Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования
Рассмотрены основы организации в современных компьютерных сетях туманных вычислений, которые отличаются от известных облачных вычислений тем, что большая часть вычислительной работы выполняется на микрокомпьютерах. Определены основные проблемы, связанные с проектированием сетей на основе микрокомпью...
Saved in:
| Published in: | Электронное моделирование |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101103 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования / А.О. Лунтовский, И.В. Мельник // Электронное моделирование. — 2015 — Т. 37, № 2. — С. 59-76. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859651289254723584 |
|---|---|
| author | Лунтовский, А.О. Мельник, И.В. |
| author_facet | Лунтовский, А.О. Мельник, И.В. |
| citation_txt | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования / А.О. Лунтовский, И.В. Мельник // Электронное моделирование. — 2015 — Т. 37, № 2. — С. 59-76. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Электронное моделирование |
| description | Рассмотрены основы организации в современных компьютерных сетях туманных вычислений, которые отличаются от известных облачных вычислений тем, что большая часть вычислительной работы выполняется на микрокомпьютерах. Определены основные проблемы, связанные с проектированием сетей на основе микрокомпьютеров. Описаны используемые в них протоколы передачи данных и их связь с современными сетями управления распределением электроэнергии Smart Grid. Приведены результаты проектирования проводных, беспроводных и комбинированных компьютерных сетей туманных вычислений, включая сети автоматизации зданий с использованием специализированных средств САПР.
Розглянуто основи організації в сучасних комп’ютерних мережах туманних обчислень, які відрізняються від відомих хмарних обчислень тим, що більша частина обчислювальної роботи виконується на мікрокомп’ютерах. Визначено головні проблеми, пов’язані з проектуванням мереж на основі мікрокомп’ютерів. Описано протоколи передавання даних та їх зв’язок із сучасними мережами керування розподілом електроенергії Smart Grid. Наведено результати проектування проводових, безпроводових та комбінованих мереж туманних обчислень, включно з мережами автоматизації будівель, з використанням спеціалізованих засобів САПР.
The paper considers the basis of organization of Fog Computing Systems in the modern computer networks, which are different from the well-known Cloud Computing, because the majority of calculation work is performed by microcomputers. Main problems, connected with designing the microcomputer networks, using protocols of data transfer, as well as its connection with the modern networks of electric energy control Smart Grid are shown. For solving the task of designing of Fog Computing networks it is recommended to use specialized means of CAD-systems.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:34:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
ÓÄÊ 681.3:621.39:51
À.Î. Ëóíòîâñêèé
1
, È.Â. Ìåëüíèê
2
, äîêòîðà òåõí. íàóê
1
Ñàêñîíñêàÿ àêàäåìèÿ, îòäåëåíèå èíôîðìàòèêè è ñèñòåìîòåõíèêè
(Ãåðìàíèÿ, 01307, Äðåçäåí, Õàíñ-Ãðóíäèã øòðàññå, 25,
òåë. (49351) 44722703, e-mail: Andriy.Luntovskyy@gmx.net),
2
Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò Óêðàèíû
«Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò»
(Óêðàèíà, 03056, Êèåâ, ïð. Ïîáåäû, 37, êîðïóñ 12, 2203,
òåë. (044) 4549505, e-mail: imelnik@edd.ntu-kpi.kiev.ua)
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé
è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
Ðàññìîòðåíû îñíîâû îðãàíèçàöèè â ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðíûõ ñåòÿõ òóìàííûõ âû÷èñëå-
íèé, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ îò èçâåñòíûõ îáëà÷íûõ âû÷èñëåíèé òåì, ÷òî áîëüøàÿ ÷àñòü âû-
÷èñëèòåëüíîé ðàáîòû âûïîëíÿåòñÿ íà ìèêðîêîìïüþòåðàõ. Îïðåäåëåíû îñíîâíûå ïðîá-
ëåìû, ñâÿçàííûå ñ ïðîåêòèðîâàíèåì ñåòåé íà îñíîâå ìèêðîêîìïüþòåðîâ. Îïèñàíû èñ-
ïîëüçóåìûå â íèõ ïðîòîêîëû ïåðåäà÷è äàííûõ è èõ ñâÿçü ñ ñîâðåìåííûìè ñåòÿìè óïðàâ-
ëåíèÿ ðàñïåðåäåëåíèåì ýëåêòðîýíåðãèè Smart Grid. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ïðîåêòèðî-
âàíèÿ ïðîâîäíûõ, áåñïðîâîäíûõ è êîìáèíèðîâàííûõ êîìïüþòåðíûõ ñåòåé òóìàííûõ
âû÷èñëåíèé, âêëþ÷àÿ ñåòè àâòîìàòèçàöèè çäàíèé ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåöèàëèçèðîâàííûõ
ñðåäñòâ ÑÀÏÐ.
Ðîçãëÿíóòî îñíîâè îðãàí³çàö³¿ â ñó÷àñíèõ êîìï’þòåðíèõ ìåðåæàõ òóìàííèõ îá÷èñëåíü, ÿê³
â³äð³çíÿþòüñÿ â³ä â³äîìèõ õìàðíèõ îá÷èñëåíü òèì, ùî á³ëüøà ÷àñòèíà îá÷èñëþâàëüíî¿ ðîáî-
òè âèêîíóºòüñÿ íà ì³êðîêîìï’þòåðàõ. Âèçíà÷åíî ãîëîâí³ ïðîáëåìè, ïîâ’ÿçàí³ ç ïðîåêòóâàí-
íÿì ìåðåæ íà îñíîâ³ ì³êðîêîìï’þòåð³â. Îïèñàíî ïðîòîêîëè ïåðåäàâàííÿ äàíèõ òà ¿õ çâ’ÿçîê
³ç ñó÷àñíèìè ìåðåæàìè êåðóâàííÿ ðîçïîä³ëîì åëåêòðîåíåð㳿 Smart Grid. Íàâåäåíî ðå-
çóëüòàòè ïðîåêòóâàííÿ ïðîâîäîâèõ, áåçïðîâîäîâèõ òà êîìá³íîâàíèõ ìåðåæ òóìàííèõ
îá÷èñëåíü, âêëþ÷íî ç ìåðåæàìè àâòîìàòèçàö³¿ áóä³âåëü, ç âèêîðèñòàííÿì ñïåö³àë³çîâàíèõ
çàñîá³â ÑÀÏÐ.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: èíòåðíåò âåùåé, òóìàííûå âû÷èñëåíèÿ, Smart Grid, áåñïðîâîäíûå
ñåòè àâòîìàòèçàöèè, ñðåäñòâà àâòîìàòèçèðîâàííîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ, îïòèìèçàöèÿ
êîìïüþòåðíûõ ñåòåé.
Ðàçâèòèå ïàðàëëåëüíûõ âû÷èñëåíèé â êîìïüþòåðíûõ ñåòÿõ íåïîñðåäñò-
âåííî ñâÿçàíî ñ ïîíÿòèåì òóìàííûõ âû÷èñëåíèé (ÒÂ) (Fog Computing),
÷òî îáúÿñíÿåòñÿ ðàçâèòèåì òàêèõ ïåðñïåêòèâíûõ ñåòåâûõ òåõíîëîãèé, êàê
îáëà÷íûå âû÷èñëåíèÿ (Cloud Computing) â êîìïüþòåðíûõ ñåòÿõ è ñåòåé
óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîïèòàíèåì Smart Grid, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ â ñîâðå-
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 59
���������� �
��
�����
� À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê, 2015
ìåííûõ ìèêðîêîìïüþòåðàõ. Ïðè ýòîì ìèêðîêîìïüþòåðû ðàññìàòðèâàþò-
ñÿ êàê èíòåëëåêòóàëüíûå ñåòåâûå óçëû, ìåæäó êîòîðûìè óñòàíàâëèâàåòñÿ
áåñïðîâîäíàÿ öèôðîâàÿ ñâÿçü, ÷òî îáåñïå÷èâàåò èõ âûñîêóþ ïðîèçâî-
äèòåëüíîñòü è ìîáèëüíîñòü. Ïåðåíîñ ìîáèëüíûõ âû÷èñëåíèé íà ìîáèëü-
íûå ñåòåâûå óçëû (Radio Network Edge) ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî óïðàâëÿòü
äîìàøíèìè ýëåêòðîïðèáîðàìè è ïðîìûøëåííûì îáîðóäîâàíèåì, îáåñ-
ïå÷èâàÿ ýêîíîìèþ ýëåêòðîýíåðãèè. Ìàëîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå äåëàåò èñ-
ïîëüçîâàíèå ìîáèëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ïðèâëåêàòåëüíûì ñ
òî÷êè çðåíèÿ ñîáëþäåíèÿ ýêîëîãè÷åñêèõ íîðì. Îäíàêî îðãàíèçàöèÿ Ò â
ðàçâèòîé ñåòè ìèêðîêîìïüþòåðîâ, ñâÿçàííûõ ïî áåñïðîâîäíûì êàíàëàì,
òðåáóåò ñîáëþäåíèÿ ïîâûøåííûõ íîðì ïî çàùèòå ëþäåé îò âðåäíûõ ôàê-
òîðîâ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ è îáåñïå÷åíèÿ êîíôèäåíöèàëüíîñòè
ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè. Êðîìå òîãî, âàæíîé ïðîáëåìîé ÿâëÿåòñÿ
òàêæå óâåëè÷åíèå ÷èñëà ìîáèëüíûõ óñòðîéñòâ, êàæäîå èç êîòîðûõ äîë-
æíî èìåòü ñâîé óíèêàëüíûé ÷èñëîâîé àäðåñ â ãëîáàëüíîé ñåòè Èíòåðíåò.
Ðåøåíèå ïðîáëåì ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ìèêðîêîìïüþòåðîâ
â ñåòÿõ ÒÂ íåâîçìîæíî áåç ïðèìåíåíèÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ñðåäñòâ
ÑÀÏÐ äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ òàêèõ ñåòåé. Ïîýòîìó ðàññìîòðèì çàäà÷è àâòî-
ìàòèçèðîâàííîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ ñîâðåìåííûõ ìîáèëüíûõ ìèêðîêîìïüþ-
òåðíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñåòåé [1—6].
