CC BY
93TECHNICAL SCIENCES
APPLICATION OF THE «INTERNET OF THE THINGS» IN THE «SMART CITY»
Pak A.K. Bazarbay A^. Ormeke A.Zh.
Masters students Satbayev University The Republic of Kazakhstan, 22a Satpaev str.
Kuttybayeva A.E. Candidate of Economic Sciences Satbayev University The Republic of Kazakhstan, Almaty, 22a Satpaev str.
ПРИМЕНЕНИЕ «ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ» В «УМНОМ ГОРОДЕ»
Пак А.К. Базарбай А.М. Ормеке А.Ж.
Магистранты КазНИТУ имени К. И. Сатпаева Республика Казахстан, ул.Сатпаева 22а Куттыбаева А.Е. Кандидат экономических наук КазНИТУ имени К. И. Сатпаева Республика Казахстан, г. Алматы, ул.Сатпаева 22а
Abstract
The number of devices connected to the Internet is increasing every year. The introduction of the «Internet of Things» contributes to the development of the economy and raising the standard of living of the country with minimal investment. Technologies of the «Internet of Things» carry a huge potential, which, unfortunately, is not fully used. The development of Smart Cities is based on the use of these technologies. In the article I wanted to show how much more effective and profitable the use of the «Internet of Things» in everyday life, as well as on a national scale. How much this will help to optimize all processes and get benefits, both in domestic and industrial terms. If the «Internet of Things» becomes an invisible, but integral part of the life of society, does not complicate life processes, then it will be possible to talk about its full and successful implementation.
The article also presents and analyzes the technologies implemented in Kazakhstan, joint projects with foreign partners, the country's achievements in the implementation of the «Internet of Things» in the Smart City and the prospects for the development of these projects.
Аннотация
С каждым годом увеличивается количество устройств, подключенных к Сети. Внедрение «Интернета вещей» способствует развитию экономики и поднятию уровня жизни страны с минимальными инвестициями. Технологии «Интернета вещей» несут в себе огромный потенциал, который, к сожалению, используется не в полной мере. Развитие Умных городов основано на применении этих технологий. В статье мне хотелось показать, насколько эффективнее и выгоднее применение «Интернета вещей» в повседневной жизни, а также в масштабе государства. Насколько это поможет оптимизировать все процессы и получать выгоду, как в бытовом, так и в промышленном плане. Если «Интернет вещей» станет незаметной, но неотъемлемой частью жизни общества, не будет усложнять жизненные процессы, то можно будет говорить о полном и успешном его внедрении.
Также в статье представлены и проанализированы технологии, внедряемые в Казахстане, совместные проекты с зарубежными партнерами, достижения страны в сфере внедрения «Интернета вещей» в Умном городе и перспективы развития этих проектов.
Keywords: Internet of Things, Smart City, LoRaWAN protocol, terminal devices, M2M.
Ключевые слова: Интернет вещей, умный город, протокол LoRaWAN, оконечные устройства, М2М.
Сеть физических предметов («вещей»), подключенных к интернету и взаимодействующих с внешней средой или между собой обозначает тер-
мин «Интернет вещей». Происходит термин от английского Internet of Things, сокращенно IoT. Одним из первых IoT - устройств стал аппарат по продаже прохладительных напитков с использованием
автоматизированных систем модернизированный студентами из Америки в 1982 году. Его наполняемость, а также охлажденность напитков стало возможным проверять удаленно.
Идеи домашней автоматизации были не новы, а вот объединение устройств и «вещей» в единую сеть, обслуживаемую интернет протоколами, приобрело широкую популярность.
Начиная с 2011 года Gartner помещает «интернет вещей» в общий цикл зрелости новых технологий на этап «технологического триггера» с указанием срока становления более 10 лет, а в 2012 году выпущен специальный цикл зрелости для технологий «интернета вещей».
На сегодняшний день технологии интернета вещей быстро внедряются во все сферы жизни общества. Активно используя различные устройства, мы облегчаем свою жизнь. Совершенствование устройств делают возможным их способными слышать, видеть, думать, а иногда и действовать.
В сети «Интернета вещей» принята следующая модель: оконечные устройства, датчики, сенсоры общаются друг с другом (так называемое взаимодействие D2D - Device to Device). Данные, собранные устройствами, отправляются на сервер для последующего анализа и обработки (взаимодействие D2S - Device to Server). Этот сервер может включать в себя несколько вычислительных машин или объектов, которым также необходимо общаться между собой (взаимодействие S2S - Server to
В2Вклиент \ Сервер
Беспроводная сенсорная сеть - самоорганизующаяся сеть, состоящая из множества сенсоров и исполнительных устройств, объединенных посредством радиоканала.
