Защита информации от помех в канале передачи данных

Все помехи, воздействующие на кабели, датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и металлические шкафы автоматики, в большинстве случаев протекают в виде тока по заземляющим проводникам, создавая вокруг них паразитное электромагнитное поле и падение напряжения помехи на проводниках. Источниками и причинами помех может быть молния, статическое электричество, электромагнитное излучение, "шумящее" оборудование, сеть питания 220 В 50 Гц, переключаемые сетевые нагрузки, трибоэлектричество, гальванические пары, термоэлектрический эффект, электролитические процессы, движение проводника в магнитном поле и др.

Государственные центры стандартизации и сертификации во всех странах мира не допускают к производству оборудование, являющееся источником помех недопустимо высокого уровня. Однако уровень помех невозможно сделать равным нулю. Кроме того, на практике встречается достаточно много источников помех, связанных с неисправностями или применением не сертифицированного оборудования.

При конструировании электронной аппаратуры для снижения уровня помех используют микромощную элементную базу с невысоким быстродействием, уменьшение длины проводников и экранирование. Особые меры принимаются для снижения помех от радиопередающих устройств беспроводных сетей (подробнее см. раздел "Промышленные сети и интерфейсы".

Паразитные воздействия помех на процесс передачи сигнала в системах промышленной автоматизации можно разделить на следующие группы:

o воздействия через кондуктивные связи;

o влияние неэквипотенциальности "земли";

o наводки через взаимную индуктивность;

o наводки через емкостные связи;

o высокочастотные электромагнитные наводки.

Рис. 3.1. Относительный уровень спектральной плотности мощности и частота основных источников электромагнитных помех

В гидроакустических каналах помехой является работа насосов. При использовании электромагнитных каналов основная помеха – это промышленная сеть 50Гц. На буровой как минимум 2 мощнейших электродвигателя: 1 двигатель лебедки (200КВ), двигатель насосов (600КВ), куча оборудования для проживания, связи, отопления. Все эти приборы создают очень большой фон помех. Отношение сигнал/шум 100дБ (1:1000000). Требуется принимать очень серьезные меры, чтобы на фоне этих помех выделить полезный сигнал.

При использовании «Манчестер-2», применяется помехоустойчивое кодирование, в чем-то напоминающее код Хэмминга. Каждые 5 двоичных разрядов кодируются 15 двоичными разрядами. Избыточность 3хкратная. Такое кодирование обеспечивает кодовое расстояние между соседними цифрами. Кодовое расстояние (количество позиций, которое нужно изменить, чтобы числа стали равны друг другу) между цифрами больше или равное 7, что позволяет исправлять ошибки, возникающих в трех, четырех битовых сигналов.

При приеме принимаемое число сравнивается со всеми 32 кодировками, с какой кодировкой будет меньше кодовое расстояние, значит то число и получилось.

Кроме кодировки двоичных разрядов информации, для распознавания начала пакета используется специальная комбинация двоичных кодов, которая называется синхропосылкой, кодовое расстояние которой относительно любой из обычных цифр ещё больше, правда для синхропосылок используется несколько другой критерий. Обычное требование для кода синхропосылки – чтобы коэффициент корреляций синхропосылки на 50% отличался от любой комбинации кодов полезной информации. Синхропосылка обычно 30 разрядов, а потом идут посылки 15 разрядов с 5 разрядами полезной информациии.

Зенит 0-90 градусов (30-120) с точностью 0,1 градус – 10 разрядов.

Азимут 0-360 градусов с точностью до 1 градуса – 9 разрядов.

Отклонитель 0-360 градусов с точностью ~1,3 градуса – 8 разрядов.

Итого нужно 6 комбинаций по 5 разрядов (30 синхро и 90 инфо). Итого 120 битовых интервалов, частота 10 Гц – 12с.

Чем глубже, тем хуже передается сигнал и частоту нужно уменьшать. Набор частот передач: 10, 5, 2,5, 1,25, 0,625 Гц.