Ïîñòàíîâêà çàäà÷è. Ïîíÿòèå Ò è îáùèå îñíîâû èõ îðãàíèçàöèè.
Ïîíÿòèå Ò âêëþ÷àåò â ñåáÿ ïîíÿòèå îáëà÷íûõ âû÷èñëåíèé, ïîÿâèâøååñÿ
â ïðîøëîì äåñÿòèëåòèè, è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå
ìîáèëüíûå ñåòåâûå óñòðîéñòâà ñ ìàëûì ïîòðåáëåíèåì ýíåðãèè. Ïîýòîìó
ÒÂ ñâÿçûâàþò òàêæå ñ ñåòÿìè óïðàâëåíèÿ ïîòðåáëåíèåì ýëåêòðîýíåðãèè
Smart Grid. Äëÿ îðãàíèçàöèè ÒÂ ñîçäàíû ñïåöèàëüíûå ìîáèëüíûå ïðèëî-
æåíèÿ è ïðîãðàììíûå ñåðâèñû. Ñâÿçü ìåæäó îáëà÷íûìè è òóìàííûìè
âû÷èñëåíèÿìè ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1.
Îñíîâíûå ñâîéñòâà ÒÂ ñëåäóþùèå:
øèðîêàÿ ãåîãðàôèÿ âíåäðåíèÿ;
ÿâíî âûðàæåííàÿ ãåòåðîãåííîñòü óçëîâ;
áûñòðàÿ àêòèâàöèÿ è äåàêòèâàöèÿ óçëîâ (low-latency, location-awareness);
ýíåðãåòè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü è äîëãîâå÷íîñòü óçëîâ (low-energy);
îãðîìíîå êîëè÷åñòâî óçëîâ ñåòè è èõ ìîáèëüíîñòü, ÷òî ïðèâîäèò ê íåîá-
õîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ìåæñåòåâîãî ïðîòîêîëà IP øåñòîé âåðñèè IPv6;
áåñïðîâîäíûé äîñòóï (wireless access);
èñïîëüçîâàíèå ìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèé òèïà Streaming è Realtime ñ
ïîâûøåííûìè òðåáîâàíèÿìè ê êà÷åñòâó îáñëóæèâàíèÿ QoS.
Òóìàííûå âû÷èñëåíèÿ ñîçäàþò íåîáõîäèìóþ ïëàòôîðìó äëÿ ïåðå-
õîäà îò Èíòåðíåòà ñåðâèñîâ (Internet of Services, IoS) ê Èíòåðíåòó âåùåé
(Internet of Things, IoT).  ÷àñòíîñòè äëÿ ñåòåé Smart Grid äîñòóïíû ñëå-
äóþùèå ñåðâèñû:
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
60 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
ñîçäàíèå áåñïðîâîäíûõ ñåíñîðíûõ ñåòåé íåáîëüøîãî ðàçìåðà è èõ
ãëîáàëèçàöèÿ âñëåäñòâèå ïîäêëþ÷åíèÿ ê Èíòåðíåò (Wireless Sensors and
Actuators Networks, WSN);
ñîçäàíèå ñåòåé óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîýíåðãèåé è êîìïüþòåðíûõ ýíåðãî-
ñáåðåãàþùèõ ñåòåé íà îñíîâå òåõíîëîãèè Smart Grid (Smart Cities, Con-
nected Vehicle, Car-2-Car).
Ïåðñïåêòèâíûå òåõíîëîãèè ïåðåäà÷è äàííûõ ïðè îðãàíèçàöèè ÒÂ.
Âàæíåéøèìè äëÿ ðàçâèòèÿ IoT è Ò ñ÷èòàþòñÿ òàêèå òåõíîëîãèè ïåðåäà÷è
äàííûõ [1—8]:
1. Ìîáèëüíûå ñåòè íîâûõ ïîêîëåíèé (HSDPA, LTE, 5G).
2. Ñèñòåìû ãëîáàëüíîãî ïîçèöèîíèðîâàíèÿ è íàâèãàöèè (Global Positi-
oning System, GPS).
3. Ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè áåñïðîâîäíûõ ñåòåé (WiMAX).
4. Ëîêàëüíûå è ãîðîäñêèå ýíåðãåòè÷åñêèå ñåòè äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ
(Powerline, Homeplug).
5. Ýëåêòðîïèòàíèå ÷åðåç ëîêàëüíûå êîìïüþòåðíûå ñåòè (Power over
Ethernet, PoE).
6. Øèííûå ïðîòîêîëû ïåðåäà÷è äàííûõ Konnex (KNX) è Local Oper-
ating Network (LON).
7. Ïåðñîíàëüíûå áåñïðîâîäíûå ïèêîñåòè Bluetooth è Infrared Data As-
sociation (IrDA).
8. Áåñïðîâîäíûå ñåòè àâòîìàòèçàöèè WSN (ZigBee, EnOcean).
9. Âíåäðåíèå íîâûõ àäðåñîâ Èíòåðíåò ïðîòîêîëà IPv6 â ýíåðãåòè÷åñêè
ýôôåêòèâíûõ áåñïðîâîäíûõ ñåòÿõ àâòîìàòèçàöèè (IPv6 over Low power
Wireless Personal Area Networks, 6LoWPAN).
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 61
Ðèñ. 1. Ïåðåõîä îò îáëà÷íûõ âû÷èñëåíèé ê ÒÂ
10. Èñïîëüçîâàíèå ýíåðãåòè÷åñêè ýôôåêòèâíûõ òåõíîëîãèé ïåðåäà÷è
äàííûõ íà êîðîòêèå ðàññòîÿíèÿ: Radio Frequency ID (RFID), Near Field
Communication (NFC), Quick Response (QR).
11. Âîäÿíûå ìåòêè Watermarks êàê ñòåãàíîãðàôè÷åñêèå ïðèëîæåíèÿ.
Ñâÿçü ÒÂ ñ ñèñòåìàìè óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîïèòàíèåì Smart Grid.
Îáùèì äëÿ ñèñòåì Ò è Smart Grid ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ýíåðãåòè÷åñêè
ýôôåêòèâíûõ ïðîòîêîëîâ ïåðåäà÷è äàííûõ. Ýòî íå òîëüêî ñíèæàåò ñòîè-
ìîñòü âû÷èñëèòåëüíûõ ðàáîò, íî è ñïîñîáñòâóåò ýôôåêòèâíîìó ðåøåíèþ
ãëîáàëüíîé ýêîëîãè÷åñêîé ïðîáëåìû.  íàñòîÿùåå âðåìÿ â ýêîíîìè÷åñêè
ðàçâèòûõ ñòðàíàõ ïî ïðèíöèïó ïîñòðîåíèÿ Èíòåðíåò óñêîðåííûìè òåìïàìè
ñîçäàåòñÿ èíòåãðèðîâàííàÿ èíòåëëåêòóàëüíàÿ ñåòü Smart Grid, â êîòîðîé ïðå-
äóñìîòðåíû âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ñòàíäàðòíûõ èíòåðôåéñîâ ïðîã-
ðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ Èíòåðíåò, à òàêæå ìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèé Apps ïî-
ñðåäñòâîì îáåñïå÷åíèÿ äîñòóïà ê ñåðâèñàì IoS / Web Services / Cloud.
Ñîçäàíííûå ñòàíäàðòû äëÿ ñèñòåì Smart Grid, ïðèâåäåííûå â ñåòè
Èíòåðíåò íà ôîðóìàõ NIST, IEEE, VDE, CENELEC è â äðóãèõ èñòî÷íèêàõ,
îáåñïå÷èâàþò ïðîãðàììíî-íåçàâèñèìûé è àïïàðàòíî-íåçàâèñèìûé äîñòóï ê
ýëåêòðîîáîðóäîâàíèþ è êîììóíèêàöèþ ìåæäó åãî êîìïîíåíòàìè, êîòîðûå
ðàññìàòðèâàþòñÿ â äàííîì ñëó÷àå êàê óçëû êîìïüþòåðíîé ñåòè.
Ñòàíäàðòèçàöèÿ ñòðóêòóðû îòêðûòûõ ñåòåé Smart Grid — îäíî èç
ñàìûõ ïðèîðèòåòíûõ íàïðàâëåíèé ðàçâèòèÿ êàê ýíåðãåòèêè, òàê è òåëå-
êîììóíèêàöèîííîé ñôåðû â Åâðîïå è ÑØÀ. Ïî ïðîãíîçàì ñïåöèàëèñòîâ â
áëèæàéøåì áóäóùåì, â 2020—30 ãîäàõ, êîìáèíèðîâàííûå óñëóãè ýòèõ
ñåòåé ñòàíóò äîñòóïíû øèðîêîìó êðóãó ïîëüçîâàòåëåé. Îäíàêî óæå ñåãîä-
íÿ ïîëüçîâàòåëÿì ïðåäîñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ, ïî îáðàçöó Èí-
òåðíåò, áîëüøîãî ÷èñëà ñîáñòâåííûõ èíòåëëåêòóàëüíûõ ïðèëîæåíèé è
ñëóæá â ðàìêàõ ñåòåé Smart Grid.
Âçàèìíîå ïðîíèêíîâåíèå òåõíîëîãèé IoT, Smart Grid, îáëà÷íûõ è
òóìàííûõ âû÷èñëåíèé, ïðîèñõîäèò íà îñíîâå ýíåðãåòè÷åñêè ýôôåêòèâ-
íûõ è ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ïðîòîêîëîâ ïåðñîíàëüíûõ áåñïðîâîäíûõ ñåòåé
6LoWPAN. Îñîáåííîñòü ýòîãî ïðîòîêîëà ñîñòîèò â òîì, ÷òî îí ðåàëèçóåò
àäðåñàöèþ Èíòåðíåò-ïðîòîêîëà IPv6 ïîâåðõ MAC-ïðîòîêîëîâ ñåòåé IEEE
802.15.4 è PLC. Îòêðûòûé ïðîòîêîë PLC ÿâëÿåòñÿ âàæíûì ïðîòîêîëîì â
Èíòåðíåòå âåùåé, ïîñêîëüêó îí ñòàíäàðòèçîâàí ìåæäóíàðîäíîé îðãàíè-
çàöèåé IETF.
