Вопросик "радистам"

[mErLin]

Товарищи паяльщики! Нужно решить радиотехническую задачку, связанную с выбором канала связи для передачей телеметрии от автономного объекта. Задача даётся для разминки ума. Но если кто-то сумеет помочь продемонстрировать заказчику действующий макет (или хотя-бы предложит способ, который я смогу собственной малой кровью опробовать в железе) , то Император щедро вознаградит такого архимеда. Вплоть до совместного участия в РосПиле

Вводные:

В Москве и ближнем Замкадье имеются некие подземные железобетонные помещения (тысячи их), в которых установлены приборы, требующие передачи наружу небольшого объёма данных. Входные люки помещений представляют собой колодцы с типовыми чугунными крышками, расположенные на улице (т.е. они могут быть покрыты слоем снега, воды и даже заставлены машинами граждан). В отдельных случаях объём помещения может полностью затапливаться водой.

Данные должны собираться самый минимум - раз в месяц (с вероятностью 100%) , наиболее подходяще для заказчика - раз в день. В идеале - раз в час. Объём передачи - несколько десятков байт.

Силовой подводки в помещениях нет. Электропитание возможно только от долгоиграющей (желательно 3-6лет) батареи. Теоретически, можно установить микротурбину, работающую от напора измеряемой среды (но это лишь мои мечты).

Владелец систем - негосударственный (а скоро будет даже и не муниципальным). По условию задачи любые соглашения с владельцами соседствующей недвижимости об установке антенн на зданиях/вышках и о бережном отношении к чужому оборудованию (под страхом анальных кар) - не рассматриваются принципиально. Система должна быть дубовой и полностью автономной.

Возможности для установки антенного оборудования на поверхности - ограничены. Любые наземные штыри могут быть вырваны асоциальным элементом, а далеко тянущиеся фидеры перерублены при дорожных работах

Пользователь системы имеет разбросанные по Москве здания. Максимальное расстояние от точки измерения до ближайшего здания - не более 15км

Через все объекты проходят трубы. Не обязательно металлические, проводящие и заполненные. Топология сложна.

Оборудование может быть оригинальным и штамповаться исполнителем в небольших серия самостоятельно. Сверхдорогой импорт не пройдёт однозначно.

Рассматривались следующие способы передачи:

1. GSM/SMS. Ставился мощный GSM-спецмодем. Из подземной камеры забуривался горизонтальный ход на глубине 0.2-0.5м и туда вставлялась могучая антенна. Способ сравнительно технологичный, всё даже вроде работало. Но у заказчика нет уверенности, что будет работать под метровым слоем снега. И потребовалась долгоиграющая спецбатарея, поставленная каким-то "ящиком". У заказчика есть подозрение, что это "уникальная российская технология" и нет особого доверия к возможностям производителя делать коммерческий продукт по адекватной цене.

2. Прокладка через все объекты оптоволокна (внутри труб). Способ рассматривается всерьёз, но лишь как "проект отчаяния", если прочие способы не дадут результата

3. Передача ультразвуком по трубам (моё предложение). Но оказалось, что трубы имеют неплотное соединение или вообще контактируют через пустые бетонные камеры. И опять-же - мощность/питание "сейсмопередатчика".

4. Передача микромощным дециметровым радиосигналом сквозь бетон-землю-чугун на "миноискатель" обходчика. Или установка прикопанного в земле радиопрозрачного оголовка. Пробовали - работает средненько. Но есть фатальный недостаток - нужны сотни обходчиков. При установке в оголовке разъёма (для проводного соединения) женщина-обходчик неспособна этот оголовок открыть.

5. Тот-же способ, но с трансляцией сигнала на близлежащие (в пределах 500-1000м) репитеры, установленные на высоких домах и мачтах. В первом приближении не подошло, ибо репитеры придётся устанавливать на чужой собственности.

6. Тот-же способ, но с установкой оборудования сбора данных на автомобилях. Не подходит - заказчику неохота содержать парк таких машин и кататься по городу.

