BASIC DEFINITIONS OF TWELVE LAYER IOT ARCHITECTURE FOR SMART CITY

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE INDUSTRY" APRIL 27-28, 2023

IoT - ОСНОВА ЦИФРОВОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ В ЭКОСИСТЕМЕ

Исаев Рихси Исаходжаевич

Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада ал-Хоразмий,

профессор https://doi.org/10.5281/zenodo.7853461

Abstract. Climate change around the world is a threatening factor for the safety of the population. The main factors influencing climate change are the increase in CO2 due to industrial waste, electricity generation by burning gas, oil and coal.

In these conditions, the development and implementation of control and management systems for air pollution, forests, water resources, etc. is particularly relevant. Therefore, the use of developing IoT is the basis of digital control and management in the ecosystem.

Keywords. Climate change, environmental security, forests, water resources, air pollution, renewable energy sources, Internet of things.

«Интернет вещей» открывает большие возможности для мировой экосистемы: повышение эффективности, снижение затрат, снижение рисков, повышение надежности активов. Однако внедрение технологии IoT - сложный процесс, который требует наличия государственной стратегии, плана внедрения, всесторонней оценки возможных рисков и выгод.

В этой связи в данном работе рассматриваются направления развития IoT, международный опыт, предлагается подход к систематизации работ в направлении IoT в экосистеме.

IoT стратегии включает:

- Для решения каких задач экологии внедряется IoT?

- Какие следует использовать технологии IoT?

- Как внедрить и обеспечить поддержку экосистемы IoT?

- Какие результаты будут достигнуты и в какие сроки?

Основные цели внедрения:

- Снижение рисков и повышение экологической безопасности;

- достижение контроля декарбонизацией и охраны окружающей среды;

- повышение эффективности контроля и управления при решении экологических проблем.

Развитие IoT в мире стало возможным благодаря четырем технологическим трендам: снижению стоимости вычислительных мощностей; снижению тарифов на услуги телекоммуникации; быстрому росту количества «подключенных» устройств; развитию облачных технологий и Big Data (рис. 1).

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE INDUSTRY" APRIL 27-28, 2023

Рис. 1. Технологические тренды в основе 1оТ.

Развитие 1оТ - это не только увеличение проникновения «подключенных» устройств, но и создание технологической экосистемы - набора технологических решений для сбора, передачи, агрегации данных и платформы, позволяющей обработать данные и использовать их для реализации «умных» решений (рис. 2).

«Интернет вещей»

«УМНЫЕ» РЕШЕНИЯ

[Ду «Умное производство»

СЕД "Интеллектуальные Ё) сети»

«Умный город» "Умный транспорт» шП -Умная логистика»

«Умное здравоохранение» и телемедицина

«Умное сельское хозяйство» «Умный дом»

«Умные» решения для потребительского рынка

АГРЕГАЦИЯ И ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ

СБОР ДАННЫХ

Управление устройствами

Обработка и хранение данных

Анализ данных

Обеспечение безопасности

Фиксированная связь Мобильная связь Спутниковая связь

Сенсоры и датчики Счетчики Видеокамеры

Рис. 2. Технологическая экосистема 1оТ.

В рамках опроса руководителей крупнейших компаний стран АТЭС (Азиатско-Тихоокеанское экономическое сотрудничество) был задан вопрос, в каких областях они ожидают наибольшие выгоды от внедрения технологий 1оТ в ближайшие три года (рис. 3).

1оТ в экосистеме начал внедрятся после принятия стратегии «Цифровой Узбекистан - 2030».

Технологии 1оТ, применяемые в промышленности («Индустриальный интернет вещей»), позволяют существенно сократить затраты, повысить производительность и достижение экологической безопасности.

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE INDUSTRY" APRIL 27-28, 2023

Рис. 3. Результаты опроса об ожидаемых выгодах от инвестиций в 1оТ-технологии По результатам опроса крупнейших немецких компаний выявлено, что по ожиданиям компаний в течение пяти лет инвестиции в промышленные интернет-технологии могут позволить повысить эффективность в среднем на 18 % и сократить затраты на 14 % (рис. 4).

Рис. 4. Результаты опроса об ожидаемых выгодах от инвестиций в промышленные

интернет-технологии

Как видно из опроса пока отсутствует информация по использовании IoT в экосистеме.

На уровне управления системой, балансами и режимами в электроэнергетике шаг в направлении цифровой обвязки активов может дать возможность более оптимально планировать загрузку генерирующих мощностей и, главное, их объем. Создание интеллектуальной модели распределения позволило бы вывести часть неэффективной генерации из эксплуатации и частично решить вопрос перепроизводства генерирующих мощностей. Одновременно это позволило бы более широко внедрить современные стимулы снижения потребления электроэнергии: например, управление спросом (demand response).

В электросетевом хозяйстве более широкое внедрение интеллектуальных технологий, особенно с учетом протяженности линейных объектов, могло бы привести к повышению надежности и снижению операционных расходов. Это наконец-то позволило бы перейти к управлению сетью «по состоянию», а не проводить ремонты в соответствии с жесткими регламентными сроками.

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE INDUSTRY" APRIL 27-28, 2023

В электроэнергетике «Интернет вещей» может привести к значительным изменениям, трансформируя традиционную электромеханическую систему энергетики в цифровую. В электроэнергетике под определение «Интернета вещей» обычно попадают «умные» или «интеллектуальные» сети (smart grids) и счетчики (smart meters) (рис. 5).

