Автоматизация зданий без проводов

Автоматизация зданий без проводов

Использование одной беспроводной технологии в качестве основы для нескольких систем сокращает общий срок строительства и ввода здания в эксплуатацию, а также инжиниринг и текущие расходы в течение всего срока службы здания.

Почему в зданиях используются беспроводные решения?

Потому что они предлагают владельцам зданий немало преимуществ: служба эксплуатации и обслуживающий персонал могут отслеживать процессы в здании, где бы они ни находились. Если в здании ведется реконструкция или при новом строительстве, беспроводные технологии могут сэкономить расходы по прокладке кабелей и улучшить производительность нескольких систем, использующих одно беспроводное решение. При тщательном планировании беспроводная система может быть использована для управления освещением и климатизацией (HVAC), в то же время проводить мониторинг системы пожарной безопасности и охраны здания. Будущие возможные изменения в здании, например, передвижные стен или перепланировка, могут быть значительно упрощены.

Сетевая совместимость

Традиционно сложилось так, что различные сети в здании (проводные или беспроводные) были разобщены: каждая из них работает с определенным оборудованием. Например, одна сеть предназначена для автоматизации и управления зданием (LON или BACnet), другая для основных IT-целей, а еще другая для передачи голосовых сообщений через IP (VoIP). Использование единой сети для всех этих целей значительно бы снизило расходы по их созданию и обслуживанию. Беспроводная сеть, обладающая достаточной пропускной способностью и качеством сервиса (QoS – Quality of Service) для всех приложений, сделает это возможным.

Большинство современных сетевых топологий и протоколов используют TCP/IP. В беспроводной сети TCP/IP многие приложения, например, VoIP, видео и BACnet/IP, могут работать и поддерживаться, используя одну и туже сетевую инфраструктуру. Протоколы BACnet/MSTP и LonWorks могут быть трансформированы в IP-пакеты данных и передаваться по одной и той же беспроводной сети. Создав широкополосную беспроводную сеть, обеспечивается возможность для нескольких систем работать одновременно. Для приложений с требованиями получения данных в реальном режиме времени QoS схема гарантирует выполнение поставленных задач.

Увеличение пропускной способности

Обычно контроллеры для автоматизации зданий оперируют со скоростями от десятков до сотен кбит/с. Основные протоколы для автоматизации зданий имеют следующие скорости передачи данных: 10 Мбит/с для Ethernet, 156 Кбит/с для ARCNET, до 76.8 Кбит/с для MS/TP и 78 Кбит/с – 1.25 Мбит/с для LonWorks. Таким образом, когда несколько сетей соединяются вместе, то требования к пропускной способности системы в целом возрастают в несколько раз.

Рассмотрим беспроводные решения

Кабельные системы автоматизации зданий использовались на протяжении многих лет и доказали свою надежность. Беспроводные решения только недавно пришли в эту область и утвердились на рынке благодаря повышенной надежности и снижению расходов. Сегодня существует много ситуаций, где применение беспроводных технологий оправданно и даже предпочтительней: труднодоступные для прокладки проводов места в здании, или где прокладка проводов влечет за собой повышенные расходы, связь между собой нескольких зданий, необходимость в мобильности. В конечном итоге рассматривается экономическая оправданность применения того или иного решения, при удовлетворении им по всем техническим параметрам.

Проведение осмотров зданий

Осмотр здания проводится для оценки зоны покрытия и мощности сети, определения необходимого количества маршрутизаторов, места расположения антенн и их направленность для обеспечения сигнала хорошего качества во всех необходимых направлениях здания. Также осмотр здания решает такие вопросы, как отношение сигнала к помехам (SNR-signal-to-noiseratio) и счетчик повторных передач пакетов данных (количество попыток повторных передач пакетов для успешного приема). В здании могут быть такие зоны, где качество сигнала будет сильным, но из-за помех или наложений радиоприемник может быть не в состоянии раскодировать сигнал, при этом количество повторных передач пакетов возрастет.

Смягчение помех

Беспроводная локальная сеть (WLAN) 802.11.b/g использует частоту 2.4 ГГц, в то время как WLAN 802.11а – 5 ГГц. Обе частоты открыты и не требуют получения специальных лицензий. Помехи, создаваемые микроволновыми печами, радиотелефонами, спутниковыми системами и другими радиоустройствами, в том числе радиоуправление освещением и соседние беспроводные сети, могут значительно влиять на работу вашей сети. Самая простая превентивная мера –использовать канал с минимальным радиочастотным вмешательством. На MAC-уровне (MAC –media access control) стандартный протокол CSMA/CA помогает избежать «столкновения» пакетов, обнаруживая заранее и притормаживая их обратно, перед повторной отсылкой.