Резюме:
Нужно предложить такой способ передачи и в таком диапазоне, чтобы он имел общегородской охват, требовал минимума мощности и при этом - минимума средств ретрансляции. В идеале нужно доказать, что GSM уверенно работает через толстый слой воды . Или придумать такое оборудование, чтобы при не выступающей над землёй антенне, на милливаттных мощностях добивало до станции, расположенной на здании заказчика (удаление 10-15км)

 

[MikVolg]

mErLin,
Ну коль обещаны такие преференции , то вот Вам идея.
ИМХО это Ваш вариант. Особенно с питанием. Поскольку режим работы импульсный, то можно в буфере поставить батарейку.
В качестве модема я всё же использовал бы ГСМ. Развитость сети располагает.
Если не устраивает, то пара машин с индуктивными приёмниками и индуктивные передатчики на объекте вполне могут решить проблему.

 

[backfire]

а бюджет-то большой - для передачи ультразвуком надо будет НИОКР заводить (тоже была такая идея, для другого правда). Ну и вообще - хочется разрабатывать что-то супер оригинальное - или использовать готовое решение?
И насколько большие проблемы ставить ретрансляторы? Ретранслятор может быть весьма небольшим.
Можно использовать Зигби - технология более-менее отработанная. Создается сеть, ретранслятор представляет из себя маленькую коробочку.
Проблема будет вывести сигнал из люка - тут надо доработать крышку - чтобы разместить антенну за радиопрозрачным окошком - но антенна небольшая и проблем не будет наверное. Энергопотребление небольшое, умеют засыпать.
Короче если что - обращайся, мы уже делали на их основе блоки для передачи данных с датчиков - правда в других условиях, ну да это не суть важно.

 

[Seagull_JL]

Про земляное питание - интересно, но важно, чтобы земля в месте установки электродов не промерзала.
Можно разделить питание датчика и питание передатчика.
Датчик должен быть под относительно слаботочным напряжениме постоянно.
На передатчик напругу можно подавать импульсно. Т.е. нагородить схему с конденсаторной батареей.

Вариант с микротурбиной обладает существенным недостатком: если почему-либо среда исчезнет, то и сигнал исчезнет. Придётся разбираться почему: что-то сломалось, или нет среды и посылать мастера.

Предложил бы вернуться к идее с штырями: если они исполнены в виде лома, приваренного (условно) к оголовку колодца, то не так уж часто асоциальные элементы будут их отрывать. В конце концов, я много лет ездил на машине вообще без сигнализации и ни разу у меня проблем не возникло Здесь другая проблема: а всегда ли есть техническая возможность установить эти штыри? Например, на заасфальтированном дворе такой штырь будет несколько не к месту.

Возможно, чтоит модифицировать крышку люка, прорезав в ней технологическое отверстие, в которое в пластиковую втулку будет вставлена антенна?

---------- Добавлено в 13:24 ----------

За зигби можно и ко мне обращаться

 

[mErLin]

MikVolg, увы. С "земляными элементами" уже думали. Тем более - хорошо знаком с этой "технологией". Она повсеместно применяется на линейных объектах Газпрома. Здоровенные листы даже в условиях болот выдают не более. 0.1-0.5Вт. И эти листы, естественно, активно гниют. Газовикам энергии едва-едва хватает для питания микромощной радиорелейки (на несколько сот метров, всё на поверхности, в чистом поле). А тут антенное оборудование прикопано и ещё надо выделить 50-100мВт на питание датчиков, которые (в отличие от передатчика) должны работать непрерывно. Похоже, что аккумулятор нужен по любому ((( С его ёмкостью/размерами проблем нет. Есть проблемы с жизнеспособностью батарей в течение указанного срока.

По поводу ГСМ вопрос в том - как будет работать система в подтопленном и заваленном снегом состоянии. В этом диапазоне, по-моему, надежда невелика.

А вот по поводу индуктивных систем интересно. Вопрос только - на какое расстояние можно передать сигнал - с учётом того, что диаметр катушки может быть ну, например.... сравнимым с размером верхней плиты оголовка камеры (2-3м). Т.е. залить эту антенну прямо в бетон при очередном ремонте сооружения или намотать вокруг люка.

