Дипломдық ЖҰмыс тақырыбы: «Сымсыз сенсорлық желі түйіндеріндерінің қуат тұтынуларын модельдеу» 6B06201 «Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар»
жүктеу/скачать 1,47 Mb.
|
Айтбаева.Диплом последний (1)
Екі бағытты соңғы құрылғылар (В класы). А класындағы құрылғылардың функцияларына қосымша жоспарланған қосымша қабылдау терезелерін ашады. Қабылдау терезесін ашу үшін соңғы құрылғы шлюзден (маяктар арқылы) арнайы сигналдар арқылы синхрондалады. Бұл желіге соңғы құрылғы деректерді қабылдауға дайын болған уақытты білуге мүмкіндік береді.
Максималды қабылдау терезесі бар «С класының» қос бағытты соңғы құрылғылары (екі бағытты соңғы құрылғылар, С класы). «С класының» соңғы құрылғыларында үздіксіз дерлік ашық қабылдау терезесі бар. Қабылдау терезесі деректер жіберілген кезде ғана жабылады. Соңғы құрылғының бұл түрі деректердің үлкен көлемін алу қажет және автономды қуат көзінен ұзақ мерзімді жұмыс істеуді қажет етпейтін тапсырмалар үшін жарамды [27]. Негізгі протокол стегі 2.2 суретте көрсетілген. сурет. LoRa технологиясының хаттама стегі [27]. LoRa желілеріндегі байланыс өнімділігі мен қуат тұтынуларын бағалау LoRa желілеріндегі қуат тұтынуы Жұмыс режимдері: LoRa түйіндері әртүрлі жұмыс режимдерінде болуы мүмкін: жіберу, қабылдау, ұйықтау. Қуатты тұтыну режимге байланысты өзгереді, жіберу және қабылдау ұйқы режимімен салыстырғанда көбірек қуатты қажет етеді. Duty Cycling: Қуатты тұтынуды азайту үшін LoRa түйіндері уақыттың көп бөлігін ұйқы режимінде өткізетін және деректерді беру немесе қабылдау үшін мерзімді түрде оянатын жұмыс циклі әдісін пайдалана алады. Трансмиссия қуатын тұтыну: Мәліметтерді беру кезінде тұтынылатын қуат таратқыштың шығыс қуатына және қабылдағышқа дейінгі қашықтыққа байланысты. Әдеттегі беріліс шығыны 20 мА мен 150 мА аралығында болуы мүмкін. Ұйқы режимінде тұтынылатын қуат: Ұйқы режимінде LoRa түйіндері ең аз қуат мөлшерін, көбінесе 1 мкА-дан аз тұтынады, бұл батареяның қызмет ету мерзімін едәуір ұзартады. Жаңартылатын энергия көздерін пайдалану: Кейбір қолданбалар түйіндік батареяларды зарядтау үшін күн панельдерін немесе басқа жаңартылатын энергия көздерін пайдаланады, бұл олардың жұмыс уақытын едәуір арттыруы мүмкін. Бұл жұмыстың негізгі гипотезасы – көп энергияны инвестициялау LoRa радиосының сапасын жақсартуға міндетті емес. Бұл жұмысқа түрткі болған мысал, CR мәнін ұлғайту пакет өлшемін және қуат тұтынуды арттырады, тек қатты шулы аймақтарда жақсы өнімділікке ие болады. Бұлай болмаған көптеген қолданбаларда жоғары энергия қажеттіліксіз немесе себепсіз тұтынылады. Сонымен қатар, LoRa параметрлерінің әртүрлі конфигурациялары (SF, BW, CF және CR) өте ұқсас тасымалдау энергиясын тұтынуға әкелуі мүмкін, бірақ байланыс сипаттамалары өте әртүрлі. LoRa диапазонын бағалау үшін әртүрлі өлшемдерді қолдануға болады, соның ішінде жіберілетін сигнал қарқындылығының деңгейі, сигнал-шуыл қатынасы және пакетті беру жылдамдығы. SNR – бұл сымсыз желінің атмосфералық сипаттамалары бар қосылым сапасының өлшемі [28]. Технология түріне, құрылғының орналасуына және қосылым стиліне байланысты, мысалы, нүктеден нүктеге немесе шлюз интерфейстері, смарт қалалардағы Te IoT құрылғылары әртүрлі қызмет көрсету