МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
139
Аннотация
.
В работе предлагается анализ уровня применения
инновационной технологии – Интернет вещей; представлены основные
«трудности» внедрения данной технологии; указаны основные тенденции развития
открытых коммуникационных систем; приведен пример клиентоориентированного
варианта применения
IoT
технологии на практике (на примере автоматизированной
системы освещения); представлено краткое описание функционирования
предлагаемой системы с указанием возможных вариантов масштабирования;
приведены приоритетные варианты исполнения коммуникационных связей.
Ключевые слова
.
Интернет вещей, идентификаторы, алгоритмы, внедрение,
беспроводные технологии, цифровизация,
протокол связи, коммуникации,
открытость систем, автоматизация.
Спрос на решения в области Интернета вещей (
IoT
) стремительно растет.
Перспективным становится использование рассматриваемой технологии для
реализации систем «Умный дом»; различных инструментов в сельском хозяйстве
для прогноза климатических изменений и контроля качества продукции;
всевозможных сенсоров, программных систем, анализа больших данных,
реализации различных приложений для покупок, персонализированных
приложений для ведения пациентов и оценки
методов лечения в области
здравоохранения; реализации «умных» парковок; построения адаптивных сетей для
потребителей электроэнергии и др.
Рост технологической зрелости позволяет расширять возможности сервисов
на основе
IoT
. Последнее связано с использованием различных стандартов
беспроводной связи и широкому применению цифровых технологий. Благодаря
этому становится возможным увеличения в разы количества подключаемых к
интернету повседневных объектов. Развитие программных решений
IoT
позволяет
выстраивать сложные алгоритмы для машинного обучения, которые являются
основой для развития и становления систем искусственного интеллекта [1,2]. Таким
образом, основным вектором развития становится повсеместное использование
алгоритмов машинного обучения и аналитики в режиме реального времени для
обеспечения огромных возможностей для коммуникации и максимального
комфорта людей.
Безусловно
внедрение
IoT
«наталкивается на трудности», которые
сдерживают повсеместное внедрение инновационной технологии
.
Первой
проблемой становится обеспечение безопасности передачи и конфиденциальности
данных, что связано с интеграцией огромного количества различных устройств в
одну сеть и передачи данных между ними в режиме реального времени. Еще одним
существенным недостатком становится разрозненность нормативной базы, основы
которой могут быть применены для создания сети
IoT
. Так производители могут
использовать различные решения для взаимодействия и коммуникаций всех
объектов сети, что становится проблемой при попытке объединения и
согласованной работы с другими системами автоматизации и требуется
использование дополнительного оборудования (шлюзы, маршрутизаторы,
коммутаторы). Также сложность интеграции приводит к необходимости
добавления новых функций и как следствие приводит к непредвиденным затратам
для производителей.
Несмотря на
ряд проблем, связанных с распространением технологии
IoT
наблюдается тенденция развития открытых систем, которые требуют
эволюционного прогресса нормативной базы. Также имеется необходимость
наличия и проработанности различных клиенто- ориентированных вариантов
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
140
применения
IoT
технологии на практике, которые должны демонстрировать
преимущества ее использования в разных сферах человеческой деятельности.
В работе предлагается анализ возможности применения технологии
Интернета вещей для оценки уровня качественных показателей освещения (фон,
контраст объекта различения с фоном, показатель ослепленности,
коэффициент
пульсации освещенности, показатель дискомфорта) в помещении.
Для этого в работе предлагается реализация эффективной системы
управления освещением, которая будет функционировать согласно определенному
алгоритму. Аппаратная часть системы управления освещением на основе алгоритма
будет включать в себя следующие функциональные элементы: светильники (с
полупроводниковыми источниками света) с интеллектуальными блоками питания и
беспроводными коммуникационными модулями [3,4,5]. Целевым рынком
распространения конечного продукта являются образовательные учреждения,
жилищные помещения, производственные площадки, административные здания и
др. С помощью такой системы можно будет осуществлять постоянный контроль
световой среды в помещении и за счет наличия микропроцессорных модулей
производить туманные вычисления для генерирования «самостоятельных»
сценариев работы светильников. А именно, интеллектуальный
блок питания
светильника будет оценивать поступающие команды и выбирать подходящий
алгоритм для совершения действий осветительному устройству.
Для реализации интеллектуального блока будут задействован мультидатчик
и модуль беспроводного соединения. Передача данных будет реализована на базе
систем ближнего действия (сети
PAN
). Примерами для такого соединения могут
быть протоколы
Zigbee
,
Z-Wave
,
Bluetooth.
Здесь также будет учитываться
эффективность используемых протоколов, которые должны обеспечивать
энергосбережение и малую задержку по времени. В настоящее время существует
несколько десятков стандартов Интернет вещей,
одним из приоритетных
становится
Lora
и
LoraWan
. Его основными преимуществами являются частотный
разрешенный диапазон, открытость стандарта, хороший радиус действия (до 1 км),
малое энергопотребление. Перечисленные преимущества позволяют «обратить
внимание» на вариант исполнения протокола связи с привлечением
Lora.
Мультидатчик представляет собой интегрированное устройство для
регистрации различных сигналов (уровень светового потока, коэффициент
пульсации, яркость, цветовую температуру) и передачи их в блок управления
интеллектуального
устройства,
выполненного
с
использованием
контроллера. Обработка полученных данных регистрации позволит путем
вычислений определить уровень светового комфорта в помещении. Таким образом,
индивидуальное управление каждым светильником позволит регулировать без
участия человека уровень яркости, цветовую температуру осветительных
устройств, режим энергосбережения тем самым создавая экосистему освещения.
Наличие интеллектуального блока в каждом светильнике делает такую
систему распределенной, что требует также учитывать это в
алгоритме работы
связи с остальными осветительными устройствами, задействованными в данной
схеме. Концепция построения такой сети будет немного отличаться от технологии
межмашинного взаимодействия. Так обмен данными между осветительными
устройствами будет осуществлен без участия протокола
IP
,
при этом данные будут
агрегироваться на граничном шлюзе, который послужит точкой входа в интернет.
Для дальнейшего развития предлагаемой системы планируется расширение
возможностей и уход от централизованного выхода в глобальную сеть путем
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
141
интеллектуализации отдельного блока осветительного устройства и придания ему
«самостоятельности».
Постоянство подключения к сети Интернет позволит присоединить систему
к облачным сервисам [2]. Преимуществом такого подключения станет снижение
общей стоимости владения предлагаемой инновационной системы. Последнее
произойдет благодаря возможностям облачных сервисов таких как вычислительная
мощность; виртуализация процесса для построения
эффективной работы
исследуемой системы; резервное копирование и высокий уровень безопасности
данных.