Беспроводные сети Интернета вещей делятся по типам:
- Low Power Short Range Networks - энергоэффективные сети малого радиуса действия;
- Low Power Wide Area Networks (LPWAN) -энергоэффективные сети большого радиуса действия;
- Cellular Network - технологии, основанные на использовании стандартов сотовых сетей в лицензируемом диапазоне.
В марте месяце 2015 года Semtech Corporation сделали заявление о новом и важном достижении в
Server). Для выполнения различных задач необходимо использование различных протоколов.
Умный город (Smart city) - это тесно взаимосвязанная система новейших информационных и коммуникативных технологий с интернетом вещей (IoT), для упрощения и оптимизации управлением процессов внутри города и улучшении качества жизни населения.
Технологии Интернета вещей привлекают своей простотой. Приоритетная задача - выбрать такие, которые наиболее результативны. Необходимо будет также оснастить город большим количеством сенсоров и датчиков, а также синхронизировать их работу. Это является важным этапом развития города через Интернет вещей.
Умный город включает в себя следующие компоненты:
-управление энергосбережением и водоснабжением (умное ЖКХ),
-обеспечение качественной связи и цифровиза-ция всех источников информации, - охрану окружающей среды, -утилизацию отходов, -обеспечение безопасности граждан, -электронное образование и здравоохранение, -управление городом.
M2M - это то, что обеспечивает «Интернет вещей» связью, без которой IoT был бы невозможен. Т.е. IoT - это M2M плюс интеллект.
управления ivizivi
сфере технологий беспроводной передачи данных. Они презентовали сетевой энергоэффективный протокол LoRaWAN (Long Range Wide Area Networks).
LoRaWAN — это открытый протокол для сетей, которые обладают высокой емкостью (около 1 миллиона устройств), низким энергопотреблением и большим радиусом действия (до 15 км на открытой местности). Данный протокол обеспечивает связь между узлами сети и использует особые методы шифрования, что обеспечивает надежность и безопасность системы.
Разрабатывая сети беспроводных датчиков, большое значение придается максимальной дальности радиосвязи, чтобы обойтись без дополни-
Рисунок 1. Сервер управления М2М
тельных ретрансляторов сигнала. Это сократит затраты и упростит топологию. Поэтому основным параметром, характеризующим эффективность системы является бюджет канала связи. Он состоит из
чувствительности приемника и мощности передатчика. Высокая чувствительность (-148 дБм) - одна из важнейших характеристик LORA-устройств, которая достигается благодаря LORA-модуляции (таблица 1).
Таблица 1
Отношение сигнал/шум для различных методов модуляции
Тип модуляции Отношение сигнал/шум, дБ
LoRa SF=12 -20
LoRa SF=10 -15
GMSK 9
Таким образом, ключевыми особенностями технологии LoRa являются:
1) высокая чувствительность приемника;
2) низкое энергопотребление;
3) высокая релейная защита приемника;
4) упреждающая система коррекции ошибок в условиях импульсных помех.
Стандарт LoRaWAN на рынке сетевых приложений относительно недавно, но уже есть масса
примеров его применения. На рисунке 2 показано, как станция LoRa - Интернет вещей производит сбор данных с оконечных узлов. Эти узлы посредством шлюзов образуют невидимые мосты, они соединяются с центральным сервером. Конечные узлы принадлежат абонентам, а центральный сервер и шлюзы контролирует оператор.
Рисунок 2. Типовая беспроводная сеть LoRaWAN
Типовая беспроводная сеть LoRaWAN представляет собой совокупность шлюзов (gateways), пересылающих сообщения между оконечными устройствами (end-devices) и центральным сервером (Network Server, NS), и характеризуется «звездной» топологией «star-of-stars».
Сети LoRaWAN работают в диапазоне частот, которые не требуют лицензирования. Они обладают высокой помехоустойчивостью. Срок службы аккумулятора около 10 лет. Одна базовая станция обслуживает десятки тысяч устройств.
У сети много преимуществ.
Емкость сети. Для того чтобы обеспечить оптимальную работу сети шлюз должен обладать очень высокой пропускной способностью или получать информацию с огромного числа конечных устройств. Большая емкость сети LoRaWAN достигается за счет использования самонастраивающейся скорости передачи данных, а также за счет использования многоканального передатчика в шлюзе. Это обеспечивает одновременное получение сообщений на нескольких каналах.
Шлюзы дают возможность по одному каналу одновременно получать информацию с устройств с разной скоростью передачи данных. Адаптивная скорость передачи данных также увеличивает время работы аккумулятора.
Сети LoRaWAN разворачиваются с минимальным количеством инфраструктуры. При увеличении количества устройств в сети, возможно изменение скорости передачи данных, а также увеличение количества шлюзов.