аймақтарын қажет етеді. Бұл факторлар негізінен платформаның дизайн қажеттіліктеріне байланысты. Мысалы, денсаулық сақтау шешімдері біздің өнімділікті бағалауға негізделген скрининг жүйесі мен орталық хаб арасында толығымен бекітілген өзара әрекеттесуге ие. Дегенмен, кейбір қолданбалар, жаңа пациенттерді бақылауға бағытталған басқалары сияқты, құрылғылар транзитте болған кезде байланыс кезінде сигнал тиімділігін талап етеді [29]. Байланыс өнімділігі мен қуат тұтыну арасындағы теңгерім Спрединг факторын оңтайландыру: Оңтайлы SF таңдау қуатты минималды тұтынумен қажетті байланыс ауқымына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Мысалы, шлюзден қысқа қашықтықта орналасқан түйіндер үшін деректер жылдамдығын жақсарту және қуат тұтынуды азайту үшін кішірек SF пайдалануға болады. Адаптивті таратқыш қуатын басқару: Қабылдағышқа дейінгі қашықтыққа байланысты таратқыш қуатын реттеу энергияны үнемдеуге мүмкіндік береді. Шлюзге жақынырақ түйіндер деректерді аз қуатпен жібере алады. Энергияны үнемдейтін протоколдар: LoRaWAN сияқты энергияны үнемдейтін бағыттауды және медиаға қол жеткізуді басқару протоколдарын пайдалану деректерді беруді оңтайландыруға және қуат тұтынуды азайтуға мүмкіндік береді. Ауқым мен деректер жылдамдығы арасындағы айырбас: Арнайы қолданбаға байланысты байланыс ауқымы мен деректер жылдамдығы арасында айырбас болуы мүмкін. Мысалы, деректер тығыздығы төмен қолданбалар үшін ауқымды ұлғайту және тарату жиілігін азайту үшін жоғары SFs пайдалануға болады. OMNET++ КӨМЕГІМЕН ЭНЕРГИЯ ТҰТЫНУЫН МОДЕЛЬДЕУ Бұл жұмыста LoRa түйіні мен шлюз арасындағы тасымалдау параметрлері мен қашықтықтың байланыс өнімділігіне (пакет жоғалту жылдамдығы және түйіндер тұтынатын энергия) әсерін модельдеу нәтижелері ұсынылған. Omnet++ негізіндегі FLoRa модельдеу жүйесі таралу коэффициентін, өткізу қабілеттілігін, кодтау жылдамдығын және жіберу қуатын өзгерту үшін пайдаланылды. OMNeT++ сипаттамасы OMNet++ – сымсыз желілерге арналған қуатты коммерциялық дискретті оқиға симуляторы. OMNet++ (Objective Modular Network Testbed in C++) C++ тіліндегі объективті модульдік желілік сынақ алаңы дегенді білдіреді [30]. OMNet++ 5.6 соңғы нұсқасы 2020 жылдың қаңтарында шығарылған. Бұл симулятордың өзі емес, бірақ WSN үшін модельдеуге арналған құралдар мен модельдеу платформаларын қамтамасыз етеді. ENVIR, CMDENV және TKENV пайдаланушы интерфейсінің кітапханаларын сипаттайды. Бұл модельдеу орындалатын орта. Ол сондай-ақ кіріс деректерінің шығуын және модельдеу нәтижелері қайда жіберілетінін сипаттайды. ENVIR — барлық жалпы пайдаланушы интерфейсінің кодын қамтитын қосылым болып табылатын кітапхана. CMDENV және TKENV пайдаланушы интерфейсін іске асыруы бар ENVIR негізіндегі кітапханалар. Жалпы интерфейс CMDENV болып табылады, ол пәрмен жолы пайдаланушы интерфейсі ретінде белгілі. Бұл, мысалы, консоль беретін барлық платформаларда жұмыс істейтін шағын, портативті және жылдам интерфейс. Linux және негізінен пакеттік орындау үшін пайдаланылады. TKENV – жөндеуге және визуализацияға арналған графикалық пайдаланушы интерфейсі. Бұл орта жөндеуден визуализацияға дейінгі модельдеулердің орындалуын сипаттайды. OmNeT++ симуляциясын пайдаланушы интерфейсін ауыстыру арқылы үлкенірек қолданбаға енгізуге болады. Компоненттер кітапханасы құрастырылған қарапайым және құрама модульдер коды негізінде құрастырылған. Модельдеуді орындау кезеңінің басында имитациялық қозғалтқыш имитациялық модельді құрастырады [31]. 