусловленная высокой помехозащищенностью радиоканала и невозможностью механических повреждений в сети.
• Относительная дешевизна развертывания по сравнению с прокладкой кабелей в условиях действующего производства/функционирующего объекта.

Частотный диапазон радиосетей для каждой страны выбирается в соответствии с международными и национальными Регистрами по радиочастотам. В России для научных, промышленных и медицинских применений ГОСТом определен диапазон 2400-2500 МГц. Использование рекомендованного диапазона позволяет быстро получить разрешение на излучение в органах Госсвязьнадзора.

Область практического применения беспроводного оборудования передачи данных достаточно широка.

Компания «Тоника» идет по пути автоматизации мониторинга и учета потребляемых энергоресурсов по средством систем АРУЭ на основе программно-аппаратного комплекса собственного производства. Базой для создания устройств стал стандарт ZigBee.

Ответы на наиболее волнующие вопросы о технологии беспроводной передачи данных ZigBee.

• ЧТО ТАКОЕ ТЕХНОЛОГИЯ "ZigBee"?

ZigBee (произносится «ЗигБи») это новая технология построения беспроводных сетей передачи данных. Сеть ZigBee работает в безлицензионном диапазоне 2,4 ГГц и ориентирована на передачу небольших объемов информации от множества источников, в том числе и с батарейным питанием. Область применения сетей ZigBee простирается от домашней автоматизации (управление светом, бытовыми приборами, аудио-видео техникой) до построения систем мониторинга крупных промышленных объектов (например, контроль температуры и вибрации моторов, сбор показаний датчиков расхода электроэнергии, воды и газа, опрос противопожарных и охранных датчиков). Технология ZigBee основана на двух независимых решениях:

 1. Стандарт IEEE 802.15.4-2003 (PDF-файл; 4,82 МБ; 679 страниц) определяет физические параметры передатчика для построения сети передачи небольших объемов данных. Это диапазоны частот - 868 МГц, 915 МГц, 2,4 ГГц; число радиочастотных каналов 1-16; тип модуляции - QPSK и BPSK. Сюда также относится и, так называемый, протокол доступа к среде (MAC-уровень), который описывает структуру радиочастотной посылки и определяет число адресуемых устройств. Здесь также описываются механизмы проверки и подтверждения целостности принятых данных, процедуры оценки качества канала и алгоритм предотвращения коллизий (ограничение на одновременную работу нескольких передатчиков). На основании стандарта IEEE 802.15.4 выпускаются микросхемы приемопередатчиков, которые могут и успешно применяются в системах передачи данных, не имеющих никакого отношения к технологии ZigBee.

 2. Спецификация стека ZigBee (законы построения сети) определяет, какими свойствами должны обладать устройства, из которых строится сеть, каким образом пакет информации передается от одного узла сети к другому, как новое устройство подключается к сети и кто в сети является главным, а кто подчиненным. Спецификация стека ZigBee не является программой, это только свод правил, на основании которого необходимо разрабатывать программу для конкретного микроконтроллера. Для организации физической связи при построении сетей ZigBee используются микросхемы приемопередатчиков стандарта IEEE 802.15.4.

Таким образом, ZigBee является некоторой программной надстройкой, опирающейся на стандарт 802.15.4, который определяет диапазон частот и формат радиосигналов.




• КТО РАЗРАБОТАЛ ТЕХНОЛОГИЮ "ZigBee"?

