Промышленный Интернет вещей: сетевая топология и программно-конфигурируемые сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»

Промышленный Интернет вещей: сетевая топология и программно-конфигурируемые сети

Мартынов Н.Е.

Дёмин Г.А.

Алалван А.Р.Д.

Интернет вещей - группа связанных между собой компьютеров, а также подключенных к ним устройств с устанавливаемыми датчиками и ПО для получения и передачи данных, с возможностью автоматизированной работы на расстоянии, без прямого контакта человека [1].

Промышленный (Индустриальный) Интернет Вещей - Интернет вещей для командного использования - группа корпоративных компьютерных сетей и подключенных отраслевых (промышленных) вещей с подключенными датчиками и программным обеспечением для получения, а также передачи информации, с возможностью непрямого наблюдения и сопровождение в автоматическом состояние, без прямого контакта человека.

Дальше по тексту для облегчения восприятия вместо «Промышленный Интернет», термин, который применяется в промышленности, мы будем использовать термин «Интернет вещей»

Как устроен Интернет вещей (IoT)

Данная работа заключается в следующем: в первую очередь ставятся датчики, рабочие механизмы, контроллеры и человеко-машинные интерфейсы на важные участки устройства. Затем происходит прием информации о состояние предприятия. Убежденная информация доставляется во все отделы компании, которая помогает улучшить взаимосвязь между работниками разных отделов и принимать действительные решения [1-2].

Полученные данные могут быть использованы для предотвращения внеплановых простоев, поломок оборудования, давая предприятию работать более эффективно.

При обработке большого неструктурированного количества данных их фильтрация и интерпретация является наиболее важной задачей для предприятия, где особую значимость приобретает правильное представление информации в понятном для пользователя виде [2]. На данный момент на рынке существуют новейшие аналитические платформы, которые предназначены для сбора, хранения и анализа данных о технологических процессах и события в настоящем времени.

Во избежание простоев и для сохранения безопасности на предприятии необходимо внедрение технологий, позволяющих обнаруживать и предвидеть риски. Постоянное наблюдение основных показателей даёт возможность определить проблему и принять необходимые меры для её решения. В современных браузерах существует возможность предоставить информацию о протекание технологических процессов и факторах, оказывающих на них влияния. Оперативный анализ помогает пользователям быстрее находить причины неполадок [3].

Для общения и взаимодействия приборов необходимо использовать один способ. Cisco провели технический анализ, благодаря которому было установлено, что к требованиям сетей нового типа может быть адаптирована технология IP. В данном случае рассматривается связь между разными устройствами, тогда как о едином машинном языке говорить пока не приходится. Следовательно, новые технологии позволяют компаниям разных отраслевых промышленности добиться существенных преимуществ [4].

Топологии сети Интернета вещей

Не все устройства в текущей и в ближайшей перспективе получат прямой доступ в Интернет. Как принято, все устройства подключены в сеть, но эта сеть отличается от традиционного понимания Интернета. Многим устройствам (особенно Интернет вещам) не обязателен постоянный доступ в Интернет, но есть важные аспекты, такие как надёжность соединения и энергопотребление, они выходят на первую роль.

Необходимо отметить, что Интернет вещей может и в целом должен использовать традиционный Интернет для передачи данных и коммуникации, для этого применяют шлюзы.

Топология неотъемлемая часть, так что начнем с неё. Точка-точка (p2p, point-to point) является самым первым соединением. В данной топологи находилось два устройства, но на действительности в сети встречается больше двух устройств [5-7].

Традиционными сетями были (рис. 1):

Кольцо(ring) - все узлы подключены друг за другом, вся информация переходит также друг за другом от одного узла к следующему, проходя до нужного узла. Информацию получают, все узлы, которые встречали при передачи данных. Данные могут двигаться в разном направление кольца.

Линия(line) - Представляется из себя кольцо, у которого изъяли один общий узел. Вся информация переходит в узлы друг за другом между узлами.

Шина(bus) - каждый узел соединен с единым каналом обмена информации и передают, за чистую друг за другом, потому что данные берут подключенные устройства к шине. Из-за чего, проще подключить устройства к данной топологии, но скорость остаётся весьма низкой. Данная топология хорошо подходит для датчиков(RS-485) и низкоскоростной промышленности.

Звезда (star) - многочисленное p2p соединение систематизированным с общим узлом (концентратор). На данной топологии существуют многочисленное число сетей Ethernet, обычно применяются для авторизации ПК. Как результат, это стало неким стандартом для большинства и получило большое распространение, теперь такой стандарт применяют для большинства устройств. Идеальным примером может служить WI-FI. Скорость определяется, для каждого соединения узла и концентратора, а также его способность обрабатывать множество соединений одновременно [8].