Устойчивость к радиопомехам. Сеть обладает большой проникающей способностью радиосигнала. Она обеспечит стабильную связь, где другим технологиям не справиться. Модемы LoRa может подавлять помехи до 19, 5 дБ (Гауссова фильтрация). Эта возможность подавления помех позволит использовать систему в современном большом городе.
Продвижение проекта происходит довольно успешно. На конец 2018 года установлено больше 400 базовых станций LORA в 19 городах страны. Действие станций охватило около 7 тыс. квадратных километров городской территории, а это 1.5
млн. квартир. Новая сеть заложена как основа для реализации решений Умного города. На данном этапе предусмотрено автоматическое снятие показаний с приборов учета ресурсов и по умному освещению.
Второй этап проекта будет направлен на развитие платформы Smart Connectivity с функционалом SIM-management, connection-management, devicemanagement и другим. На рынке уже доступны услуги M2M на базе сетей GSM/LTE от «Казахтелеком» и его мобильных активов Tele2/Altel.
На сегодняшний день у нас в стране запущено много пилотных проектов с применением технологий Умного города. Примером тому может послужить город Акколь.
В мае 2017 года за проект «Умный город» (Smart City) взялись IT-компания Tengri Lab совместно с АО «Акмолинская распределительная электросетевая компания», АО «Казахтелеком», ERG, BTS Digital и акиматом Акмолинской области. Для проведения пилотного проекта был выбран город Акколь, расположенный, а Акмолинской области в 100 километрах к северу от города Нур-Султан.
Используемая платформа обладает аналитикой на основе искусственного интеллекта и определяет взаимосвязь и взаимозависимость между самыми различными сферами. Благодаря цифровизации процессов в Акколе снизили тарифы на электроэнергию. В целом снижение составило 8,4%.
На примере города Акколь применение технологий LoRa и использование протокола LoRaWAN оказалось эффективным. Несмотря на некоторые трудности внедрения проекта, в числе которых немаловажную роль играет безграмотность населения, проект зарекомендовал с положительной стороны. Предстоит большая работа по ликвидации
безграмотности населения в этом вопросе, а также расширение спектра инноваций.
References
1. Roslyakov A.V., Vanyashin S.V., Grebeshkov A.Yu., Samsonov M.Yu. «Internet of Things» - Samara: Astard 2014 y. 136 p. [Published in Russian].
2. Rose D. «Enchanted Objects: Design, Human Desire, and the Internet of Things». Scribner: Reprint edition 2015.
3. International scientific journal «Innovative science» №12-2/2016 article «Internet of Things». 3537 p. [Published in Russian].
4. Maciej Kranz «Building the internet of things». EKSMO 2018. 330 p.
5. Karachev O. «Internet of Things: what is it and what is it used for? » 2014. [Published in Russian].
6. Toktabaev K. «Internet of Things in Kazakhstan: reality or pipe dream? » 2017. [Published in Russian].
7. Lindzi O'Donnell. IoT Vendors: Hardware for IoT. 2017.
8. Kabanova A. B., Bodrova A. A., Logvin V. I. «Research of the Internet of Things and its application in creating a smart home». Journal «Symbol of Science». №11-3/2016 ISSN 2410-700Х. [Published in Russian].
9. Pyatnickih A. «IoT technologies at the service of the smart city». Journal MAT. №4 2015. [Published in Russian].
10. Kucheryavii A.E., Prokopev A.V., Kucheryavii E.A. «Self-organizing networks». Typography «Lubavich» St. Petersburg, 2011.
11. Electronic resource: https://smartiko.ru/prod-ucts/radiomodemy-i-gotovye-ustroystva/
http://orion-m2m.kz/ru/news/lora-alliance/
https://telecom.kz/ru/news/view/28369
HIGH-SPEED HUFFMAN ENCODING OF DENSE DATA FLOWS ON FPGA
Dudnikov E.A.
Supercomputers and Neurocomputers Scientific Research Center
Alekseev K.N.
Supercomputers and Neurocomputers Scientific Research Center
Sorokin D.A.
Supercomputers and Neurocomputers Scientific Research Center
Taganrog, Russia
ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ КОДИРОВАНИЕ ПЛОТНЫХ ПОТОКОВ ДАННЫХ МЕТОДОМ
ХАФФМАНА НА ПЛИС
Дудников Е.А.
Научно-исследовательский центр супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров
Алексеев К.Н. канд. техн. наук
Научно-исследовательский центр супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров
Сорокин Д.А.
канд. техн. наук
Научно-исследовательский центр супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров
Таганрог, Россия
