Tài liệu Tầm quan trọng của truyền thông không dây tin cậy trong nhà máy ppt

Tầm quan trọng của truyền thông không dây
tin cậy trong nhà máy
Trong lĩnh vực phát điện thì việc đảm bảo sức khỏe, an toàn của nhà máy và nhân viên là
rất quan trọng. Và trong môi trường làm việc có tính bảo mật và độ rủi ro cao như vậy thì
điều thiết yếu là nhân viên có khả năng thông tin mọi lúc một cách rõ ràng và nhanh
chóng. Bài báo thảo luận về một loạt các giải pháp không dây sẵn có trên thị trường hiện
nay.
Hệ thống không dây thông minh trong nhà máy điện
Việc đảm bảo sức khỏe, an toàn của nhà máy điện và người vận hành nhà máy có tầm
quan trọng hàng đầu. Chẳng hạn, điều cực kỳ quan trọng là nhà máy điện hạt nhân phải
ứng phó được với mọi loại tình trạng khẩn cấp có thể xảy ra tại một nơi bất kỳ của nhà
máy, vào bất kỳ lúc nào trong ngày một cách nhanh chóng hiệu quả. Trong môi trường
làm việc có tính bảo mật và độ rủi ro cao như vậy, nơi mà nói chung nhân viên phân tán
rộng khắp ở đủ mọi nơi trong nhà máy, thì điều thiết yếu là mọi người phải có thể thông
tin rõ ràng vào bất cứ lúc nào, ở bất cứ nơi nào họ có thể đến trong phạm vi nhà máy.
Không có đâu mà yêu cầu truyền thông liên tục và tin cậy lại quan trọng như ở lĩnh vực
phát điện.
Đảm bảo phủ sóng tin cậy, rộng khắp
Cơ quan chức năng nhà nước các nơi trên thế giới đều đã thiết lập các quy định về an
toàn và sức khỏe và các nhà máy điện phải tuân thủ. Tại Mỹ, Bộ Năng lượng qui định
phải triển khai mạng viễn thông tin cậy trên toàn bộ cơ sở hạ tầng các nhà máy điện.
Hướng dẫn tiêu chuẩn kỹ thuật của Bộ Năng lượng Mỹ quy định rõ nhà máy điện hạt
nhân phải được trang bị để hỗ trợ các công nghệ thông tin trong đó có viễn thông, và
quan trọng là phải cung cấp tin tức đáng tin cậy cho an ninh công cộng và các dịch vụ
khẩn cấp.
Trong môi trường năng động này, hàng loạt các dịch vụ vô tuyến thương mại được áp
dụng như dịch vụ di động nhiều người vận hành, dịch vụ an toàn công cộng, bộ đàm
(PTT), nhắn tin, tự động hoá và Wi-Fi, các dịch vụ này vận hành ở các tần số khác nhau
và mức độ khó khăn thâm nhập các toà nhà cũng có sự khác nhau. Ngoài ra còn có các
dịch vụ không dây chuyên dụng như theo dõi đo từ xa trên sóng 900 MHz được tối ưu
hóa để đo mức độ phóng xạ trong nhà máy điện, một yêu cầu thiết yếu nhằm đảm bảo an

toàn cho lực lượng lao động.
Nhà máy điện có kích thước lớn, cấu trúc công trình lại đa dạng, đặt ra những thách thức
có một không hai đối với việc thiết lập vùng phủ sóng rộng khắp bên trong toàn nhà máy.
Sự khác nhau về hình dạng và kích thước toà nhà cộng với sự đa dạng về vật liệu sử dụng
như sắt thép và bê tông làm cho tín hiệu tần số rađio (RF) yếu đi đáng kể khi thâm nhập
vào trong các toà nhà. Điều này làm cho tốc độ dữ liệu giảm và thậm chí là mất tín hiệu,
khiến nhân viên nhà máy không thể liên lạc tại một số khu vực nhà máy. Vấn đề này sẽ
trở nên phức tạp hơn trong vài năm tới khi công nghệ 4G mới ra đời đòi hỏi chất lượng
tín hiệu cao hơn đáng kể, làm cho các tín hiệu RF dễ bị suy yếu hơn bởi các vật liệu. Điều
này khiến cho việc đáp ứng các yêu cầu về sức khỏe và an toàn trở nên cực kỳ khó khăn
và có thể dẫn đến nhân viên phải chịu những rủi ro đáng kể.
