Топологические методы повышения эффективности работы беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.12, кандидат технических наук Образцов, Сергей Александрович

• Образцов, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Образцов, Сергей Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Особенности применения технологий беспроводной передачи данных при разработке и реализации распределенных систем управления объектами промышленной электроники

1.1 Анализ структуры и принципов построения интеллектуальных систем управления объектами промышленной электроники

1.2 Выработка критериев эффективности работы беспроводных сетей в распределенной системе управления объектами промышленной электроники

1.3 Сравнительная характеристика современных технологий беспроводной передачи данных

1.3.1 Области применения беспроводных технологий

1.3.2 Технология Wi-Fi (IEEE 802.11)

1.3.3 Технология Bluetooth (IEEE 802.15.1)

1.3.4 Технология ZigBee (IEEE 802.15.4)

1.3.5 Оценка энергоэффективности физического уровня беспроводных технологий Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee

1.4 Методы повышения эффективности работы беспроводных сетей IEEE 802.15.4 в распределенных системах управления объектами промышленной электроники

1.5 Выводы

ГЛАВА 2. Разработка методов и алгоритмов управления топологической структурой беспроводных сетей в распределенных системах управления

2.1 Разработка модели сетевого взаимодействия узлов беспроводной сети IEEE 802.15.4 с топологией «кластерное дерево»

2.1.1 Разработка модели взаимодействия на сетевом уровня

2.1.2 Разработка модели взаимодействия на прикладном уровне

2.2 Разработка метода определения сетевых параметров кластера

2.2.1 Постановка задачи

2.2.2 Анализ алгоритма множественного доступа к среде передачи данных с оценкой занятости канала CSMA/CA

2.2.3 Разработка математической модели процесса взаимодействия узлов внутри кластера на основе цепи Маркова

2.2.4 Исследование эффективности работы узлов внутри кластера в зависимости от сетевых параметров

2.3 Разработка алгоритма формирования топологической структуры «кластерного дерева»

2.3.1 Постановка задачи

2.3.2 Разработка алгоритма

2.4 Разработка программного обеспечения стека протоколов сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологией

2.5 Выводы

ГЛАВА 3. Оценка эффективности работы беспроводных сетей распределенных систем управления объектами промышленной электроники на примере установки наружного освещения

3.1 Имитационные модели беспроводных сетей в распределенных

системах управления объектами промышленной электроники

3.1.1 Постановка задачи

3.1.2 Сравнительная характеристика пакетов прикладных программ имитационного моделирования беспроводных сетей

3.1.3 Разработка имитационной модели распределенной системы

управления на примере установки наружного освещения

3.2 Экспериментальное исследование

3.2.1 Постановка задачи

3.2.2 Экспериментальное исследование процесса передачи данных узлом кластера

3.3 Выводы

ГЛАВА 4. Разработка аппаратно-программных средств сопряжения беспроводных устройств с системами управления объектами промышленной электроники

4.1 Особенности практической реализации беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники

4.2 Основные типы интерфейсов систем управления объектами промышленной электроники

4.3 Разработка методики загрузки программного обеспечения в аппаратную платформу ХВее

4.4 Разработка устройства удаленной настройки беспроводной сети

4.5 Выводы

ГЛАВА 5. Реализация интеллектуальной установки наружного освещения с беспроводной системой управления

5.1 Краткий анализ способов энергосбережения в установках наружного освещения при регулировании светового потока

5.2 Структура и принципы построения интеллектуальной системы управления наружным освещением

5.3 Реализация интеллектуальной системы управления наружным освещением

5.3.1 Регулируемые источники питания световых приборов с беспроводным интерфейсом IEEE 802.15.4

5.3.2 Оборудование пунктов питания сетей наружного освещения

5.3.3 Программно-информационное обеспечение центрального диспетчерского пункта

5.4 Внедрение, опытная эксплуатация и перспективы применения

5.5 Выводы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акт внедрения результатов диссертационной работы в ООО «Энергоэффект-НН»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Топологические методы повышения эффективности работы беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современные беспроводные технологии позволяют создавать принципиально новые устройства и системы, а при замене существующих проводных технологий — повышать гибкость и снижать стоимость жизненного цикла изделий. Примерами подобных устройств и систем в области промышленной электроники являются системы жизнеобеспечения зданий, включающие в себя управление электро-, тепло- и газоснабжением, вентиляцией и кондиционированием, освещением, охранно-пожарной сигнализацией, контролем доступа, автоматизированные производственные линии, системы навигации и связи маршрутного и промышленного транспорта, подвижные установки, преобразователи и датчики в труднодоступных местах, на подвижных объектах, в агрессивных средах, под высоким напряжением и т. д.

