МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ
МОЧАЛОВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПРОЕКТИРОВАНИЯ, УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ
Номинация конкурса: Инновации в программных продуктах
Тип проекта: Растущий проект (Startup-проект)
Научный руководитель: д. т.н., проф.
Москва, 2011
АННОТАЦИЯ
В настоящее время одним из новых актуальных направлений в области телекоммуникационных технологий является создание нового вида сетевых систем – беспроводных сенсорных сетей (БСС). Сенсорная сеть – это распределенная сеть необслуживаемых миниатюрных электронных устройств (узлов сети), которые осуществляют сбор данных о параметрах внешней среды и передачу их на базовую станцию посредством ретрансляции от узла к узлу с помощью беспроводной связи. Узел сети, называемый сенсором, содержит датчик, воспринимающий данные от внешней среды (собственно сенсор), микроконтроллер, память, трансивер, автономный источник питания и иногда исполнительные механизмы. Главной особенностью БСС является низкое энергопотребление, самоорганизация структуры и необслуживаемый режим работы.
Сенсорные сети поддерживают топологии типа точка-точка, звезда, кластерное дерево и MESH (ячеистая сеть) (Рис. 1).
Рисунок 1. Сенсорные сети с различными топологиями
Сети этого класса представляют большой интерес с точки зрения их применения в таких важных областях, как автоматизация управления распределенными объектами, промышленный мониторинг, автоматизация систем жизнеобеспечения, выявление и предупреждение чрезвычайных ситуаций, контроль грузопотоков, мониторинг транспортных магистралей и телекоммуникационных сетей.
Сдержанный прогноз распространения оборудования для построения сенсорных сетей от ABI Research предсказывает рост продаж с 10 млн. устройств в 2010 году до 645 млн. в 2015 году. Основным препятствием для широкого применения БСС является отсутствие программных продуктов, позволяющих автоматизировано проектировать, осуществлять мониторинг и оперативное управление работой БСС.
В связи с вышеизложенным предлагаемый комплекс проектирования, мониторинга и управления БСС является коммерчески привлекательным, отличается новизной и несомненно будет востребован по всему миру при широком внедрении беспроводных сенсорных сетей для передачи телеметрической информации. Предлагаемый продукт может быть использован операторами M2M сетей, проектировщиками и системными интеграторами беспроводных сетей различного функционального назначения с учетом обеспечения оптимальных технико-экономических и эксплуатационных характеристик.
Высокий уровень продаж предлагаемого продукта будет обеспечен тенденцией бурного роста систем мониторинга среды обитания человека и функционирования промышленных объектов. Своевременный вывод разработанного продукта на зарубежные рынки через сеть дистрибьютеров и производителей беспроводного оборудования позволит обеспечить массовые продажи, быструю окупаемость первичных затрат и максимальный доход.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ УЧАСТНИКЕ
ФИО: ;
Возраст: 25 лет;
Роль заявителя в реализации заявляемого проекта: Главный разработчик;
Место работы и должность: ГОУ ВПО Московский технический университет связи и информатики, научный сотрудник;
Индекс: 140073;
Телефон: +7(915)0129945;
Email: *****@***ru .
Организация-заявитель
Название организации: ГОУ ВПО Московский технический университет связи и информатики;
Адрес: 111024, Москва, Авиамоторная ул., 8а;
Адрес электронной почты;
Фамилия, имя, отчество руководителя организации: ;
Номер телефона, факс: ;
Направления деятельности организации: подготовка специалистов высшего образования в области телекоммуникаций и радиотехники, проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области инфокоммуникаций;
Инновационный потенциал: Более 50 инновационных проектов (www. mtuci. ru).
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
Исследования и разработки в области БСС интенсивно ведутся за рубежом, причем результаты этих исследований уже используются в конкретных приложениях. В России также начаты разработки таких сетей. Основными научно-исследовательскими центрами по направлению БСС в России являются: Институт точной механики и вычислительной техники им. РАН [1], ООО "Высокотехнологичные системы" [2], ЗАО "Институт Систем Комплексной Автоматизации" [3]. К зарубежным производителям оборудования и специализированного программного обеспечения следует отнести компании CrossBow [4], Texas Instruments [5], Digi [6], Atmel [7] и др.
Наиболее известной существующей системой мониторинга работы сенсорной сети является MoteView [8] производства компании Crossbow. Система MoteView установила определенный ориентир для вновь разрабатываемых систем мониторинга БСС как по функциональным возможностям и архитектуре, так и по удобству пользовательского интерфейса. К недостатку системы MoteView следует отнести поддержку работы только с устаревшими модулями семейства MICA, отсутствие возможности адаптации системы MoteView для конкретной решаемой задачи и полное отсутствие возможности автоматизировано проектировать беспроводную сенсорную сеть. Вышеописанные недостатки системы MoteView были учтены и решаются в предлагаемом продукте.
СУЩНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМОЙ РАЗРАБОТКИ
Разработанная система проектирования, мониторинга и управления БСС предназначена для построения реальных сенсорных сетей. В отличие от MoteView разработанная кроссплатформенная система мониторинга и управления БСС поддерживает работу с современными модулями XBee (Рис. 2).