Có nhiều tiến bộ về công nghệ có nghĩa là ngày nay có vô số phương cách cạnh tranh và
mâu thuẫn nhau trong việc cải thiện vùng phủ sóng bên trong toà nhà. Tuy nhiên, nhà
máy điện là môi trường rõ ràng khó khăn và phức tạp đối với việc triển khai những hệ
thống như vậy. Việc sử dụng thiết bị điện áp cao và khoảng cách xa giữa các tòa nhà gây
nhiều khó khăn cho việc tích hợp các hệ thống vô tuyến trong tòa nhà. Điều thiết yếu là
các giải pháp phủ sóng trong toà nhà phải có thể giảm thiểu nhiễu tín hiệu rađiô do thiết
bị điện công suất lớn và vật liệu xây dựng gây ra cũng như đương đầu với khó khăn về
khoảng cách lớn giữa các toà nhà khác nhau trong nhà máy. Với vô số sự lựa chọn sẵn có
trên thị trường ngày nay, cán bộ phụ trách vấn đề sức khỏe và an toàn đang phải đối mặt
với nhiệm vụ khó khăn là xác định được các ưu nhược điểm của từng phương án. Làm
thế nào để họ đảm bảo được là đã lựa chọn giải pháp không dây trong toà nhà có khả
năng hỗ trợ cả một khối chằng chịt phức tạp các dịch vụ truyền thông không dây yêu cầu,
đồng thời đáp ứng tốt các quy định về sức khoẻ và an toàn, hiện nay và sau này?
Phủ sóng vô tuyến có thể được yêu cầu cho nhiều mục đích khác nhau, từ các cuộc gọi
tới truyền dữ liệu, các hệ thống an ninh và các dịch vụ khẩn cấp, v.v. Có rất nhiều loại
nguồn khác nhau đối với các dịch vụ này như trạm gốc, bộ chuyển tiếp, điểm truy cập,
rađio hai chiều, v.v., cho mỗi hệ thống với công suất, vùng phủ sóng và khoảng cách
khác nhau. Ngày nay, các giải pháp vô tuyến trong toà nhà có thể chia làm hai nhóm khác
nhau: Giải pháp dịch vụ đơn và giải pháp đa dịch vụ.

Thiết bị dịch vụ đơn
Nói một cách đơn giản, giải pháp phủ sóng tòa nhà dịch vụ đơn bao gồm mọi giải pháp
công nghệ không dây hỗ trợ chỉ một loại dịch vụ không dây. Nhóm này bao gồm các
phương pháp truyền thống như trạm cơ sở điện thoại di động, bộ định tuyến Wi-Fi, hệ
thống rađio tầm ngắn bản quyền cùng một số loại mới gia nhập thị trường như femtocell.
Hệ thống radio tầm ngắn bản quyền là phương tiện truyền thông rất hiệu quả khi sử dụng
cho dịch vụ riêng lẻ. Một ví dụ về công nghệ vô tuyến thuộc nhóm này là Bluetooth, Wi-
Fi và Land Mobile Radio Systems (LMRS) được sử dụng nhiều nhất trong nhà máy điện
với các dịch vụ an ninh, khẩn cấp, và các ứng dụng an toàn công cộng. LMRS nhiều khi
có thể kết nối tới các hệ thống cố định khác như mạng điện thoại di động, tuy nhiên
nhược điểm nhỏ của các hệ thống này khi sử dụng riêng lẻ là bảo trì khá tốn kém và có
thể khiến khách hàng bị lệ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất để tránh các vấn đề
tương tác.
Hình ảnh về ý tưởng thiết kế nhà máy điện, tín hiệu radio vô tuyến được phân bố khắp
nơi.