Однако внедрение беспроводных технологий в большинстве перечисленных применений сдерживается двумя основными факторами: невозможностью длительной, в течение нескольких лет, работы от автономных источников тока из-за высокого энергопотребления радиопередатчиков и пониженной надежностью доставки сообщений по сравнению с проводными технологиями. Первый фактор является ключевым для широкого класса объектов промышленной электроники (ОПЭ), особенно при размещении их в труднодоступных местах с необходимостью длительной работы без обслуживания. Основные методы снижения энергопотребления беспроводных устройств изложены в работах отечественных и зарубежных ученых: А. В. Чечендаева, A. Koubaa, P. Jurcik, R. Severino, A. Cunha и др. Анализ работ указанных ученых показал, что наибольшим потенциалом снижения энергопотребления обладают беспроводные сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологией, работающие с высокой скважностью интервала активной работы узлов, причем потребляемая мощность существенно зависит от па-

раметров и топологической структуры сети.

Технологии на основе IEEE 802.15.4 обладают относительно малыми скоростями передачи данных по сравнению с другими технологиями, однако, большинство ОПЭ характеризуется низкой интенсивностью обмена информацией, во много раз меньшей их предельной пропускной способности.

Второй фактор выступает на первый план в критических применениях, в которых недоставленное или несвоевременно доставленное сообщение может привести к нарушению работоспособности устройства или системы либо к некачественному их функционированию. Данный фактор усугубляется еще и тем, что надежность доставки сообщений в беспроводных сетях не может быть определена или оценена с помощью простых расчетных соотношений, что затрудняет принятие решения проектировщиком о применении беспроводной технологии вместо традиционной проводной.

Изложенные в работах отечественных и зарубежных ученых В.М.Вишневского, А.И.Ляхова, G. Bianichi, P. Park, A. Faridi и др. методы определения таких характеристик качества функционирования беспроводных сетей, как энергопотребления, надежности, времени доставки сообщений, применимы в большинстве случаев только к широко распространенным технологиям Wi-Fi и ZigBee, в то время как сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологией, работающие с высокой скважностью, практически не изучены. Хотя спецификация ZigBee и основана на стандарте IEEE 802.15.4, сети с кластерной топологией в ней не описаны и не поддерживаются. Анализ работ указанных ученых показал, что надежность, также как и энергопотребление, во многом определяется топологической структурой сети и сетевыми параметрами узлов.

Следует отметить, что вышеуказанные факторы являются взаимосвязанными, так, например, снижение потребляемой мощности посредством уменьшения выходной мощности радиопередатчиков приводит к ухудше-

нию показателей надежности.

Таким образом, разработка методов определения характеристик качества

функционирования беспроводных сетей, таких как энергопотребление, надежность доставки сообщений, и основанных на них методов повышения эффективности работы беспроводных сетей IEEE 802.15.4 с кластерной топологией в распределенных системах управления (РСУ) ОПЭ является актуальной научной и практической задачей, поскольку позволяет повысить время непрерывной работы беспроводных устройств от автономных источников тока вплоть до нескольких лет с обеспечением требуемого уровня безотказности и качества функционирования РСУ.

Основные разделы диссертации соответствуют приоритетным направлениям «Информационно-телекоммуникационные системы» и «Энергетика и энергосбережение», критической технологии «Технологии информационных, управляющих, навигационных систем» из перечней приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации и критических технологий Российской Федерации.

Целью диссертационной работы является разработка, исследование и реализация топологических методов повышения эффективности работы беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники. Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Обоснование выбора беспроводной технологии IEEE 802.15.4 в качестве коммуникационной подсистемы РСУ с учетом предъявляемых ОПЭ требований.

2. Создание модели сетевого взаимодействия узлов для построения на основе стандарта IEEE 802.15.4 масштабируемой беспроводной сети с кластерной топологией, на основе которой решается задача минимизации служебного трафика в РСУ ОПЭ.

3. Разработка методов управления топологической структурой беспроводных сетей IEEE 802.15.4, обеспечивающих достижение заданных характеристик энергопотребления беспроводных устройств и надежности доставки сообщений.