 

[Mechanic]

Естессно, оригинальный и вечный способ питания - это приятно, но если не заладится, то для питания таких систем "традиционный" способ (т.е. в лоб) - индустриальный литиевый элемент. На основе тионилхлорида, кажется, хотя возможны варианты. Долговечность, диапазон температур, емкость - все значительно превосходит знакомые нам бытовые элементы. В хозмагах не продается из-за опасности (при разборке-повреждении может гореть или взрываться, плюс ядовито может быть). Через магазины радиокомпонентов найти можно.
У них еще как правило плюс, что свою огромную емкость они сохраняют и при импульсном отборе. Например, раз в день импульс в несколько ватт. Емкость у элемнта размером примерно с 373 элемент может быть порядка 30-40 Вт-ч. Поскольку они для промышленности, то есть у них и специализация - надо смотреть характеристики, чтобы подобрать подходящий элемент: для постоянной работы, для импульсной и т.п.

---------- Добавлено в 14:45 ----------

Начать можно с марки Tadiran, например, хотя уверен, что есть и альтернативы, а то и какие-нибудь российские батарейки, существующие в своем параллельном мире и на рынке не представленные.

 

[mErLin]

а бюджет-то большой - для передачи ультразвуком надо будет НИОКР заводить (тоже была такая идея, для другого правда). Ну и вообще - хочется разрабатывать что-то супер оригинальное - или использовать готовое решение?

Бюджет монтажа 1 точки - 25т.р. Бюджет устройства в 50т.р. (короб, контроллер с передатчиком, антенна), полагаю (по законам жанра) будет воспринят благосклонно. Но этих устройств (если они будут поставлены на поток) планируется очень много. Т.е. на оборудовании станций приёма можно не мелочиться.

Насчёт разработки/покупки - по барабану. Лишь-бы работало. И могло быть введено в строй достаточно быстро. К сожалению, лучшие умы заказчика долго на эту тему думали и ничего толком не придумали.

И насколько большие проблемы ставить ретрансляторы? Ретранслятор может быть весьма небольшим. Можно использовать Зигби - технология более-менее отработанная. Создается сеть, ретранслятор представляет из себя маленькую коробочку.?

Скажем так, если эта коробка сможет обеспечить 2-стороннюю передачу на расстояние 15км, то её размеры и питание не волнуют (можно поставить на крыше объектов заказчика). Если это несколько сотен метров, то она должна иметь аккумуляторное питание и быть совсем небольшой и невзрачной (придётся втихую вешать на столбах и приколачивать к стенам домов.

Важный момент - технология передачи не должна быть мудрёной - иначе усложнится оборудование точки. В случае с GSM готовая плата модема (в виде мезонина, навешиваемого на самопальную плату контроллера) стоит 50-100 баксов

Короче если что - обращайся, мы уже делали на их основе блоки для передачи данных с датчиков - правда в других условиях, ну да это не суть важно.

Сейчас поизучаю технологию и обращусь

---------- Добавлено в 09:49 ----------

Например, на заасфальтированном дворе такой штырь будет несколько не к месту.

И это, кстати, тоже Объекты расположены повсюду - и на пустырях, и возле домов

 

[Mechanic]

(Номер, написанный на батарейке, ничего не даст, т.к. это номер компонента от продавца системы - в пять или десять раз дороже, чем от производителя самих батареек).

 

[MikVolg]

Про земляное питание - интересно, но важно, чтобы земля в месте установки электродов не промерзала.

Глубина промерзания грунта в средней полосе - не более 1,2 м. Думаю бункеры/колодцы будут существенно глубже.

Газовикам энергии едва-едва хватает для питания микромощной радиорелейки (на несколько сот метров, всё на поверхности, в чистом поле)

А я рассчитывал на импульс. Т.е. "земляной элемент" питает батарейку, а та, раз в сутки плюёт 10 секундный импульс.
Вообще же, рассматривая радиотракт, какой диапазон имеется возможность использовать, учитывая ЭМ обстановку в городе-герое и необходимость оформления частоты в госсвязьнадзоре? Боюсь сложно с этим будет.
Кроме того необходимо будет озадачиться синхронизацией устройств, ибо если они одновременно начнут "пищать", то толку будет мало.
Всё же на мой взгляд, при условии соединения всех бункеров коммуникациями, дешевле, легче и надёжнее будет проложить медь (хотя бы двухпроводку). Вопрос электропитания отпадёт сам собой (питаем из любой удобной точки, падения напряжения компенсируем импульсными БП). Данные гоним по этой же линии чем нибудь типа PLC. Сливаем тем же ГСМ модемом, оптическим модемом в стекло, да напрямую на сервак, в удобной для этого точке.
Электрикам удаётся гонять сигнал на значиительные расстояния.

