ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ГОРОДА АШХАБАДА 5
1.1. Проблемы развития городской инфраструктуры города Ашхабада 5
1.2. Перспективная модель городской среды 6
2. РАЗРАБОТКА СЕТЕВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ДЛЯ КОНЦЕПЦИИ 8
2.1. Технология LoRaWAN, ее преимущества, основные понятия и классы
оконечных устройств 8
2.2. Схема внедрения сети LoRa 19
2.3. Схема расположения базовых станций, конечных устройств сети LoRa 20
3. АНАЛИЗ РЫНОЧНЫХ ПЕРСПЕКТИВ ВНЕДРЕНИЯ 23
3.1. Сравнительная характеристика технологии LoRaWAN с аналогичными
технологиями 25
3.2. Оборудование сети LoRa 31
^ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЁМКОСТИ СЕТИ LORA 33
4.1. Время передачи пакетов через радиоинтерфейс 33
4.2. Расчет ёмкости сети 38
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 45
5.1. Расчёт капиталовложений 45
5.2. Калькуляция эксплуатационных расходов 47
6. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СЕТИ LoRaWAN 51
6.1. Организация работы по безопасности жизнедеятельности и труда 51
6.2. Экологическая безопасность проекта 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
В настоящее время набирает популярность концепция Интернета Вещей (ИВ) (Internet of Things), вместе с ней также развивается концепция «умный город», которая является концепцией интеграции информационных и коммуникационных технологий для управления городским имуществом. Они призваны сделать жизнь людей лучше и удобнее, тем самым, способствуют повышению уровня комфорта, качества и эффективности обслуживания, снижению расходов и потребления ресурсов. В общем, концепция «умный город» подразумевает оптимизацию всей городской жизни. А «Интернет Вещей» в свою очередь - это сеть, в которой все устройства, окружающие людей, могут подключиться к сети Интернет и непосредственно взаимодействовать друг с другом без участия человека. Следовательно, приходится искать решения проблем взаимодействия устройств в сети Интернета Вещей. Существуют такие технологии беспроводных сетей, как Bluetooth, WiFi, 3G, 4G (LTE). И тут может возникнуть вопрос, для чего же нужно создавать другие технологии, когда прекрасно работают существующие, какие могут быть проблемы со взаимодействием устройств в сети? Использование данных технологий характеризуется большими материальными и энергозатратами, малой зоной охвата и низкой помехоустойчивость. В связи с этим, было решено создать такую технологию, которая бы смогла устранить все вышеперечисленные проблемы. Такой технологией является LoRaWAN (long range wide area network).
В данном проекте предлагается внедрение концепции «умного города» на основе технологии LoRaWAN в городе Ашхабаде. Решением проблем взаимодействия устройств в сети Интернета вещей является технология LoRa, которая имеет достаточное количество преимуществ по сравнению с технологиями Bluetooth, WiFi, 3G, 4G (LTE) и т.д. Актуальностью внедрения концепции на базе технологии LoRaWAN является существенная экономия электроэнергии, в финансовых составляющих коммуникации между устройствами в сети IoT, длительное время работы датчиков и радиомодулей
LoRa без дополнительной подзарядки, большая зона охвата и использование нелицензированного диапазона частот. И целесообразно внедрение концепции тем, что канал связи, соединяющий оконечные устройства с узлом доступа оператора связи, построенную по технологии LoRaWAN, можно охарактеризовать тремя чертами: «далеко - автономно в течение долгого срока - экономично», то есть иметь большую зону охвата, длительное время работы оконечных устройств и малое энергопотребление.
Разработка протокола сети LoRaWAN и создание альянса LoRa, занимающегося его поддержкой и развитием, оказали существенное влияние на решение ряда проблем, которые ограничивают широкое распространение «Интернета вещей». Наиболее важными характеристиками для оконечных устройств сети Интернета Вещей являются: автономность работы без дополнительной подзарядки и обслуживания, размер устройства, его цена и стоимость услуг операторов по передаче данных и технология LoRaWAN обеспечивает качественное выполнение всех этих условий.
Целью проекта является внедрение IoT сети в г. Ашхабаде, при реализации концепции «Умный город», для снижения эксплуатационных расходов муниципалитета на городские нужды и улучшение социальной инфраструктуры.
Задачи проекта:
1. Анализ муниципального хозяйства г. Ашхабад.
2. Разработка концепции умного города.
3. Использование технологии LoRaWAN для реализации концепции умного города.
4. Исследование благоприятных факторов от внедрения концепции.
5. Технико-экономическое обоснование предложенных решений.
В данной выпускной квалификационной работе было предложено внедрения концепции умного города на базе технологии LoRaWAN в г. Ашхабад. Цель данной работы достигнута, все задачи выполнены. А также был произведен анализ рыночных перспектив данной технологии по сравнению с конкурирующими технологиями, была посчитана сумма общих затрат на приобретение оборудования, установки и эксплуатации сети.
Расчеты показали, что внедрение сети LoRa поспособствует существенной экономии электроэнергии, воды, также оптимизирует работу системы ЖКХ г. Ашхабад, сократив расходы на потребление ресурсов ЖКХ. Расходы на электроэнергию сократятся приблизительно на 30 %, а расходы на воду - от 15 до 22 %. Также услуги сети можно продавать интеграторам, операторам других сетей, предпринимателям и т.д.
Для масштабирования сети LoRa, достаточно выполнить подключение настроенной БС к сетевому серверу через Ethernet или мобильные сети.
Исходя из проведенных расчетов и сравнения с конкурирующими технологиями энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия, технология LoRaWAN является наиболее подходящей современной технологий для внедрения IoT решения в систему ЖКХ города Ашхабада.