Технология ZigBee разрабатывается группой независимых организаций с 2001 года.
ZigBee Альянс является некоммерческой структурой (консорциум) в которую входят более 150 организаций. Это крупные производители электронных компонентов, разработчики программного обеспечения и OEM-производители. Промоутерами Альянса являются такие крупные компании как Ember, Freescale, Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola, Philips, Samsung. Альянс разрабатывает спецификации протокола ZigBee для построения надежных и недорогих систем беспроводной передачи данных. Растущий интерес к ZigBee подтверждает следующий факт: если в декабре 2004 года на открытом форуме альянса (Open House) в Сеуле было 280 посетителей, то подобный форум в марте 2005 года посетило уже более 550 заинтересованных лиц. Спецификация ZigBee (PDF-файл; 378 страниц; 6,62 МБ; более 10 тысяч загрузок на 7.10.2005). Спецификация ZigBee (версия 1.0.) утверждена в декабре 2004 года. Сейчас продолжается работа по созданию профилей устройств, т.е. формальному описанию свойств конкретных элементов сети, выполняющих одинаковые функции, например, измерителей температуры. Использование профилей устройств позволяет обеспечить совместимость продукции разных производителей. На текущий момент разработан профиль для устройств домашней автоматизации и профиль мониторинга промышленных предприятий.




• ЗАЧЕМ НУЖНА ТЕХНОЛОГИЯ "ZigBee"?

ZigBee сегодня единственная технология беспроводной передачи данных, которую поддерживает большое количество компаний. Это тщательно продуманный стандарт, который создавался из учета реальных потребностей жизни. Для построения сети ZigBee не нужно прибегать к услугам высокооплачиваемых интеграторов, достаточно достать устройство из коробки и нажать пару кнопок. Преимущества стандартизации очевидны – множество поставщиков однотипных готовых устройств порождают конкуренцию, которая неизбежно ведет к снижению цен. По прогнозам аналитиков, объем рынка ZigBee составит порядка 100 миллионов работающих устройств к 2008 году.




• КАКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ У СЕТИ "ZigBee"?

Сеть ZigBee может строиться по принципу «точка-точка», «звезда» или «кластерное дерево». Кластерное дерево – это структура, напоминающая ствол дерева с ветками и листьями. В сети всегда присутствует одно главное устройство, которое называется координатор сети. Число оконечных устройств в сети может достигать десятков тысяч. Расстояние между двумя устройствами сети может быть в пределах 10…100 метров, при выходной мощности передатчика 1…100 мВт. Для построения сети ZigBee в диапазоне 2,4 ГГц предусмотрено 16 каналов шириной по 5 МГц. Стандарт предусматривает полудуплексный режим работы, т.е. прием и передача данных не происходят одновременно.

Сеть ZigBee позволяет передавать данные с предельной скоростью передачи информации по радиоканалу - 250 кБ/cек. Однако реальная скорость данных на порядок ниже, т.к., во-первых, время передачи заметно увеличивается при прохождении пакета через множество узлов сети, во-вторых, кроме полезной информации в радиопакете присутствуют также и служебные данные, в-третьих, высокие скорости реально и не требуются, т.к. объемы передаваемой информации невелики. Для предотвращения доступа к передаваемой в сети информации можно использовать 128-битное шифрование данных по протоколу AES.

Для полной реализации программного стека ZigBee требуется микроконтроллер с объе-мом памяти не менее 64 кБайт.




• НАСКОЛЬКО СИЛЬНО ВЛИЯЮТ ПОМЕХИ НА РАБОТУ ZigBee УСТРОЙСТВ?

Сеть ZigBee разработана с учетом работы в сложной помеховой обстановке. Для борьбы с помехами предусмотрены следующие механизмы: расширение спектра передаваемого сигнала, процедура предотвращения коллизий, измерение параметров канала передачи, контроль целостности данных, подтверждение приема и повторные отсылки пакетов. Для расширения спектра исходный двоичный сигнал преобразуется в псевдослучайную последовательность, в результате чего в эфир передается шумоподобный сигнал. Метод расширения спектра передаваемого сигнала (DSSS) позволяет эффективно бороться с узкополосными помехами. Перед тем как начать передачу устройство отслеживает – свободен ли канал, и, в случае занятости, делает паузу случайной величины, после чего вновь повторяет попытку. Такой механизм предотвращает одновременный выход в эфир двух и более передающих устройств. Если при передаче информации произошел сбой, то приемник может обнаружить этот факт с помощью проверки контрольной суммы переданного пакета (CRC). Если все же какой-то узел сети оказывается неработоспособным из-за помех или физической неисправности, информация может дойти до приемника через другие, соседние узлы.




