U podstaw decyzji o budowie przemysłowej sieci bezprzewodowej leży najczęściej potrzeba prowadzenia zdalnych pomiarów lub zdalnego sterowania w warunkach, gdy przesył danych kablem jest trudne bądź wręcz niemożliwe. Pierwszą rzeczą, od której w takiej sytuacji powinniśmy zacząć wybór metody przesyłania danych. Do wyboru mamy raktycznie trzy różne technologie: GSM, Wireless LAN i radiomodemy pracujące w paśmie 400 lub 869 MHz
Pierwsza z nich, dzięki pakietowej transmisji danych (GPRS), daje nam duży zasięg, ale należy uwzględnić znaczące koszty oraz zależność od operatora i jego taryf. Przesyłanie dużej ilości danych może być kosztowne, ponieważ płaci się za ilość danych, a nie za czas połączenia. Dodatkowo technologia GSM nie zapewnia najwyższej niezawodności, gdyż jakość połączenia i jego przepustowość zależą od aktualnego obciążenia sieci operatora, które może się mocno zmieniać w czasie. Wireless LAN jest bezprzewodowym odpowiednikiem sieci LAN, pracującym w paśmie 2,4 GHz, z wykorzystaniem protokołu TCP/IP. Do zalet należy zaliczyć dużą przepustowość, natomiast do wad niewielki zasięg połączeń (100–500 m) oraz dużą podatność na zakłócenia pochodzące m. in. od telefonów bezprzewodowych, co negatywnie wpływa na stabilność transmisji. Do ostatniej zaliczymy radiomodemy pracujące w pasmach 400 i 869 MHz. Czynnikiem, który należy uwzględnić przy tej technologii, jest ograniczenie przepustowości do 19200 bps. Do zalet możemy zaliczy dużą niezawodność połączenia, możliwość przesyłania danych na duże odległości, niskie koszty użytkowania oraz możliwość budowania własnych,niezależnych sieci bezprzewodowych. Łącze jest przez cały czas dostępne, a jego jakość nie zależy od chwilowego obciążenia ogólnodostępnej sieci. W poniższym tekście przedstawię podstawowe informacje przydatne w budowaniu sieci opartych na radiomodemach na przykładzie popularnych w Polsce urządzeń firmy Satel.
Powinniśmy zacząć od określenia, w jakich warunkach terenowych będzie pracowała nasza sieć. Czy odległości między monitorowanymi obiektami są duże, czy małe i ile obiektów będziemy monitorować? Jeżeli będzie to kilka radiomodemów pracujących na niewielkich odległościach, bez dodatkowych przeszkód terenowych, możemy pomyśleć nad urządzeniami pracującymi w paśmie 868–870 MHz (które nie wymaga przydziału częstotliwości, dzięki czemu możemy zmniejszyć dodatkowo koszty instalacji).
W przypadku, kiedy planujemy budowę dużej sieci, w której odległości są liczone w kilkunastu a nawet kilkudziesięciu kilometrach, a także występują przeszkody terenowe, należy pomyśleć nad pasmem 400 MHz, które wymaga przydziału częstotliwości.
Przy zamawianiu radiomodemu należy określić częstotliwości jego pracy. Użytkownik ma później możliwość zmiany tej częstotliwości w zakresie ± 1 MHz. Prędkość łącza radiowego przy odstępie międzykanałowym 25 kHz wynosi 19200 bps, a przy odstępie 12,5 kHz – 9600 bps. Prędkość na porcie RS wynosi 300–38400 bps. Radiomodem do prawidłowej pracy potrzebuje anteny, która może być montowana bezpośrednio na nim lub za pośrednictwem kabla antenowego. Należy dobrać odpowiednią długość przewodu antenowego, uwzględniając podane w tabeli 1 wartości.
