Файл: Технологии с каждым годом развиваются все стремительнее и стремительнее.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.03.2024
Просмотров: 26
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
6LoWLAN часто используют для проектов IoT как один из самых удобных протоколов, хотя последнее время Thread (стандарт, созданный на основе этого) отодвигает его.
LoRa.
LoRa — это технология связи на большие (Long Range) расстояния, запатентованная компанией Semtech. LoRa использует LoRaWAN - MAC протокол канального уровня для сетей с множеством узлов с большим радиусом действия и низким энергопотреблением [27].
Рисунок 12. Топология сети LoRa
Так как LoRa определяет нижний физический уровень, верхние сетевые слои отсутствуют [28]. LoRaWAN был разработан для определения верхних слоев сети. LoRaWAN — это протокол уровня управления доступом к MAC, но действует в основном как протокол сетевого уровня для управления связью между шлюзами LPWAN и устройствами конечного узла как протокол маршрутизации [29].
XNB.
Существует множество протоколов и стандартов сетей иностранных компаний, которые используются для создания приложений Интернета Вещей. Но стоит поговорить и о протоколе отечественного производства, который уверенно выходит на рынок и активно конкурирует со своими заграничными товарищами [30].
LPWAN протокол компании Стриж – это энергоэффективный беспроводной протокол, в основе которого лежит передача данных с применением узкополосного метода в полосе частот 868 МГц. Протокол действует на большие расстояния, но передает лишь небольшие пакеты данных, что окупается за счет возможности передачи большого количества этих самых пакетов. В первую очередь протокол компании «стриж» создан для подключения к Интернету Вещей, а также для дистанционного обмена информацией в M2M сетях [31].
Рисунок 13. Топология сети Стриж
Сейчас компания «стриж» ориентирована на работу в России и странах СНГ и покрывает все города-миллионики и примыкающие к ним территории.
Для того, чтобы охват сети был увеличен вместе с производительностью базовых станций, используются алгоритмы параллельной обработки радиочастотного спектра.
Bluetooth.
Кто не знает про Bluetooth? Bluetooth – это спецификация беспроводных сетей. Она обеспечивает передачу информации между персональными компьютерами, ноутбуками, планшетами, смартфонами, принтерами и другими устройствами на беспроводной бесплатной доступной радиочастоте для ближней связи. Устройства могут обмениваться информацией только при условии, что они не находятся дальше 100 метров друг от друга, при этом нет никаких значимых преград или помех, которые могут прервать связь в любой момент передачи данных.
Принцип работы Bluetooth заключается в использовании радиоволн и связь корректно осуществляется в ISM-диапазоне, который используется во множестве повседневных устройствах [32].
Рисунок 14. Топология сети Bluetooth
При передачи цифровой информации используются разные виды кодирования, при которых аудиосигнал обычно не повторяется, а данные передаются повторно, если пакет был утерян.
Также протокол использует соединение «point-to-point» и «point-to-multipoint» [33].
Thread.
Thread – это технология ячеистых сетей передачи данных. В своей значительной части Thread основан на 6LoWPAN, но основным отличием и одновременно преимуществом перед последним является наиболее упрощенный процесс разработки и улучшения взаимодействия с пользователем.
Топология сети обеспечивает соединение «устройство-устройство» и «устройство-облако». Данный протокол поддерживает адресацию IPv6 и предоставляет каждому узлу в сети IP-адрес [34].
Основным преимуществом Thread является надежная защита информации на шифровании AES и при этом низкое электропотребление.
Действует такая технология на расстоянии до 30 метров и может обеспечивать одновременно до 300 устройств, что является удобным для использования в больших компаниях. Скорость передачи данных также довольно высокая – около 250 кбит/сек, а частота 2,4 ГГц.
Рисунок 15. Топология сети Thread
Также к преимуществам стоит отнести простую установку при помощи любого ПК, планшета или смартфона. Так как данная технология разрабатывалась специально для системы «умный дом», то для установки Thread достаточно просто сканировать QR код и авторизоваться [35].
6. Сравнение протоколов передачи данных
В данном разделе приведён сравнительный анализ рассматриваемых протоколов передачи информации для сетей IoT. Представленные в данной таблице протоколы, на данный момент, являются одними из основных протоколов передачи данных в системах интернета вещей. В таблице приведены основные параметры протоколов, необходимы для принятия решения. Данное сравнение проходит по следующим параметрам: транспорт, назначение и особенности.
