Работая в компании «RTL-Service», в последнее время мне не раз приходилось участвовать в обследовании шахт, причем как угольных, так и металлических, в которых ранее кем-то из наших партнеров была внедрена система локального позиционирования и голосовой связи RealTrac и она работала неправильно или нестабильно. И каждый раз оказывалось, что причиной такой работы системы являются не недостатки оборудования или программного обеспечения разработанного нашей компанией решения, а ошибки и просчеты при создании инфраструктуры для системы RealTrac. Под инфраструктурой я прежде всего понимаю 3 основных компонента:

1. Размещение стационарного оборудования (точек доступа) внутри шахты.
2. Обеспечения электропитания точек доступа.
3. Обеспечение сетевой инфраструктуры.

Особенно остро вопросы обеспечения правильной инфраструктуры встают, если наша система используется в шахте в основном как система голосовой связи, поскольку объем передаваемого трафика внутри системы в этом случае гораздо больший, чем при использовании только функционала локального позиционирования.

В этой статье я постараюсь сформулировать алгоритм подготовки инфраструктуры шахты для развертывания нашей системы, который возможно использовать не только для систем локального позиционирования, но и для других беспроводных решений.
И начать необходимо с правильной расстановки стационарного оборудования внутри шахты. Система локального позиционирования в шахтах одномерна, поскольку туннели, штреки, стволы, ходы и другие части шахт с точки зрения плана-схемы шахты, отображаемой на экране компьютера представляют собой одномерные объекты. Соответственно, все точки доступа, обеспечивающие покрытие радиосети системы локального позиционирования и голосовой связи, монтируются внутри шахты в виде цепочек. Эти цепочки состоят из двух типов точек доступа:

• Точки доступа – шлюзы (далее, ШТД). Они взаимодействуют с мобильными устройствами системы (метками позиционирования, цифровыми рациями и т.д.) и другими точками доступа по радиоканалу, а с сервером RealTrac через проводной интерфейс Ethernet.
• Точки доступа – ретрансляторы (далее, РТД). Они взаимодействуют с мобильными устройствами и другими точками доступа по радиоканалу, не имеют проводных подключений. Данные на сервер RealTrac от таких точек доступа передаются через ШТД.

При проектировании расстановки точек доступа следует руководствоваться следующими принципами:

1. Проектирование надо начинать с узловых точек, расположенных на перекрестках и в начале тоннеля (см. рисунок 1 – узловая точка обозначена красным цветом);
   
   
   Рисунок 1 Пример расстановки точек доступа внутри шахты
   
2. Максимальное количество соседей узловой точки на X-образном перекрестке — не более 4 устройств, при этом показания RSSI (показатель уровня принимаемого сигнала) до ближайших соседей должны быть около 75 dBm. Следует учитывать, что уменьшение данного параметра на 6 dBm влечет за собой ухудшение зоны покрытия в два раза.
3. Важно, чтобы следующие за соседними точками устройства находились вне зоны слышимости узловой точки (см. рисунок 1 — точки отмечены серым цветом).
4. Максимальная цепочка устройств не должна превышать 10 устройств (не более 9 РТД на 1 ШТД). Цепочка Chain1 на рис.2 удовлетворяет требованиям максимального количества устройств.
5. Следует избегать цепочек вида (1 x ШТД) + (10 x РТД) + (1 x ШТД) + (10 x РТД) + (1 x ШТД), поскольку на ШТД, находящейся в середине цепочки, приходится вся нагрузка из 20 x РТД. Цепочка Chain2 не удовлетворяет требованиям максимального количества устройств, поскольку центральная ШТД, отмеченная красным, испытывает нагрузку от 20 РТД (10 слева и 10 справа). Цепочка Chain3 отличается от Chain2 тем, что имеет радионепроницаемую перегородку. Цепочка удовлетворяет требованиям максимального количества устройств, поскольку на первую слева ШТД приходится 10 РТД, a следующая РТД не взаимодействует с устройствами левой части. Таким образом, цепочка Chain3 — это две цепочки (левая и правая) не имеющие взаимодействия по радиоканалу друг с другом.