Ñèñòåìû RFID, NFC è ìåòêè QR. Ðàññìîòðèì òàêèå íåäîðîãèå è
ïðîñòûå óñòðîéñòâà è ñèñòåìû, êàê ðåòðàíñëÿòîðû Radio Frequency ID
(RFID), ñèñòåìû áëèæíåé êîììóíèêàöèè NFC è ìåòêè QR. Èõ çàäà÷à —
ëîêàëèçîâàòü ïîäêëþ÷àåìûå ê Èíòåðíåòó óñòðîéñòâà (ðèñ. 2). Ñèñòåìû RFID,
NFC, QR ðàáîòàþò íà íåáîëüøîì ðàññòîÿíèè, ïðèáëèçèòåëüíî îò 10 ñì äî
10 ì. Âïåðâûå èõ ñòàëè ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü â ëîãèñòèêå è ñåëüñêîì
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
62 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
õîçÿéñòâå. Âñëåäñòâèå ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ñèñòåìû RFID è
NFC èìåþò îòíîñèòåëüíî áîëüøîé ñðîê ñëóæáû, â ñðåäíåì îò 12 äî 72
ìåñÿöåâ. Ïðîòîêîë IPv6 ïðåäîñòàâëÿåò øèðîêèå âîçìîæíîñòè äëÿ ñâîáîä-
íîé àäðåñàöèè áîëüøîãî ÷èñëà óñòðîéñòâ.
Óñòðîéñòâàìè äîñòóïà ê èíôîðìàöèè â òåõíîëîãèè RFID ÿâëÿþòñÿ
ñïåöèàëüíî ïðåäíàçíà÷åííûå RFID-ðèäåðû (àíàëîãè áàíêîâñêèõ êàðò) è
ñîâðåìåííûå ñìàðòôîíû. Â ðåòðàíñëÿòîðàõ RFID èñïîëüçóþòñÿ êîîðäè-
íèðîâàííûå Ìåæäóíàðîäíûì òåëåêîììóíèêàöèîííûì ñîþçîì ITU-T ñëå-
äóþùèå ÷àñòîòíûå äèàïàçîíû: êèëîìåòðîâûõ âîëí — 125—134 êÃö; äåêà-
ìåòðîâûõ âîëí — 13,56 ÌÃö; äåöèìåòðîâûõ âîëí — 865—869 ÌÃö (Åâðîïà),
950 ÌÃö (ÑØÀ è Àçèÿ); ñàíòèìåòðîâûõ âîëí — 2,45 ÃÃö è 5,8 ÃÃö.
Âàðèàíòîì ðåòðàíñëÿòîðà RFID ÿâëÿåòñÿ èíòåëëåêòóàëüíàÿ ñèñòåìà ñ
ïàìÿòüþ, ìèêðîêîíòðîëëåðîì è àêêóìóëÿòîðîì. Òàêèå ïðîãðàììèðóåìûå
óñòðîéñòâà èìåþò ìåíüøèé ñðîê ñëóæáû, îäíàêî èõ ìîæíî êîíôèãóðèðî-
âàòü. Îíè ÷àùå âñåãî èñïîëüçóþòñÿ â ñèñòåìàõ Smart Grid è äëÿ ÒÂ.
 ïàññèâíûõ âûñîêî÷àñòîòíûõ ðåòðàíñëÿòîðàõ RFID-Tags ïðèìåíÿ-
åòñÿ èçâåñòíûé â ðàäèîëîêàöèè ïðèíöèï ðàäàðà. Â ðåçóëüòàòå àêòèâàöèè è
ìîäóëÿöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðîèñõîäèò îïðîñ êîäà, êîòîðûé óëàâëèâàåò-
ñÿ RFID-ñ÷èòûâàòåëåì. Àíòåííû âûñîêî÷àñòîòíûõ ðåòðàíñëÿòîðîâ ïðåä-
ñòàâëÿþò ñîáîé êàòóøêó èíäóêòèâíîñòè ñ áîëüøèì ÷èñëîì âèòêîâ.
Ðåòðàíñëÿòîðû RFID ñ ñåíñîðèêîé ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ èçìåðåíèÿ îï-
ðåäåëåííûõ ôèçè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Êàê ïðàâèëî, ýòî óñêî-
ðåíèå, äåôîðìàöèè, âëàæíîñòü èëè ýëåêòðîïðîâîäíîñòü. Äëÿ òàêèõ ñèñòåì
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 63
Ðèñ. 2. Àêòóàëüíûå ïðèìåðû ÒÂ
íåîáõîäèì ñ÷èòûâàòåëü RFID (RFID-Reader), êîòîðûé êîíñòðóêòèâíî ìî-
æåò áûòü âûïîëíåí ïî-ðàçíîìó: ðó÷íîé, ìîáèëüíûé, ñòàöèîíàðíûé èëè
êîìáèíèðîâàííûé ñî ñ÷èòûâàòåëåì øòðèõ-êîäà.
Êîììåð÷åñêîå è ëîãèñòè÷åñêîå êîäèðîâàíèå ñ äëèíîé êîäà 64, 96 è
128 áèò â ôîðìàòå Electronic Product Code (EPC) ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ èñ-
ïîëüçîâàíèÿ â ìàññîâûõ ðåòðàíñëÿòîðàõ RFID è íàøëî ïðèìåíåíèå â
ìóíèöèïàëüíûõ è ñêëàäñêèõ õîçÿéñòâàõ, íà æåëåçíîé äîðîãå è â àýðî-
ïîðòàõ, â ñóïåðìàðêåòàõ è áèáëèîòåêàõ.
Áîëüøèíñòâî ïîïóëÿðíûõ îïåðàöèîííûõ ñèñòåì äëÿ ñìàðòôîíîâ è
ïëàíøåòîâ, â ÷àñòíîñòè Win Phone 8 è Android, ïîääåðæèâàþò ñèñòåìû
áëèæíåé êîììóíèêàöèè (Near Field Communication, NFC). Ñóùåñòâóåò äâà
òèïà òàêèõ ñèñòåì.
1. Áåç óñòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ â ïàññèâíûõ âûñîêî÷àñòîòíûõ ðåò-
ðàíñëÿòîðàõ RFID â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòàìè ISO 14443 èëè ISO
15693. Òàêîé ìåòîä ïðèìåíèì äëÿ ïðèëîæåíèé, íåêðèòè÷íûõ ñ òî÷êè
çðåíèÿ èíôîðìàöèîííîé áåçîïàñíîñòè, òàê êàê â ìîìåíò àêòèâàöèè àíòåí-
íû ðåòðàíñëÿòîðà âîçìîæíî åãî íåñàíêöèîíèðîâàííîå ïðîñëóøèâàíèå.
2. Ñ óñòàíîâëåíèåì ñîåäèíåíèÿ ìåæäó äâóìÿ àêòèâíûìè ïåðåäàò÷èêàìè.
Ìåòêè áûñòðîãî îòâåòà (Quick Response, QR) ñîçäàíû äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ
óíèâåðñàëüíûõ àäðåñîâ URI ïðèëîæåíèé WWW. Ïðèíöèï ðàáîòû ïðî-
ãðàììû ìîáèëüíîãî ïðèëîæåíèÿ ñ ìåòêàì QR ïðèâåäåí íà ðèñ. 3. Ìåòêè
QR àïïàðàòíî ïîääåðæèâàþòñÿ ñìàðòôîíàìè è ïëàíøåòàìè, äëÿ ÷åãî
èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå ìîáèëüíûå ñðåäñòâà Apps.
Ñ÷èòàþò, ÷òî Èíòåðíåò âåùåé — ïîòåíöèàëüíî îïàñíàÿ òåõíîëîãèÿ ñ
òî÷êè çðåíèÿ çàùèòû èíôîðìàöèè, òàê êàê ðå÷ü èäåò î ïðåîáðàçîâàíèè
òàêèõ âåùåé, êàê àâòîìîáèëè, ñòåíû êâàðòèð è îôèñîâ, ýëåêòðîòîâàðû, ìå-
áåëü, öåííûå è îáû÷íûå áóìàãè â âû÷èñëèòåëüíûå óçëû ñ ìîáèëüíûì
äîñòóïîì â Èíòåðíåò. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè íåñàíêöèîíèðîâàííîì äîñòóïå
ê êîíôèäåíöèàëüíîé èíôîðìàöèè, ïåðåäàâàåìîé ïî áåñïðîâîäíûì êàíà-
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
64 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
Ðèñ. 3. Ïðèíöèï ðàáîòû ìîáèëüíîãî ïðîãðàììíîãî QR-ïðèëîæåíèÿ
ëàì ñâÿçè, Èíòåðíåò âåùåé ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü óãðîçó íå òîëüêî äëÿ
àíîíèìíîñòè è áåçîïàñíîñòè ÷àñòíîé ñôåðû ãðàæäàí, íî è äëÿ íàöèî-
íàëüíîé áåçîïàñíîñòè ãîñóäàðñòâà. Ïîýòîìó ïåðåõîä ê Èíòåðíåòó âåùåé è
Ò èçó÷àåòñÿ âåäóùèìè ïîëèòè÷åñêèìè ñòðóêòóðàìè è îðãàíàìè íàöèî-
íàëüíîé áåçîïàñíîñòè, â ÷àñòíîñòè êîìèññèÿìè ÅÑ è ñëóæáîé íàöèîíàëü-
íîé áåçîïàñíîñòè ÑØÀ. Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé ñåðüåçíîé òåõíè÷åñêîé è ñîöè-
àëüíîé ïðîáëåìû íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü â áåñïðîâîäíûõ ñåòÿõ ñîîò-
âåòñòâóþùèå ïðîòîêîëû ïåðåäà÷è äàííûõ, îáåñïå÷èâàþùèå çàùèòó êîí-
ôèäåíöèàëüíîé èíôîðìàöèè.
Ðàññìîòðèì çàäà÷ó àâòîìàòèçèðîâàííîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ ñîâðåìåííûõ
êîìïüþòåðíûõ ñèñòåì, â òîì ÷èñëå ñèñòåì Smart Grid è ñèñòåì ÒÂ.