Рис. 5. «Интеллектуальные сети» Также 1оТ важное значение имеет в условиях использования автономных возобновляемых источников электроэнергии для устойчивого энергообеспечения объектов телекоммуникации/ИКТ расположенных в труднодоступных регионах. Например, автономная солнечно-ветро-дизельная электростанция (рис. 6), построенная в труднодоступном регионе по 22 параметрам (через сенсоры, датчики) направляет данные на Центр управления, где данные собираются обрабатываются, сравниваются с нормами и принимается решение о состоянии автономной системы энергообеспечения. Если есть необходимость, то направляется специалист на объект с конкретной целью. Эта система также позволяет прогнозировать по 22 параметрам, это позволяет минимизировать затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.

Рис. 6. Автономная солнечно-ветро-дизельная электростанция на объекте «Замбар» Наибольшее развитие IoT получил в автомобильном транспорте благодаря распространению тех же смартфонов, которые водители берут с собой в дорогу. Благодаря им построены системы мониторинга загруженности дорог на картах Яндекс, Google и др.

Вокруг смартфонов в автомобиле - целые экосистемы программных решений (например, Uber, Яндекс Такси, Get Taxi, MyTaxi, TashBus и др.). Данные решения полностью изменили рынок такси в крупных городах. Такие сервисы уже не ограничиваются только сферой такси и проникают в сферу логистики: подобно UberCargo

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE INDUSTRY" APRIL 27-28, 2023

и Trucker path появились стартапы GoCargo и iCanDrive, в основе которых лежит как раз использование IoT.

Более серьезные системы интеллектуального мониторинга транспорта внедряются благодаря установке в автомобили систем удаленного мониторинга передвижения на базе датчиков ГЛОНАСС/GPS и систем контроля за расходом топлива. Такие устройства позволяют существенно сократить затраты и контролировать целевое использование транспорта, анализировать и оптимизировать маршруты движения, что крайне важно для логистики.

Облачные технологии также приведут к появлению платформенных решений, а они, в свою очередь, - к новым бизнес-моделям, таким как «виртуальное экспедирование». Это также внесет вклад в масштабируемость и стандартизацию процессов. Во многом поэтому в мире логистические компании планируют направить около 5 % своих доходов на цифровизацию логистики. Вместе с тем потенциал внедрения «Интернета вещей» в транспортной отрасли весьма значителен - как в железнодорожном, так и в трубопроводном и иных видах транспорта (рис. 7).

Рис. 7. «Умные» решения для транспорта Необходимо отметить, что важное значение имеет вопрос подготовки специалистов по 1оТ в экосистеме.

Анализ международного опыта показывает, что подготовка Магистров осуществляется по конкретным направлениям использование 1оТ.

В этой связи, целесообразно готовит специалистов по следующим направлениям обеспечения экологической безопасности:

- умное производство;

- уменьшение вброса парниковых газов, использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ);

- умный город;

- использование ВИЭ, внедрить безотходные технологий;

- развитой лесных насаждений и др.;

- умный транспорт;

- переход к электромобилям, водородная технологий;

- умное сельское хозяйство;

- переход на автономное и мобильное энергообеспечение от ВИЭ;

- умный дом;

- использование экологических безопасных технологий;

- электроэнергетика и ЖКХ;

- переход на широкое использование ВИЭ.

INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE "DIGITAL TECHNOLOGIES: PROBLEMS AND SOLUTIONS OF PRACTICAL IMPLEMENTATION IN THE INDUSTRY" APRIL 27-28, 2023

Необходимо отметить, что развитие IoT в области экологической безопасности должен предусмотреть решение следующих проблем, объявленных ITU в 2010 году на Всемирной конференции развития телекоммуникации в г. Хайдарабаде (Индия):

Развитие широкополосного доступа к сетям и услугам телекоммуникации/ИКТ;

Обеспечение информационной безопасности телекоммуникации/ИКТ;

Обеспечение устойчивого энергообеспечения объектов телекоммуникации/ИКТ.

Вещи определяются Сектором стандартизации телекоммуникаций ITU-T в концепции Интернет вещей как «объекты физического мира (физические вещи) или информационного мира (виртуальные вещи), которые можно идентифицировать и интегрировать в сети связи». Отметим также, что идентификация и интеграция такого громадного числа достоинств IoT в сеть возможна только при разработке новой концепции умных всепроникающих сетей беспроводных сенсорных сетей и IoT. Развитие беспроводного широкополосного доступа открывает более далекие горизонты.

REFERENCES

1. Концепция устойчивого развития (цели ООН в области устойчивого развития).

2. Парижское Соглашение от 12 декабря 2015 года.

3. Закон Республики Узбекистан «Об использовании возобновляемых источников энергии», 2019 г.

4. Постановление Президента Республики Узбекистан, от 22.08.2019 г. № ПП-4422 «Об ускоренных мерах по повышению энергоэффективности отраслей экономики и социальной сферы, внедрению энергосберегающих технологий и развитию возобновляемых источников энергии».

5. Постановление Президента Республики Узбекистан, от 04.10.2019 г. № ПП-4477 «Об утверждении стратегии по переходу Республики Узбекистан на «Зеленую» экономику на период 2019 — 2030 годов».

6. Постановление Президента Республики Узбекистан, от 19.12.2022 г. № ПП-443 «О мерах по государственной поддержке организации производства электромобилей» .