Như với các công nghệ bản quyền khác, phần mềm và phần cứng đầy rẫy các vấn đề về
giấy phép và bằng sáng chế khiến khách hàng bị hạn chế về khả năng kiểm soát để thích
ứng và thiết kế mạng vô tuyến cho riêng họ. Dải các công nghệ này nằm ngay trong tên
của nó. Nhưng thậm chí khi được nối với những hệ thống có dải rộng hơn như điện thoại
di động, thì kết cục LMRS vẫn bị ảnh hưởng bởi các vật liệu làm suy giảm tín hiệu trong
cơ sở hạ tầng của nhà máy.
Công nghệ Wi-Fi ngày càng trở nên phổ biến đối với các mạng không dây bởi nó hiệu
quả về chi phí và dễ cài đặt. Trong phạm vi nhà máy điện, Wi-Fi đem lại nhiều lợi thế, từ
truy cập máy dịch vụ mạng, Internet, cũng như các công nghệ VoIP như Skype, cho phép
truyền giọng nói qua Internet, không phải là qua mạng điện thoại. Trong phạm vi nhà
máy điện, người quản lý công nghệ thông tin có thể cài đặt nhiều bộ định tuyến phát Wi-
Fi tích hợp một môđem DSL hay môđem cáp và một điểm truy cập Wi-Fi để kết nối với
Internet thông qua mạng điện thoại cố định, thu thập và chuyển tiếp dữ liệu từ các nơi
khác nhau trên toàn nhà máy. Mặc dù thiết kế rất đơn giản và dễ thực hiện, nhưng các bộ
định tuyến Wi-Fi cuối cùng vẫn bị hạn chế ở chỗ chúng chỉ có thể phân phối đầu ra rađio

ở tầm ngắn, điều đó có nghĩa là cần nhiều bộ định tuyến ở khắp nhà máy. Điều đó làm
cho việc bảo dưỡng tốn nhiều thời gian và khó khăn, bởi vì thực tế khó định vị được
những bộ định tuyến hỏng hoặc lỗi trong một mạng phức tạp các điểm truy cập như vậy.
Nhìn một cách khái quát các mạng điện thoại di động, có bốn giải pháp dịch vụ đơn giải
quyết các vấn đề tín hiệu thâm nhập kém – tăng công suất trạm cơ sở chính gần đó, các
bộ lặp, các picocell và các femtocell.
Giải pháp hiển nhiên nhất có thể là tăng công suất của trạm cơ sở gần đó. Tuy nhiên, với
công nghệ 3G thì không hiệu quả về chi phí hoặc thuận tiện về kỹ thuật bởi vì tăng phạm
vi phát sóng thì tất yếu phải giảm lưu lượng tối đa và mật độ người thuê bao. Trong khi
đó, các bộ lặp có thể mở rộng khu vực phủ sóng của trạm cơ sở ngoài trời vào trong tòa
nhà mà không cần thay đổi dung lượng của mạng.
Bộ lặp được cung cấp từ trạm cơ sở chính thông qua ăngten phát cho phép giảm bớt chi
phí về thiết bị mạng bổ sung. Tuy thế, các bộ lặp có dải thông giới hạn và thông thường
chỉ có thể hỗ trợ một hoặc hai dải tần. Để đảm bảo phủ sóng cho nhiều dịch vụ thì cần
phải lắp đặt một số bộ lặp và đối với những môi trường có lưu lượng dữ liệu cao thì các
bộ lặp tỏ ra kém hiệu quả bởi vì chúng không thể cung cấp thêm dung lượng cho tòa nhà.
Picocells thường rất phù hợp cho việc cung cấp dung lượng bổ sung cho mạng điện thoại
di động trong những tòa nhà nhỏ hơn. Khi triển khai trong những tòa nhà lớn, yêu cầu
dung lượng lớn thì cần có một số lượng lớn picocell. Bởi mỗi dịch vụ vô tuyến yêu cầu
cơ sở hạ tầng riêng, điều này dẫn đến phải đầu tư rất lớn cho thiết bị.
