Modern wireless technologies: problems of application for modernization of systems for the in-line diagnostics of gas pipelines

Iureva Radda Alekseevna PhD in Technical Science graduate student, Department of Safety of Information Technology, St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197701, Russia, g. Saint Petersburg, Kronverkskii prospekt,, 49, kab. 231 raddayurieva@gmail.com Other publications by this author     Vedernikov Kirill Alexandrovich Master's degree student of the Department of Technogenic Security Systems and Technologies at ITMO University 197101, Russia, Saint Petersburg, str. Kronverksky Prospect, 49 vedernikov@diakont.com Other publications by this author     Timko Andrei Sergeevich student, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197101, Russia, Saint Petersburg, str. Kronverkski Prospect, 49 timko.andrew@gmail.com Other publications by this author

Perezyabov Oleg Arkadevich assistant, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197900, Russia, g. Saint Petersburg, ul. Kronverkskii, 49 nurmanity@yandex.ru

Киберфизическая система (КФС) для внутритрубной диагностики газопровода линия связи состоит из соединительного кабеля и берегового барабана с соединительным кабелем и обеспечивает подачу питания на оборудование передающей части и возможность дистанционного управления оборудованием передающей части КФС на расстоянии до 500 м.

В настоящее время информация передается по технологии доступа VDSL2 с использованием медных проводов соединительного кабеля. Несмотря на то, что VDSL2 является новейшим стандартом xDSL широкополосных проводных коммуникаций, скорость передачи информации не позволяет в полной степени эксплуатировать существующее оборудование и проводить модернизацию.

Пути решения этой проблемы заключаются в переходе на другую среду распространения сигнала - оптический кабель - или же на беспроводную технологию передачи данных ^[1].

Одной из главных проблем беспроводных сетей является невозможность локализации радиоволн в ограниченном пространстве. В случае с использованием КФС внутри трубопровода эта проблема может быть решена спецификой выполнения работ. Выдвигается гипотеза, что трубопровод будет служить экраном от электромагнитных помех, а геометрия трубопровода при этом не оказывает влияния на качество передачи информации. КФС для внутритрубной диагностики с применением беспроводной передачи данных теоретически может быть реализована, так как проблема электромагнитной совместимости может быть решена на этапах разработки системы.

Условия эксплуатации КФС могут оказаться критичными для использования оптического волокна в составе соединительного кабеля, так как во время выполнения работ кабель испытывает продольные и поперечные нагрузки. В связи с этим целесообразно перейти на беспроводную передачу данных, а передачу питающих напряжений оставить в соединительном кабеле, отказавшись от бортового аккумуляторного питания и не усложняя аварийное извлечение из трубопровода ^[2]. Для модернизации КФС беспроводной передачей данной был проведен анализ существующих технологий беспроводной передачи данных (табл. 1).

Таблица 1 – Аналитический обзор беспроводных технологий

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере, одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений.

Основным отличием Wi-Fi от WiMAX является радиус действия ^[6].

По стандарту 802.11n устройства могут использовать диапазоны 2,4 ГГц или 5 ГГц, что повышает надёжность связи, уменьшая влияние радиочастотных помех. Для возможности корректного выбора беспроводной технологии передачи данных из перечня, приведенного в сводной таблице 1, был проведен анализ трафика.

При помощи виджета по выводу данных учета исходящей и входящей скорости получаемого и отдаваемого трафика были получены значения необходимой скорости передачи данных для каждого модуля. Проверка показала, что для стабильной работы диагностических модулей максимальная пропускная способность должна быть не менее 70 Мб/сек. Измеренный объем данных, передаваемых по линии связи в единицу времени приведен в таблице 2.

Предполагается, что Wi-fi модемы обеспечит передачу видеоинформации с вспомогательных технических устройств и насадок, а также передачу результатов на оборудование приемной части при проведении контроля. Узконаправленная антенна будет обеспечит усиление сигнала передачи информации для возможности увеличения дальности контроля от места загрузки.

Таблица 2 - Объем данных, передаваемых по линии связи в единицу времени

Описание экспериментальных исследований

Во время проведения диагностических работ на объектах транспорта и хранения газа были проведены испытания на возможность установления связи (при помощи двух Wi-Fi роутеров) между системой управления и средством доставки, загруженным в трубопровод.

Рисунок 1 - Срез трубы для проведения экспериментальных исследований

Оба устройства настроены на автоматическое соединение между собой. Роутер со стандартными антеннами подключен через Ethernet кабель к ноутбуку. Этот роутер устанавливается в технологический рез и крепится на срезе трубопровода. Точка доступа закрепляется на корпусе средства доставки. Устройства находятся в прямой видимости, настраивается связь и по мере удаления средства доставки от места загрузки снимаются показания уровня входного сигнала.

Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 3.

При помощи виджета по выводу информации об уровне Wi-Fi соединения были получены значения уровня входящего сигнала в зависимости от расстояния между модемами.

Таблица 3 – Значения уровня входящего сигнала от расстояния

Участок с изгибами был выбран с наличием 2-х отводов с углом поворота 90 градусов. Схема маршрута, на котором проводился эксперимент, приведена на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема маршрута проводимого эксперимента

Испытания проводились в трубопроводе номинальным диаметром 1000 мм.

При нахождении средства доставки на расстоянии 350 метров от технологического реза, уровень сигнала составил -36 дБ.

На открытой площадке показатель -36 дБ был измерен только на расстоянии 3 метров. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что теория трубопровода в качестве волновода действительно работает.

По результатам экспериментальных исследований по измерению уровня входного сигнала беспроводной точки передачи данных, установленной КФС и анализа влияния электромагнитных помех на качество передачи информации можно сделать вывод о том, что модернизация КФС путем подключения ее к беспроводной сети с последующим увеличением производительности системы реализуема.