Ñðåäñòâà ÑÀÏÐ äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ îïòèìèçàöèè ïðîèçâîäèòåëü-
íîñòè, ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè è ñòîèìîñòè êîìáèíèðîâàí-
íûõ ëîêàëüíûõ ñåòåé (ÊËÑ). Ïðîåêòèðîâàíèå ÊËÑ. Ò å õ í è ÷ å ñ ê è å
ò ð å á î â à í è ÿ ê ï ð î å ê ò è ð î â à í è þ ÊËÑ ÷àñòî èìåþò ïðîòèâî-
ðå÷èâûé è êîìïðîìèññíûé õàðàêòåð. Îáû÷íî ýòî îòíîñèòñÿ ê òàêèì õà-
ðàêòåðèñòèêàì, êàê ïðîèçâîäèòåëüíîñòü (QoS), ýôôåêòèâíîñòü ýíåðãîïîò-
ðåáëåíèÿ è îïòèìàëüíîñòü ôèíàíñîâûõ çàòðàò íà ïðîêëàäêó è ýêñïëóàòà-
öèþ ñåòè. Íàïðèìåð, äëÿ îáû÷íûõ îôèñíûõ ëîêàëüíûõ ñåòåé ñòàíäàðòîâ
Ethernet è WLAN, à òàêæå äëÿ ïðîâîäíûõ ñåòåé àâòîìàòèçàöèè ñòàíäàðòîâ
LON è KNX íàèáîëåå âàæíûì ÿâëÿåòñÿ ñîîòâåòñòâèå óñëîâèÿì ìèíèìóìà
ñòîèìîñòè ïðè ñîáëþäåíèè íàêëàäûâàåìûõ îãðàíè÷åíèé íà êà÷åñòâî îáñ-
ëóæèâàíèÿ QoS. Äëÿ ñîâðåìåííûõ áåñïðîâîäíûõ ñåíñîðíûõ ñåòåé ñòàí-
äàðòà WSN (Wireless Sensor Networks IEEE 802.15.4) ÷ðåçâû÷àéíî âàæíà
òàêæå ïðîáëåìà îáåñïå÷åíèÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè óçëîâ è ýêî-
íîìèè ýëåêòðîýíåðãèè.
Ñ ïîìîùüþ ÑÀÏÐ ðåøàþòñÿ çàäà÷è àâòîìàòèçàöèè ïðîåêòèðîâàíèÿ
ÊËÑ ñ ó÷åòîì ñòàíäàðòîâ íà ñòðóêòóðèðîâàííûå êàáåëüíûå ñèñòåìû
(ÑÊÑ) (Structured Cabling System, SCS), à òàêæå ñòàíäàðòîâ íà ñåòåâîå
îáîðóäîâàíèå: IEEE 802.3, IEEE 802.11, IEEE 802.16, è IEEE 802.15.4.
Ñîçäàííàÿ ìåòîäîëîãèÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÊËÑ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ðåøåíèÿ
çàäà÷è îïòèìèçàöèè îáùåé ñòîèìîñòè ïðîåêòà ñåòè (capital expenditures,
CAPEX) ïðè ñîáëþäåíèè îãðàíè÷åíèé íà òàêèå ïàðàìåòðû êà÷åñòâà îá-
ñëóæèâàíèÿ QoS, êàê ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ (data rate, DR), çàäåðæêà,
âàðèàöèÿ çàäåðæêè (jitter, J), ïðîöåíò ïîòåðÿííûõ ïàêåòîâ (packet losses,
PL), à òàêæå ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ èñïîëüçîâàíèÿ äîëãîâå÷íûõ àêêó-
ìóëÿòîðîâ ñ íàêîïëåíèåì ýíåðãèè (energy harvesting) [4, 6—8]:
min ( , , ) max ( , , , ,...) min ( ),K N L t DR J PL E� �QoS � (1)
ãäå N — îáùåå ÷èñëî èñïîëüçóåìûõ ñåòåâûõ óñòðîéñòâ; L — îáùàÿ äëèíà
ÑÊÑ; {DR J PL, , ,� } — ïðèíÿòûé óðîâåíü êà÷åñòâà îáñëóæèâàíèÿ QoS; t —
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 65
âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè ñåòè. Îáùåå ðåøåíèå îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è (1) —
î÷åíü ñëîæíîå, ÷àñòî îíà íîñèò îïòèìàëüíî-êîìïðîìèññíûé õàðàêòåð è
èìååò òîëüêî ñóáîïòèìàëüíîå ðåøåíèå [7—12].
Á å ñ ï ð î â î ä í û å ñ å í ñ î ð í û å ñ å ò è è ñ å ò è à â ò î ì à ò è ç à ö è è
ç ä à í è é.  ñîñòàâ ÊËÑ ìîãóò âõîäèòü ðàçëè÷íûå ñåòè àâòîìàòèçàöèè íà
îñíîâå ïîëåâûõ øèí (fieldbus) ñ çàðàíåå çàäàííûìè ñâîéñòâàìè [1]. Òàêèå
ñåòè èìåþò øèííóþ òîïîëîãèþ, à èõ àðõèòåêòóðà — ñëåäóþùèå óðîâíè
èåðàðõèè (òàáë. 1):
1) ïîëåâîé (Field Level), íà êîòîðîì îïèñûâàåòñÿ ðàáîòà èñïîëüçóå-
ìûõ ðåãèñòðèðóþùèõ óñòðîéñòâ, äàò÷èêîâ;
2) àâòîìàòèçàöèè (Automation Level), íà êîòîðîì îïèñûâàåòñÿ ðàáîòà
êîíòðîëåðîâ, ìîñòîâ è øëþçîâ;
3) ìåíåäæìåíòà (Management Level), èëè ïðèëîæåíèé, êîòîðûé îáúå-
äèíÿåò ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà êîíôèãóðàöèè, ïîääåðæêè è ìîíèòîðèíãà
ñåòåé àâòîìàòèçàöèè. Òàêîå îáúåäèíåíèå îáû÷íî ïðîèñõîäèò íà îñíîâå
ñëóæá èëè ôåéìâîðêîâ, òàêèõ, êàê EJB (Enterprise Java Beans), OSGi (Open
Services Gateway initiative), Web Services (Apache Axis 2) [1—3, 7, 8].
Âàæíîå è ïåðñïåêòèâíîå íàïðàâëåíèå ðàçâèòèÿ ñåòåé àâòîìàòèçàöèè —
èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòà êîìïüþòåðíûõ ñåòåé Ethernet 802.3 äëÿ ïîä-
äåðæêè ðîäñòâåííîãî ñòàíäàðòà PROFINET íà óðîâíÿõ 1 è 2. Àëüòåð-
íàòèâíûìè ÿâëÿþòñÿ ñåòè Powerline Homeplug AV è AV2, ðàçðàáîòàííûå â
2010 ã. àññîöèàöèåé Universal Powerline Association (íîìåð ñòàíäàðòà
P1901). Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ â òàêèõ ñåòÿõ îò 200 äî 600 Ìáèò/c.
Êðîìå òîãî, î÷åíü ÷àñòî â ñåòÿõ àâòîìàòèçàöèè èñïîëüçóþò ïðîòîêîë áåñ-
ïðîâîäíîé êîìïüþòåðíîé ñâÿçè, â òîì ÷èñëå åãî íîâûå ñòàíäàðòû IEEE
802.11n, 802.11ac, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î ïîëíîé èíòåãðàöèè îôèñíûõ
ñåòåé è ñåòåé àâòîìàòèçàöèè.
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
66 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
Ñòàíäàðò ïîëåâûõ øèí Îáëàñòü èñïîëüçîâàíèÿ
BACnet
Àâòîìàòèçàöèÿ
íà òðåòüåì óðîâíå èåðàðõèè
CAN/CANopen ïðîöåññîâ â àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè,
âñòðîåííûõ ñèñòåì (Embedded systems), ïðîöåññîâ óïðàâ-
ëåíèÿ, â òîì ÷èñëå â ìåäèöèíå
KNX çäàíèé è ïîìåùåíèé
INTERBUS-S ìåäèöèíñêèõ ïðèáîðîâ, îáåñïå÷åíèå áåçîïàñíîñòè
ïðèëîæåíèé â ñåòÿõ àâòîìàòèçàöèè
LON çäàíèé è ïîìåùåíèé íà ïåðâîì è âòîðîì óðîâíÿõ
èåðàðõèè
PROFIBUS òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ
Òàáëèöà 1. Êëàññè÷åñêèå ñòàíäàðòû ñåòåé àâòîìàòèçàöèè
Èíòåðåñ ê ñåòÿì àâòîìàòèçàöèè âîçðàñòàåò â ñâÿçè ñ èõ íåâûñîêîé
ñòîèìîñòüþ è îòíîñèòåëüíîé ïðîñòîòîé èíñòàëëÿöèè. Îäíà èç íàèáîëåå
ïåðñïåêòèâíûõ îáëàñòåé èõ ïðèìåíåíèÿ — àâòîìàòèçàöèÿ çäàíèé è ïîìå-
ùåíèé [1—7] (íàïðèìåð, àâòîìàòèçèðîâàííûå ñèñòåìû êîíòðîëÿ òåìïåðà-
òóðû è îñâåùåíèÿ (temperature / illumination control)). ×èñëî ïðîâîäíûõ
äàò÷èêîâ (wired sensors), íåîáõîäèìîå äëÿ ñîçäàíèÿ ìèêðîêëèìàòà â ñèñ-
òåìå «èíòåëëåêòóàëüíûé äîì», äîñòàòî÷íî âåëèêî, ÷òî ïðèâîäèò ê áîëüøèì
çàòðàòàì òðóäà íà èíñòàëëÿöèþ ïðîâîäíûõ ñèñòåì àâòîìàòèçàöèè çäàíèé è
ïðîêëàäêó êàáåëÿ ïðè ñòðîèòåëüñòâå èëè ðåêîíñòðóêöèè äîìîâ.
Ýôôåêòèâíîé àëüòåðíàòèâîé ïðîâîäíûì äàò÷èêàì, â êîòîðûõ èñïîëü-
çóþòñÿ ïîëåâûå øèíû è óêàçàííûå âûøå ïðîòîêîëû, ÿâëÿþòñÿ ñîâðåìåí-
íûå áåñïðîâîäíûå ïèêîñåòè (Wireless Sensor Networks, WSN). Íåäîñòàòîê
âñåõ ñîâðåìåííûõ áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ — âûñîêîå ýíåðãîïîòðåáëå-
íèå. Çàìåíà âûøåäøèõ èç ñòðîÿ äàò÷èêîâ ñòîèò äîñòàòî÷íî äîðîãî è òðå-
áóåò áîëüøèõ çàòðàò òðóäà. Âðåìÿ áåñïåðåáîéíîé ðàáîòû àêêóìóëÿòîðîâ,
èìåþùèõ îãðàíè÷åííóþ ýíåðãîåìêîñòü, çàâèñèò îò ìîùíîñòè ìèêðîïåðå-
äàò÷èêà è ÷àñòîòû ïåðåäàâàåìûõ ñîîáùåíèé. Ïîñòåïåííûé âûõîä èç ñòðîÿ
ñåòè WSN â ðåçóëüòàòå ïîñëåäîâàòåëüíîãî îòêëþ÷åíèÿ äàò÷èêîâ ñõåìàòè-
÷åñêè ïîêàçàí íà ðèñ. 4.
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 67
a á â ã
ä å æ
Ðèñ. 4. Ðàçíîâèäíîñòè íåèñïðàâíîñòåé ñåòåé WSN îò ïåðâûõ îòêàçîâ è äî ïîëíîé ïîòåðè
ôóíêöèîíàëüíîñòè ñåòè: à — îäèí äàò÷èê âûøåë èç ñòðîÿ; á — 50 % äàò÷èêîâ âûøëî èç
ñòðîÿ; â — ðàçäåë ñåòè; ã — ïîòåðÿ ïîêðûòèÿ; ä — âñå äàò÷èêè ðàáîòàþò; å è æ — âûøëî
èç ñòðîÿ ñîîòâåòñòâåííî 20 % è 50 % äàò÷èêîâ
Àêòóàëüíîé ïðîáëåìîé ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå ýôôåêòèâíîãî ýíåðãî-
ïèòàíèÿ áåñïðîâîäíûõ ñåòåé WSN. Äëÿ ýòîãî ÷àñòî èñïîëüçóþò àëüòåð-
íàòèâíûå èñòî÷íèêè ýëåêòðîýíåðãèè, íàïðèìåð âåòðÿíûå, ñîëíå÷íûå èëè
èñòî÷íèêè, îñíîâàííûå íà îòáîðå ýíåðãèè ôîíîâîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî èç-
ëó÷åíèÿ. Îäíàêî ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì àëüòåðíàòèâíîé ýíåðãåòèêè ÿâ-
ëÿåòñÿ åå çàâèñèìîñòü îò âðåìåíè ñóòîê, îò ñåçîííûõ èçìåíåíèé ïîãîäû è
äðóãèõ ôàêòîðîâ. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ
áåñïðîâîäíûõ ñåòåé àâòîìàòèçàöèè çäàíèé ïðèâåäåíû â òàáë. 2 [1—7].
Ôóíêöèè ñèñòåìû CANDY Framework è ïðèìåðû ïðîåêòèðîâà-
íèÿ ñåòè. Àðõèòåêòóðà ñèñòåìû. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ îïòèìèçàöèè ïðîèç-
âîäèòåëüíîñòè è ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ëîêàëüíûõ êîìïüþòåðíûõ
ñåòåé áûëè èñïîëüçîâàíû ñðåäñòâà ÑÀÏÐ CANDY Framework [8—12]. Ýòà
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
68 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
Ïàðàìåòð EnOcean KNX-RF Z-Wave
ZigBee
802.15.4
Scatter-
web
NanoNET
×àñòîòíûé äèàïà-
çîí, ÌÃö
868 868 868 2400 868 2400
Ñïîñîá äîñòóïà ê
ñðåäå ïåðåäà÷è
äàííûõ
Beacon — CSMA Beacon,
CSMA
— CSMA/CA,
TDMA,
ALOHA
Òîïîëîãèÿ Çâåçäà/
ÿ÷åéêà
Çâåçäà Çâåçäà/
ÿ÷åéêà
Çâåçäà/
ÿ÷åéêà
Äåðåâî/
ÿ÷åéêà
ß÷åéêà
Ñêîðîñòü ïåðåäà-
÷è äàííûõ DR,
êÁèò/ñ
125 16,4 9,6/40 250 20 2000
Ìàêñèìàëüíîå
÷èñëî äàò÷èêîâ â
ñåòè
232 256 232 216 255 248
Îáåñïå÷åíèå èí-
ôîðìàöèîííîé
áåçîïàñíîñòè
— — +
+(WEP,
WPA2, AES)
— +
Îöåíêà ýíåðãî-
ïîòðåáëåíèÿ
Î÷åíü
íèçêîå
Íèçêîå Íèçêîå Íèçêîå Íèçêîå Ñðåäíåå
Óñðåäíåííàÿ îöåí-
êà âåðîÿòíîñòè
êîëëèçèé
Î÷åíü
ìàëàÿ
Ñóùåñò-
âóþò
Ñóùåñò-
âóþò
Ìàëàÿ Ìàëàÿ Î÷åíü
ìàëàÿ
Îòáîð ýëåêòðî-
ýíåðãèè èç ýôèðà,
áåçàêêóìóëÿòîð-
íûå ñåíñîðíûå
ðåøåíèÿ
Âîçìîæåí Íåâîç
ìîæåí
Íåâîç-
ìîæåí
Íåâîç-
ìîæåí
Íåâîç-
ìîæåí
Íåâîç-
ìîæåí
Ìàêñèìàëüíûé
ðàäèóñ äåéñòâèÿ, ì
30—300 10—100 20—200 10—75 10—100 40—250
Òàáëèöà 2. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè íàèáîëåå
ðàñïðîñòðàíåííûõ áåñïðîâîäíûõ ñåíñîðíûõ ñåòåé
ÑÀÏÐ èìååò ìîäóëüíóþ ñòðóêòóðó, âñå ìîäóëè ðåàëèçîâàíû êàê ñâîáîäíî
ïîäêëþ÷àåìûå ïðèëîæåíèÿ íà ïëàòôîðìàõ Eclipse Rich Client Platform
(ERCP plug-ins), JRE (Java Runtime Environment), Application Server, Middle-
ware (Apache, Tomcat /JSP, Java Server Pages, EJB), Web Services (Apache
Axis 2). Ñòðóêòóðà ÑÀÏÐ CANDY ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 5. Íàçíà÷åíèå âñåõ
ìîäóëåé ñèñòåìû CANDY ïîäðîáíî îïèñàíî â ðàáîòàõ [7, 8]. Ðàññìîòðèì
ðàáîòó ìîäóëåé 4—7, à òàêæå ñëåäóþùèå ñèñòåìíûå ñðåäñòâà ïðîåêòîâ
ñåòåé, ðåàëèçîâàííûå ñ ïîìîùüþ ÿçûêà ïðîãðàììèðîâàíèÿ NDML: ñïè-
ñîê êîìïîíåíòîâ, ñïèñîê ñîåäèíåíèé, îò÷åò î ïðîèçâîäèòåëüíîñòè, ôîð-
ìèðîâàíèå ñìåòû.
ßçûê ïðîåêòèðîâàíèÿ. Îäèí èç ñïîñîáîâ èíòåãðàöèè ðàçðàáîòàííûõ
ñðåäñòâ ïðîåêòèðîâàíèÿ â åäèíóþ ÑÀÏÐ CANDY Framework — ðàçðàáîòêà è
èñïîëüçîâàíèå íîâîãî ïðîáëåìíî-îðèåíòèðîâàííîãî ÿçûêà ïðîåêòèðîâàíèÿ
NDML (Network Design Markup Language), êîòîðûé ïîñòðîåí íà îñíîâå
XML-íîòàöèé. ßçûê NDML, ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûé äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ
äàííûõ ïðè îïèñàíèè ïðîåêòîâ ÊËÑ [9, 10], èìååò âñå íåîáõîäèìûå ëèíã-
âèñòè÷åñêèå ñðåäñòâà äëÿ îïèñàíèÿ ñòðóêòóðû è îñîáåííîñòåé ðàáîòû ÊËÑ,
ïîääåðæèâàåò ïðîöåäóðû àíàëèçà è ìîäåëèðîâàíèÿ ñ ïîìîùüþ àëãîðèòìîâ
îáðàáîòêè ñîáûòèé è ìàòåìàòè÷åñêèõ ìåòîäîâ òåîðèè ìàññîâîãî îáñëóæè-
âàíèÿ. ßçûê NDML îáåñïå÷èâàåò ñîõðàíåíèå è îáðàáîòêó äàííûõ â ðåëÿ-
öèîííûõ îáúåêòíî-îðèåíòèðîâàííûõ áàçàõ äàííûõ (ÁÄ).
 ðàáîòàõ [7—12] îáîñíîâàíà öåëåñîîáðàçíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ NDML
êàê ÿçûêà ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìáèíèðîâàííûõ êîìïüþòåðíûõ ñåòåé. Áîëåå
òîãî, ýòîò ÿçûê â îïðåäåëåííîé ìåðå ÿâëÿåòñÿ îáúåäèíÿþùåé ñòðóêòóðîé
äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ñðåäñòâ ïðîåêòèðîâàíèÿ.
Òðàññèðîâêà ñòðóêòóðèðîâàííîé êàáåëüíîé ñèñòåìû. Ìîäóëü
CANDY Trace Router (CTR) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ àâòîìàòè÷åñêîé òðàññè-
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 69
T
FE
1
RCP/
Aplication
Server/
JRE
ÁÄ
2
3
4
5
6
7
Ðèñ. 5. Àðõèòåêòóðà ñèñòåìû CANDY Frame-
work: 1 — ìåíåäæìåíò ïðîåêòîâ (Project Mana-
ger); 2 — ðåäàêòîð ñåòè (Network Editor); 3 —
ïðîñìîòð êîìïîíåíòîâ (Component Browser);
4 — ìîäóëü òðàññèðîâêè êàáåëüíûõ ñèñòåì
(CTR); 5 — ìîäóëü ïðîåêòèðîâàíèÿ ó÷àñòêîâ
áåñïðîâîäíîé ñåòè (Wireless Site Finder); 6 —
ìîäóëü àíàëèçà ðàáî÷åé íàãðóçêè (Workload
Analyzer); 7 — ìîäóëü ôîðìèðîâàíèÿ îò÷åòà î
ñòîèìîñòè ïðîåêòà (Bill Reporter); FE — èí-
òåðôåéñ Front-end ñ èñïîëüçîâàíèåì ÿçûêîâ
NDML XML; T — äîïîëíèòåëüíûå ñâîáîäíî
ñâÿçàííûå ñðåäñòâà, íàïðèìåð NS-3; ÁÄ — óñò-
ðîéñòâà, ñåòåâûå ïðîäóêòû, ìàòåðèàëû
ðîâêè ñòðóêòóðèðîâàííîé êàáåëüíîé ñèñòåìû â ëîêàëüíûõ ñåòÿõ çäàíèé
ïðè çàäàííîì ðàñïîëîæåíèè ñåðâåðíûõ ïîìåùåíèé è êîììóòàöèîííîãî îáî-
ðóäîâàíèÿ, âêëþ÷àÿ êîììóòàòîðû, øëþçû, ìàðøðóòèçàòîðû è êðîññ-ïàíåëè.
Ïðè ñîçäàíèè ïðîåêòíîé äîêóìåíòàöèè èñïîëüçóþòñÿ ãðàôè÷åñêèå ôîðìàòû
ÑÀÏÐ, â ÷àñòíîñòè IFCXML äëÿ AutoCAD [7, 8]. Ñòðóêòóðèðîâàííàÿ êà-
áåëüíàÿ ñèñòåìà ñîñòîèò èç ïåðâè÷íîé, âòîðè÷íîé è òðåòè÷íîé îáëàñòåé.
Ìîäóëü CTR îïòèìèçèðóåò ïðîêëàäêó êàáåëÿ â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòîì
Ethernet LAN IEEE 802.3 ñ ó÷åòîì ó÷àñòêîâ áåñïðîâîäíîé ñåòè ñòàíäàðòà
WLAN IEEE802.11. Ïðîáëåìà ðàçâîäêè êàáåëüíûõ ñèñòåì â çäàíèÿõ ñâÿçàíà
ñ èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìà ìèíèìàëüíîãî äåðåâà Äàéêñòðà, à çàäà÷à îïòè-
ìèçàöèè ïðîêëàäêè êàáåëÿ ðåøàåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì àëãîðèòìà äèíàìè-
÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ Áåëëìàíà — Ôîðäà è äðóãèõ ðåñóðñîåìêèõ àëãî-
ðèòìîâ, â ÷àñòíîñòè âîëíîâîãî àëãîðèòìà Ëè è àëãîðèòìîâ øòðàôíûõ ôóíê-
öèé. Âõîäíûå äàííûå îá îñîáåííîñòÿõ àðõèòåêòóðû çäàíèé òàêæå ïðåäñòàâ-
ëÿþòñÿ â ôîðìàòå èíæåíåðíîé ÑÀÏÐ AutoCAD, ÷òî çíà÷èòåëüíî óïðîùàåò è
óñêîðÿåò âåñü ïðîöåññ ïðîåêòèðîâàíèÿ.
Ïðîåêòèðîâàíèå áåñïðîâîäíûõ ñåòåé. Äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ áåñïðî-
âîäíûõ ó÷àñòêîâ ñåòè ïðåäíàçíà÷åí ñïåöèàëüíûé ìîäóëü ñèñòåìû CANDY
Wireless Site Finder (CSF), ïîääåðæèâàþùèé èìïîðò ôàéëîâ èç ôîðìàòîâ
AutoCAD, Python CAD, NDML, IFCXML, PDF, â êîòîðûõ ïðåäñòàâëåíû
ïîýòàæíûå ïëàíû çäàíèé, à òàêæå ãåîãðàôè÷åñêèå êàðòû è ïëàíû ìåñò-
íîñòè. Êðîìå òîãî, ïîääåðæèâàåòñÿ ýêñïîðò èíôîðìàöèè â ôàéëû ñòàí-
äàðòíûõ òåêñòîâûõ è ãðàôè÷åñêèõ ôîðìàòîâ, â ÷àñòíîñòè XML, JPEG,
BMP è PNG.
Ìîäóëü CSF èìååò óäîáíûé ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ, ïîçâîëÿþùèé
êîïèðîâàòü, ðåäàêòèðîâàòü è óäàëÿòü îáúåêòû è óñòàíàâëèâàòü ïåðåãî-
ðîäêè â ïîìåùåíèè è íà ìåñòíîñòè [11, 12]. Â íåì ðåàëèçîâàíû ôóíêöèè
àâòîìàòè÷åñêîãî ðàçìåùåíèÿ òî÷åê äîñòóïà, áàçîâûõ ñòàíöèé èëè äàò-
÷èêîâ. Ìîäóëü âêëþ÷àåò ôóíêöèè ðàñ÷åòà è âèçóàëèçàöèè äëÿ òàêèõ ýì-
ïèðè÷åñêèõ ìîäåëåé ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí, êàê ïîòåðè
â ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå (Free Space Loss), ìíîãîêðàòíîå îòðàæåíèå îò
ñòåí (Multi Wall), ìîäåëü COST 231 Èêåãàìè (COST 231 Walfish Ikegami),
ìîäåëü ïðåäñêàçàíèÿ îñíîâíîãî ïóòè (Dominant Path Prediction), ëèíåéíàÿ
ëó÷åâàÿ ìîäåëü, îñíîâàííàÿ íà çàêîíàõ ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêè (Line of
Sight Models) [7, 8].  ãðàôè÷åñêèõ ñðåäñòâàõ ìîäóëÿ CSF ïðåäóñìîòðåíû
âèçóàëèçàöèÿ îñëàáëåíèÿ ñèãíàëà, ïðèíèìàåìîé ìîùíîñòè, áèòîâîé ñêî-
ðîñòè è õàðàêòåðèñòèê ïîêðûòèÿ. Ïðè ýòîì äàííûå î ðàñïðåäåëåíèè ÷àñ-
òîò è ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõàõ ïðåäñòàâëåíû â ñïåöèôè÷åñêèõ ôîðìà-
òàõ ãðàôè÷åñêèõ ÑÀÏÐ, â ÷àñòíîñòè IFCXML äëÿ AutoCAD.
Ïðîåêòèðîâàíèå WSN. Ïî ñðàâíåíèþ ñ êëàññè÷åñêèìè ñåòÿìè LAN è
WLAN [1, 8] ñåíñîðíûå ïèêîñåòè [4—6] èìåþò ñóùåñòâåííóþ îñîáåí-
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
70 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
íîñòü, êîòîðàÿ ñîñòîèò â íåîáõîäèìîñòè îïòèìèçàöèè ýôôåêòèâíîñòè
ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ ñ ó÷åòîì ñîõðàíåíèÿ êà÷åñòâà îáñëóæèâàíèÿ QoS. Òîã-
äà íàéäåííîå îïòèìàëüíîå ðåøåíèå îáåñïå÷èâàåò çàäàííûé êîìïðîìèññ.
Ïëîòíîñòü ìîùíîñòè ñîñòàâëÿåò îò 10 äî 5 �104 ìêÂò/ñì3. Îáùèé êðèòåðèé
îïòèìèçàöèè âðåìåíè æèçíè ïèêîñåòè (time-to-live, TTL), çàâèñèò îò ìíî-
ãèõ ôàêòîðîâ è çàïèñûâàåòñÿ â ñëåäóþùåì âèäå [3, 7, 8, 11, 12]:
max ( , , , , , , , )TTL
q
t
PTx F d DR SNR TL OH��
�
�
,
ãäå q — çàðÿä áàòàðåè, À÷; PTx — ìîùíîñòü ïåðåäàò÷èêà; F — ÷àñòîòà ñèã-
íàëà; d — ñðåäíåå ðàññòîÿíèå ìåæäó óçëàìè ïèêîÿ÷åéêè SN (hop distance);
DR — ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ; TL — ñðåäíÿÿ äëèíà îòïðàâëÿåìûõ
ñîîáùåíèé, íàçûâàåìûõ òåëåãðàììàìè; OH — äëèòåëüíîñòü ñëóæåáíûõ
ñîîáùåíèé â òåëåãðàììå (overhead); — öåíòðàëèçîâàííàÿ ñëó÷àéíàÿ
âåëè÷èíà ïî Ãàóññó; � — ëîãàðèôìè÷åñêèé äåêðåìåíò.
Àëãîðèòì îïòèìèçàöèè ðàñïîëîæåíèÿ òî÷åê äîñòóïà, èëè äàò÷èêîâ,
íàïèñàííûé â ïñåâäîêîäå, ñëåäóþùèé.
Ïðèìåð 1.
START:
INPUT DATA:
Geometry (x,y): Building Plans, Digital Maps;
User Area: User Quantity, DRmin;
Location Area: Building (Height), Walls;
Material Data: Gypsum, Wood, Glass, Concrete,
Reinforced Concrete of Database
Device Data: BS-Data, AP-Data, SN-Data of Database;
Interface-Data: WLAN-NIC, WiMAX-NIC, ZigBee-GW of Database;
Adjusting: Raster Segment Size, H;
FOREACH AP/BS/SN:
Place New Device: Manually || Automatically Manually: BS (Srf, H, ...);
Automatically: extended Site Finder Algorithm; LOS Optimizer;
FOREACH Obstacle:
Compute Propagation: FS, MWM, LOS, NLOS, COST WI, DPP;
Display Results;
IF Constellation Optimal THEN GOTO END;
OTHERWISE Place AP/BS/NS || no optimal solution;
END:
OUTPUT:
Resulted AP/BS/SN -Constellation (x,y): {Power, Attenuation, Covering, DR};
Display Legends;
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 71
Ïðèìåð ïðîåêòèðîâàíèÿ ñåòè àâòîìàòèçàöèè WSN ñòàíäàðòà
IEEE 802.15.4 ZigBee ñ èñïîëüçîâàíèåì ìîäóëÿ CANDY Site Finder ïðè-
âåäåí íà ðèñ. 6. Ôðàãìåíò îïèñàíèÿ ñåòè WSN IEEE 802.15.4 ZigBee ñ ÁÄ
ñåòåâûõ óñòðîéñòâ íà ÿçûêå ïðîåêòèðîâàíèÿ NDML èìååò ñëåäóþ-
ùèé âèä:
Ïðèìåð 2.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <redioproperties>
<deviceProduct schemaVersion="3.0"> <transmit>
<name>Wireless Sensor <transmitpower>
Z-Aperture ZA07-200-ESP <power standard="IEEE802.15.4"
</name> unit="dBm">4</power>
<manufacturer>Comverge </transmitpower>
</manufacturer> </transmit>
<morelnformation> <receiver>
<uri>http://www.zigbee.org/</uri> <receivesensitivity standard="IEEE802. 15.4">
</morelnformation> <sensitivity unit="dbm"
<prices> datarate="0,7">-66</sensitivity>
<price quantity="1" currency="EUR" <sensitivity unit="dbm"
vendor="ZigBee">12</price> datarate="0,5">-75,5</sensitivity>
</prices> <sensitivity unit="dbm"
<category>Wireless Sensor</category> datarate="0,25">-80</sensitivity>
<interfaces> <sensitivity unit="dbm"
<interface number="1"> datarate="0,038">-83,5</sensitivity>
<portGroups> </receivesensitivity>
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
72 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
Ðèñ. 6. Ïðèìåð ïðîåêòèðîâàíèÿ ñåòè WSN 802.15.4 ZigBee ñ ïîìîùüþ ìîäóëÿ CSF: à —
òåîðåòè÷åñêèå ðåçóëüòàòû:
— äëÿ ZigBee; � — ñ ïîòåðÿìè LOS; � — ñ ïîòåðÿìè
NLOS; á — ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ
<ports technology="technology4" </receiver>
plugType="wireless">1</ports> </radioproperties>
</portGroups> </deviceProduct>
</interface>
</interfaces>
Îïèñàíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñåòè, âûïîëíåííîå íà ÿçûêå NDML ñ
èñïîëüçîâàíèåì ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ CANDY Framework [7—12], ïðè-
âåäåíî â ñëåäóþùåì ïðèìåðå.
Ïðèìåð 3.
‹?xml…›
‹ndml›
…
‹node id=8›
‹device›AccessPoint1‹/device›
‹arrivalrate›3398.1481‹/arrivalrate›
‹servicerate›3703.7037‹/servicerate›
‹queuelength›10.2037‹/queuelength›
‹usage›0.9174‹/usage›
‹/node›
…
‹/ndml ›
Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ñîáûòèéíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è ìíîãîâàðèàíòíîãî
àíàëèçà TCP/IP-èíôðàñòðóêòóðû ñ ïîìîùüþ ñðåäñòâ ìîäåëèðîâàíèÿ NS-2,
NS-3 è OMNet++ [11, 12] èñïîëüçîâàí ìîäóëü CANDY Workload Analyser.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàãðóçêè ñåòè èñïîëüçîâàíû ìåòîäû ýêñïåðòíûõ îöåíîê
òðàôèêà è àëãîðèòìû îáõîäà äåðåâà äëÿ çàäàííîãî ïðîåêòà ñåòè, ïðåä-
ñòàâëåííîãî â âèäå ÑÊÑ.
Ðàñ÷åò ñòîèìîñòè ïðîåêòà ñåòè. Ìîäóëü CANDY Bill Reporter (CBR)
êàê ñðåäñòâî äëÿ ðàñ÷åòà ñòîèìîñòè ñåòè îñíîâàí íà äàííûõ îá èñïîëü-
çîâàííûõ ñåòåâûõ êîìïîíåíòàõ, ÑÊÑ è î ñòîèìîñòè ñåòåâûõ ïðîäóêòîâ,
êîòîðûå ñîäåðæàòñÿ â ÁÄ ìîäóëÿ CANDY Component Browser (CCB).
Ìîäóëü CÑB ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòûâàòü äèíàìè÷åñêèå öåëåâûå ôóíêöèè
ñòîèìîñòè ñåòè K (t) äëÿ çàäàííîãî ïåðèîäà åå ýêñïëóàòàöèè, à òàêæå ïðîã-
íîçèðîâàòü ñòîèìîñòü ñåòè ÷åðåç îïðåäåëåííûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè è
ðåíòàáåëüíîñòü ee ìîäèôèêàöèè. Íàïðèìåð, äëÿ îáû÷íûõ îôèñíûõ ëî-
êàëüíûõ ñåòåé (Ethernet, WLAN) [7, 8] è ïðîâîäíûõ ñåòåé àâòîìàòèçàöèè
(LON, KNX) [1] îñíîâíîé îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷åé ÿâëÿåòñÿ ìèíèìè-
çàöèÿ ñòîèìîñòè ïðîåêòà ñåòè ïðè ñîõðàíåíèè îãðàíè÷åíèé íà êà÷åñòâî
îáñëóæèâàíèÿ QoS.
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 73
Äëÿ ñîâðåìåííûõ áåñïðîâîäíûõ ñåíñîðíûõ ñåòåé WSN ÷ðåçâû÷àéíî
âàæíîé ÿâëÿåòñÿ ïðîáëåìà îáåñïå÷åíèÿ ýôôåêòèâíîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ
óçëîâ ñåòè è óïðàâëåíèå ðàñïðåäåëåíèåì ýëåêòðîýíåðãèè. Òîãäà öåëåâàÿ
ôóíêöèÿ îïòèìèçàöèè îáùåé ñòîèìîñòè ñåòè èìååò âèä [8] K K N N� ( , ,1 2
QoS( ), , )DR L t , ãäå N1 — îïòèìàëüíîå ÷èñëî ââåäåííûõ â ñåòü ôóíêöèî-
íàëüíûõ óñòðîéñòâ, âêëþ÷àÿ êîììóòàòîðû è ìàðøðóòèçàòîðû; N2 — îïòè-
ìàëüíîå ÷èñëî ââåäåííûõ â ñåòü òî÷åê áåñïðîâîäíîãî äîñòóïà è áåñïðî-
âîäíûõ äàò÷èêîâ, îïðåäåëÿåìîå ìîäåëèðîâàíèåì ñåíñîðíîé ñåòè íà
ôèçè÷åñêîì óðîâíå. Ìîäóëü CBR èñïîëüçóåò êîíñòàíòû êîíôèãóðàöèè
{a, �, �, �,
, �, �, w, z}, îïðåäåëÿþùèå êîýôôèöèåíò àìîðòèçàöèè ñåòè è
ñåòåâûõ êîìïîíåíò [7, 8].
Âûâîäû
Äëÿ âåäóùèõ ìèðîâûõ êîìïàíèé, çàíèìàþùèõñÿ ðåàëèçàöèåé Smart Grid
è ÒÂ, íàïðèìåð äëÿ êîìïàíèè Google, îäíîé èç âàæíûõ ïðîáëåì ÿâëÿåòñÿ
èññëåäîâàíèå âîçìîæíîñòåé èñïîëüçîâàíèÿ àëüòåðíàòèâíûõ èñòî÷íèêîâ
ýíåðãèè ñ öåëüþ ñîçäàíèÿ ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûõ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëî-
ãèé è óëó÷øåíèÿ êëèìàòè÷åñêèõ óñëîâèé íà Çåìëå. Òåõíè÷åñêèå òðåáîâà-
íèÿ ê ïðîåêòèðîâàíèþ òàêèõ ñåòåé èìåþò ïðîòèâîðå÷èâî-êîìïðîìèññíûé
õàðàêòåð è ñîñòîÿò â ðåøåíèè îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è äëÿ òàêèõ âçàèìî-
ñâÿçàííûõ ïàðàìåòðîâ, êàê ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, ýíåðãåòè÷åñêàÿ ýôôåê-
òèâíîñòü è ñòîèìîñòü.
ÑÀÏÐ êîìáèíèðîâàííûõ ëîêàëüíûõ ñåòåé CANDY ïîçâîëÿåò îáúåäè-
íÿòü â îäíîì ïðîåêòå ó÷àñòêè êîìïüþòåðíûõ ñåòåé è ñåòåé àâòîìàòèçàöèè
çäàíèé è ðàññ÷èòûâàòü èõ ïàðàìåòðû, â òîì ÷èñëå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü
ñåòè, ýôôåêòèâíîñòü åå ðàáîòû, âåðîÿòíîñòü îøèáîê ïåðåäà÷è äàííûõ,
ýíåðãîïîòðåáëåíèå è ñòîèìîñòü ïðîåêòà. ÑÀÏÐ CANDY ïîääåðæèâàåò
ñòàíäàðòû ñåòåé Ethernet, LON, KNX, WLAN, WSN, ZigBee.
Ýôôåêòèâíûì ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñðåäñòâ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÑÀÏÐ
CANDY äëÿ àâòîìàòèçèðîâàííîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ ýíåðãîýôôåêòèâíûõ
ïèêîñåòåé àâòîìàòèçàöèè çäàíèé WSN.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Mahalik N.P. Fieldbus Technology. — Springer Berlin-Heidelberg, 2010. — 595 p.
2. Gessler R., Krause T. Wireless-Netzwerke f��ur den Nahbereich, Vieweg+Teubner. — Wies-
baden, 2009 (ISBN 978-3-8348-0247-7, 342 S, in German).
3. Otis B., Rabaey J. Ultra-low Power Wireless Technologies for Sensor Networks. 3rd edition. —
Springer, 2013. — 184 p.
4. Ñòàíäàðòû áåñïðîâîäíûõ ñåòåé àâòîìàòèçàöèè çäàíèé EnOcean. [Ýëåêòðîííûé ðå-
ñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: https://www.enocean.com/
5. Ñòàíäàðòû áåñïðîâîäíûõ ñåòåé àâòîìàòèçàöèè çäàíèé ZigBee. [Ýëåêòðîííûé ðå-
ñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: http://www.zigbee.org
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
74 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
6. Èñïîëüçîâàíèå ïðîòîêîëà IPv6 â áåñïðîâîäíûõ ñåòÿõ àâòîìàòèçàöèè çäàíèé
6LoWPAN. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: http://datatracker.ietf.org/wg/
6lowpan/charter/
7. Luntovskyy A., Guetter D., Melnyk I. Planung und Optimierung von Rechnernetzen: Metho-
den, Modelle, Tools f��ur Entwurf, Diagnose und Management im Lebenszyklus von draht-
gebundenen und drahtlosen Rechnernetzen. Handbook, Springer/ Vieweg + Teubner Verlag
Wiesbaden, 2011. — 435 p. (ISBN 978-3-8348-1458-6, in German).
8. Luntovskyy A. Integration Concepts for Computer-Aided Design Tools for Wired and Wire-
less Local-Area Networks // Shaker Verlag Aachen, 2008. — 196 p.
9. Îïèñàíèå ñèñòåìû ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìïüþòåðíûõ ñåòåé CANDY Framework. [Ýëåêò-
ðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: http://www.rn.inf.tu-dresden.de
10. Îïèñàíèå ÿçûêà ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìïüþòåðíûõ ñåòåé NDML. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] . —
Ðåæèì äîñòóïà: http://candy.inf.tu-dresden.de/
11. Luntovskyy A., Vasyutynskyy V., Kabitzsch K. Propagation Modeling and Placement Algo-
rithms for Wireless Sensor Networks// IEEE ISIE 2010. Bari, Italy, July 4—7, 2010. ID:
BD-011827. — Ð. 3493 — 3497 (ISBN: 978-1-4244-6390-9,IEEE Xplore).
12. Luntovskyy A., Vasyutynskyy V. On Computer-Aided Design of Energy Efficient Wireless
Sensor Networks// IEEE and ACM supported IWCMC 2010. Caen, France, June 28—July 2,
2010. ID: 1569263815. — Ð. 311 — 315.
A.O. Luntovskyy, I.V. Melnyk
UP-TO-DATE SYSTEMS OF FOG COMPUTING
AND METHODS OF THEIR DESIGN
The paper considers the basis of organization of Fog Computing Systems in the modern computer
networks, which are different from the well-known Cloud Computing, because the majority of
calculation work is performed by microcomputers. Main problems, connected with designing the
microcomputer networks, using protocols of data transfer, as well as its connection with the mod-
ern networks of electric energy control Smart Grid are shown. For solving the task of designing of
Fog Computing networks it is recommended to use specialized means of CAD-systems.
REFERENCES
1. Mahalik, N.P. (2010), Fieldbus Technology, Springer, Berlin-Heidelberg,Germany.
2. Gessler, R. and Krause, T. (2009), Wireless-Netzwerke für den Nahbereich, Vieweg+Teub-
ner, Wiesbaden, Germany.
3. Otis, B. and Rabaey, J. (2013), Ultra-low Power Wireless Technologies for Sensor Net-
works. 3rd edition, Springer, Germany.
4. “Standards of wireless networks of building automation EnOcean”, available at: http://
www.enocean.com/
5. “Standards of wireless networks of building automation ZigBee”, available at: http://
www.zigbee.org
6. “Using IPv6 protocol in wireless networks of building automation 6LoWPAN”, available at:
http://datatracker.ietf.org/wg/6lowpan/charter/ .
7. Luntovskyy, A., Guetter, D. and Melnyk, I. (2011), Planung und Optimierung von Rechner-
netzen: Methoden, Modelle, Tools f��ur Entwurf, Diagnose und Management im Lebenszyk-
lus von drahtgebundenen und drahtlosen Rechnernetzen, Handbook, Springer/ Vieweg +
Teubner Verlag, Wiesbaden, Germany.
8. Luntovskyy, A. (2008), Integration Concepts for Computer-Aided Design Tools for Wired
and Wireless Local-Area Networks, Shaker Verlag, Aachen, Germany.
Ñîâðåìåííûå ñèñòåìû òóìàííûõ âû÷èñëåíèé è ìåòîäû èõ ïðîåêòèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 75
9. “Describing the System of Computer Network Designing CANDY Framework”, available
at:: http://www.rn.inf.tu-dresden.de.
10. “Describing the Language of Computer Network Designing CANDY Framework”, avail-
able at:: http://candy.inf.tu-dresden.de/
11. Luntovskyy, A., Vasyutynskyy, V. and Kabitzsch, K. (2010), “Propagation Modeling and
Placement Algorithms for Wireless Sensor Networks”, IEEE ISIE, Bari, Italy, July 4-7,
2010, pp. 3493-3497.
12. Luntovskyy, A. and Vasyutynskyy, V. (2010), “On Computer-Aided Design of Energy Effi-
cient Wireless Sensor Networks”, IEEE and ACM supported IWCMC 2010, Caen, France,
June 28-July 2, 2010, pp. 311-315.
Ïîñòóïèëà 17.07.14;
ïîñëå äîðàáîòêè 18.11.14
ËÓÍÒÎÂÑÊÈÉ Àíäðåé Îëåãîâè÷, ä-ð òåõí. íàóê, ïðîôåññîð, ïðîôåññîð êàôåäðû èíôîðìà-
öèîííîé áåçîïàñíîñòè è ïåðåäà÷è äàííûõ Îäåññêîé àêàäåìèè ñâÿçè èì. À.Ñ.Ïîïîâà, çàì. çàâ.
îòäåëåíèåì èíôîðìàòèêè è ñèñòåìîòåõíèêè Ñàêñîíñêîé àêàäåìèè ã. Äðåçäåíà. Â 1989 ã.
îêîí÷èë Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ìîäåëèðîâàíèå
îáúåêòîâ è ïðîöåññîâ, ÑÀÏÐ, êîìïüþòåðíûå ñåòè è ñèñòåìû Clouds, Clustering, Mobile Com-
puting, òåõíîëîãèè ïðîãðàììèðîâàíèÿ, ðàñïðåäåëåííûå ñèñòåìû è ñåðâèñû Web Services, SOA,
ìîáèëüíûå è áåñïðîâîäíûå ñåòè è èõ ïðèëîæåíèÿ, âèðòóàëèçàöèÿ è ìóëüòèñåðâèñíûå
ïëàòôîðìû.
ÌÅËÜÍÈÊ Èãîðü Âèòàëüåâè÷, ä-ð òåõí. íàóê, äîöåíò êàôåäðû ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è
óñòðîéñòâ Íàöèîíàëüíîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà Óêðàèíû «Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé
èí-ò».  1989 ã. îêîí÷èë Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé —
ìîäåëèðîâàíèå ýëåêòðîííî-ëó÷åâûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ óñòðîéñòâ, òåîðèÿ ãàçîâîãî ðàçðÿäà,
ïðîãðàììèðîâàíèå è òåîðèÿ àëãîðèòìîâ, êîìïüþòåðíûå ñåòè è ñèñòåìû.
À.Î. Ëóíòîâñêèé, È.Â. Ìåëüíèê
76 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101103 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3572 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:34:16Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лунтовский, А.О. Мельник, И.В. 2016-05-31T05:57:44Z 2016-05-31T05:57:44Z 2015 Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования / А.О. Лунтовский, И.В. Мельник // Электронное моделирование. — 2015 — Т. 37, № 2. — С. 59-76. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101103 681.3:621.39:51 Рассмотрены основы организации в современных компьютерных сетях туманных вычислений, которые отличаются от известных облачных вычислений тем, что большая часть вычислительной работы выполняется на микрокомпьютерах. Определены основные проблемы, связанные с проектированием сетей на основе микрокомпьютеров. Описаны используемые в них протоколы передачи данных и их связь с современными сетями управления распределением электроэнергии Smart Grid. Приведены результаты проектирования проводных, беспроводных и комбинированных компьютерных сетей туманных вычислений, включая сети автоматизации зданий с использованием специализированных средств САПР. Розглянуто основи організації в сучасних комп’ютерних мережах туманних обчислень, які відрізняються від відомих хмарних обчислень тим, що більша частина обчислювальної роботи виконується на мікрокомп’ютерах. Визначено головні проблеми, пов’язані з проектуванням мереж на основі мікрокомп’ютерів. Описано протоколи передавання даних та їх зв’язок із сучасними мережами керування розподілом електроенергії Smart Grid. Наведено результати проектування проводових, безпроводових та комбінованих мереж туманних обчислень, включно з мережами автоматизації будівель, з використанням спеціалізованих засобів САПР. The paper considers the basis of organization of Fog Computing Systems in the modern computer networks, which are different from the well-known Cloud Computing, because the majority of calculation work is performed by microcomputers. Main problems, connected with designing the microcomputer networks, using protocols of data transfer, as well as its connection with the modern networks of electric energy control Smart Grid are shown. For solving the task of designing of Fog Computing networks it is recommended to use specialized means of CAD-systems. ru Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Электронное моделирование Параллельные вычисления Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования Up-to-date systems of fog computing and methods of their design Article published earlier |
| spellingShingle | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования Лунтовский, А.О. Мельник, И.В. Параллельные вычисления |
| title | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования |
| title_alt | Up-to-date systems of fog computing and methods of their design |
| title_full | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования |
| title_fullStr | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования |
| title_full_unstemmed | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования |
| title_short | Современные системы туманных вычислений и методы их проектирования |
| title_sort | современные системы туманных вычислений и методы их проектирования |
| topic | Параллельные вычисления |
| topic_facet | Параллельные вычисления |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101103 |
| work_keys_str_mv | AT luntovskiiao sovremennyesistemytumannyhvyčisleniiimetodyihproektirovaniâ AT melʹnikiv sovremennyesistemytumannyhvyčisleniiimetodyihproektirovaniâ AT luntovskiiao uptodatesystemsoffogcomputingandmethodsoftheirdesign AT melʹnikiv uptodatesystemsoffogcomputingandmethodsoftheirdesign |