14.577.21.0230

Цель проекта - исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание, с использованием отечественной элементной базы, отказоустойчивой самоорганизующейся гетерогенной системы связи для применения в инфокоммуникационных сетях.

Задачи проекта:
аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую задачу;
моделирование процессов приема, передачи и обработки данных в гетерогенных локальных сетях сбора данных и управления;
исследование и разработка архитектуры и технических решений для создания устройства передачи данных с двумя интерфейсами (PLC/RF модем);
разработка экспериментального образца гетерогенного PLC/RF модема;
разработка эскизной конструкторской и программной документации экспериментального образца гетерогенного PLC/RF модема;
проведение экспериментальных исследований экспериментального образца гетерогенного PLC/RF модема;
проведение технико-экономической оценки рыночного потенциала полученных результатов.

Исследование гетерогенных систем связи является актуальным направлением развития изолированных автоматических систем. Подобные системы связи организуются на объектах с низким качеством связи для обеспечения надежности передачи данных. Разработка гетерогенного модема, способного переключаться между двумя принципиально различными каналами связи проводным и беспроводным), позволит адаптировать систему к особенностям объекта за счет выбора наиболее надежного канала передачи данных. Поддержка протокола маршрутизации, основанного на принципах mesh-сетей, позволит использовать часть устройств в качестве ретрансляторов, таким образом усиливая сигнал и решая проблему ограничений на дальность передачи данных.

Планируемые технические решения должны быть основаны на имитационной модели приемопередачи и обработки информации в гетерогенной локальной сети сбора данных и управления, включающей протоколы физического и логического уровня системы. На физическом уровне - протоколы передачи данных по PLC и RF каналам, а на логическом - протокол маршрутизации для mesh-сетей.

Технические решения, реализующие архитектуру гетерогенного PLC/RF модема, должны быть предназначены для создания гетерогенной локальной сети сбора данных с использованием отечественной элементной базы обеспечивающего, в том числе:

1) возможность организации сеансов передачи информации между центром мониторинга и локальным узлом гетерогенной локальной сети сбора данных и управления;

2) возможность принудительного выбора интерфейса передачи информации по гетерогенной локальной сети сбора данных и управления;

3) возможность автоматического выбора интерфейса передачи информации по гетерогенной локальной сети сбора данных и управления;

4) возможность подключения новых гетерогенных PLC/RF модемов в уже существующую сеть без разрыва установленных соединений;

5) возможность инициации передачи сообщения, как центром мониторинга, так и каждым локальным узлом гетерогенной локальной сети, подключенного к гетерогенному PLC/RF.

Разрабатываемый гетерогенный PLC/RF модем должен обеспечивать построение маршрутов передачи данных в каждом из каналов. В него должны входить следующие модули:

1) модули модулятора и демодулятора PLC сигналов, реализующие технологию модуляции OFDM;

2) помехоустойчивый кодер/декодер PLC сигналов, обеспечивающий контроль целостности данных и коррекцию ошибок при передаче информации по линии связи.

3) модуль перемежения/деперемежения PLC сигналов, реализующий алгоритм распределения потока двоичных данных для равномерного распределения ошибок между передаваемыми пакетами;

4) модуль автоматического управления усилением PLC сигналов, обеспечивающий широкий динамический диапазон приемо-передающей системы;

5) модуль сопряжения с внешними АЦП / ЦАП для PLC канала, реализующий захват и формирование аналоговых данных, безопасное переключение между радиоканалом и PLC каналом;

6) модуль сопряжения с флеш-памятью, обеспечивающий запись и хранение ПО модема и журнала событий системы;

7) модуль обмена данными с радиочастью, обеспечивающий прием данных из радиотракта;

8) модуль контроля и управления, обеспечивающий: функционирование ЭО модема, организацию устойчивой связи по PLC и RF каналам, корректное переключение между режимами передачи по PLC и RF каналам.

Аппаратная платформа гетерогенного PLC/RF модема должна быть выполнена с использованием отечественной элементной базы.

На данном этапе проведены работы по анализу текущего состояния проблемы реализации надежной связи в системах с ограниченными вычислительными ресурсами. Сделан аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по организации гетерогенных систем связи. В рамках обзора рассмотрены области применения подобных сетей, например, сфера жилищно-коммунального хозяйства. Определена типовая архитектура гетерогенных систем связи, включающая: конечные устройства со встроенными модемами (способные поддерживать передачу данных и по проводным и по беспроводным каналам связи); центральное устройство, обеспечивающее мониторинг и управление конечными устройствами, а также передачу полученных от этих устройств данных во внешнюю сеть; протокол маршрутизации, обеспечивающий надежную передачу данных, в том числе при выходе из строя части устройств. Проведены исследования, в том числе патентные, и анализ эффективности существующих решений в области mesh-сетей, PLC-модемов (передача данных по силовой линии), RF-модемов (передача данных по радиочастотному каналу) и применения гетерогенности при организации инфокоммуникационных сетей.

Результаты исследований показали, что применение гетерогенных модемов позволит эффективнее адаптировать систему к условиям связи на объекте и увеличит надежность передачи данных за счёт дублирования канала связи.

Практическая значимость исследования заключается в возможности мониторинга и управления энергоресурсами в сфере ЖКХ, в частности, в обеспечении комплексности их поквартирного учета - может быть организован учет электричества, водоснабжения, тепла. Применение mesh-сетей позволит решить проблему передачи данных в многоэтажках - с верхних этажей до устройства сбора и передачи данных за счет использования промежуточных устройств учета в качестве ретрансляторов. Кроме того, в систему смогут быть добавлены дополнительные устройства - датчики сигнализации, протечки воды и другие. Гетерогенность модемов позволит адаптировать систему к существующей на объекте инфраструктуре передачи данных и использовать наиболее качественный канал связи.
Возможность