МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
               РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Ф. УТКИНА

                                                                                          Кафедра ТОР



                                                                                         КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
                                                                      "Интеллектуальная радиосеть "Умный дом" " 





                                                                                                                                                                                     Выполнила:
                                                                                                                                                                                   Студентка гр. 619
                                                                                                                                                                                   Питерякова А.И.
                                                                                                                                                                                    Проверил:
                                                                                                                                                                                     Бакке А.В.








Краткое описание темы
Компактная интеллектуальная радиосеть предназначается для объединения в единую сеть различных электронных устройств с целью удаленного управления или сбора данных (технология «умный дом»). Проектируемая сеть должна предоставлять пользователю возможность получать информацию с каждого сетевого объекта, а также предоставлять доступ к удаленному управлению терминалами (если это предусматривается условиями функционирования соответствующего электронного устройства).

Исходные данные к проекту

Максимальное количество терминалов в сети: 16 
Радиус зоны обслуживания: 150 м (PR=95% покрытие на границе обслуживания)  Максимальная скорость передачи информационных данных: 96 Кбит/с 
Тип местности: помещения, здания 
Вероятность ошибки на бит, не более Pb: 10-7 
Мощность излучения подвижной станции Ризл : < 0,02 Вт 
Диапазон частот, вид модуляции выбирается самостоятельно.


1. Постановка задачи и формулирование технических условий функционирования сети
 1.1. Интерпретация назначения сети в виде произвольного прикладного решения в контексте заданной темы. Формализация телекоммуникационной услуги на основании анализа отношений "пользователь-сеть", схематизация отношений. Задачи терминального оборудования и интерфейса пользователя.
 «Умный дом» — это буквальный перевод английского словосочетания «smart house». Под ним понимают способ автоматизации домашнего быта путем объединения всех электроприборов и бытовой техники в доме в одну единую экосистему. Как правило, такая экосистема имеет свой «мозг» — то есть фирменную программу, устройство или сервис, с которого осуществляется управление.  
Ее задача – обеспечивать безопасность и комфорт пользователей, контролировать расход ресурсов, уведомлять о текущей обстановке в жилье.  
Современные системы «умный дом» способны объединять в единое целое перечисленные аспекты здания:

Управление. Настенные пульты дистанционного управления и настенные панели дают возможность удаленно управлять работой электрических приборов, мультирумом, исполнительными устройствами.
Климат-контроль. Автоматизированная либо автоматическая регуляция температуры, влажности и иных показателей микроклимата. Это касается как отдельных помещений, так и всей квартиры в целом.
Освещение. Контроль уровня освещенности и автоматическая корректировка осветительных приборов. Рациональный расход электроэнергии. Автоматизированное управление ставнями и жалюзями на окнах.
Энергоснабжение. Обеспечение бесперебойной поставки электричества к потребителям. Подключение резерва в случае необходимости, переключение на альтернативную энергию, экономия электроэнергии.
Безопасность. Видеонаблюдение, контроль доступа в квартиру или отдельные помещения, телеметрия. Умный дом способен имитировать присутствие хозяев в доме, чтобы предотвратить вторжение извне.
Развлечения. Мультирум, который объединяет мультимедийные устройства в доме и дает возможность управлять ими из любой комнаты. Есть функция громкой связи и удаленного использования домофона.


                                                                           рис.1.

Smart house включает в себя три основных элемента. В состав входит следующее оборудование: 
Контроллер. Это устройство, соединяющее все элементы умного дома в единое целое, оценивающее их работу и условия окружающей среды и в зависимости от такой оценки управляющее домом. Иными словами, это его «мозг».  Датчики. Эти устройства считывают информацию из окружающей среды и следят за ее изменением. От сенсоров сигналы поступают на контроллер, который их обрабатывает.  Актуаторы. Актуаторами называют устройства, непосредственно исполняющие команды, поступающие с контроллера. В эту категорию входят исполнительные устройства, которые выполняют команды системы. Это механические приводы, выключатели, пожарные сирены, клапаны на трубах и другие приборы. 
 Для отправки сигналов от датчиков движения и иных сенсоров до контроллера чаще всего применяется связь по радиоканалу. В домашних комплексах распространены такие стандарты, как 869 МГц, 868 МГц и 2,4 ГГц. Кроме обыкновенной радиосвязи применяется передача данных по протоколам Wi-Fi и Bluetooth. Передача сведений на пульт охраны или владельцу здания осуществляется при помощи интернет-соединения или мобильной связи. 
 У нас есть пользователь, который может взаимодействовать с терминалами(датчики/сенсоры/исполнительные устройства), с помощью точки доступа, которая отвечает за организацию  канала связи,  и некоторого пользовательского устройства. 
Пользовательское устройство представляет из себя устройство  с помощью которого  пользователь может взаимодействовать с терминалами.Это может быть смартфон, планшет, компьютер. Точка доступа, в данной сети, представляет из себя  контроллер ,который отвечает за работу всей системы в целом. Она выполняет сбор и обработку информации с подключенных датчиков,а также прием и обработку полученных команд от пользователя(пользовательского устройства).  
 
