Базирующаяся в Тибе (Япония) организация National Institutes for Quantum Science and Technology (QST) и японская телекоммуникационная компания NTT сообщили о разработке технологии высокоскоростной высокочастотной связи в реальном времени, необходимой для управления плазмой в термоядерном реакторе и её поддержании в стабильном состоянии.
Исследователи отметили, что для удержания плазмы высокого давления в термоядерной установке крайне важно контролировать быстро нарастающие плазменные неустойчивости в чрезвычайно короткие отрезки времени — менее чем 1/10 000 секунды (100 мкс). Увеличение размеров установок и возрастающая сложность управления требуют оперативной связи на больших расстояниях между компьютерами внутри сети управления, а также больших объёмов передаваемых данных. Обеспечить эти условия с помощью традиционных сетевых технологий крайне сложно.
Источник изображений: NTT
Учёные разработали специализированную сеть для JT-60SA, крупнейшего в мире сверхпроводящего токамака, способную поддерживать необходимый уровень быстрой и высокочастотной связи в реальном времени. В рамках проекта была разработана технология детерминированной быстрой связи, пригодная для использования в системе управления, и проведены демонстрационные испытания. В результате впервые в мире была достигнута высокоскоростная и высокочастотная передача данных с интервалами меньше 100 мкс.
Это достижение позволит управлять плазмой высокого давления в реальном времени в предстоящих экспериментах на JT-60SA. Разработка представляет собой прорывной шаг на пути к управлению в реальном времени в термоядерных реакторах, таких как ITER и будущий DEMO-реактор, где необходимо прогнозировать и контролировать значительно большие объёмы плазмы, используя ограниченное количество диагностических приборов и обширную сеть управляющих компьютеров, разнесённых на несколько сотен метров. Кроме того, объёмы отдельных наборов данных тоже вырастут до приблизительно 1 Кбайт.
Связь в сети управления термоядерного реактора осуществляется с помощью последовательности операций: сбор диагностических данных, оценка физических величин, подлежащих управлению, расчёт управляющих команд и их отправка исполнительным механизмам. Время, необходимое для завершения этой последовательности, определяется временным масштабом роста контролируемых неустойчивостей. В плазме высокого давления могут возникать быстрорастущие неустойчивости, что требует ответной реакции в течение 100 мкс.
В сети JT 60SA диагностические данные, включая информацию о магнитном поле, передаются с компьютера сбора на управляющий компьютер, который выполняет прогнозные расчёты плазмы и посылает команды катушке реактора. Конструкция этой специализированной управляющей сети для JT-60SA предназначена для обеспечения стабильной, быстрой и частой передачи данных на уровне, необходимом для будущих термоядерных реакторов. Параллельно была разработана технология сверхвысокочастотной детерминированной связи, способной завершать передачу в строго отведённое время — не более 100 мкс.
Для тестов новая технология была интегрирована в компьютеры, расположенные на расстоянии 400 м друг от друга, а производительность передачи данных оценивалась посредством демонстрационных испытаний самого токамака JT-60SA. В дальнейшем будет проведена оценка в рамках всей сети управления, включающей многочисленные компьютеры, в рамках подготовки к экспериментам по нагреву JT-60SA с управлением плазмой высокого давления в реальном времени. Впрочем, такие сценарии работы сети характерны не только для термоядерных реакторов, отмечает NTT.
Для обеспечения связи с периодичностью 100 мкс и менее, а также детерминированной производительности для надёжного завершение передачи данных в заданном временном окне, необходимо как сокращение задержки в самих управляющих компьютерах, так и устранение джиттера. Задача облегчается тем, что характер передач заранее известен, поэтому можно значительно упростить управление сетью. Так, вместе с сигналом подтверждения получения данных отправляется и управляющий сигнал для старта следующего цикла передачи. А поскольку время каждой передачи фиксированное, избавиться от джиттера намного проще, добавив механизмы TSN для синхронизации временных интервалов на каждом узле.
Источник:
