CC BY
87
Кроме того, ряд допущений, таких как равноудаленность всех станций, отсутствие скрытых узлов и условие насыщения сети может также изменить общую пропускную способность сети.
Из моделирования в среде MATLAB были получены значения пропускной способности, которые оказались меньше за счет учета издержек физического и канального уровня. Процедура прослушивания и изменение скорости запросов CSI минимально влияют на общую производительность системы (отклонение значений пропускной способности канала для DL = 5.83-5.88%, для UL = 0.79-1.27%) поскольку пользовательские станции отправляют в ТД информацию CSI параллельно, а не последовательно, как это делается в IEEE 802.11 ac. Требуется осторожная настройка величины A-MPDU, поскольку увеличение этого значения уменьшает количество эффективного эфирного времени, выделенного для ТД и уменьшает пропускную способность сети в направлении вниз на 60%.
Литература
1. Макаренко В. 802.11 ax - Новая версия стандарта высокоскоростной системы связи. // Телекоммуникации и связь, 2017. - № 2, апрель-июнь 42-51 с.
2. Макаренко В. Особенности стандарта беспроводной связи IEEE 802.11ac // Электронные компоненты и системы, 2012. - №7. - С. 671-699.
3. Wi-Fi Alliance. Wi-Fi 6: High performance, next generation Wi-Fi, 2018. [Электронный ресурс] URL: https://www.wi-fi.org/discover-wi-fi/next-generation-wi-fi (Дата обращениея: 08.07.2020).
4. Bianchi G. Performance analysis of the IEEE 802.11 distributed coordination function, 2000. - В. 3. - С. 535-547.
5. Ahn W., Kim Y. Y. and Kim R. Y. An energy efficient multiuser uplink transmission scheme in the next generation WLAN for Internet of Things, Int. J. Distrib. Sensor Netw, 2016. - В. 12. - С. 1-10.
6. Afaqui M. S., Garcia-Villegas E. and Lopez-Aguilera E. Dynamic sensitivity control algorithm leveraging adaptive RTS/CTS for IEEE 802.11ax, IEEE Conf., Doha, Qatar, 2016. - С. 1-6.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СЕРВЕРНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
А.С. Федоров, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, andreeffrom@mail.ru; Р.А. Андреев, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, as.fdrv@bk.ru.
УДК 621.391.8_
Аннотация. В рамках данной статьи описаны условия помещения и необходимые параметры для системы мониторинга серверного обрудования. В ходе проведения исследования была реализована система мониторинга серверного обрудования на базе НОЦ «БИС» СПбГУТ для предотвращений перегрева оборудования, выхода его из строя, а также информирования о возникновении пожаров, затоплений и задымлений помещения. Произведен и аргументирован выбор оборудования для реализации системы мониторинга. Описана программная реализация системы мониторинга с использованием платформы Node-RED и стандарта беспроводной связи Wi-Fi, показаны этапы конфигурации оборудования.
32
Данное исследование позволит реализовывать похожие системы мониторинга по всему научно-образовательному центру, также это позволит производить исследования совместной работы концентраторов, функционирующих на различных стандартах беспроводной связи.
Ключевые слова: измерение; мониторинг; IEEE 802.11; роутер; датчик; нодовая система; интернет вещей.
DEVELOPMENT OF A MONITORING SYSTEM FOR SERVER
EQUIPMENT
A.S. Fedorov, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M.A. Bonch-Bruevich;
R.A. Andreev, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M.A. Bonch-Bruevich.
Annotation. Within the framework of this article, the conditions of the premises and the necessary parameters for the monitoring system for server equipment are described. During the study a monitoring system for server equipment was implemented on the basis of the Scientific and Educational Center «BIS» SPbGUT to prevent overheating of equipment, its failure, as well as informing the occurrence of fires, flooding, and smoke in the premises. The choice of equipment for the implementation of the monitoring system was made and reasoned. The software implementation of the monitoring system using the Node-RED platform and the Wi-Fi wireless standard is described and the stages of equipment configuration are shown. This study allows the implementation of similar monitoring systems throughout the scientific and educational center, and it also allows researching the joint operation of concentrators operating on various wireless standards.
Keywords: measurement; monitoring; IEEE 802.11; router; sensor; node system; internet of things.
Введение
В современном мире концепция IoT или Интернета вещей (Internet of Things) является одной из самых быстрорастущих технологических отраслей связи. Концепция применима для оптимизации расходов, систем мониторинга, улучшения благосостояния людей, а также в системах здравоохранения и промышленности [1].
В данный момент нас интересует ответвление IoT в сторону промышленности или же IIoT (Industrial IoT) - это один из наиболее крупно и стремительно развивающихся сегментов данной отрасли с точки зрения одновременно подключенных устройств, а также степени их полезности для реализации автоматизации предприятия. Данный сегмент включает в себя аппаратные и программные средства мониторинга. Основными отличительными чертами IIoT служат: высокая производительность; высокое время автономной и безотказной работы; связь, производимая в режиме полного дуплекса; а также высокая скорость доставки сообщений на управляющее звено.
В соответствии с вышеперечисленным было принято решение реализовать подобную систему IIoT на базе лаборатории научно-образовательного центра «Беспроводные инфотелекоммуникационные сети» (НОЦ «БИС») Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Реализация данной системы будет происходить в серверном
помещении НОЦ «БИС» в силу необходимости получения результатов о состоянии оборудования из-за его загруженности, что позволит своевременно пресекать перегревы и поломку оборудования. Принимая во внимание договоренности вуза с тайваньской компанией Advantech, специализирующейся на производстве оборудования IoT, а также IIoT, было принято решение использовать его для реализации данной задачи. Подробнее это будет описано далее.
Перед началом реализации необходимо обговорить цели и задачи, которые должна выполнять система. Главной целью исследования и реализации будет реализация системы мониторинга серверного оборудования и проверка работоспособности системы.
Данную цель можно подразделить на следующие этапы. Первым этапом является определение необходимых параметров, достаточных для мониторинга серверного оборудования; вторым этапом является первоначальный подбор оборудования для реализации данной системы; третьим этапом - конфигурация оборудования и программного обеспечения, а также проверка работоспособности системы. Начнем с определения параметров.
Описание помещения и требуемые параметры для мониторинга серверного оборудования
Площадь серверного помещения составляет около 25 кв. м. План помещения с вынесенным предположительным местоположением оборудования представлен на рис. 1.
Исходя из представленного выше плана помещения, определим требуемые параметры мониторинга:
• общая температура помещения;
• общая влажность помещения;
• наличие дыма в помещении;
• состояние дверей и окон;
• температура внутри серверных шкафов (во избежание так называемого
эффекта «средней температуры по больнице» расположим внутри каждого
шкафа по два температурных датчика);
• влажность каждого из серверных шкафов.
В соответствии с приведенной спецификацией на рис. 1 необходимо пояснить назначение каждого элемента. Под цифрой 1 - шлюз стандарта Wi-Fi для передачи информации с концентратора (устройство ввода/вывода на рисунке 2) в сторону платформы мониторинга; 2 - устройство электропитания, или же инвертор напряжения 220В - 24В; 3 - концентраторы, для подключения датчиков различного назначения, обоснование выбора оборудования будет представлено далее; 4-7 -различные датчики, и устройства контроля температуры. Далее необходимо произвести выбор оборудования.
Рисунок 1
Аппаратная составляющая системы мониторинга
В качестве аппаратной части будем использовать оборудование серии WISE тайваньской компании Advantech, занимающейся разработкой и производством встраиваемых систем и систем промышленной автоматизации. Для сбора данных и управления датчиками будет использоваться концентратор или же устройство ввода/вывода WISE 4012, внешний вид которого представлен на рис. 2(а). Оборудование компании Advantech (а - WISE-4012; б - WISE-3610; в - PSD-A40W24) [2].
Данный концентратор был выбран из расчета следующих особенностей:
• наличие четырех универсальных входов, работающих как в аналоговом, так и в цифровом режиме;
• возможность работы устройства в режимах точки доступа (AP - Access Point) и во встраиваемом режиме (Infrastructure Mode);
• наличие веб-интерфейса для взаимодействия с устройством.
(А) (Б) (В)
Рисунок 2
«Infrastructure mode» позволяет легко встраивать системы, построенные на основе WISE-4012 в существующие развернутые сети, поскольку для сбора данных и управления следует произвести их подключение к Wi-Fi роутеру. Сравнение AP Mode и Infrastructure Mode представлено на рис. 3. Отличие режимов работы WISE-4012 (а - Infrastructure Mode; АР mode).
а) 6)
Рисунок 3
Как и было сказано выше, работа в режиме Infrastructure Mode предусматривает сопряжения оборудования с роутером, в качестве которого планируется использование WISE-3610, представленного на рис. 2(б) [3]. Данное оборудование обладает следующими особенностями: возможностью работы со стандартами IEEE 802.11 Wi-Fi, в полосах 2,4 и 5 ГГц, LoRa и LTE, что позволяет масштабировать систему в сторону беспроводной передачи данных с датчиков/концентраторов по стандарту LoRa, а также передаче информации посредством стандарта LTE; наличием веб-интерфейса для настройки оборудования.
Последним из оборудования компании Advantech, изображенным на рисунке 2(в) представлен инвертор напряжения 220В-24В, необходимый для обеспечения питания концентраторам датчиков WISE-4012[4]. Подробное описание устройств можно вычитать из спецификаций оборудования [2-4].
Далее необходимо описать элементы системы мониторинга (датчики, куллеры), к которым относятся:
• датчик температуры и влажности;
• вентилятор для принудительного охлаждения оборудования;
• герконный датчик для мониторинга состояния дверей и окон;
• пожарный извещатель.
Схема подключения оборудования представлена на рис. 4, перечень оборудования, изображенный на данном рисунке, представлен на рис. 2. Далее необходимо описать программную реализацию системы мониторинга.
Рисунок 4
Программная составляющая системы мониторинга
Программная часть системы мониторинга предназначена для упорядочивания взаимодействия устройств друг с другом, управления ими и вывода результатов их работы. В нашем случае она будет выполнена на основе облачной среды Node-RED [7]. Это инструмент визуального программирования с открытым исходным кодом (open-source), созданный на основе платформы Node.js, что позволяет языку JavaScript взаимодействовать с устройствами ввода/вывода. Внешний вид Node-RED представлен на рис. 5. Принцип работы среды - нодовый (Node - узел), то есть состоит в соединении различных узлов и блоков между собой и конфигурации этих блоков. В левой части окна программы расположены библиотеки корневых и дополнительных узлов (установленных пользователем). К корневым библиотекам относятся следующие: common - библиотеки, позволяющие генерировать переменные различных типов для формирования
37
сигналов и вывода информации в окно debug; function - библиотека, позволяющая писать код для скриптов на языке JavaScript; network - библиотека, позволяющая работать с сетевыми протоколами; sequence - библиотека, позволяющая производить действия над последовательностями данных; parser - позволяет преобразовывать данные в различные форматы, а также storage - позволяет сохранять и загружать данные в/из файлов.
Рисунок 5
Далее необходимо описать процесс конфигурации оборудования. Его можно разделить на три этапа:
• Настройка сетевых параметров (IP-адрес, DHCP и т.д.).
• Настройка оборудования на необходимый режим работы и сопряжение
устройств.
• Конфигурация входов/выходов.
Первый этап крайне тривиален и не нуждается в лишнем упоминании. Необходимо произвести настройку сетевых параметров роутера и концентратора и вынести их в одну подсеть, также необходимо указать выходной адрес роутера, чтобы иметь удаленное подключение для его настройки. Кроме того, необходимо иметь IP-адрес, с которого будет высылаться информация на систему мониторинга. Также для беспроводного режима работы необходимо настроить WLAN и задать соответствующие ему настройки [5].
Второй этап более индивидуален. При заводских настройках концентратор находится в режиме AP, как было сказано ранее, однако для требуемого режима работы необходимо переключить режим работы переключателем SW1 в положение 1, а также во вкладке веб-интерфейса установить режим работы Infrastructure mode. На концентраторе необходимо подключиться к созданной Wi-Fi. На данном этапе необходимо проверить сопряжение устройств между собой. Сделать это можно на веб-интерфейсе роутера WISE-3610 во вкладке Status (рис. 6), и необходимо проверить корректность предоставленных данных о концентраторе, а именно (MAC-адрес, IP-адрес, уровень сигнала, и скорости передачи) [6].
Рисунок 6
Третий этап крайне важен, поскольку на нем необходимо настроить имеющиеся в распоряжении концентратора WISE-4012 4 универсальных входа, которые могут работать в аналоговом AI (Analog Input) и цифровом DI (Digital Input) режимах. В нашем случае для датчиков температуры и влажности потребуется режим AI, а для геркона и датчика дыма - DI, что необходимо сконфигурировать на веб-интерфейсе.
Рисунок 7
Для автоматической системы принудительной вентиляции при перегревах оборудования необходимо при настройке аналоговых входов настроить диапазон измерений и назначить параметры High Alarm, указав уровни напряжений, при
которых сработает режим «тревоги» и сработает включение вентиляции. Следующим этапом является вывод результатов на системе мониторинга, как и было описано ранее. Система мониторинга программно реализована на Node-RED. В графическом виде нодовая система, необходимая для вывода информации с каждого датчика на систему мониторинга, представлена на рис. 7. Опишем некоторые представленные узлы. Например, узел timestamp необходим для запуска последующих узлов и настроен на периодичное использование, благодаря данному узлу происходит опрос датчиков в определенное время (в данной реализации раз в минуту).
