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: mvaproduct@mail.ru . Организация-заявитель Название организации: ГОУ ВПО Московский технический университет связи и информатики; Адрес: 111024, Москва, Авиамоторная ул., 8а; Адрес электронной почты, страницы в Интернете: mtuci@mtuci.ru , 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 .