Thiết bị mới nhất trong thị trường dịch vụ đơn là femtocell. Về cơ bản, femtocell hoạt
động như một trạm cơ sở nhỏ kết nối tới một mạng điện thoại di động thông qua băng
thông rộng để cải thiện phủ sóng trong nhà. Femtocell giống như bộ định tuyến Wi-Fi,
tương đối dễ triển khai. Nhưng femtocell có nhược điểm là tầm ngắn và dung lượng nhỏ,
thông thường chỉ hỗ trợ hai đến bốn người sử dụng điện thoại di động.
Tăng thêm số femtocell trong một tòa nhà không những tốn kém mà việc triển khai nhiều
điểm có thể gây ra các vấn đề nhiễu giữa các điện thoại di động. Chính vì lý do này mà
femtocells thích hợp hơn cho các môi trường gia đình. Nhiều cải tiến về tổng dung lượng
hỗ trợ đã được thực hiện với việc đưa vào áp dụng femtocell doanh nghiệp nhưng cho
đến nay, các hệ thống này vẫn là giải pháp rất tốn kém.

Thiết bị đa dịch vụ
Hệ thống ăngten phân tán (Distributed Antenna System - DAS) thường được ưa chọn đối
với những cơ sở hạ tầng từ trung bình đến lớn bởi vì nó có khả năng phủ sóng trong nhà
tốt hơn và đồng nhất, với chi phí đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn. Hệ thống DAS
thông thường gồm một mạng ăngten phân bố khắp tòa nhà để tạo ra vùng phủ sóng riêng
trong toà nhà. Theo truyền thống có hai loại hệ thống DAS sẵn có trên thị trường, loại thụ
động và loại chủ động.
Các giải pháp kết hợp cũng thường được sử dụng: Các hệ thống DAS chủ động được
phân bố khắp tòa nhà và mỗi hệ thống này nuôi một mạng ăngten nhỏ thụ động. Các hệ
thống DAS chủ động cũng như thụ động đều có thể hỗ trợ việc kết nối đa dịch vụ, có
nghĩa là chúng có thể được sử dụng để thực hiện đồng thời các giải pháp nhiều người vận
hành và đa dịch vụ. Các hệ thống chủ động/kết hợp truyền thống thực hiện hỗ trợ đa dịch
vụ bằng cách triển khai các lớp phần cứng riêng cho dịch vụ rồi sau đó kết hợp trong một
ăngten chung.
Một trong những hạn chế của giải pháp truyền thống là không phải tất cả các tần số làm
việc đều được hỗ trợ trong dải phần cứng riêng cho dịch vụ; điều này đặc biệt đúng với
những dịch vụ chuyên gia như phép đo mức độ phóng xạ. Gần đây, phương án DAS thứ
3 đã được đưa vào áp dụng, và được coi là phương pháp chủ động, thực sự là băng rộng.
Giải pháp DAS thay thế này hỗ trợ số lượng bất kỳ hoặc cách kết hợp bất kỳ các dịch vụ
không dây, giao thức hay tần số mà không cần các lớp phủ riêng cho dịch vụ. Về mặt
này, có thể yên tâm với hệ thống sau này bởi vì có thể tăng các dịch vụ mà không cần chi
phí thêm.
Các hệ thống DAS thụ động bao gồm một mạng lưới cáp đồng trục, các bộ nối và bộ chia
nguồn để phân phối các tín hiệu vô tuyến khắp các tòa nhà. Trong khi đó, các hệ thống
DAS chủ động cấp các tín hiệu điện thoại di động từ trạm cơ sở hay bộ lặp và phân phối
các tín hiệu sóng vô tuyến đã được khuếch đại ở bên trong các tòa nhà thông qua cáp
quang và cáp RF, cáp này kết nối với rất nhiều ăngten ở xa được đặt ở các nơi khác nhau
của toà nhà.
Cảnh bên trong nhà máy điện. Có thể thấy môi trường kết cấu hạ tầng rất phức tạp.
