Розробка структури взаємодії елементів системи Smart-home
Вантажиться...
Дата
2020-12
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
В даній роботі розглядається алгоритм маршрутизації мережі Розумного будинку, що опирається на технологію «mesh» та алгоритм двійкового прошитого дерева, і призначений для домашньої автоматизації.
Автоматизація навколишнього середовища відіграє велику роль у житі сучасної людини. Пристрої можуть самі контролювати параметри навколишнього середовища людини, без необхідності втручання у їх роботу. Останні роки особливо актуальною стала домашня автоматизація, а саме принципи розумного будинку – автоматизованого середовища, яке складається з безлічі пристроїв – блоків, яка взаємодіють одне з одним і людиною-користувачем. Щорічний темп приросту доходу у цій області рівний 16%, а до 2025 року загальний дохід від технологій Розумного будинку має скласти 19525 млн. дол. США.
Одним з найважливіших питань при розробці Розумного будинку є взаємодія усіх його пристроїв один з одним. Наразі немає універсального рішення цього питання. Усі сучасні протоколи зв’язку мають певні недоліки, серед яких можна виділити такі, як мала надійність та не можливість підключення дуже великої кількості пристроїв до мереж типу «зірка» ,мала пропускна здатність та велика складність реалізації мереж типу «mesh».
Існує багато способів вдосконалення технологій маршрутизації, але треба враховувати декілька основних обмежень, які накладаються на ці технології, для використання їх на кінцевих пристроях Розумного будинку. Більшість пристроїв Розумного будинку, такі як вимикачі, термометри, пристрої пожежної та звичайної сигналізації, це пристрої з малою потужністю, які можуть працювати від одного акумулятору роками. Алгоритм маршрутизації має бути енергоефективним. Користувач може змінювати набір пристроїв у будинку, щось купувати, щось прибирати, а отже мережа має бути досить гнучкою та бездротовою. Також мережа має бути досить надійною та не мати збоїв у критичних ситуаціях.
Швидкість та надійність передачі даних важлива тема не лише для Розумних будинків, а й взагалі для людства в цілому. З кожним роком з’являються нові технології та стандарти, що пришвидшують передачу інформації, а деякі види бездротових мереж навчилися це робити так само швидко та надійно, як дротові варіанти. Висока швидкість передачі даних дозволяє обробляти більше інформації, що може надати системі більше даних про людину та розробляти складні реакції на нетривіальні події, що трапляються у автоматизованому середовищі, такі як виявлення стану здоров’я людини та автоматичний виклик швидкої допомоги додому.
Підвищення швидкості та надійності передачі даних бездротових мереж – тема, яка не втрачає своєї актуальності з часом. Це допомагає створювати більш складні та інтелектуальні рішення під час автоматизації домашнього середовища людини. Більш того, ці результати можна використовувати і в інших областях, таких як інтернет речей, зокрема інтернет роботизованих речей.
Метою дисертаційного дослідження є проектування алгоритму створення та модернізації мережі РД враховуючи планування кімнат, бар’єри та наявні виконавчі пристрої та датчики на основі протоколів Wi-Fi та ZigBee.
Для досягнення цієї мети необхідно сформулювати і вирішити наступні завдання:
• Огляд існуючих алгоритмів взаємодії пристроїв у Розумному будинку;
• Розробка алгоритму створення та модернізації мережі Розумного будинку на основі протоколів Wi-Fi та ZigBee;
• Створення макетного зразку Розумного будинку;
• Розробка апаратно-програмного комплексу для тестування створеного алгоритму;
• Оцінка отриманого алгоритму виходячи з результатів, отриманих на макеті. Оцінка надійності, затримок та швидкодії отриманої мережі.
Об’єктом дослідженняє екосистема пристроїв РД.
Предметом дослідження є створення алгоритму взаємодії екосистеми пристроїв РД.
Методи дослідження та досягнення позитивного результату базуються на функціональному тестуванні та тестуванні методом навантаження, а саме вимірюванні швидкості передачі пакетів від одного пристрою мережі макетного зразку до іншого. Також проводиться стрес-тестування для того щоб зрозуміти, скільки пакетів втрачає мережа при максимальному навантаженні. Додатково до цього проводиться моделювання у середовищі симуляції мереж щоб зрозуміти, як поводить себе мережа з багатьма пристроями.
Наукова новизна: Вдосконалено алгоритм маршрутизації mesh за рахуноквикористаннядвійкового прошитого дерева та різних типів маршрутизації для кімнат з різною архітектурою.
Практичне значення одержаних результатів. Наведені рекомендації щодо вдосконалення маршрутизації мережі ZigBee, які не потребують значної зміни стандарту і пришвидшують швидкість передачі пакетів та збільшення надійності мережі. Надано рекомендації щодо подальших напрямків розробки по даній тематиці.
Апробація результатів дисертації:
Результати магістерської дисертації були оприлюднені на ХIII Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування» та XVI Науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Ефективність та автоматизація інженерних рішень у приладобудуванні» (Київ, 2020 р.).
Опис
Ключові слова
Бібліографічний опис
Білоус, О. Ю. Розробка структури взаємодії елементів системи Smart-home : магістерська дис. : 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології / Білоус Олександр Юрійович. - Київ, 2020. - 122 с.