ЖУРНАЛ СТА 1/2009

электромагнитных помех значи тельно сильнее, чем проводные. ● Надёжность связи: при несвоевре менной смене батарей питания, изменении расположения узлов сети или появлении объектов, вно сящих затухание, отражение, пре ломление или рассеяние радио волн, связь может исчезнуть. ● Ограниченная дальность связи без использования ретрансляторов (обычно не более 100 м внутри по мещений). ● Резкое падение пропускной спо собности сети при увеличении ко личества одновременно работаю щих станций и коэффициента ис пользования канала. ● Безопасность: возможность утечки информации, незащищённость от искусственно создаваемых помех, возможность незаметного управ ления технологическим процессом враждебными лицами. Уникальным достоинством бес проводных сетей является отсутст вие кабелей, что и определяет выбор областей их применения в системах промышленной автоматизации. Рассмотрим физические причи ны возникновения перечисленных проблем и методы борьбы с ними. Основными причинами являются интерференция, дифракция, пре ломление, отражение, рассеяние (переизлучение) и снижение плотно сти мощности излучения при увели чении расстояния от источника, а также невозможность локализации радиоволн в ограниченном про странстве. Зависимость плотности мощности излучения от расстояния Известно, что плотность мощно сти радиоволны уменьшается по ме ре удаления от антенны вследствие расхождения пучка, рассеяния и по глощения волн препятствиями на пути их распространения. Плотность мощности P(d) волны на расстоянии d от источника приближённо описы вается следующей зависимостью [7]: (1) где d 0 — некоторая константа, опре деляемая экспериментально; пара метр γ = 2...6 [7] зависит от конструк ции антенны, диапазона частот, на личия препятствий на пути распро странения электромагнитной волны. 0 ( ) ( ) , t P d P d d γ ≈ В условиях промышленного пред приятия γ = 2…3 [7]. По указанным причинам каждый участник беспроводной сети имеет ограниченную зону уверенного приёма, которая представляется приближённо в форме сферы. Это приводит к необходимости планиро вания расположения беспроводных станций таким образом, чтобы зоны уверенного приёма непосредственно связывающихся станций перекрыва лись. Если станции расположены на расстоянии неуверенного приёма, то небольшие изменения окружающей обстановки могут привести к потере сообщений или снижению скорости передачи. Ограниченность радиуса действия передатчиков привела к возникнове нию ячеистых сетей [8], в которых информация передаётся не через об щий канал связи как в проводных се тях, а от узла к узлу, используя про межуточные узлы сети в качестве ретрансляторов и маршрутизаторов. При выходе из строя или удалении из сети некоторых узлов сеть автома тически находит новый маршрут, чтобы доставить данные адресату. Добавление к сети нового устройства также может происходить автомати чески, то есть ячеистые сети облада ют свойством самоорганизации. Влияние интерференции волн Электромагнитная волна передаю щей станции на пути следования ис пытывает интерференцию, дифрак цию, отражение, преломление и рас сеяние. Поэтому в точке приёма вол на является суперпозицией множест ва волн, имеющих разные фазы и направления волнового вектора. На ложение волн приводит к интерфе ренции, которая может быть конст руктивной (когда сигнал в точке приёма усиливается) или деструктив ной (когда сигнал ослабляется — эф фект «замирания»). Деструктивная интерференция приводит к несколь ким отрицательным следствиям. Во первых, сигнал в точке приёма может оказаться ниже порога чувствитель ности приёмника, что приведёт к по тере связи. Во вторых, при движу щемся источнике или приёмнике в точке приёма возможны многократ ные смены сильного и слабого сигна ла, что может привести к потере не скольких битов информации или уменьшению скорости передачи за счёт повторных передач кадров с ошибкой. В третьих, если разность времени задержки волн, прошедших разными путями, превысит длитель ность символа, соседние символы в сообщении могут накладываться друг на друга, вызывая эффект межсим вольной интерференции. Источники помех Существуют также другие причи ны искажений передаваемого сигна ла: паразитное взаимовлияние со седних каналов, эффект Допплера, помехи от работающих двигателей, разряды статического электричества и др. Это может привести к потере пакета, повторной передаче и, как следствие, непредвиденной задерж ке в канале. Интенсивность потока ошибок зависит от мощности источ ников помех, типа модуляции и мощности передатчика, от частотно го диапазона, других причин и обыч но изменяется с течением времени. Измерения, выполненные в работе [7], показали, что чипсет, соответст вующий стандарту IEEE 803.11b, в индустриальном окружении даёт по ток кратковременных ошибок, ха рактеризующийся вероятностью 10 –4 ...10 –2 при скорости передачи 2 Мбит/с и использовании квадра турной фазовой модуляции QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Кро ме того, в процессе измерений эпи зодически возникали периоды про должительностью до 1 мин, когда по тери данных доходили до 10 и даже 80%. Аналогичные результаты на блюдались и в других экспериментах. Следствием помех в канале может быть не только потеря данных или замедление скорости передачи, но и проблема пространственной непро тиворечивости. Она заключается в следующем. Когда система исполь зует широковещательный режим пе редачи без уведомления о получе нии, предполагается, что все при ёмники должны получить одни и те же данные одновременно. Однако вследствие ошибок в канале некото рые потребители могут получить ошибочные данные. Такая ошибка особенно нежелательна, если широ ковещательный режим используется для обеспечения синхронной работы нескольких контроллеров в одном и том же технологическом процессе, поскольку она приведёт к рассин хронизации процесса. 91 СТА 1/2009 www.cta.ru В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА © СТА-ПРЕСС