4. Программная реализация предложенных моделей и методов в виде стека протоколов сетевого и прикладного уровней для беспроводных сетей IEEE 802.15.4.

5. Оценка эффективности предложенных моделей и методов в сравнении с беспроводными сетями ZigBee.

6. Разработка аппаратно-программного инструментария, обеспечивающего

возможность практического применения предложенных беспроводных сетей IEEE 802.15.4 с кластерной топологией в РСУ ОПЭ.

7. Разработка и исследование опытного образца автоматизированной системы управления наружным освещением, основанной на беспроводной сети с кластерной топологией с использованием реализованного программного стека протоколов.

Методы исследования: методы системного анализа, теории вероятностей, комбинаторики, теории массового обслуживания, теории графов, математического и имитационного моделирования, объектно-ориентированного программирования, интерактивной отладки микропроцессорных систем с использованием интегрированной среды разработки для встраиваемых систем Freescale CodeWarrior.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Обоснование эффективности построения РСУ на основе беспроводных сетей IEEE 802.15.4 с кластерной топологией для ОПЭ.

2. Модель сетевого взаимодействия узлов на сетевом и прикладном уровнях беспроводной сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологической

структурой.

3. Математическая модель процесса передачи кадра узлом кластера с использованием механизма конкурентного доступа CSMA-CA.

4. Метод определения параметров кластера беспроводной сети IEEE 802.15.4, обеспечивающих минимизацию энергопотребления беспроводных устройств с достижением заданных характеристик надежности доставки сообщений.

5. Алгоритм формирования кластерной топологической структуры беспроводной сети IEEE 802.15.4 по заданным параметрам кластеров.

6. Применение имитационного моделирования работы беспроводных сетей IEEE 802.15.4 с кластерной топологией и ZigBee в составе РСУ ОПЭ

для исследования эффективности предложенных моделей и методов.

\

7. Экспериментальная проверка рассчитанных на предложенной в диссертации математической модели процессов передачи сообщений на физическом и канальном уровнях в беспроводных сетях IEEE 802.15.4.

Обоснованность научных результатов, полученных в диссертационной работе, основана на использовании апробированных научных положений и методов исследования, корректном применении математического аппарата, согласованности новых результатов с известными теоретическими положениями.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается проведенными имитационным моделированием и экспериментальными исследованиями, результаты которых позволяют сделать вывод об адекватности разработанных моделей и методов и работоспособности созданных алгоритмов.

Научная новизна:

1. Предложена модель сетевого взаимодействия узлов беспроводной сети с кластерной топологией, отличающаяся распределением функций опроса состояний узлов и сбора данных между координаторами сети и исполь-

зованием разработанного пассивного дистанционно-векторного алгоритма маршрутизации, формирующего таблицу маршрутизации на основе анализа заголовков проходящих через координатор пакетов, что позволяет снизить объем передаваемого по сети служебного трафика, а следовательно, и потребляемую координатором мощность.

2. Разработана математическая модель процесса передачи кадра узлом кластера с использованием механизма конкурентного доступа к среде CSMA-CA, отличающая учетом процессов распространения и приема радиосигнала и структуры суперкадра в сетях с кластерной топологией, характеризующихся высокой скважностью интервала конкурентного доступа, позволяющая по заданным пространственной конфигурации узлов сети, параметрам физического и канального уровня и интенсивности передачи кадров вычислять потребляемую мощность, надежность и среднее время доставки сообщений.

3. Предложен алгоритм формирования кластерной топологической структуры беспроводной сети IEEE 802.15.4, отличающийся выполнением разбиения беспроводной сети на кластеры заданного размера с минимальной глубиной кластерного дерева, что позволяет формировать кластерную топологическую структуру беспроводной сети с достижением установленных характеристик энергопотребления и надежности с минимизацией времени доставки сообщений по дереву координаторов.

4. Обоснована эффективность предложенных моделей и алгоритмов в беспроводных сетях IEEE 802.15.4, применяемых в РСУ ОПЭ, по сравнению с технологией ZigBee по критерию энергопотребления.

Практическая значимость работы:

1. Разработан метод определения параметров кластера беспроводных сетей IEEE 802.15.4, обеспечивающих минимизацию энергопотребления беспроводных устройств с достижением заданных характеристик надежности доставки сообщений.

2. Разработан стек протоколов сетевого и прикладного уровней для существующей аппаратной платформы ХВее, позволяющий использовать существующую элементную базу для создания устройств с улучшенными энергетическими и надежностными характеристиками.