Дерево(tree) - особый случай звезды, где узлы дерева могут являться, как и концентратором, так и конечным узлом, а также маршрутизатором. В отличие от звезды вместо концентратора предпочитают ставить коммуникатор, которые знает, кому именно нужно отправить информацию.

Ячеистые сети (mesh network) - данная топология не имеет четкую структуру, т.к. многочисленные узлы могут взаимодействовать между собой. Главное отличие от топологии «Шина» является то, что в данной топологии нет взаимосвязи между любыми двумя устройствами в сети. Сеть характерна, для беспроводных приемопередатчиков. Стоит обратить внимание на свойства данной сети, как самоорганизуемость (возможность автоматически определить топологию сетей и путь передачи данных).

Гибридные сети (hybrid networks) - включает в себя различные топологии. Интернет является гибридной сетью.

Наиболее распространёнными сетями для Интернета вещей являются:

Шина(RS-485)

Звезда (Ethernet, Wi-Fi, BT)

Ячеистые (ZigBee,6LoWPAN,LoRa-mesh и др.).

Рис. 1. Топологии сетей

Важную роль в IoT играет программно-конфигурируемые сети (ПКС), так же известную как SDN.

SDN или программно-конфигурируемые сети относительно новая идея, сформулированная в 2006 году специалистами университетов Стенфорда и Беркли. Суть идеи в том, чтобы разделить процесс передачи и управлениями данными, что в свою очередь позволит повысить эффективность сетевого оборудования и сократить затраты на эксплуатацию сетей. В данный момент, обычный коммутатор Enternet одновременно отвечает за управление и за передачу данных. Пользователь не может повлиять на принятие решений, все задачи берёт на себе встроенное в коммутатор ПО. В случае с SDN, коммутатор отвечает только за передачу данных, а управлением данных занимается отдельное ПО, полностью настраиваемое под требования и нужды пользователя. Это позволяет ускорить работу сети, что в современном мире крайне необходимо, в связи с ростом трафика [9].

Вот мы рассмотрели, что из себя представляют Интернет вещей, какие топологии бываю и как они влияют на скорость передачи информации, для чего служит программно-конфигурируемые сети, какие улучшение они дали.

Не смотря на некоторую сложность работы Интернет вещей, данная технология является перспективной от умного дома, до умного города, нам осталось совсем не много. Данная технология идет быстрым темпам, она очень популяризованная среди обычных людей, которые не увлекаются ИТ-технологиями.

Список литературы

интернет вещь автоматизированный сеть

1. Евдокимов И.В. Кадровое обеспечение внедрения SCADA-систем на предприятиях //.

2. Труды Братского государственного университета. Серия: Экономика и управление. 2005. Т. 1. С. 116-119.

3. Сетевые технологии Интернет вещей [Электронный ресурс] URL: https://habrahabr.ru/company/ericsson_ru/blog/301494/.

4. Евдокимов И.В., Байкалов И.С., Зуденков А.И., Радионов Т.В., Цирюльникова А.М. К вопросу о метриках трудоёмкости разработки мобильных приложений // Фундаментальные исследования. 2017. № 9-1. - С. 54-58.

5. Евдокимов И.В., Красиков В.А., Мартынов Н.Е., Дёмин Г.А. Реестр рисков программного проекта // Качество. Инновации. Образование. 2017. № 6 (145). - С. 65-71.

6. Мищенко А.Е., Кучеров П.И., Грушко А.Т. Интеграционные возможности аппаратных средств учета живой массы животных // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства. 2017. Т. 1. № 10. С. 196-204.

7. Пересунько П.В., Должанская С.А. Реализация и исследование результатов взвешенного прогноза // Современные информационные технологии. - 2016. № 23 (23). С. 52-55.

8. Вахрушева М.Ю., Евдокимов И.В. Разработка программного обеспечения методик расчета показателей качества и надежности информационных систем // Труды Братского государственного университета. Серия: Экономика и управление. 2014. Т. 1. № 1. - С. 192-196.

9. Вахрушева М.Ю., Евдокимов И.В. Показатели качества и надежности программного обеспечения // Труды Братского государственного университета. Серия: Экономика и управление. Т. 1. - С. 155-158.

10. Евдокимов И.В., Вахрушева М.Ю. Надежность информационных систем менеджмента качества // Труды Братского государственного университета. Серия: Экономика и управление. Т. 1. С. 259-261.

Размещено на Allbest.ru