Верхняя часть Нижняя масть Вентиляция
Текущая влажность Текущая влажность
= Помещение
Температура Влажность Двери и окна Дым
Текущая Текущая Дверь закрыта Дым отсутствует
За сутки За сутки
40 100
30 7S
20 50
10 2S 1М>
о о
22 45:00 22:55 00 23:1300 2251 00 23:01 ОС 2313:00
Рисунок 8
Узел «http request» непосредственно получает данные с модуля концентратора. Именно здесь необходимо прописать IP-адрес концентратора, необходимость использования аутентификации (если она есть), а также сохранение активного соединения.
Узлы «text», «chart» и «gauge» необходимы для вывода данных в требуемом виде (числовом, графическом, шкалирования), также задается размер графиков, внешний вид, местоположение в системе мониторинга.
После произведения всех конфигурационных настроек, сборки аппаратной составляющей, можно проверить работоспособность системы мониторинга. Результаты работы системы мониторинга, содержащие рассмотренные выше средства визуализации, полученных от датчиков данных, представлены на рис. 8, тут вынесено три вкладки выходных данных с помещения и двух серверных шкафов.
Система мониторинга работоспособна и выводит необходимые данные, что позволяет пресекать выход устройств из строя, а также производить измерения климатических параметров помещений для пресечения задымлений помещений, возгораний, затоплений и других коллапсов.
Заключение
Таким образом, в ходе выполнения исследования была реализована система мониторинга состояния помещения, работающая на базе беспроводного стандарта Wi-Fi и обладающая следующими возможностями:
• мониторинг необходимых параметров: температура и влажность (как помещения в целом, так и серверных шкафов в отдельности), состояние дверей и окон, наличие или отсутствие задымления, состояние работы вентиляции;
• мониторинг текущего состояния помещения и отображение изменений за последние сутки;
• возможность автоматического и ручного включения систем вентиляции;
• возможность мониторинга состояния помещения не только с устройств, имеющих возможность работы по Wi-Fi, но и с любого компьютера, находящегося в одной локальной сети.
В перспективе данная система мониторинга может быть улучшена путем добавления новых параметров мониторинга (например, наличия электропитания и энергопотребления) и автоматизацией управления помещением (например, дистанционное открытие двери).
Литература
1. Гренгаурд С. - Интернет вещей. Будущее уже здесь / пер. с англ. М. Трощено -Издательство «Альпина Паблишер», 2017. -188 с.
2. WISE-4012 - 4-ch Universal Input and 2-ch Digital Output IoT Wireless I/O Module. Datasheet.
3. WISE-3610- Wireless IoT Lora Network Gateway. Datasheet.
4. PSD-A40W Series - 40 Watts Compact Size DIN-Rail Power Supply. Datasheet
5.WISE-3610- Wireless IoT Lora Network Gateway. User Manual.
6.WISE-4012- IoT Ethernat I/O Module. User Manual.
7. Low-code programming for event-driven application, URL: nodered.org (Дата обращения 07.07.2020).
ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СЕТИ НОВОГО
ПОКОЛЕНИЯ 5G
В.И. Сластухина, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, fahtazorka1205@mail.ru.
УДК 004.72_
Аннотация. Мобильные технологии прочно вошли в нашу жизнь и продолжают укреплять свои позиции. Эволюция систем мобильной связи от 4-го к 5-му поколению требует разработки и внедрения новых технологий, которые в свою очередь будут способны повысить скорость передачи данных, а также привести к уменьшению задержки в канале. Данная работа посвящена обзору технологии 5-го поколения и возможности виртуализации сетей мобильной связи с помощью 5-го поколения.
Ключевые слова: виртуализация; пятое поколение; скорость передачи; NFV;
SND.
TECHNOLOGIES FOR IMPLEMENTING A NEW 5th GENERATION NETWORK
Victorya Slastukhina, Siberian State University of Telecommunications and Informatics.
Annotation. Mobile technologies have firmly entered our lives and continue to strengthen their positions. The evolution of mobile communication systems from the 4th to the 5th generation requires the development and implementation of new technologies, which in turn will be able to increase the data transfer rate, as well as to reduce the delay in the channel. This work is devoted to the review of the 5th generation technology and the possibility of virtualization of mobile networks using the 5th generation. Keywords: virtualization; fifth generation; transfer rate; NFV; SND.
Введение
Каждое десятилетие сменяется поколение мобильной связи, но даже один стандарт не стоит на месте в течение своих десяти лет, он модернизируется, развивается, обновляется. На данный момент, принято считать, что крайним поколением является 4G, который работает повсеместно, но с каждым днем все