Мобильность здания – люди, стены и действия

Одно из ключевых преимуществ беспроводной системы – это возможность предоставить людям и устройствам мобильность, а также возможность перепланировки. Ячеистые сети (Mesh networks – ячеистые сети, сети передачи данных, обеспечивающие возможность передачи информации между двумя точками по различным путям) являются ключевым моментом, обеспечивающим такую мобильность. Люди передвигаются в здании; стены, кабинеты, столы и оборудование меняют свое расположение. Проект беспроводной сети, созданный для одних условий, может не соответствовать другим условиям, сложившимся из+за изменившихся радиочастотных условий окружающей обстановки.

Ячеистая сеть может сама корректироваться, чтобы перераспределить изменившееся состояние здания. Технология, разработанная компанией Kiyon, называется «wireless host routing», которая может распознавать слабое клиентское соединение и находить ему альтернативу с более сильным сигналом, что ведет к минимальным задержкам по времени.

Радиочастотная обстановка внутри здания

Зона действия беспроводной сети сложна и часто неконтролируема внутри зданий. В сравнении с радиопередачей на открытой местности, где мощность сигнала снижается пропорционально квадрату расстояния пройденного пути, условия распространения внутреннего радиочастотного сигнала более сложны и являются динамическими. Потери прохождения сигнала через бетон зависят от физических свойств ограждений и обычно находятся в диапазоне 6 дб при 2.4 ГГц. В отдельных случаях потери могут составлять до 21 дб. В дополнении к потере мощности сигнала, из-за геометрических особенностей интерьера могут возникать помехи и на прием.

Работа радиосистемы в закрытой окружающей среде намного сложнее и часто труднопредсказуема. Использование более мощных передатчиков не всегда возможно и зачастую не дает эффекта. Существует несколько приемов, с помощью которых установщик настраивает беспроводную сеть в здании, – правильное размещение маршрутизаторов и антенн, применение соответствующего типа антенн, размещение беспроводных устройств, обход металлических препятствий и другие факторы делают развертывание беспроводной сети успешным.

Безопасность

Механизм безопасности описан в стандартах 802.11 и называется WEP (проводной эквивалент секретности). Будучи широко используемым, известны случаи уязвимости WEP на предмет подготовленных хакерских атак. В наборе хакера имеются инструменты, позволяющие вскрыть зашифрованный ключ и получать пакеты данных. Для усиления безопасности в беспроводных системах была разработана новая спецификация 802.11i, которая использует более сложные алгоритмы шифрования. Также она известна как WiFi Protected Access+2 (WPA+2).

Что представляет собой ячеистая сеть?

Беспроводные технологии создаются в различных конфигурациях и имеют разные архитектуры. Например, сеть с применением хабов (hub), где есть беспроводной хаб или точка доступа, обслуживает все клиентские устройства. Другой пример – тоже ячеистая сеть, в которой любое устройство сети может общаться напрямую с другими устройствами вне своего собственного диапазона, «перепрыгивая» через устройства+посредники.

Точки доступа

На рисунке изображена классическая «point-to-multipoint» или основанная на хабах сетевая архитектура. В такой сетевой инфраструктуре беспроводной хаб называется точкой доступа (AP-access point), которая обеспечивает контроль над сетью и часто служит шлюзом в другую сеть, например Интернет. Каждая точка доступа требует кабельного соединения к сети и работает независимо. AP часто используют в большинстве домашних сетей и коммерческих сетях, основанных на технологии 802.11.

ZigBee Стандарт ZigBee и его основная технология 802.15.4 разрабатывались для сетей персонального пользования (PAN – personal area network). Максимальная скорость передачи данных, предполагаемая стандартом IEEE 802.15.4 –250 кбит/с (для Северной Америки) и более низкие скорости для применения на другихконтинентах. Так как данная технология потребляет меньше энергии, то она подходит для разных приложений, работающих от батарей (например, беспроводные датчики/сенсоры, выключатели освещения, термостаты и др.). Закрытые протоколы (800–900 МГц и другие частоты) В общем системы, работающие в низкочастотном диапазоне – 800 МГц (для Европы) или 900 МГц (для США), не требуют лицензий и представляют большую дальность действия, но в ущерб снижению скорости передачи данных. Эта технология является закрытой и для продвижения на рынке ей необходима поддержка от производителей оборудования. Возможности использования антенн Каждый беспроводной маршрутизатор имеет целую систему антенн. Правильный выбор и размещение антенны может снизить количество необходимых маршрутизаторов. Для выбора антенны необходимо знать: размер зоны покрытия, из чего состоят конструктивы здания, высота потолков, внутренние преграды, существующие возможности для монтажа.