Файл: Дипломный проект Применение технологий lpwan для развития умного города по образовательной программе 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации.doc
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 168
Скачиваний: 10
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рисунок 1.3 – Комплектное устройство LPWAN-технологии производителя «СТРИЖ Телематика»
Таким образом, рассматриваемая концепция «СТРИЖ» на базе LPWAN дает дает высокие показатели передачи, готовые решения.
В то же время «СТРИЖ» позволяет принципиально точно показать сеть данных на определенные расстояния 9.
Для телеметрических сетей класса LPWAN, как известно, требуются низкие показатели по потреблению и питанию 9.
В странах СНГ популярнейшей технологией является концепция технологии «LoRa» – которая по сути отражает и повторяет LPWAN-технологию, на базе корпорации «Semtech».
В технологии LoRa «умные вещи и устройства» используют трансиверов «Semtech» 9.
Технология– это известная в определенных кругах французская компания, в своем регионе применения используется в качестве LPWAN-оператора.
«Sigfox» используется в Европе LPWAN-сети. Базируется на радиомодулях различных вендоров 10.
Практически также не встречается в наше регионе компания «Ingenu», так как использует параметры и права своего региона. «Ingenu» – известная компания США LPWAN-протокол RPMA (Random Phase Multiple Access), работающая со своим местным диапазоном частот 9-10.
1.3 Основные аспекты практического использования технологий для развития умного города
Как отмечено выше, продукты на основе протокола технологии LPWAN, используемые в нашем регионе – это сети технология «СТРИЖ» и LoRaWAN выгодно выглядят на фоне других сетей.
Исходя из сравнительного анализа двух рассматриваемых технологий, делаем выбор в пользу технологии LoRaWAN, ввиду явных преимуществ по сравнению с другими видами беспроводной связи.
Необходимо отметить, что на современном этапе повсеместно LPWAN-сети, основанные на концепции технологии на LoRa, на сегодняшний момент внедрены в большое количество развитых стран. Ввиду широкой области использования данной технологии, среди которых более перспективной считается «Умный город» 1-10.
На основании вышесказанного технология концепции позволяет использовать ее обширно в перспективной области «Умный город», она позволит облегчить и систематизировать все технологии и сферы коммунального обслуживания, на основе предоставляемых протоколов связи и преимуществ 10. Явная экономия времени, энергии, мощности во всех сферах жизни за счет установки соответствующих датчиков, камер наблюдения и слежения позволяет также делать жизнь более комфортной и безопасной.
Сети LoRaWAN позволяют бесперебойно работать в изолированных условиях, поэтому они могут быть развернуты в отдаленных районах, в водном пространстве. Спутниковая связь слежения LoRaWAN поможет отследить рабочее состояние систем и механизмов предприятия, возможные возникающие ошибки, что предупредит наличие простоев из-за поломок и экономического ущерба, материальных потерь 10.
При этом необходимости в создании сложной архитектуры. В использовании нужен лишь модем, подключенный к датчику или прибору учета или используется уже готовое устройство LPWAN-сетей, как показано на рисунке 1.3. 11-12.
1.4 Архитектура и оборудование сети умного города
Сеть LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN использует топологию «звезда», примеры конфигураций которой показаны на рисунке1.4 а) и б) схемах, подразумевающую, что все показанные датчики и элементы схемы связаны с головной базовой станцией.
При этом головная базовая станция обрабатывает информацию с каждого элемента схемы, как подробнее показано на рисунке 1.5 11-12.
а)
б)
Рисунок 1.4 – Топология «звезда» сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN
Используемая топология сети – «звезда» (много абонентов – одна базовая станция), «точка-точка» сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN использует частоты: 2.4 ГГц, 868/915 МГц, 433 МГц, 169 МГц
Рисунок 1.5 – Расширенная топология «звезда» сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN
Преимущества: низкое энергопотребление у абонентов, датчиков фиксации, большая дальность сигнала (от 10 км); уменьшение количества базовых станций для покрытия одной территории; высокая проникающая способность сигнала 11-12.
Топология «звезда» сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN дает весомое преимущество для «умной» сети.
«Умные» элементы схемы, как приведено на расширенной схеме рисунка 1.5, преобразуют все данные в телеметрические устройства посредством датчиков 10-13.
«Умный город»непосредственно связан с внутренними технологиями по типу ZigBee, связанные с ретрансляторами отдельных дополнительных каналов 11-13.
Приведенная конфигурация «Звезда» содержит множество приимуществ, связанных с резервированием оборудования по сетке связи, масштабируемости и передачи зашифрованных данных, а также надежным контролем оборудования.
С развитием технологий сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN предоставление качественной связи по передаче информации становится реальным.
Выбор оборудования подразумевает качественное функционирование сети. Для технологии концепции LoRaWAN является компания «Орион Система», для которой подобрано оптимально программное обеспечение Orion Network Server 1-13.
Развитие и разращивание сети легко достигается LoRaWAN. За счет верно и качественно настроенной базовой станции, представленную на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6 – Базовая станция ORION gateway
Модулем сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN будет являться информационные ресурсы, подключенные к программе, показанные на рисунке 1.7 1-14.