• КАКОВА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ZigBee УСТРОЙСТВ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ?

Время работы элемента сети с батарейным питанием может достигать нескольких лет. Продолжительное время автономной работы достигается за счет того, что большую часть времени устройство проводит в «спящем режиме» (практически не потребляет энергии) и лишь изредка просыпается для передачи или приема информации. Например, ZigBee дат-чик температуры может «спать» несколько минут, затем передавать информацию в течение десятков миллисекунд и снова уходить в спящий режим. Таким образом, 99,9% времени потребление тока ZigBee устройством минимально (единицы микроампер). Батареи имеют свойство восстанавливать часть энергии в промежутках между работой. Алгоритм работы ZigBee устройств позволяет продлить «жизнь» батарей до максимально возможной величины.

Т. Красносельская, газета "Кузбасс" г. Кемерово, 04.04.2008
"Просто воруют!"

Причины внедрения беспроводного мониторинга и учета потребления энергоресурсов.

Контрольные проверки по выявлению случаев хищения электроэнергии - это часть работы по снижению потерь электроэнергии в сетях филиала ОАО «МРСК Сибири» «Кузбассэнерго - региональные электрические сети». С целью обнаружить недобросовестных потребителей электроэнергии специалисты ООО «Энергобаланс - Сибирь», ОАО «Кузбассэнергосбыт», представители Вишневской сельской администрации (Беловский район) и РОВД провели рейд в поселке Вишневка.

Начальник Инского района электрических сетей Анатолий Михайлович Коншин сетует: «Беда с этой Вишневкой. Особенно в районе коттеджей. Среднемесячный расход электроэнергии жителями 60 особняков, который зафиксирован счетчиком трансформа-торной подстанции, составляет 160 тыс. киловатт/час, а владельцы коттеджей оплачивают только 12 тыс. киловатт/час! По расчетам энергетиков выходит, что в среднем один коттедж потребляет около 3 тыс. киловатт/час, а оплаченные квитанции жильцов указывают совсем иное - всего около 200 киловатт, примерно такое количество электроэнергии расходуется в 2х-комнатной квартире. Концы с концами не сходятся!»

Энергетики начали анализировать: отчего они несут такие потери? Почему электроэнергия поставляется жильцам вишневских коттеджей регулярно, а оплачивают они лишь около 8 проц. общего объёма энергопотребления? Вывод один, и постыдный, особенно для людей, далеко не бедных: воруют! Впрочем, порядочность - категория нравственная и от уровня финансовой обеспеченности вовсе не зависящая. Давно замечено - самыми прилежными плательщиками являются пенсионеры.

Выявить недобросовестных потребителей поселка энергетики решили в ходе контрольной проверки, пригласив представителей местной исполнительной власти. И ведь Вишневка не единственный населенный пункт, где совесть потребителей электроэнергии нечиста.

«Дело даже не в том, чтобы кого-то поймать и наказать, а в том, чтобы люди все же осознали, что надо все-таки платить за электроэнергию», - рассуждает А. М. Коншин. - «Ведь не приходит же в голову людям взять в магазине булку хлеба, не заплатив за нее. А за электроэнергию, выходит, можно и не расплачиваться, и, пока тебя не поймали за руку, жить по пословице: «Не пойман - не вор!» К сожалению, ситуация складывается так, что попасть к конкретному абоненту в жилой дом сложно. Ну, не захотели хозяева впустить контролера - и все тут! Да и застать жильцов дома в рабочее время трудно.»

«Попасть проверяющим в дом к абоненту без его разрешения вообще-то можно, но только по решению суда. А решение суда возможно в том случае, если мы докажем, что абонент, попросту говоря, ворует электроэнергию. А чтобы доказать это, мы опять же должны попасть к нему в дом. Вот круг и замкнулся», - вступает в разговор начальник Центрального отделения «Энергобаланс - Сибирь» Сергей Евгеньевич Курилов. - «При контрольных проверках число случаев, когда удается попасть в жилье к абонентам, не превышает 25 процентов».