W przypadku dużych odległości lub uciążliwych warunków pracy, jakość połączenia zależy od anteny i sposobu jej zamontowania. Antena, przewód antenowy i zaciski powinny mieć pozłacane styki. Ponieważ złącza o niskiej jakości ulegają łatwo utlenieniu, co powoduje większe tłumienie sygnału, należy zawsze używać odpowiednich złączy i narzędzi montażowych. Należy sprawdzić, czy zarówno antena jak i pozostałe montowane elementy są odporne na działanie warunków atmosferycznych i zanieczyszczeń występujących w środowisku. Wokół małych anten należy utworzyć co najmniej półmetrową strefę bez obiektów metalowych, w przypadku dużych anten promień tej strefy powinien być większy niż 5 m. Dla dużych sieci radiomodemów oznacza to, że najlepszym miejscem do zainstalowania anteny jest najwyższy punkt budynku lub maszt radiowy. W przypadku korzystania z masztu, antena powinna być zainstalowana z boku, w odległości około 2–3 m od masztu. W czasie montażu anteny należy zwrócić uwagę na ewentualne źródła zakłóceń, takie jak: stacje przekaźnikowe sieci telefonów komórkowych oraz lokalnej sieci telefonicznej czy inne sieci radiomodemów
Istotnym czynnikiem jest polaryzacja anteny. Polaryzacja pionowa (elementy anteny w pozycji pionowej) jest bardzo często wykorzystywana w systemach komunikacji radiowej. Do łączności pomiędzy stacją główną a podstacjami ogólnie zalecane jest korzystanie właśnie z polaryzacji pionowej. Polaryzacja pozioma stosowana jest do transmisji danych pomiędzy dwoma radiomodemami. W przypadku dużego tłumienia przy tej polaryzacji należy zastosować polaryzację pionową. Należy przy tym uwzględnić wpływ charakterystyki kierunkowej anteny. Jeżeli występują zakłócenia powodowane przez inną antenę z polaryzacją, tylna część anteny musi odznaczać się dobrą tłumiennością. Przy zamawianiu anteny należy pamiętać, aby była dostosowana do właściwego zakresu częstotliwości. Anteny ćwierćfalowe lub półfalowe mogą być zastosowane w przypadku transmisji na niewielkie odległości lub w przypadku zastosowania na urządzeniach przenośnych. Charakteryzują się małymi gabarytami. Idealnym rozwiązaniem jest zainstalowanie anteny w pozycji pionowej, na wysokości co najmniej 0,5 m ponad otaczającymi obiektami.
Anteny kierunkowe i dookólne powinny być stosowane w przypadku transmisji na duże odległości. Zadaniem tego typu anten jest wzmocnienie sygnału radiowego. Jako ogólną zasadę można przyjąć, że antena powinna być zainstalowana w najwyższym punkcie. W przypadku zastosowania anten dookólnych należy je umieścić w środku – w stosunku do całego systemu. Jeżeli system nie narzuca warunku stosowania anten niekierunkowych, zalecane jest zamontowanie anten kierunkowych, np. anten typu yagi. Im większy jest stopień wzmocnienia anteny, tym większą uwagę należy zwrócić na dokładność ustawienia anteny. Stacja główna umieszczona na dużej wysokości powinna być wyposażona w filtr pasmowy 4–6 stopni. Należy pamiętać, że wraz ze wzrostem wysokości, na której zainstalowana jest antena, wzrasta zasięg jej pracy. W przypadku zainstalowania anteny stacji głównej na zbyt dużej wysokości należy mieć świadomość, że stacja ta wystawiona zostaje na działanie zakłóceń z większego obszaru oraz kanał radiowy zajmowany przez nią obejmuje zbyt duży obszar.