3.1 сурет логикалық архитектураның жоғары деңгейлі көрінісін береді. сурет. OMNeT++ модельдеу бағдарламасының логикалық архитектурасы [31]. INET платформасы OMNeT++ симуляторына әртүрлі байланыс желілері үшін физикалық, арналық, желілік, көліктік және қолданбалы байланыс деңгейлерін қолдайтын хаттамалар сияқты қосымша функцияларды ұсынады [32]. FLoRa кітапханасы FLoRa — OMNeT++ ішінде LoRa/LoRaWAN желілерін сынауға арналған арнайы платформа. Ол физикалық және арналық деңгейлерін бағалауға, желі серверін, желілік шлюздерді және соңғы түйіндерді анықтауға мүмкіндік береді. FLoRA хабарлардың көзден тағайындалған жерге (LoRa соңғы түйіндері желі серверіне) дейінгі жолды анықтау және LoRa соңғы құрылғылары тұтынатын энергияны бағалау арқылы екі жақты байланысты қолдайды. FLoRa модулі негізгі LoRa/LoRaWAN параметрлерін анықтайды: SF, CF, BW, CR және TP, олар байланыстың қамту аймағына және деректер кадрының соқтығысу ықтималдығына әсер етеді [33]. FLoRa ішіндегі қуат тұтыну модулі күйге негізделген энергияны бағалауды қамтиды, сондықтан тұтынылатын энергия LoRa радиосының жіберуге, қабылдауға және ұйықтауға жұмсайтын уақыт мөлшеріне байланысты. Әрбір жіберу қуат деңгейі үшін ток мәндері (2 дБм-14 дБм) -ден алынады [34]. Қабылдау және ұйқы режимдерінде тұтынылатын ток Semtech SX1272/73 [35] деректер парағынан 3,3 В қоректену кернеуінде алынады. LoRa түйінінен жіберілген пакеттер шлюзге жеткізілмейді, егер жіберу қуаты ED және GW арасындағы қашықтыққа және сілтемедегі нақты жол жоғалту дисперсиясына (σ) жеткіліксіз болса. FLoRA дизайны σ мәндерін өзгерту және шынайырақ жағдайлар жасау мүмкіндігін қамтиды. Мысалы, σ=1,785 дБ немесе σ=3,57 дБ сәйкесінше қалалық аумақтардың орташа және типтік өзгермелілігі болып табылады. σ=3,54 дБ немесе σ=7,08 дБ мәндері сәйкесінше қала маңындағы аудандардың орташа және типтік өзгермелілігі болып табылады. Идеал шығынсыз сценарий σ=0 болғанда. C++ FLoRa кодын жазу үшін пайдаланылады, ол LoRa станцияларын, контроллерлерді және сервер модульдерін қосуды қолдау үшін LoRa желілерін құруға мүмкіндік береді. Желі серверіне қосылған жеке модульдер қолданба логикасын құру үшін пайдаланылуы мүмкін. Динамикалық конфигурация параметрлерін желілік сервер мен түйіндер қолдайды, олар ADR арқылы басқарылады және түсіру мен соқтығысудың әсерлерін ескереді. Te модулі көлік желісін дәл модельдеуді және бірнеше шлюздерді имитациялау мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Әр түйінде және бүкіл желіде энергияны тұтыну туралы ақпаратты модельдеу соңында алуға болады. Кірістірілген симулятор пакеті FLoRa тәжірибелер каталогындағы мысал жағдайын қамтиды. Сценарий төртбұрышты жүйе архитектурасында кездейсоқ бөлінген он түйіні және желі серверіне қосылған бір шлюзі бар желіні имитациялайтын көптеген элементтерді қамтиды. Белгілі бір орташа мәні бар экспонентке сәйкес әрбір түйін бір уақытта бір пакетті жібереді. LoRa желісін имитациялау кезінде модельдеу ұзақтығын, қыздыру кезеңін, SF, әрбір LoRa соңғы құрылғысы үшін сигнал күшін, көлік желісінің архитектурасын және қосылымдарды қамтитын бірнеше параметрлерді таңдау қажет. Тәжірибе аяқталғаннан кейін сценарий көрсеткіштері мен бақылау файлдары жасалады. 