Hệ thống DAS thụ động được cho là rẻ hơn DAS chủ động và có thể vẫn là loại được sử

dụng phổ biến nhất hiện nay. Nhược điểm của các giải pháp này là tín hiệu RF không thể
truyền qua cáp đi thật xa. Điều đó có nghĩa là các hệ thống này có thể mất tín hiệu khi
truyền qua khoảng cách lớn hay khi được sử dụng với các công nghệ tần số cao hơn. Do
chính bản chất của nó, các linh kiện đầu cuối của hệ thống là thụ động nên không thể báo
lỗi, điều này dẫn đến thời gian và chi phí bảo trì tăng cao. Do vậy trong khu vực nhà máy
điện, hệ thống DAS chủ động có nhiều lợi thế so với các hệ thống thụ động với những
hạn chế về khoảng cách. Hơn nữa, bởi vì các linh kiện là chủ động nên nếu có vấn đề gì
với một trong các ăngten thì có thể dễ dàng tìm ra, điều này tạo ra khả năng quản lý và
kết nối tin cậy hơn.
Phân biệt các kỹ thuật thực hiện
Sau khi quyết định thực tế cần hỗ trợ các công nghệ không dây nào bên trong nhà máy,
nhà quản lý công nghệ thông tin cần phải quyết định là triển khai nhiều giải pháp dịch vụ
đơn xung quanh nhà máy điện hạt nhân tại những khu vực yêu cầu liệu có lợi hơn hay
không so với triển khai một hệ thống kết hợp tất cả các đầu ra sóng rađio trên một nền
tảng duy nhất để truyền tín hiệu RF qua toàn bộ kiến trúc hạ tầng của nhà máy. Cho dù
chọn công nghệ không dây trong toà nhà loại nào thì trong lĩnh vực kỹ thuật điện vẫn có
nhiều vấn đề then chốt cần xem xét. Do kích thước quá lớn của các nhà máy điện hạt
nhân, thêm nữa là hình dạng và khoảng cách giữa các tòa nhà cũng khác nhau, nên yêu
cầu linh hoạt trong lắp đặt là rất quan trọng.
Chọn phương pháp bằng tần rộng
Với việc chọn phương pháp băng tần rộng cho cơ sở hạ tầng không dây trong toà nhà, tất
cả các yêu cầu kỹ thuật đối với môi trường làm việc cụ thể này đều có thể dễ dàng đáp
ứng. Hệ thống DAS “băng tần rộng” chủ động có thể mang lại cho ngành sản xuất điện
một giải pháp toàn diện về phủ sóng trong nhà bởi vì nó có khả năng hỗ trợ số lượng bất
kỳ hoặc cách kết hợp bất kỳ các dịch vụ không dây, giao thức hoặc tần số mà không cần
các lớp phủ riêng cho dịch vụ. Điều này có nghĩa là các dịch vụ chuyên gia/đặc biệt cũng
được hỗ trợ. Điều này sẽ đảm bảo an toàn cho nhà máy cùng đội ngũ nhân viên, cho dù
họ đang ở đâu hay đang sử dụng dịch vụ gì vào thời điểm đó. Với khả năng của dải tần
rộng, không cần đến các thiết bị riêng cho dịch vụ, giảm chi phí cho phần cứng và cài đặt
hệ thống. Do tính chất không phụ thuộc vào dịch vụ, hệ thống DAS chủ động dải tần rộng

đem lại sự yên tâm cho cán bộ phụ trách sức khoẻ và an toàn bằng cách đầu tư mới cho
cơ sở hạ tầng không dây trong nhà, vì nó không bị ảnh hưởng bởi sự phát triển sau này,
khả năng lớn về mở rộng qui mô, cho phép thêm vào các dịch vụ mới mà không cần có
thêm linh kiện hoặc nâng cấp tốn kém.
Rõ ràng là phải áp dụng ngay việc phủ sóng trong nhà kiểu tiên tiến để các nhà máy điện
có thể đáp ứng tốt hơn các qui định hiện nay về sức khoẻ và an toàn. Nhà quản lý nhà
máy điện hạt nhân cần hành động ngay và tự cập nhật thêm các công nghệ không dây
hiện có nếu họ muốn đảm bảo bảo vệ khu vực nhà máy và sự an toàn của nhân viên. Hệ
thống DAS chủ động dải tần rộng là giải pháp có một không hai về đảm bảo phủ sóng
rộng khắp các dịch vụ thiết yếu cho nhân viên hiện nay và ngày mai, ở mức độ tài chính
hợp lý.