Рисунок 1.7 – Модули сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN
Сенсоры и датчики сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN в современных устройства датчики являются незаменимой и неотъемлемой частью. С помощью сенсоров и датчиков измеряются, детектируются и отражаются все действия и процессы. Таким образом, датчики и сенсоры являются устройствами, которые преобразуют входное воздействие физической величины в определенный сигнал [12-14]. Далее на рисунке 1.8 представлены датчики, которые используют для обслуживания сетей LoRaWAN.
Рисунок 1.8 – Датчики сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN
Сенсоры сети LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN имеют свойство возможности передачи большого пакета данных на определенные расстояния. Радиус и расстояние действия таких сенсоров может достигать порядка до 15 км.
Рисунок 1.10 – GPS трекер технологии LPWAN
На рисунке 1.10 представлен портативный миниатюрный GPS трекер. Такое устройство среди способов получения информации являются особенным, ввиду того, что прибор используется в различных сферах. Так например, GPS трекер (маячок, метка) легко распознает месторасположение и передаст координаты на сайт сервера и далее с помощью уведомления гаджетное устройство пользователя, наглядно это продемонстрировано на рисунке 1.11 [14].
Рисунок 1.11 – Действие GPS трекера технологии LPWAN
Действие GPS трекера технологии LPWAN, как известно, определяется по сигналу со спутника для точного определения месторасположение объекта.
После определения местоположения происходит передача топологических данных при помощи датчиков и тестеров [12-14].
2 Анализ города Павлодара как развивающегося умного города
LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN является распространенной и известной в плане надежности концептуальной технологией. Основные операторы связи, действующие в нашей республике выбрали данную сеть, ввиду ее простоты и эффективности в последние 4 года.
Внедрение технологии LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN не подразумевает общирных изменений по сети связи и экономических вложений.
Как отмечено ранее, все ведущие производители поддерживают этот тенденцию, поэтому дефицита оборудования или программного обеспечения не отмечается. Для РК главная проблема медленная и недостаточная цифровизация жилищного хозяйства.
Поэтому предлагается развитие и внедрение видеоаналитики, то есть подразумевается программная платформа будет идентификации, распознавать лица в автоматическом режиме, во многих сферах жизни [15].
2.1 Промышленный центр Павлодар – город будущего
Основные проблемы коммунальных служб в анализируемом регионе – г. Павлодар является довольно технические несовершенства региона, моральное и техническое старение некоторых сооружений связи. В результате чего, компании в сфере жкх, предоставляющие услуги, пытаются решить свои покрыть экономические растраты. Стоимость услуг за последний текущий 2021 год выросла приблизительно на 7% за год [15].
Рисунок 2.1 – Анализ города Павлодара как развивающегося умного города технологии LPWAN
Согласно предлагаемому проекту за первые полгода проектного года 2022 в городе Павлодар планируется произвести существенный объем работ, в регионе участка, представленному на рисунке 2.1.
Согласно предлагаемому проекту будет произведено – расширенное покрытие города 4G и LoraWan сетями: произвести установку 4500 счетчиков учета расхода водных ресурсов и предусмотреть возможность в дальнейшем подключить их к автоматической передаче данных, произвести установку 6000 счетчиков учета электроэнергии также с возможностью подключения к сети, видеосистемы и датчики в специальном созданном ситуационном центре г. Павлодар.
Данная система внедрена в соседних крупных городах – столице РК, г. Алматы и др. В случае, если возникают проблемы с отоплением, провоцирующее сбои и замерзание населения, рост потребляемой электроэнергии за счет использования обогревателей и неблагоприятную пожарную обстановку в связи с этим [16-17].
Предлагаемая технология LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN подразумевает, что в г. Павлодар работникам предоставляются данные непосредственно а не путем ручного сбора, в специальном созданном ситуационном центре.
Счетчики установливать предполагается бесплатно для жильцов и многоквартирных домов и частному сектору, как показано на рисунке 2.2. Предполагается эффективность от внедрения по электроэнергии от снижения потребления составило 8,4%.
Рисунок 2.2 – Проект архитектуры сети технологии LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN в г. Павлодар
2.2 Возможные схемы реализации
Как известно, по реализуемым подобным проектам [16-17], производя внедрение проекта первого интеллектуального города в Казахстане, в ударные сроки заменила около 6000 приборов учета на новые, входящие в автоматизированную систему коммерческого учета энергоресурсов (АСКУЭ).
Система предосматривает контроль, четкое слежение данных и возможность отключение от ресурсов неплательщиков услуг.
С учетом такого опыта предлагается подобный проект запустить в регионе г. Павлодар по схеме рисунка 2.3.
Рисунок 2.3 – Проект архитектуры сети технологии LoRaWAN на основе протокола технологии LPWAN в г. Павлодар
В данное время в АСКУЭ подключено 22600 точек учета в многих областей РК. Счетчики с радиомодулями передают все данные дистанционно, поэтому подключение г. Павлодар не вызовет особых затруднений. В частности для многоквартирных домов г. Павлодара предлагается подключения произвести по схеме рисунка 2.4, для удаленных объектов на рисунке 2.5.