 

[Seagull_JL]

На люках, где что-либо течёт, снег, как правило, стаивает. Заливает водой тоже ненадолго.
В общем, временные проблемы возникнут на нескольких процентах датчиков. Если нет жёсткого требования к оперативности получения информации, этим можно пренебречь.

Соответственно, надо дождаться, когда вода стечёт, или почистят крышку и передать всю накопленную информацию.
В любом случае, при передаче информации, желательно на контроллер датчика вернуть квитанцию целостности переданных данных.

А вот по поводу индуктивных систем интересно. Вопрос только - на какое расстояние можно передать сигнал - с учётом того, что диаметр катушки может быть ну, например.... сравнимым с размером верхней плиты оголовка камеры (2-3м). Т.е. залить эту антенну прямо в бетон при очередном ремонте сооружения или намотать вокруг люка.

И собирать эту информацию с помощью БПЛА

Кстати, резервный канал предусмотреть надо бы. Если почему-то ГСМ не работает, надо иметь возможность вывода информации по другому каналу (например через индуктивность).

 

[backfire]

Скажем так, если эта коробка сможет обеспечить 2-стороннюю передачу на расстояние 15км

15 вряд ли - там бывает 2.4 ГГц и 900 МГц, километра 3 вроде бьет, но вопрос еще в застройке. Это технология низкоскоростной ближней связи все же.

 

[Ultranomad]

А почему оптоволокно - "проект отчаяния"? Армированный оптоволоконный кабель будет во много раз надежнее любого радиоканала как с точки зрения помех в самом канале, так и с точки зрения простоты оконечных устройств. Стоимость протаскивания кабеля через связную (ударение на "я" ) систему труб относительно невысока, тем более что этот процесс можно совместить с видеоконтролем состояния этих труб, что, думаю, заказчику так или иначе полезно и нужно.
Вопрос с питанием можно решить, положив медь вместо оптоволокна. С этим, конечно, есть свои проблемы, но они тоже решаемы. Важно, что система будет проста, как велосипед, что снижает требования к квалификации обслуживающего персонала.
Даже если получаемая система окажется дороже в установке, чем радиотерминалы в каждом люке (в чем я, впрочем, тоже сомневаюсь), она явно будет дешевле по совокупной стоимости владения.

 

[backfire]

Антон, а если там запорная арматура, а если она еще и не аварийная, а рабочая?

 

[Ultranomad]

backfire, запорная арматура вряд ли будет стоять вне самих контролируемых объектов. Но об этом, конечно, вопрос к инициатору темы.

 

[xoid]

Даже если получаемая система окажется дороже в установке, чем радиотерминалы в каждом люке (в чем я, впрочем, тоже сомневаюсь), она явно будет дешевле по совокупной стоимости владения.

а если сдать в аренду свободные каналы - то можно выйти в нехилый такой плюс.

 

[Ultranomad]

xoid, кстати, да. "Интернет от Мосводоканала"

 

[xoid]

Антон, всё уже придумано до нас
http://www.google.com/tisp/install.html

 

[MikVolg]

всё уже придумано до нас

Пожалуйста, мойте руки после серфинга!

Откровенно говоря я так и не понял технологии. Ну смыли кабель в унитаз... Судя по размерам катушки, там не более 50 м. шнурка. К чему он там цепляется?

---------- Добавлено в 18:23 ----------

Аааааа!!!!!
Я дальше прочитал......
"Примечание: Для вашей собственной физической безопасности и эмоционального благополучия и с учетом технологии работы наноботов, пожалуйста, будьте абсолютно уверены, что ваш туалет не занят в назначенное время!"

Пешу испаццтула....

 

[xoid]

Судя по размерам катушки, там не более 50 м. шнурка. К чему он там цепляется?

Значит, картинка с доктором наук с маской в канализационном люке тебя не смутила?

 

[AndyM]

а если сдать в аренду свободные каналы

Бомжам, которые в колодцах живут ?