Аннотация 2
Введение 5
1 Обзор известных решений по организации построения Mesh-сети 7
1.1 Актуальность Mesh-сетей 7
1.2 Примеры технологий на базе mesh-сетей 7
1.3 Технология беспроводной передачи данных Wi-Fi 8
1.4 Технология беспроводной передачи данных Z-Wave 12
1.5 Обзор стека протокола Z-Wave 12
1.6 Настройка беспроводной сети Z-Wave 17
1.7 Топология и маршрутизация Z-Wave 17
1.8 Безопасность технологии Z-Wave 19
1.9 Технология беспроводной передачи данных ZigBee 19
1.10 Протоколы ZigBee 20
1.11 Программное и аппаратное обеспечение технологии ZigBee 22
1.12 Выбор протокола передачи данных 22
2 Математическая модель определения кратчайшего пути 24
2.1 Алгоритм Э. Дейкстры 24
3 Программная реализация и тестирование 32
3.1 Настройка сети Z-Wave 33
3.2 Характеристики сети 34
3.3 Подключение датчика движения 37
3.5 Тестирование системы на складском помещении 44
Заключение 51
Список используемых источников 52
Информационные технологии занимают ключевые позиции в области электроники и развиваются быстрыми темпами. Появляется возможность создания сложных беспроводных сетей, умных бытовых приборов, других электронных устройств, которые способны взаимодействовать друг с другом. Благодаря этим сетям реализуется автоматизация производств, например: при охране и защите различных объектов, системы освещения, транспортировка товаров. Грамотная автоматизация позволяет снизить затраты электроэнергии в сетях, влияния человеческого фактора.
Используя уникальные технологии передачи сигнала по сети, удаётся решиться проблему экономии электроэнергии, автоматизацию процессов, контроля и эксплуатацию технологии в режиме реального времени. Примером такой разработки, предназначенной для автоматизации процессов предприятия и экономии электроэнергии, является - освещение на базе Mesh-сетей. Что это даёт? При помощи дистанционного освещение на базе mesh-сети предоставляется возможность экономить электроэнергию на предприятии, при помощи алгоритмов достигается экономия электроэнергии, т.к. алгоритмы будут сопоставлять потребности потребителя и включать только необходимые лампочки. Внедрение такой технологии позволит повысить эффективность предприятия и значительно уменьшить потребление электроэнергии предприятия.
В сфере производства электроэнергии применение IoT позволит сократить расход топлива, что в настоящее время составляет половины операционных расходов станций. На смену стандартной системы освещения придёт гибкая система освещения на базе Mesh сети. Каждый элемент сети сможет видеть другие элементы и взаимодействовать с ними, что позволит при нарушении целостности сети самовосстановиться и продолжить работу в штатном режиме. Данные изменения позволят выйти на новый уровень надежности и эффективности энергетической системы. С каждым годом регулирующие органы требуют сокращение тарифов и обслуживающих их затрат сетевых компаний. Такие затраты можно сократить за счёт улучшения наблюдаемости объектов сети.
Новизна исследовательской работы заключается в экономии электроэнергии при помощи использования Mesh-сетей на базе алгоритма по нахождению кратчайшего пути.
Объект исследования - системы управления освещением на базе Mesh-сетей.
Предмет исследования - экономия энергии при использовании Mesh- сетей с использованием нахождения кратчайшего пути.
Целью данной бакалаврской работы является разработка имитационной системы управления освещением на базе Mesh-сетей, которая должна экономить электроэнергию, автоматизировать процесс жизнедеятельности компании.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• изучить особенности работы Mesh-сетей;
• изучить существующие алгоритмы по нахождению кратчайшего пути;
• разработать программное обеспечение для внедрения Mesh-сети в процесс работы освещением;
• протестировать фактическую работу Mesh-сети и алгоритма нахождения кратчайшего пути.
В рамках данной бакалаврской работы спроектирована система управлением освещением на основе Mesh-сети. Программная реализация была выполнена в среде разработки Intelliji IDEA на языке программирования Java.
Изучены методы построение Mesh-сети на базе контроллеров esp32, а также изучены протоколы беспроводной передачи данных, для построения сети на базе этих же контроллеров.
Доказана актуальность рассматриваемой темы. Проанализированы существующие решения в области системы освещения «Умного дома», для освещения складского помещения при помощи Mesh-сети.
Разработан алгоритм работы системы освещения, связь через Mesh-сеть между контроллерами и сервером. Подобраны необходимые электронные компоненты, а также написано нужное программное обеспечение для достижения поставленной цели.
Реализована система нахождения кратчайшего пути на основе алгоритма Э. Дейкстры, который даёт возможность находить кратчайшее расстояние от искомого до целевого пути.
Тестирование разработанной системы освещения, а также алгоритма Э. Дейкстры производилось при помощи unit-тестирования, которое затрагивает важные аспекты системы.
На основе спроектированной системы освещения возможна реализация полномасштабной системы, которую можно устанавливать на склады, в квартиры, частные дома.
Произведены расчёты экономии затрат на освещение при функционировании предприятия без использования системы, а также рассчитана стоимость освещения при использовании системы освещения склада на базе Mesh-сети.