...Вишневка встретила участников рейда солнечной погодой и вдрызг расхлестанной подъездной дорогой. Зато добротные дома и особняки улиц Березовой и Мира являли этому миру картину явного благополучия их владельцев. Двух-, трехэтажные кирпичные постройки с аккуратными теплицами и готовящейся для посадок землей, мирно дремлющие на солнышке коты, не обращающие внимания на рвущихся из-за ограды волкодавов, вполне подтверждали это умозаключение.

Участникам рейда предстояло проверить 60 домов села Вишневка, но попасть они смогли лишь в 5 коттеджей. Так, в одном из домов по улице Берёзовой энергетики обнаружили, что здание явно обогревалось электричеством в обход счетчика. В результате хозяевам придется оплатить потребление более 44 тысяч неучтённых киловатт/часов и уменьшить свой семейный бюджет сразу на 43 тыс. 908 рублей! Обнаружились в ходе рейда и факты бездоговорного подключения к электрическим сетям. В этом случае нарушителям предлагалось заключить договоры с энергоснабжающей организацией.

По словам С. Е. Курилова, к сожалению, есть и коттеджи, где приборы учета вообще отсутствуют. Это бывает, когда дом построен, но не сдан в эксплуатацию. Хозяин подает в энергосбытовую организацию заявление, что в доме пока не проживает, и просит не предъявлять требования по учету электроэнергии. Заявление принимается, начисления приостанавливаются, но никто такого абонента от сети не отключает, и проконтролировать, потребляет он на деле электроэнергию или нет, фактически невозможно. К слову сказать, в областном центре горэлектросеть использует такую систему: если счетчик по учету электроэнергии неисправен, платить нужно но среднему показателю, установленному горэлектросетью, и до тех пор, пока не установят новый счетчик. Подобный прием пробуют использовать и в Вишневке. В среднем такому абоненту предъявляется расход в 1000 кВт/час ежемесячно. Но это возможно лишь в том случае, если коттедж отапливается углем, что уж совсем маловероятно!

Конечно, не откажешь нашему народу в изобретательности, особенно когда это касается способов пожить на дармовщинку и уйти от ответственности. Однако энергетики во время рейдов тоже используют различные приспособления, чтобы вывести расхитителей электроэнергии на чистую воду. Это современные приборы, позволяющие не входя в дом, измерить реальную нагрузку в сети - бесконтактный индикатор тока и измерительные клещи.

И все же наиболее эффективным методом контроля энергопотребления считается установка современных наружных приборов учета на фасадах домов или систем учета «ябеда», монтаж которых на месте отвода электропроводки от линии электропередачи к конкретному дому позволяет фиксировать реальную нагрузку в сети. Так, не тревожа абонентов, энергетики смогут в любое время проверить реальное потребление электроэнергии. В 2008 г. Кузбассэнерго - РЭС по программе создания автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии и мощности розничного рынка планирует направить на установку счетчиков и автоматизации системы более 40 млн.рублей.

Необходимость проверок, подобных рейду в Вишневке, очевидна. Ведь уменьшение выручки от реализации услуг по передаче электроэнергии снижает налогооблагаемую базу и уменьшает доходы бюджетов всех уровней. Уповать на то, что у далеко не бедствующих похитителей электроэнергии ни с того ни с сего проснется совесть, энергетикам не приходится. Поэтому руководство Кузбассэнерго - РЭС решило сформировать 30 спецбригад, для работы в которых приглашаются и представители исполнительной власти. Они будут систематически проводить контрольные проверки потребителей в выходные дни и по вечерам в будни по всей зоне обслуживания компании.

ООО «Тоника» предлагает минимизацию затрат на мониторинг электроэнергии по средством системы АРУЭ на основе программно-аппаратного комплекса собственного производства.

*для отдельных проектов степень защиты может быть увеличена до IP 68

Высокая квалификация и профессионализм, самоотдача и изобретательность инженерно-технического персонала и рабочих - вот что обеспечивает наши сегодняшние прочные позиции на российском рынке.