3. Разработана методика имитационного моделирования беспроводных сетей РСУ ОПЭ, позволяющая на этапе проектирования системы управления проводить оценку эффективности принимаемых решений по критерия энергопотребления, надежности и времени доставки сообщения.

4. Разработаны аппаратно-программные средства сопряжения беспроводных устройств, обеспечивающие возможность применения предложенного стека протоколов при создании РСУ ОПЭ.

5. Создан опытный образец энергоэффективной системы управления наружным освещением с использованием разработанной беспроводной сети.

Реализация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы реализованы в виде аппаратно-программного обеспечения, включающего программный стек протоколов сетевого и прикладного уровней беспроводной сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологией и аппаратно-программные средства для его сопряжения с системами управления ОПЭ, использованной при создании автоматизированной системы управления наружным освещением «Рассвет». Компоненты данной системы выпускаются предприятием ООО «Энергоэффект-НН» (г. Нижний Новгород). В настоящее время система проходит опытную эксплуатацию на ул. Березовой г. Сарова Нижегородской области.

Диссертационная работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы»

(шифр темы 2008-6-2.6-31-01-004).

Апробация полученных результатов. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научном семинаре кафедры промышленной электроники Национального исследовательского университета «МЭИ»; на XVI, XVII и XVIII Международных научно-технической конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2010-2012 гг.; на VII Межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика», Смоленск, 2010 г.; на V Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения», Казань, 2010 г.; на XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ», Белгород, 2010 г.; на итоговой научно-практической конференции по результатам выполнения мероприятий ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» за 2009 год, приоритетное направление «Энергетика и энергосбережение», г. Москва, 2009 г.

Заключение диссертации по теме «Силовая электроника», Образцов, Сергей Александрович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведен сравнительный анализ беспроводных технологий Wi-Fi (IEEE 802.11), Bluetooth 1.0-2.1 (IEEE 802.15.1) и ZigBee (IEEE 802.15.4) по критериям энергопотребления, надежности и времени доставки сообщений. Показано, что сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологией обладают наилучшими возможностями по минимизации потребляемой мощности.

2. Предложена модель сетевого взаимодействия узлов беспроводной сети IEEE 802.15.4 с кластерной топологической структурой, позволяющая снизить объем передаваемого по сети служебного трафика.

3. Разработана математическая модель процесса передачи кадра узлом кластера с использованием механизма конкурентного доступа CSMA-CA, позволяющая по заданным пространственной конфигурации узлов сети, параметрам физического и канального уровня и интенсивности передачи кадров определять потребляемую мощность, надежность и среднее время доставки сообщений в кластере.

4. На основе математической модели процесса передачи кадра разработан метод определения параметров кластера беспроводных сетей IEEE 802.15.4, минимизирующий энергопотребление беспроводных устройств с достижением заданных характеристик надежности доставки сообщений.

5. Предложен алгоритм формирования кластерной топологической структуры беспроводной сети IEEE 802.15.4 по заданным сетевым параметрам и конфигурации кластеров, минимизирующий время прохождения пакета по дереву координаторов.

6. Предложенная модель сетевого взаимодействия реализована в виде программного стека протоколов.

7. Разработана методика имитационного моделирования беспроводных сетей IEEE 802.15.4 при работе в распределенной системе управления. Проведено моделирование беспроводных сетей IEEE 802.15.4 с кластерной топологией и ZigBee, результаты которого показывают, что энергопотребление сетей с кластерной топологией существенно ниже, чем в технологии ZigBee.

8. Проведены экспериментальные исследования процессов передачи сообщений на физическом и канальном уровнях в беспроводных сетях IEEE 802.15.4, подтверждающие обоснованность и адекватность разработанной математической модели.

9. Разработаны аппаратно-программные средства сопряжения беспроводных устройств с системами управления объектами промышленной электроники.

10. Разработан опытный образец интеллектуальной системы управления наружным освещением с использованием реализованного в диссертационной работе стека протоколов беспроводной сети.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Образцов, Сергей Александрович, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Уланов Г.М., Алиев Р.А., Кривошеее В.П. Методы разработки интегрированных АСУ промышленными предприятиями. — Энергоатомиз-дат, 1983. - 320 с.