Рисунок 2. Модули XBee
Разработанный программно-аппаратный комплекс поддерживает версии внутреннего программного обеспечения (firmware) модулей XBee совместимые с протоколами ZigBee и DigiMesh и позволяет:
· Спроектировать отказоустойчивую беспроводную сенсорную сеть по критериям структурной надежности и энергоффективности;
· Оценить вероятность связности узлов и общее время работы беспроводной сенсорной сети c учётом аппаратных отказов узлов и ресурса источников питания;
· Отобразить на экране монитора найденные узлы БСС, связи между узлами и план территории, на которой развернута БСС;
· Редактировать местоположение любого узла БСС;
· Отправить любому узлу БСС управляющие API-фреймы как синхронно, так и асинхронно;
· Отобразить на экране и постоянно обновлять собираемую оконечными узлами информацию и настроить формат отображения доступной информации любого узла БСС;
· Отобразить динамику изменения собираемой информации каждым оконечным узлов в виде графика и таблицы.
· Осуществить мониторинг изменения топологии БСС во время эксплуатации;
· Осуществить позиционирование узлов сети относительно сигнальных узлов, у которых априорно заданы физические координаты, с помощью методов, основанных на анализе силы сигнала (Рис. 3);
· Осуществить интеграцию с сетью Интернет и клиентскими приложениями с помощью xml-протокола и Java-апплета (Рис. 3).
Рисунок 3. Вариант построения системы навигации и мониторинга
Разработанный программно-аппаратный комплекс мониторинга и управления БСС состоит из трех функциональных блоков: сенсорная сеть, управляющий сервер и клиентское оборудование (Рис. 4). Аппаратная часть БСС состоит из модуля XBee, источника питания, вычислительной платформы Arduino, переходной платы XBee-Arduino и датчиков. Программная часть разработанного комплекса включает в себя:
· Настройки внутреннего программного обеспечения модулей XBee;
· Программное обеспечение для вычислительной платформы Arduino;
· Программное обеспечение управляющего сервера;
· Программное обеспечение для клиентского оборудования.
Рисунок 4. Функциональные уровни разработанного программно-аппаратного комплекса
МЕРОПРИЯТИ ПО ОХРАНЕ ПРАВ НА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНУЮ СОБСТВЕННОСТЬ
Разработанная система зарегистрирована в отделе регистрации программ ЭВМ, баз данных и топологий ИМС Федерального института промышленной собственности РОСПАТЕНТа (Мочалов о государственной регистрации программы для ЭВМ "Интеллектуальная система поддержки проектирования отказоустойчивых сенсорных сетей" ).
КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Аналогов разработанного программно-аппаратного комплекса сквозного проектирования, управления и мониторинга сенсорных сетей нету в настоящее время.
РЫНОК СБЫТА
Потенциальными потребителями разработанного программного комплекса являются:
· ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ,
· ТЕЛЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ КОМПАНИИ,
· БОЛЬНИЦЫ,
· ТОРГОВЫЕ ЦЕНТРЫ,
· ОХРАННЫЕ ПРЕДПРИЯТИЯ,
· УЧЕБНЫЕ ЗАВЕДЕНИЯ,
· ГОСТИНИЦЫ,
· ПРЕДПРИЯ АГРОКОМПЛЕКСА,
· ФИЗИЧЕСКИЕ ЛИЦА.
Рынок сбыта не ограничивается Российской федерацией. Вывод разработанного продукта на зарубежные рынки через сеть дистрибьютеров и производителей беспроводного оборудования позволит обеспечить массовые продажи, быструю окупаемость первичных затрат и максимальный доход.
ПРЕДСТОЯЩИЕ ЗАТРАТЫ ПО ПРОЕКТУ И ИСТОЧНИКИ ИВЕСТИРОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИЮ ПРОЕКТА
На текущий момент проект находится на стадии Startup. Первоначальная идея уже сейчас имеет свое воплощение в виде программно-аппаратного комплекса. Для проведения маркетинговой компании и создания конечного продукта требуется 150000 $ . Эти деньги пойдут как на доработку программно-аппаратного обеспечения, проведение натурного макетирование сенсорной сети, состоящей не менее чем из 500 узлов, так и на вывод продукта на рынки через сеть дистрибьютеров.
Ссылки
1. ИТМиВТ – Беспроводные системы мониторинга. URL: http://www. ipmce. ru/custom/sensornetworks/ .
2. Платформа Meshlogic. URL: http://www. meshlogic. ru/technology. html .
3. Институт систем комплексной автоматизации. URL: http:///index. php? option=com_content&task=view&id=1&Itemid=2 .
4. Компания CrossBow. URL: http://www. / .
5. Компания Texas Instruments. URL: http://www. / .
6. Компания Digi. URL: http://www. / .
7. Компания Atmel. URL: http:///technologies/wireless/default. aspx .
8. Crossbow Technology. MOTE-VIEW 1.2 User’s Manual // URL: http://www. /it/page. jsp? id=1626414 .
