Программный комплекс проектирования, управления и

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. Турута Е.Н.
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: Мочалов Владимир Анатольевич;
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: [email protected] .
Организация-заявитель
Название организации: ГОУ ВПО Московский технический университет связи и
информатики;
Адрес: 111024, Москва, Авиамоторная ул., 8а;
Адрес
электронной
почты,
страницы
в
Интернете:
[email protected]
,
www.mtuci.ru;
Фамилия, имя, отчество руководителя организации: Аджемов А.С. ;
Номер телефона, факс: тел: (495) 957-79-17. факс: (495) 957-77-36;
Направления деятельности организации: подготовка специалистов высшего
образования в области телекоммуникаций и радиотехники, проведение научноисследовательских
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 научноисследовательскими центрами по направлению БСС в России являются: Институт
точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН [1], ООО
"Высокотехнологичные системы" [2], ЗАО "Институт Систем Комплексной
Автоматизации"
[3].
К
зарубежным
производителям
оборудования
специализированного программного обеспечения следует отнести
CrossBow [4], Texas Instruments [5], Digi [6], Atmel [7] и др.
и
компании
Наиболее
известной
существующей
системой
мониторинга
работы
сенсорной сети является MoteView [8] производства компании Crossbow.
Система
MoteView
разрабатываемых
установила
систем
определенный
мониторинга
БСС
ориентир
как
по
для
вновь
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
эксплуатации;
изменения
топологии
БСС
во
время
 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 программноаппаратного 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 В.А. Свидетельство о государственной
регистрации программы для ЭВМ "Интеллектуальная система поддержки
проектирования отказоустойчивых сенсорных сетей" № 2009615483 от
02.10.2009).
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://isca.su/index.php?option=com_content&task=view&id=1&Itemid=2 .
4.
Компания CrossBow. URL: http://www.xbow.com/ .
5.
Компания Texas Instruments. URL: http://www.ti.com/ .
6.
Компания Digi. URL: http://www.idigi.com/ .
7.
Компания Atmel. URL:
http://www2.atmel.com/technologies/wireless/default.aspx .
8.
Crossbow Technology. MOTE-VIEW 1.2 User’s Manual // URL:
http://www.gartner.com/it/page.jsp?id=1626414 .