Современные информационные технологи/ 1.Компьютерная  инженерия

Ткаліч О.П., к.т.н., доцент

Одарченко Р.С., к.т.н.

Устинов О.Ю., студент

Колодинський Д.О., студент

Національний авіаційний університет, Україна, м. Київ

Побудова сенсорної мережі аеропорту та її інтеграція з бездротовою мережею аеропорту стандарту 802.11

Для того, щоб забезпечити надійне функціонування аеропорту, підвищити його ефективність та збільшити прибутковість, в аеропорту використовується корпоративна мережа. Частиною корпоративної мережі для обслуговування клієнтів, забезпечення безпеки та створення оптимальних умов аеропорту є бездротова сенсорна мережа.

Метою роботи є розробка бездротової сенсорної мережі аеропорту для задоволення потреб клієнтів та працівників аеропорту для забезпечення кращої ефективності та її інтеграція з бездротовою мережею доступу стандарту 802.11, які разом складають корпоративну мережу аеропорту.

Для вирішення поставленого завдання було проведено аналіз стандартів та технологій сенсорних мереж, структур та топологій сенсорних мереж, методів маршрутизації в сенсорних мережах, способи інтеграції сенсорних мереж з іншими бездротовими технологіями, адресація в конвергентних мережах.

Проведений аналіз технологій сенсорних мереж показав, що найбільш розповсюдженим та ефективним стандартом в даному сегменті корпоративної мережі є стандарт ZigBee, який і було використано в якості технології для побудови сенсорної мережі. Було розглянуто питання передачі даних в сенсорних мережах та адресація вузлів.

Існує три топології мережі, які використовуються в стандарті ZigBee: «зірка», «дерево» та «mesh», які показані на рис. 1 Мережа з топологією «зірка» має центральний вузол, який пов'язаний з усіма іншими вузлами в мережі. Всі повідомлення проходять через центральний вузол.

В мережі з топологією «дерево» для досягнення свого призначення, повідомлення переміститься вгору по дереву, а потім вниз по дереву.

Мережа з топологією «mesh» має деревоподібну структуру, в якій деякі вузли пов'язані безпосередньо. Дана топологія є найбільш актуальною та ефективною, через те, що повідомлення можуть шукати найкоротші або найменш завантажені маршрути, а у випадку виходу зі строю одного вузла, повідомлення, яке повинно було прийти на нього, буде відправлено на інший ближній вузол. Алгоритмом маршрутизації в сенсорній мережі з топологією «mesh» є алгоритм найкоротших маршрутів.

Рис. 1. Топології стандарту ZigBee.

Стандарт ZigBee має можливість адресувати до 65535 вузлів в одній мережі. Тим не менш, є тільки три основних типи вузлів:

· Координатор (на рис. 1 зображено синім кольором);

· кінцевий пристрій (датчик або сенсор) (на рис. 1 зображено блакитним кольором);

· маршрутизатор (на рис.1 зображено червоним кольором).

Сенсори можуть утворювати кластери (до 16 сенсорів). Було розглянуто класифікацію датчиків (сенсорів) за їх основними функціями та методами застосування. Класифікацію зображено на рис. 2.

Усі датчики разом складають єдину систему моніторингу та обліку. При передачі даних від сенсорів утворюються черги пакетів, які повинні обробити та передати далі маршрутизатори. В залежності від об’єму інформації та важливості інформації, було розроблено семирівневу модель пріоритетності трафіків при збільшенні навантаження, в якій найбільший пріоритет 0-6. 0,1 найвищі - це датчики систем безпеки, 2,3 – датчики інженерних систем, 4- датчики клімат-контролю, 5- датчики систем освітлення, а найменший пріоритет мають мультимедійні сенсори (6).

Рис. 2. Класифікація сенсорів.

У зв’язку з тим, що настав час, коли кількість об’єктів («речей»), підключених до Інтернету, перевищило кількість людей, які користуються Інтернетом, на прикладі аеропорту було розглянуто концепцію «Інтернет речей» та самі розумні «речі», які можуть бути використані в аеропорту. Прикладами можуть бути: розумний годинник, на який надходитиме необхідна інформація в аеропорту або інформація про стан здоров’я людини, підключення до систем мікроклімату в кімнаті матері та дитини, підключення до медичного обладнання в медпункті, а також прикріплення RFID міток до багажу та ручної поклажі.

Було досліджено емпіричні моделі розповсюдження радіохвиль всередині приміщення аеропорту для проектування бездротових сенсорних систем, побудованих на стандарті ZigBee. З описаних моделей для умов приміщень найбільш оптимальною моделлю вважаємо ITU-R 1238, а для умов відкритого простору - Уолфіша-Ікегамі Cost-231. Для гнучкого розділення пристроїв на групи, зменшення кількості широкомовного трафіку в мережі та збільшення безпеки і керованості мережі було проведено розрахунок кількості VLAN. При побудові бездротової сенсорної мережі аеропорту було враховано перехід з IPv4 на IPv6 та можливість роботи пристроїв з протоколом маршрутизації IPv4 у розробленій мережі стандарту IPv6.

Таким чином результатом роботи є побудована архітектура інтегрованої сенсорної мережі в корпоративну мережу аеропорту, розроблено структуру мережі на логічному та фізичному рівнях. Загальна схема корпоративної мережі аеропорту, з урахуванням бездротової сенсорної мережі та бездротової мережі стандарту 802.11, зображена на рис. 3.

Рис. 3. Схема корпоративної мережі аеропорту.

Література:

1. О.П. Ткаліч, Р.С. Одарченко, О.Ю. Устинов, Д.О. Колодинський// Розрахунок зони покриття бездротової мережі Wi-Fi для визначення місцезнаходження абонентів в аеропорту/ Проблеми інформатизації та управління № 2 (50)/2015 С. 88-96.

2. Восков, Л. С. Повышение качества обслуживания в беспроводных стационарных сенсорных сетях с автономными источниками питания / Л. С. Восков, М. М. Комаров // Качество. Инновации. Образование. – 2012. – № 1 (80). – С. 51–55.

3. Ермошкина, Д. Д. Классификация беспроводных сенсорных сетей по видам нагрузки / А. Е. Кучерявый, Д. Д. Ермошкина // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. – 2011. – Т. 5, № 7. – С. 64–65.