3.2 суретте көрсетілгендей, OMNeT++ GUI көмегімен модельдеу статистикасын көруге болады. сурет. Модельдеу процесінің жұмыс істеу диаграммасы [35]. LoRa модульдерімен желі құру Бұл модельдеуде қолданылатын LoRa желі топологиясы 3.2 суретте көрсетілгендей бір LoRa түйінінен, LoRa шлюзінен, шлюз маршрутизаторынан, Интернет бұлтынан, желілік сервер маршрутизаторынан және желілік серверден тұрады. LoRa құрылымдық модулін анықтайтын қосымша модельдеу модульдері LoRa құрылымы және конфигуратор болып табылады. Желі 200 түйіннен және бір шлюзден тұрады. Желі өлшемі 350 м × 350 м деп анықталды, қызған соң түйін LoRa радиосы арқылы шлюзге пакет жіберді. Трансляциялар арасындағы уақыт аралығы 100 секунд ретінде анықталды. Жалпы модельдеу уақыты 4 сағат болды. Осылайша, түйіннен шлюзге барлығы 200 ақпарат жіберілді. Негізгі модельдеу сценарийі келесідей болды: SF=12, CR=4/5, BW=125 kHz және TP=14 dBm мәніне орнатылды. Содан кейін барлық параметрлер тұрақты болып қалды, ал хабарлама шлюзге жеткенше ТP біртіндеп төмендеді. Содан кейін конфигурация SF={7,8,9,10,11,12}, CR={4/5, 4/6, 4/7, 4/8} немесе BW={125 кГц, 250 кГц} және модельдеу TP бастапқы 2 дБм-ден 14 дБм- ге дейін көтеріліп қайталанды. Осының барлығын конфигурационды файлға енгізетін боламыз. OMNet++ бағдарламасының конфигурационды файлының көрінісі 3.3 суретте көрсетілгендей болады. cурет. Omnet++ бағдарламасының конфигурационды файлының көрінісі. Яғни, бұл жерде модельдеуге қажетті параметрлерді енгізетін боламыз. Конфигурационды файлды іске қосқан кезде ол SimpleLoraApp блогын қолданады. Оның желілік көрінісі 3.4 суретте көрсетілген. cурет. SimpleLoraApp блогының желілік конфигурациясының көрінісі. SimpleLoraApp блогы негізгі параметрлердің мәнін енгізбесек те, олардың әдепкі мәндерін қабылдап алады. Келесі 3.5 суретте осы симуляция ортасында Lora технологиясының құрылу көрінісінің коды көрсетілген. cурет. Lora технологиясының құрылу көрінісің коды. Бұл құрылу көрінісінің кодында қай элемент қандай координатада орналасқандығы жөнінде жазылған. Оны біз 3.6 суреттен байқай аламыз. Яғни берілген параметрлердің орналасу сұлбасын көре аламыз. cурет. LoRa технологиясының құрылу көрінісі. Технологиясының құрылу көрінісінен көріп отырғанымыздай, LoRa түйіні, LoRa шлюзі, бірнеше шлюздерден, интернет бұлтынан, желілік серверден, LoRa медиумнан құралады. суретте симуляцияны іске қосу блогы бейнеленген. cурет. Симулация файлын қосу. Желі 200 түйіннен және 1 шлюзден тұрады. Яғни LoRa технологиясының құрылу көрінісі FLoRa шеңберінде қарастырылды. Оның сұлбасы 3.8 суретте көрсетілген. сурет. FLoRa шеңберінде орналастырылған LoRa желісі. Келесі біз LoRa түйіндері мен шлюзінің неден тұратынын да қарап көрсек болады. 3.9 суреттен түйіндерінің құрамын көре аламыз. cурет. LoRa түйіндерінің құрамы. LoRa (Long Range) түйіні бірнеше негізгі компоненттерден тұрады: жүктеу/скачать 1,47 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|