2. Обухов С.Г., Лобко А.В. Методы управления группой рассредоточенных объектов силовой электроники // Электричество. — 1999. — № 2. - С. 42-45.

3. Бойерле Х.-П., Бах-Беценар Г. Коммуникация в технике автоматизации. — Берлин; Мюнхен: АО Siemens, 1991.

4. Woo L., Ferens К., Kinsner W. Reliability of ZigBee networks under broadband electromagnetic noise interference // Proceedings of the 23rd Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, CCECE 2010, Calgary, Alberta, Canada. - 2010. - Pp. 1-4.

5. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. — 1104 с.

6. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М.: Горячая линия — Телеком, 2008. - 608 с.

7. Ицкович Э.Л. Современные беспроводные сети связи в системах автоматизации на промышленных предприятиях // Датчики и системы.

- 2008. - № 6. - С. 55-60.

8. Тарасевич В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. — М.: Эдиториал УРСС, 2002. - 352 с.

9. Прангишвили И.В. Микропроцессоры и локальные сети микро-ЭВМ в распределенных системах управления. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

- 272 с.

10. Левин Б.Р. Теория надежности радиотехнических систем (математические основы). — М.: Советское радио, 1978. — 264 с. И. Бойчаров С. Выбор технологии беспроводного обмена данными для решения задач автоматизации систем жизнеобеспечения офисно-производственных помещений // Беспроводные технологии. — 2009.

- № 2. - С. 58-61.

12. Агафонов Н. Технологии беспроводной передачи данных ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi // Беспроводные технологии. — 2006. — № 1. — С. 10-15.

13. Денисенко В. Беспроводные локальные сети // Современные технологии автоматизации. - 2009. - № 1. - С. 90-102. - №2. - С. 96-101.

14. Laboid И., Afifi В., De Santis С. Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee and Wi-Max.

- Dordrecht, the Netherlands: Springer, 2007. — 316 pp.

15. Hunn N. Essentials of Short-Range Wireless. — Cambridge, the UK: Cambridge University Press, 2010. — 332 pp.

16. Lee J.-Sh., Su Y.-W., Shen Ch.-Ch. A comparative study of wireless protocols: Bluetooth, UWB, ZigBee, and Wi-Fi 11 The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON). - 2007.

- Pp. 46-51.

17. Решение Государственной комиссии по радиочастотам от 19 августа 2009 г. № 09-04-07 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия».

18. Дмитриев В. Технология ZigBee // Компоненты и технологии. — 2004. - № 1. - С. 70-73.

19. Панфилов Д., Соколов М. Введение в беспроводную технологию ZigBee // Электронные компоненты. — 2004. — № 12. — С. 73-79.

20. Кривченко Т. Особенности новой спецификации ZigBee PRO FEATURE SET 11 Электронные компоненты. — 2008. — № 2. — С. 99-101.

21. Соколов М., Гришин А. Аппаратные средства реализации беспроводных решений ZigBee/802.15.4 // Современная электроника. — 2006.

- № 9. - С. 28-35.

22. Evaluating the impact of signal to noise ratio on IEEE 802.15.4 PHY-Level packet loss rate / M. Goyal, S. Prakash, W. Xie et al. // 13th International Conference on Network-Based Information Systems.

- 2010. - Pp. 279-284.

23. Performance study of IEEE 802.15.4 using measurements and simulations / M. Petrova, J. Riihijarvi, P. Mahonen, S. Labella // IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC). — 2006.

24. XBee/XBee Pro RF modules datasheet. — Digi International Inc., 2009.

25. Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: Справочник. — СПб.: Химиздат, 2005. — 264 с.

26. Khanafer М., Guennoun М., Mouftah Н.Т. Adaptive sleeping periods in IEEE 802.15.4 for efficient energy savings: Markov-based theoretical analysis // IEEE International Conference on Communications (ICC). — 2011.

27. Gao В., He C., Jiang L. Modeling and analysis of IEEE 802.15.4 CSMA/CA with sleep mode enabled 11 11th IEEE Singapore International Conference on Communication Systems (ICCS). — 2008. — Pp. 6-11.

28. Алгоритмы оптимизации работы беспроводной сенсорной сети на базе протокола ZigBee / С.В. Трифонов, Т.Е. Истомин, А. В. Чечендаев и др. // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. — 2008. — № 56. — С. 86-95.

29. Руководство по технологиям объединенных сетей. — М.: Вильяме, 2005. - 1040 с.

30. IEEE Standard 802.15.4-2006. Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs).

31. An implicit GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4 for time-sensitive wireless sensor networks: theory and practice / A. Koubaa, M. Alves, E. Tovar, A. Cunha // Real-Time Systems. - 2008. - Vol. 39. -Pp. 169-204.

32. TDBS: a time division beacon scheduling mechanism for ZigBee cluster-tree wireless sensor networks / A. Koubaa, M. Alves, E. Tovar, A. Cunha // Real-Time Systems. - 2008. - Vol. 40. - Pp. 321-354.

33. Severino R. On the use of IEEE 802.15.4/ZigBee for time-sensitive wireless sensor network applications: Ph.D. thesis / Polytechnic Institute of Porto, School of Engineering. - 2008. - 129 p.

34. Comprehensive evaluation of the IEEE 802.15.4 MAC Layer performance with retransmissions / A. Faridi, M. R. Palattella, A. Lozano et al. // IEEE Transactions on Vehicular Technology. — 2010. — Vol. 59, no. 8. - Pp. 3917-3932.

35. MC13211/212/213. ZigBee-Compliant Platform 2.4 GHz Low Power Transceiver for the IEEE 802.15.4 Standard plus Microcontroller Reference Manual. MC1321xRM. / Freescale Semiconductor. — Freescale Semiconductor, 2009.

36. Карпов Ю.Г. Теория автоматов. - СПб.: Питер, 2003. - 208 с.

37. Вентцелъ Е. С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — 576 с.

38. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. — М.: Техносфера, 2003. — 512 с.

39. Широкополосные беспроводные сети передачи информации /

B.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной, И.В. Шахнович. — М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

40. Enchanced Markov chain model and throughput analysis of the slotted CSMA/CA for IEEE 802.15.4 under unsaturated traffic conditions /

C.Y. Jung, H.Y. Hwang, D.K. Sung, Hwang G.U. // IEEE Transactions on Vehicular Technology. - 2009. - Vol. 58, no. 1. - Pp. 473-478.

41. Bianchi G. IEEE 802.11 saturation throughput analysis // IEEE Communications Letters. - 1998. - Vol. 2, no. 12. - Pp. 318-320.

42. Ashrafuzzaman K., Kwak K.S. On the performance analysis of the contention access period of IEEE 802.15.4 MAC 11 IEEE Communications Letters. - 2011. - Vol. 15, no. 9. - Pp. 986-988.

43. ling H., Aida H. An analytical approach to optimization of throughput for IEEE 802.15.4 slotted CSMA/CA networks 11 The 8th Annual IEEE Consumer Communications and Networking Conference - Smart Spaces and Personal Area Networks. - 2011. - Pp. 1021-1025.

44. An accurate and scalable analytical model for IEEE 802.15.4 slotted CSMA/CA networks / J. He, Z. Tang, H.-H. Chen, Q. Zhang // IEEE Transactions on Wireless Communications. — 2009. — Vol. 8, no. 1. — Pp. 440-448.

45. A generalized Markov chain model for effective analysis of slotted IEEE 802.15.4 / P. Park, P. Di Marco, P. Soldati et al. // 6th IEEE International Conference on Mobile Ad Hoc and Sensor Systems (MASS). Macao SAR, P.R.C. - 2009. - Pp. 130-139.

46. Park P., Fischione С., H. Johansson K. Performance analysis of GTS allocation in beacon enabled IEEE 802.15.4 // 6th Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor, Mesh and Ad Hoc Communications and Networks (SECON). — 2009.

47. Park P. Modeling, analysis, and design of wireless sensor network protocols: Ph.D. thesis / KTH School of Electrical Engineering. — Stockholm, 2011.

48. Performance analysis of slotted carrier sence IEEE 802.15.4 MAC / S. Pollin, M. Ergen, Ergen S.C., B. Bougard // IEEE Transactions on Wireless Communications. - 2008. - Vol. 7, no. 9. - Pp. 3359-3371.

49. Образцов СЛ. Оценка надежности беспроводных систем управления на основе сетей IEEE 802.15.4 // Тез. докладов XVIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». — Т. 1. — М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - С. 253.

50. Rappaport T.S. Wireless communications, principles and practice. — Prentice Hall, 1996.

51. Образцов СЛ. Имитационное моделирование беспроводных управляющих сетей // Тез. докладов XVII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». — Т. 1. — М.: Издательский дом МЭИ, 2011. — С. 261-262.

52. Jurcik P. Real-time communication over cluster-tree wireless sensor networks: Ph.D. thesis / Czech Technical University in Prague. — Prague, 2010.

53. The Opnet Modeler network simulator. OPNET Technologies, Inc. — 2012. — http://www.opnet.com.

54. Khazzam S. IEEE 802.15.4 MAC Protocol Model (used in ZigBee low-rate WPAN). - 2005. - http://www.opnet.com.

55. Jurcik P., Koubaa A. The IEEE 802.15.4 OPNET Simulation Model: Reference Guide v2.0: Technical report. — Porto, Portugal: Polytechnic Institute of Porto, 2007.

56. Fall К., Varadhan К. The Network Simulator 2 (ns-2). - 2009. -http://www.isi.edu/nsnam/ns.

57. Issariyakul Т., Hossain E. Introduction to network simulator NS2. — Springer, 2009. - 435 pp.

58. Zheng J., Lee M. J. Comprehensive Performance Study of IEEE 802.15.4 // Sensor Network Operations,S. Phoha, T. L. Porta, and C. Griffin,. - New York, USA: Wiley-IEEE Press, 2006. - Pp. 218-237.

59. VargaA. OMNeT++ 4.0 network simulator. — http://www.omnetpp.org.

60. Пономарев ГЛ., Куликов A.M., Телъпуховский Е.Д. Распространение УКВ в городе. — Томск, 1991.

61. Образцов С.А. Реализация стека протоколов распределенной беспроводной промышленной сети на базе IEEE 802.15.4 // Тез. докладов XVI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». — Т. 1.

- М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 259-260.

62. Образцов С.А. Программная реализация стека протоколов беспроводной сети интеллектуальной системы освещения // Сб. трудов VII Межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика». — Т. 2.

- Смоленск: филиал ГОУ ВПО «МЭИ(ТУ)» в г. Смоленске, 2010. -С. 175-179.

63. Диммирование // Каталог Fagerhult. — С. 442-468.

64. DALI manual / DALI AG. - Frankfurt am Main: DALI AG, 2001.

65. Digitally addressable lighting interface (DALI) unit using the MC68HC908KX8. Designer reference manual DRM004/D / Freescale Semiconductor. — Freescale Semiconductor, 2002.

66. Hardware implementaion for ST7DALI-EVAL. Application note AN 1900 / STMicroelectronics. — STMicroelectronics, 2009.

67. Mark 10 Powerline. — Philips Advance. — http://www.advance.philips.com.

68. Tu-wire ballast. — Lutron. — http://www.lutron.com.

69. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 672 с.

70. IRF740. PowerMESH II MOSFET datasheet. - STMicroelectronics, 2002. — 8 pp. — www.micropik.com/PDF/irf740.pdf.

71. Дмитриенко А. Обновление программного обеспечения // Беспроводные технологии. — 2008. — № 3. — С. 28-33.

72. Крейдл X. Работа с микроконтроллерами семейства HC(S)08. — М.: Изд-во МЭИ, 2005. - 444 с.

73. Зотин О. Т., Морозова Н. О. Энергоресурсосберегающее управление наружным освещением. Возможные принципы построения и сравнительная оценка вариантов // Светотехника. — 2010. — № 5.

74. Don М. Adaptive roadway lighting 11 IMSA Journal. — 2006. — September/October. - Pp. 10-12, 54-58.

75. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение / Госстрой России. - М„ 2004.

76. МГСН 2.06-99. Естественное, искусственное и совмещенное освещение / Правительство Москвы. — М., 1999.

77. EN 13201-2:2004. Road lighting — Part 2: Performance requirements.

78. Интеллектуальное управление дорожным освещением при различных погодных условиях / JI. Гуо, JI. Халонен, А. Экриас, М. Элохолма // Светотехника. - 2008. - № 2. - С. 54-58.

79. СН 541-82. Инструкция по проектированию наружного освещения городов, поселков и сельских населенных пунктов / Госгражданстрой. — М., 1982.

80. Зотин О. Т. Автоматизированные системы управления наружным освещением: актуальные вопросы проектирования и эксплуатации, перспективы развития // Современные технологии автоматизации. — 2008. - № 1. - С. 20-23.

81. Варфоломеев Л. Системы управления освещением // Рынок электротехники. — 2006. — № 4.

82. Эннс О. Интеллектуальные системы уличного освещения // Энергосбережение. - 2008. - № 1. - С. 58-60.

