AQUANET | Budowa Radiowej Sieci Telemetrycznej w paśmie UHF

W czerwcu 2015 roku zakończyliśmy pierwszy etap budowy sieci radiowej na potrzeby zdalnego monitorungu i sterowania AKPiA pomiędzy Centralną Dyspozytornią w Szlachęcinie, a Stacją Uzdatniania Wody w Długiej Goślinie. Projekt radiowy obejmuje łącznie 4 lokalizacje, z czego kolejne zostaną włączone na etapie modernizacji infrastruktury pozostałych obiektów technicznych.

Topologia sieci

Celem przedsięwzięcia jest zapewnienie bezawaryjnych łączy do transmisji danych pomiędzy Stacjami Uzdatniania Wody (SUW), a dyspozytornią w Oczyszczalni Ścieków w Szlachęcinie, która jest podłączona do Centralnego Systemu Zarządzania, gdzie w zlokalizowanej o 21km Centralnej Dyspozytorni odbywa się zdalne zarządzanie wszystkimi obiektami technologicznymi.

Infrastruktura radiowa

Analiza przypadku

Dla pracowników Centrum Zarządzania Siecią kluczowe znaczenie ma łączność z obiektami spółki, a szczególnie transmisja danych. Nierzadko obiekty technologiczne znajdują się w odległościach 20-30km od miasta, często lokalizowane w obszarach nisko położonych lub gęsto zalesionych. W przypadku oczyszczalni ścieków to zależność wynikająca z bliskości rzeki. W wielu takich lokalizacjach jedynym dostępnym medium jest transmisja danych GPRS.

Problem jaki się pojawia, to brak zagęszczenia infrastruktury operatorów GSM na obszarach mało zurbanizowanych. Normą jest, że małe miejscowości obsługiwane są przez jedną stację bazową, dodatkowo współdzieloną przez kilku operatorów, która stoi gdzieś przy drodze, a jej głównym celem jest zapewnienie łączności wzdłuż tras dla poruszających się pojazdów. Takie stacje BTS nie mają dużej pojemności, co odbija się negatywnie na dostępności oferowanych usług, zwłaszcza z powodu rosnącej popularności smartfonów. Z drugiej strony siedziba firmy mieści się w centrum miasta, w którym odbywa się wiele imprez masowych. To wystarczy, aby łącza sieci GSM (GPRS, EDGE, UMTS) ulegały sukcesywnym przeciążeniom.

W następstwie powyższych czynników pojawiają się przerwy w łączności z obiektami poza miastem, czasem na chwilę, a czasem kilka godzin. Wówczas poza lokalną automatyką nad odległymi obiektami nie ma żadnej kontroli. Na wypadek takich sytuacji firma wypracowała metody działania. W zależności od priorytetu obiektu, w przypadku zaniku łączności na miejsce wyrusza ekipa techniczna, aby sprawdzić co się dzieje. Lista możliwych zdarzeń jest długa, począwszy od uszkodzenia modemu czy karty SIM, poprzez brak zasilania, awarię pomp, braku paliwa w generatorze czy uszkodzenia dozownika chloru, a skończywszy na włamaniu i dewastacji. Nie ulega zatem wątpliwości, że obiekty tego typu nie mogą pracować bez nadzoru.

Tutaj dochodzimy do kwestii wartości informacji, jako czynnika wpływającego na opłacalność inwestycji. Każda przerwa łączności to wyjazd ekipy technicznej, bez względu na porę  dnia. Koszty takich wyjazdów, jak i koszty oderwania pracowników od innych  zaplanowanych prac,  są już policzalne przez księgowość. Koszty te jednak nie są aż tak istotne, jak zarządzanie zasobami ludzkimi,  które przy obecnym poziomie automatyzacji obiektów, bez sprawnego systemu transmisji danych jest praktycznie niewykonalne .

Między innymi z tego powodu Aquanet zdecydował się na budowę własnej sieci do transmisji danych, na którą składają się radiolinie mikrofalowe, łącza światłowodowe oraz radiomodemy. Ponadto spółka ma własny system łączności radiowej w paśmie VHF.

Parametry sieci radiowej

Oddana do użytku sieć radiowa, a raczej jej podstawa była sporym wyzwaniem technicznym oraz logistycznym. Wszystkie lokalizacje znajdują się w „dołkach” i za wzniesieniami. Żaden link radiowy nie ma widoczności optycznej (LOS). Są to najgorsze lokalizacje „radiowe” w historii spółki. Poniżej profil terenu pomiędzy stacją bazową (lewa strona wykresu), a stacjami zdalnymi (prawa strona wykresu).

Link SZLA-KAM
Rys. Profil Szlachęcin - Kamińsko
Link SZLA-BOD
Rys. Profil Szlachęcin - Boduszewo
Link SZLA-GOS
Rys. Profil Szlachęcin - Długa Goślina

Podsumowanie

  • Łączna długość linków radiowych: 22km (9 +6 +7 km),
  • RSS linków radiowych: od -76 do -82dBm,
  • Szerokość kanału: 12.5kHz
  • Moc RF: 2W (33dBm)
  • Modulacje robocze  (prędkość transmisji): 16DEQAM (41.67kbps), D8PSK (31.25kbps), π/4-DQPSK (20.83kbps), 
  • Czas odpowiedzi sieci ping: od 122 do 209ms (średni, zależnie od modulacji),
  • Widoczność anten: NLOS
  • FEC: wyłączony (1.0)
  • Dostępność sieci radiowej : 100% (projektowa)
  • Margines wygaszania (dB): 24 - 29dB (wg. Multipath fading method - Rec. ITU-R P.530-7/ 8)

Przepustowość łączy radiowych

Radiomodemy RipEX umożliwiają pracę adaptacyjną. Każde radio może pracować z inną prędkością transmisji danych (modulacją) w zależności od poziomu sygnału (warunków propagacyjnych). Zaletą takiej możliwości jest to, że „najsłabsza” radiowo lokalizacja nie wymusza na innych urządzeniach takich samych parametrów połączenia (np. 10kbps w sytuacji, gdzie pozostałe urządzenia mogą pracować z pełną prędkością 41, 83 lub 166kbps). W tej konfiguracji główne radio pracuje z modulacją 16DEQAM / 12.5kHz, która pozwala na transmisję danych z prędkością 41kbps. Pozostałe stacje są dostosowane z uwzględnieniem wymaganego marginesu wygaszania sygnału.

RipEX - Modulacja adaptacyjna

Rozwiązania techniczne

Do budowy sieci zostały wykorzystane radio-routery RACOM RipEX, które współpracują z lekkimi antenami firmy CompleTech, zasilanymi poprzez kable współosiowe Ecoflex® firmy SSB Electronic. Do budowy mostu radiowego WiFi zostały wykorzystanie urządzenia APN-210N-EU-T, antena CA2400M (maszt) oraz PANEL 8 firmy Interline (wewnątrz budynku). Instalacja antenowa została zabezpieczona piorunochronem z włókna szklanego LR2000 oraz zabezpieczeniem SPD opartym na transformatorze ćwierćfalowym - LP400.

Jesteśmy pierwszą firmą, która uzyskała zadowalające wyniki podczas testów łączności i tym samym jedyną, która podjęła się wykonania łączności radiowej w paśmie UHF 450MHz do transmisji danych w powyższych lokalizacjach.

Publikacja została zaaprobowana przez Centralny System Zarządzania firmy Aquanet S.A.

Wróć