Analysis of methods of organization data networks for building modern mfsb in coal

Технологические вопросы безопасности горных работ
75
научно-технический журнал № 3-2016
ВЕСТНИК
нюю связь и передавать данные с «носимых» 
устройств на гора 
[7]
. 
На рисунке 2 показаны области действия 
оборудования ведущих производителей, обе-
спечивающего беспроводную связь в шахтах, в 
координатах: дальность (расстояние между уз-
лами сети) и скорость передачи.
Численная оценка производительности 
беспроводных сетей в случае «идеальной» 
топологии на примере функции «геопозици-
онирование».
На рисунке 2 заметна большая разница в 
производительности оборудования. Может быть, 
производители высокоскоростных беспровод-
ных сегментов сетей неоправданно завышают 
скорость и можно обойтись менее производи-
тельными системами? 
Для ответа на этот вопрос нужно оценить 
объем необходимых минимальных данных, 
которые надо передать по локальной сети из 
подземной части на гора для обеспечения ка-
кой-либо одной функции МФСБ. Оценим объ-
ем передаваемых данных по сети для функции 
МФСБ «геопозиционирование» на примере обо-
рудования лидера сетей класса WPAN - компа-
нии Nanotron 
[8]
. В этой сети, схема показана на 
рисунке 3, устройства определяют расстояния 
между мобильной меткой и узлом сети путем 
обмена короткими пакетами (радиосигналами) 
и последующим измерением времени распро-
странения этих пакетов (метод ToF — Time of 
Flight), скорость которых равна скорости света. 
Не принимая во внимание время на опреде-
ление расстояния и время на внутреннюю об-
работку результатов измерений, получим, что 
для обеспечения «геопозиционирования», или 
определения координат местонахождения мет-
ки с частотой 1 с-1, сеть должна обеспечивать 
минимальную передачу информации к серверу в 
размере 128 байт (1 пакет) на каждое устройство 
(метку) 
[8]
или 1 Кбит/с (128 байт х 8 бит/байт 
= 1024 бит). При этих расчетах топология пере-
дающей сети (способ соединения узлов связи и 
реальное расположение) не учитываются и ко-
ординаты полученные узлами сети передаются 
к серверу с максимальной скоростью проводной 
магистрали (оранжевые стрелки) . Координаты 
передаются по беспроводному каналу (красные 
молнии) с максимальной скоростью передачи 
данных для этой сети: 1 Мбит/с - для двоичной 
системы и 2 Мбит/сек - для системы с четырьмя 
уровнями передачи. По результатам испытания 
пропускной способности сети, построенной на 
модулях Nanotron в 
[9]
, с учетом конкуренции 
устройств за среду передачи, были получе-
ны реальные скорости передачи данных в 530 
кбит/с и 840 кбит/с - для двоичной и четверич-
ной логики, соответственно. Для окончательной 
оценки следует уменьшить скорость передачи 
на 20 %, что является обычным допущением по 
ресурсному резервированию, и учесть потери на 
технологическое построение маршрутов в раз-
мере 10 – 15 %. Окончательно можно сделать 
вывод, что максимальное число каналов для по-
зиционирования в этой системе - от 300 до 500.
Но производитель системы RealTrack на 
модулях Nanotron 
[8]
указывает, что возможно 
подключение 25 000 устройств. Как это можно 
сделать? Нужно уменьшить частоту определе-
ния координат и делать это не один раз в одну 
секунду, а гораздо реже, допустим, один раз в 
минуту. Тогда получится 30 000 устройств (500 
Рисунок 3 – Схема “идеальной” системы геопозиционирования для оценки её пропускной способно-
сти

76
Технологические вопросы безопасности горных работ
научно-технический журнал № 3-2016
ВЕСТНИК
каналов х 60 мин
-1
). Однако, при этом постра-
дает точность определения координат объекта. 
Например, если за 1 с объект при скорости 3,6 
км/ч сдвинется на 1 метр, то за 1 мин он уйдет 
на 60 метров. Для того, чтобы этого не происхо-
дило, производители такой системы применяют 
различные методы экстраполяции координат, то 
есть в промежутке между реальными измере-
ниями координат проводятся промежуточные 
вычисления координат или математическими 
методами, или при помощи локальных алгорит-
мов 
[10]
. Это хорошо согласуется с архитекту-
рой WPAN-устройств, основное преимущество 
которых – низкое потребление энергии. Дело в 
том, что при интенсивном определении коорди-
нат (1 с
-1
) много энергии тратится на излучение 
и устройства теряют это преимущество. По-
этому по рекомендациям разработчиков WPAN-
устройств период опроса узлов сети следует 
устанавливать во многие десятки секунд.
Все приведенные рассуждения относятся 
и к системе «WiPAN» производства компании 
Davis Derby, построенной на аналогичной тех-
нологии. Единственное отличие от технологий 
RealTrack состоит в том, что при заявленной 
скорости передачи данных в 256 Кбит/с макси-
мальное число устройств в системе позициони-
рования составит 100 шт. Компания заявляет о 
500 устройствах
[11]
, отсюда получаем период 
опроса – 10 с. 

Download 0,69 Mb.