83. Guo L., Eloholma М., Halonen L. Intelligent road lighting control systems. — Finland, Espoo: Helsinki University of Technology, 2008. - 32 pp. - Report 50.

84. Косогоров A.A. Проектирование мультиагентной архитектуры для повышения энергоэффективности в беспроводных сенсорных сетях // Проективроание и технология электронных средств. — 2008. — № 4. - С. 16-20.

85. Образцов С.А. Разработка принципов построения интеллектуальных систем уличного освещения // Тез. докладов XVI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». — Т. 1. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - С. 257-258.

86. Образцов С.А. Построение интеллектуальной системы наружного освещения с использованием многоагентного подхода // Тез. докладов V Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». - Казань: КГЭУ, 2010. - С. 151-154.

87. Образцов С.А., Панфилов Д.И. Интеллектуальное управление распределенной системой освещения // XXIII Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ». - Белгород: 2010. - С. 56-60.

88. Образцов СЛ., Панфилов Д.И. Реализация GSM шлюза для работы с беспроводными сетями на базе стандарта IEEE 802.15.4 // Автоматизация и современные технологии. — 2011. — № 8. — С. 14-19.

89. Поляков В., Рожков Д. Интеллектуальный электронный балласт комбинированного светотехнического прибора // Силовая электроника.

- 2010. - № 2. - С. 72-74.

90. Поляков В., Ремизевич Т., Ошурков И. Интеллектуальный энергоэффективный балласт // Современная светотехника. — 2010. — № 2.

- С. 42-46.

91. CREE XLamp datasheet. — http://www.cree.com/products/pdf/ XLamp7090XR-E.pdf.

92. Freescale BeeKit. BEEKITFS. - Freescale Semiconductor, 2006.

93. Дубинин М.Ю., Рыков ДЛ. Открытые настольные ГИС: обзор текущей ситуации // Геопрофиль. - 2010. - № 2. - С. 34-44.

94. Дубинин М., Бруй А. Создание приложения на базе набора библиотек QGIS на Python. - 08.2008. - http://gis-lab.info/qa/qgis-standalone.html.

95. OpenStreetMap. — http://www.openstreetmap.org.

ПРИЛОЖЕНИЕ А АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В ООО «ЭНЕРГОЭФФЕКТ-НН»

Общество с ограниченной ответственностью

Энергоэффект-НН

603155, Я Новгород, ул. Провиантская, 6 телефон: /831/436-05-48, 436-95-69, 436-23-30, факс : /831/ 436-05-48

от

№

«УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор гоэффект-НН» Шевченко А. С.

2012 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Образцова Сергея Александровича «Топологические методы повышения эффективности работы \

беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники»

Комиссия в составе:

председатель Шевченко А. С. — генеральный директор ООО «Энергоэффект-НН» члены комиссий:

Воронин B.C. - исполнительный директор ООО «Энергоэффект-НН» Наумов С.С. — ведущий инженер ООО «Энергоэффект-НН», к.т.н. Ивлев А.Е. — инженер ООО «Энергоэффект-НН»

составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы аспиранта кафедры промышленной электроники НИУ МЭИ Образцова С. А. «Топологические методы повышения эффективности работы беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в рамках выполнения опытно-конструкторских работ по Федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 года» (государственный контракт №02.526.11.6008) при разработке следующих компонентов интеллектуальной автоматизированной системы управления наружным освещением:

1. Беспроводная сеть светильников наружного освещения.

2. Блок группового управления.

3. Программное обеспечение сервера и автоматизированных рабочих мест дис-

Разработанная автоматизированная система управления наружным освещением установлена и проходит опытную эксплуатацию в г. Сарове Нижегородской области.

Использование результатов диссертационной работы в интеллектуальной автоматизированной системе управления наружным освещением позволяет снизить расход электроэнергии на освещение на 20-30% за счет регулирования светового потока, повысить наблюдаемость процессов в системе освещения, надежность доставки информации в пульт диспетчерского контроля и управления системой уличного освещения, обеспечить оперативность устранения неисправностей, а также снизить эксплуатационные затраты на обслуживание установки наружного освещения.

Акт выдан для представления в Диссертационный совет по месту защиты.

петчеров.

Исполнительный директор

Ведущий инженер, к.т.н.

Инженер

Воронин В.С.

Наумов С.С.

Ивлев А. Е.