Американские эксперты разрабатывают новые стандарты касательно беспроводных устройств для быстрого оповещения о чрезвычайных ситуациях

Специалисты оперативного реагирования (общее название представителей профессий, связанных с оказанием первой помощи) все больше полагаются на беспроводные устройства для связи и оповещения о чрезвычайных ситуациях. В случае наступления чрезвычайных ситуациях они не могут позволить себе продолжительные потери сигнала или задержки, вызванные ослаблением, интерференциями или отражениями. Речь идет о спасении человеческих жизней, и поэтому на счету каждая секунда. Проектирование и создание высокопроизводительных и высоконадежных устройств, которые соответствуют широко признанным стандартам производительности, является в данном случае наиболее приоритетной задачей.

"Ключевым вопросом при создании коммуникационных систем для обеспечения общественной безопасности," говорит Кейт Римли, лидер группы по метрологии радиочастотного поля, действующей в рамках проекта Беспроводные системы (Wireless Systems Project), "является то, что специалисты оперативного реагирования нуждаются в очень надежном и качественном оборудовании. Они не могут позволить себе повторные звонки в случае проблем со связью - данная ситуация должна быть знакома пользователям мобильных телефонов. Но в случае ЧС это просто недопустимо. Поэтому мы должны разработать новые типы тестовых методов, которые помогут проверять производительность оборудования в очень сложных ситуациях".

В течение многих лет исследователи из департамента по изучению электромагнетизма лаборатории физических измерений (Physical Measurement Laboratory) при Национальном институте стандартов и технологий США (NIST) работали в тесном сотрудничестве с экспертами Национальной ассоциации противопожарной защиты США (National Fire Protection Association; NFPA), которая разрабатывает промышленные стандарты в данной области. Две организации объединили силы для разработки методов испытаний, с помощью которых можно проверить производительность беспроводных устройств общественной безопасности, таких как частные автоматические системы коммутации (Personal Alert Safety Systems; PASS). Отметим, что портативные модели устройств PASS комплектуются передатчиком, который посылает сигнал типа "пожарный в опасности" на базовую станцию, когда сотрудник противопожарной службы остается неподвижным в течение 30 секунд.

На днях разработанные PML методы испытаний затухания сигнала при передаче в системе точка-точка были одобрены для применения при вероятном пересмотре экспертами Национальной ассоциации противопожарной защиты США стандарта для устройств PASS. Эта процедура, вероятнее всего, состоится в 2013 году. Наработки PML также охватывают механизмы выявления и тестирования интерференционных эффектов между узлами PASS и беспроводными устройствами, которые работают на тех же частотах (например, системы радиочастотной идентификации (RFID)). Руководство NFPA будет голосовать по вопросу о целесообразности принятия пересмотренного стандарта в октябре 2012 года. Если по данному вопросу будет принято положительное решение, это будет первым случаем, когда новая технология RFID будет включена в стандарт NFPA, и этот шаг, вероятно, проложит путь для развития новых областей применения подобных устройств.

Ослабление сигнала или потери в тракте передачи являются огромной проблемой в различных областях деятельности противопожарных организаций. Небольшое затухание имеет место, когда сигнал должен пройти только через несколько стен (например, в доме, небольшом офисном здании или даже в небоскребе с малой площадью) не доходя до базовой станции. Но во многих чрезвычайных ситуациях сигналы от портативного устройства PASS должны пробиваться через множество толстых стен из плотного материала, что производит к высокому затуханию.

В своих тестах американские ученые использовали систему раздельных безэховых камер (заглушенных камер; сурдокамер): в одной из них было закреплено портативный передатчик PASS, установленный на типичное устройство для подачи воздуха типа “рюкзак”, а в другой содержалась базовая станция-приемник. Портативное устройство передавало сигнал из первой камеры. Сигнал улавливался антенной в сурдокамере и передавался по коаксиальному кабелю для трансляции антенной во второй камере, где базовая станция принимала сигнал. Операторы тестов могли ввести точный коэффициент ослабления сигнала и / или интерференций в систему. Этот процесс был полностью контролируемым, в то же время он допускал эффективное моделирование любых условий, которые характерны для этой области.

Данные, полученные в результате обширных полевых испытаний экспертов NIST, использовались для калибровки параметров безэховой камеры. Исследователи измеряли качество передачи сигнала через стены зданий, небоскребов, конференц-центров, тоннелей, метро в Нью-Йорке и разрушенных зданий.

"Если спасатель окажется погребенным под обломками [здания], его маячок должен суметь передать сигнал через груду камней", говорит Римли. "Но насколько именно сигнал ослабляется в процессе передачи? Никто пока не проводил сбор подобных данных - по крайней мере до того как NIST не занялся этим проектом".

При использовании системы PASS часто применяются "двухмодульные" схемы (с промежуточным ретранслятором), когда пожарные и спасатели вынуждены двигаться вглубь здания, тоннеля, подземного сооружения, что способствует затуханию. Портативное устройство посылает сигнал на стационарный ретранслятор, который размещается, например, на въезде в туннель. Затем ретранслятор посылает сигнал на базовую станцию.

Для проверки этих систем команда под руководством Римли разработала специальный тест. Устройство PASS, ретранслятор, а также базовая станция в данном случае были расположены в трех отдельных безэховых камерах, которые связаны друг с другом с помощью кабеля. Ученые вводили соответствующий коэффициент затухания (на основе данных полевых испытаний) при передаче сигнала между каждым элементом системы, а затем анализировали результаты. Благодаря использованию подобных методов специалистам удалось измерить и оценить интерференционные эффекты.

Сигналы с модулей PASS, как правило, генерируются в нелицензированном для коммерческого использования диапазоне радиочастотного спектра (900 МГц или 2,4 ГГц). К сожалению, оба диапазона широко используются производителями многих потребительских беспроводных устройств, включая домашние беспроводные устройства и RFID системы. Эти устройства могут снижать производительность PASS модулей. Мо словам Римли, при работе над новым стандартом ее команда должна быть в состоянии проверить работоспособность оборудования, которое будет работать в присутствии всех этих устройств. Для этой цели помехи от посторонних устройств, которые работают на той же полосе частот, подаются в безэховую камеру через делитель мощности, который подключен к ней.

Работе беспроводных датчиков также мешают отражения от металлических поверхностей на открытом воздухе, поэтому исследователи начали разрабатывать соответствующие методы испытаний. Чтобы воспроизвести сложную отражающую среду, устройства помещались в изолированные камеры реверберации. В камеру помещались поглотители радиочастотных излучений, чтобы адаптировать количество отражений к полевым условиям.

Одно- и двух- элементные системы для тестов и испытаний ослабления сигнала с участием отражателей и поглотителей радиосигнала в данный момент находятся на стадии разработки. Испытания подобного рода будут очень полезны для пожарных крупных мегаполисов, которые время от времени вынуждены работать в метро, где затухание сигнала очень высокое, а его контакт с поверхностью поездов и рельсами может привести к возникновению отражений.

Эти методы могут быть использованы для тестирования городских поисково-спасательных роботов, которые контролируются при помощи беспроводных передатчиков. Подобные машины направляют видеосигнал спасателям, а в ответ получают команды. Технология также применима при тестировании беспроводных медицинских устройств и даже потребительских товаров. Система безэховых камер сравнительно недорогая и простая. Она может вместить широкий спектр устройств с различными форм-факторами, которые работают на разных частотах.