Самым главным преимуществом «интеллектуального» дома является дистанционное наблюдение и контроль над жильем. Система защищает от вторжения воров. Также это хороший способ предотвращения аварийных ситуаций. В критической ситуации можно перекрыть воду, отключить электропитание или передать сигнал о пожаре. Все уведомления и предупреждения приходят в виде сообщений владельцу здания. 
 Отношения «пользователь-сеть» можно представить в виде схемы на рис.2. 

                                                                                               рис.2.


Рассмотрим пример такой системы, как управление замком. Предположим, пользователю необходимо закрыть его дверь. В свою очередь, он с помощью пользовательского устройства с выходом в Internet  открывает приложение "Умный дом", где заходит в раздел управления замками и выбирает соответствующее функции. В приложении формируются сообщение, которое по  сети Internet передаются на WEB Сервер, а после на контроллер. В  контроллере , блок службы управления  фиксирует сообщение, обрабатывает  и  генерирует соответствующую  команду, а затем  передает  ее на точку доступа.   После принятия команды точка доступа генерирует сообщение, содержащее пользовательскую команду, и  передает его конкретному терминалу по радиоканалу с помощью радиомодуля. В терминале принятое сообщение разбирается блоком службы управления, и соответствующая команда  отправляется на блок управления(в данном случаи  блок управление замком), который в свою очередь открывает или закрывает дверь.   В обратном направлении с терминала на пользовательское устройство  поступает информация о его новом состоянии  (Дверь закрыта/открыта). Отсюда следует вывод, что  информационный поток имеет двунаправленный характер. 
 Интерфейс представлен на рис.3.4. 
                                                                                                                    рис.3.


 
                                                                     рис.4.

В нем вы можете выбрать помещение, в котором находится ваш объект управления, найти интересующий вас аксессуар и посмотреть или включить/выключить определенную функцию управления.   1.2. Пояснение сеанса предоставления телекоммуникационной услуги, выявление ключевых параметров сеанса. Характеристика информационного трафика в прямом и обратном направлениях передачи: вид трафика, производительность или предполагаемый объем сообщений и т.п.. Формализация требований к качеству и условиям предоставления услуги.
 Информационный поток в данной сети имеет двунаправленный характер: в прямом направлении передаются сообщения разрешающие подключение, команды на изменение или просмотр параметров, а в обратном - сообщения о их состоянии. (Пример, который мы разобрали выше).  Также помимо изменения параметров, мы можем получать определенные, интересующие нас данные.   Точка доступа через определенный промежуток времени формирует запрос на то, чтобы терминалы передали информацию о телеметрии, которая  при приеме далее передается на WEB- cервер и сохраняется в сетевом хранилище. Чтобы получить  данные о телеметрии с конкретного устройства( например датчик температуры воздуха) , пользователю достаточно зайти в приложение.     
1.3. Обоснованный выбор предполагаемой архитектуры радиосети. Разработка многозвеньевой модели сети, описание ключевых звеньев доставки сообщений. Проработка сценария выполнения телекоммуникационной задачи с использованием многозвеньевой модели взаимодействия элементов сети.
 Проектируемая локальная радиосеть будет иметь архитектуру звезда. Все терминалы связаны с устройством управления и не имеют связи между собой. (рис.5.)

                                                                                                                                 рис.5.


Пользователь дает команду на ПУ, тот в свою очередь, отсылает запрос на К, который отправляет широковещательное сообщение к какому-то из терминалов (Т). Т ищет сеть и регистрируется с датчиков в ней, переходя в режим ожидания до сообщения от К. Получая сообщения от К терминал проверяет является ли он адресатом и при положительном ответе отправляет уведомление о готовности. К отсылает команду и ждет ответ о выполнении. С некоторым промежутком времени, проверяя другие Т и, собирая данные о их телеметрии. Т выполняет команду и отсылает ответ о выполнении К, переходя в режим ожидания до следующего сообщения. К отправляет данные на ПУ и также переходит в режим ожидания до следующего запроса команды.

                                                                                                                                                  рис.6.

1.4. Формулирование и пояснений стратегии поведения сетевых объектов, введенных в п.1.3. Обоснование требований к функциональному составу сетевого терминала и выделенного (командного) узла.   Сетевыми объектами в данном случае являются терминал и К.   Задачи Т: 1) Поиск и обнаружение сети, регистрация в ней.
2) Синхронизация с К.
3) Прием и обработка запросов, поступающих с К. 4) Выполнение команд.
5) Передача выполненных команд.  

                                                                                                                                   рис.7.


Задачи К:
 1) Прием и обработка запросов от ПУ.
 2) Синхронизация с терминалами.
 3) Опрос терминалов на предоставление услуги и передачу данных о телеметрии.
 4) Передача широковещательных сообщений.

                                                                                                                              рис.8.



Библиографический список:

1.  Бакке А.В. – лекции по курсу "Системы и сети связи с подвижными объектами"
2.  Интернет ресурсы - https://www.mckrona.ru/blog/umnyy-dom/ 
3.  Интернет ресурсы - https://geekplus.ru/umnyi-dom/