Таблица 1. Сравнение протоколов передачи данных
| Протокол | Транспорт | Назначение | Особенность |
| COAP | UDP | Для сети с ограниченными ресурсами | Для идентификации используются JID, по формату похожий на адрес электронной почты |
| XMPP | TCP | Для адресации в небольшой пользовательской сети | Для идентификации используются простые идентификаторы |
| Modbus | TCP | Для организации промышленной сети | основанный на архитектуре ведущий - ведомый |
| MQTT | TCP | Для загруженных сетей с большим количеством клиентов и брокером | Использование очереди сообщений |
Из сравнения видно, что одним из самых подходящих протоколов для передачи данных является MQTT. Он отлично подходит для работы с большим количеством элементов в сети и большим количеством запросов [36].
7. Сравнение стандартов сетей передачи данных
В данном разделе приведён сравнительный анализ рассматриваемых технологий передачи информации для сетей IoT. В данной исследовании представлены одни из самых перспективных и интересных для интернета вещей стандарты передачи информации. В приведённой таблице отражены основные параметры необходимые для принятия решения по выбору сетевого протокола. Данное сравнение проходит по следующим параметрам: дальность действия, скорость передачи, частотный диапазон и потребление энергии, а также, стандарт связи, поддержка IP и топология [37].
Таблица 2. Сравнение технологий передачи данных
| Технология | Дальность действия | Скорость передачи | Частотный диапазон | Потребление энергии | Стандарт связи | Поддержка IP-технологий | Топология |
| ZigBee | 100 м | 250 кбит/с | 868 MHz 2.4 GHz | Низкое | IEEE 802.15.4 | нет | mesh |
| 6LoWPAN | 800 м | 200 кбит/с | 868 MHz | Низкое | IEEE 802.15.4 | да | mesh |
| LoRa | 15 км | 50 кбит/с | 868 MHz | Низкое | IEEE 802.15.4 | нет | звезда |
| Стриж | 10 км | 10 кбит/с | 868 MHz | Низкое | IEEE 802.15.4 | нет | mesh |
| Wi-Fi | 140 м 400 м | 54 мбит/с 6930 мбит/с | 2.4 GHz 5 GHz | Высокое | IEEE 802.11 | да | звезда |
| Bluetooth | 100 м | 3 мбит/с | 2.4 GHz | Пониженное | IEEE 802.15.4 | нет | звезда |
| Thread | 30 м | 250 Кбит/с | 2.4 GHz | Низкое | IEEE 802.15.4 | да | mesh |
Из проведённого исследования видно, что для реализации данной системы отлично подходят два стандарта связи: LoRa и Стриж. Они способны передавать небольшие сообщения на большие расстояния что позволит сократить стоимость подключения новых клиентов. А также, данные стандарты не требовательны к размерам аккумуляторной батареи, что позволит использовать минимальное количество энергии на отправку сообщений [38] [39] [40].
8. Модель системы
В рамках данной работы разрабатывается модель системы оплаты в сфере ЖКХ. Ниже приведено описание схемы с указанием необходимых деталей для разработки конечного продукта.
Модель.
Рисунок 16. Структурная схема системы сбора информации и оплаты
Предлагаемая модель состоит из пять частей основных частей:
-
Сбор данных – отвечает за получение информации на датчиках -
Балансировка – отвечает за распределение нагрузки внутри имеющейся архитектуры -
Обработка – отвечает за обработку поступающих запросов от пользователей и работу с данными от датчиков. -
Агрегация – отвечает за сохранение и анализированные данных пользователей и информации с датчиков -
Клиентская часть – отвечает за коммуникацию системы с пользователями
Сбор и балансировка.
Рисунок 17. Схема сбора данных и балансировки нагрузки
Датчики
На данный момент существует огромное количество видов датчиков разных ценовых категорий, производства различных производителей. Можно выбрать новые датчики или добавить специальные надстройки на уже имеющиеся. Они поддерживают большое количество разнообразных стандартов передачи данных и можно подобрать необходимый датчик под любую схему и ценовую категорию. На данный момент жизненный цикл датчиков состоит из производства, доставки и установки, выработки ресурса батареи и замены на новый датчик. Сегодня, такие датчики могут работать автономно в течение более 5 лет [41].
Рисунок 18. Схема счетчика воды
Датчики состоят из магнита и герконового датчика, которые закреплены на двигающейся части устройства. Принцип действия заключается в том, что при каждом перемещении магнита возле датчика, создаётся импульс, соответствующий конкретному расходу воды. Приёмный модуль записывает такой сигнал и конвертирует его в удобный для транспортировки и считывания вид. Далее данные передают эту информацию по каналам связи на наружное устройство или в интернет. На рисунке указан механический датчик с шестернями. Для того, чтобы сделать его электрическим необходимо заменить вычислительный блок на электрический и добавить магнит.
Сейчас к таким датчикам можно добавить дополнительный блок, который будет отвечать за перекрытие воды. Такая возможность поможет оперативно отключать воду неплательщикам.