Jeżeli myślimy o zestawieniu połączenia na bardzo duże odległości lub nie możemy go zestawić ze względu na ukształtowanie terenu, możemy wykorzystać jeden lub kilka radiomodemów (w zależności od potrzeb) jako retransmitery (repeatery) obsługiwane przez tą samą stację główną. Jako repeater, radiomodem może pracować jako całkowicie niezależne urządzenie – do działania potrzebuje tylko zasilacza i odpowiedniej anteny. Cechą radiomodemów typu Satelline 3AS, pozwalającą na sprawne projektowanie systemu, jest tzw. Message Routing. Metoda ta pozwala na automatyczne przesyłanie komunikatu z urządzenia terminala, przez sieć radiomodemów, do innego określonego urządzenia terminala. Polega ona na stworzeniu projektu sieci posiadającej swój własny identyfikator i zaznaczeniu trasy przesyłu sygnałów między kolejnymi radiomodemami w programie SaTerm. Konfiguracja każdego z radiomodemów jest później w łatwy sposób przesłana do niego przez port szeregowy. Podczas tworzenia sieci w programie SaTerm każdy z radiomodemów otrzymuje swój niepowtarzalny adres i na tej podstawie tworzona jest tabela tras pakietów transmisji. Jako właściwości trybu Message Routing należy wymienić między innymi to, że jest on przeźroczysty dla protokołów użytkownika. Uszkodzony radiomodem może być zastąpiony przez inny znajdujący się w tym samym obszarze, tworząc w ten sposób redundancję. Message Routing daje możliwość korzystania z ruchomych podstacji, każdy radiomodem może pracować jako repeater.
Dodatkową, bardzo funkcjonalną cechą radiomodemów z serii 3AS jest System Zarządzania Siecią (ang. Network Management System – NMS), umożliwiający uzyskanie przez użytkownika pełniejszej kontroli nad własną bezprzewodową siecią szeregową oraz upraszczającą jej konfigurację i rozbudowę, dzięki możliwości zdalnego monitorowania istotnych parametrów poszczególnych radiomodemów. Funkcjonowanie systemu oparte jest na współpracy oprogramowania Satel NMS PC z nową wersją radiomodemu Satelline 3AS oznaczoną NMS.
Działanie systemu NMS polega na wykorzystaniu dwóch niezależnych portów w radiomodemie, pełniącym w danej sieci funkcję nadrzędną. Jeden port podłączony jest do urządzenia stanowiącego część aplikacji użytkownika (zazwyczaj do komputera z oprogramowaniem typu SCADA lub sterownika PLC, pełniącego w systemie funkcję urządzenia „Master”), drugi port natomiast wykorzystywany jest do komunikacji z oprogramowaniem Satel NMS PC, nadzorującym pracę samych radiomodemów. Dzięki takiemu rozwiązaniu wraz z podstawowymi danymi przesyłanymi do aplikacji użytkownika z poszczególnych radiomodemów mogą być przesyłane istotne parametry dotyczące ich pracy. Oprogramowanie umożliwia kontrolę napięcia zasilania i temperatury pracy radiomodemu oraz monitorowanie poziomu mocy sygnału przezeń odbieranego pomiędzy poszczególnymi obiektami. Zebrane w Systemie Zarządzania Siecią dane z poszczególnych radiomodemów mogą być następnie gromadzone i odpowiednio przetwarzane za pośrednictwem przejrzystego interfejsu użytkownika. Oprogramowanie Satel NMS PC daje możliwość prezentacji danych w postaci wykresów (trendów) monitorowanych parametrów, generowania alarmów oraz odczytu danych z dostępnej listy zaistniałych zdarzeń.
Wykorzystując opisywany system można ponadto w sposób zdalny programować wszystkie radiomodemy pracujące w sieci. Dzięki temu zmiana ich poszczególnych parametrów (takich jak: częstotliwość, adresowanie, moc nadajnika, czułość odbiornika itp.) może być zrealizowana bez konieczności wyjazdu serwisowego na poszczególne, często znacznie oddalone obiekty. Radiomodemy Satel umożliwiają użytkownikowi budowę niezależnej od zewnętrznego operatora sieci bezprzewodowej, w której dane przesyłane są w sposób ciągły w czasie rzeczywistym. Dzięki zastosowaniu Systemu Zarządzania Siecią zbudowana sieć jest zdalnie konfigurowalna, elastyczna, a zarządzanie nią okazuje się łatwe.