Рисунок 2 Примеры цепочек РТД

Ввиду всего вышеперечисленного, незаменимым инструментом при планировании расстановки точек доступа внутри шахты является Анализатор системы локального позиционирования и голосовой связи RealTrac. Это носимое устройство, разработанное нашей компанией специально для измерения по радиоканалу различных параметров системы, в т.ч. таких как RSSI, расстояние до всех находящихся в зоне слышимости Анализатора устройств и многие другие.
С помощью Анализатора при расстановке точек доступа в шахте необходимо будет производить измерения RSSI в местах их установки и следить, чтобы значения этого измерения до соседних устройств были в -70, -75 dBm, но при этом расстояние до ближайших соседей не должно превышать 200 м (расстояние до соседей также можно измерить с помощью Анализатора). Также рекомендуется внимательно следить за количеством регистрируемых Анализатором соседних РТД – их не должно быть более 4 (при нахождении непосредственно в месте установки устройства).

После того, как расстановка точек доступа была спланирована, следует озаботиться вопросом обеспечения их электропитания.
На платах DC-DC в точках доступа используется стабилизатор PSR-7805LF производства компании PEAK ELECTRONICS, для работы которого требуется напряжение не ниже 6.5В, также на плате установлены элементы искробезопасной цепи (последовательно включенные 3 диода и предохранитель), на которых существует падение напряжения около 1В. Таким образом, для стабильной работы устройств требуется, чтобы напряжение питания устройства не опускалось ниже 8В. Среднее потребление одного устройства составляет порядка 0.5Вт, но ввиду того, что потребление тока имеет импульсный характер, возможны кратковременные просадки напряжения. Поскольку обычно в шахте от одного шахтного источника питания (ШИП) одним кабелем питается сразу целая цепочка из устройств, то мы рекомендуем, чтобы значение напряжения на входе крайней ТД в цепочке, запитанной одним кабелем, было не ниже 10-10,5 В. Этого можно достигнуть следующими способами:

• Увеличение входного напряжения питания для цепочки (допустимый предел с точки зрения работоспособности устройств — 24В);
• Увеличение сечения кабеля питания;
• Уменьшение количества точек доступа на одном кабеле питания.

Еще один немаловажный вопрос обеспечения инфраструктуры для системы локального позиционирования и голосовой связи RealTrac, особенно при активном использовании функционала голосовой связи – обеспечение сетевой инфраструктуры. Под сетевой инфраструктурой понимаются каналы передачи данных между ШТД и сервером RealTrac. Все ТД для подключения проводных каналов связи имеют один (в некоторых модификациях два) порта 10/100BaseTX. Для стабильной и безотказной работы системы необходимо соблюдение следующих простых правил:

1. Обеспечить пропускную способность канала связи на участках «ШТД — Сервер RealTrac» не менее 1 Мбит/с на каждую ШТД;
2. Исключить задержки канала связи на участках «ШТД — Сервер RealTrac» более 40 мс;
3. Минимизировать количество РТД в цепочках вида «(один) ШТД — (много) РТД», согласно рекомендациям, данным выше.
4. По возможности минимизировать или исключить использование сетевой инфраструктуры, выделенной для системы RealTrac другими автоматизированными системами.

Уверен, если правильно подготовить инфраструктуру к внедрению системы локального позиционирования и голосовой связи RealTrac с учетом рекомендаций, изложенных в этой статье, то после ее внедрения проблем со стабильностью и правильностью работы нашей системы не будет. Опыт показывает, что из 10 сдаваемых нашими пользователями в службу технической поддержки инцидентов 7-8 связано именно с недостатками инфраструктуры.

Автор: Чумаков Олег