Toshkent davlat texnika universiteti xalqaro ilmiy-texnik anjuman - bet 92

УДК 681.518
ПРИМЕНЕНИЕ
IOT
ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ
КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОСВЕЩЕНИЯ
Иванова Вилия Равильевна, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет», г. Казань
РФ
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.
|