автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Устройства мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных

005005748

На правах рукописи

АКСЕНОВ ВЛАДИСЛАВ ЮРЬЕВИЧ

УСТРОЙСТВА МОБИЛЬНОГО МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и

систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-8 ДЕК 2011

Астрахань - 2011

005005748

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «АГТУ»).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Дмитриев Вадим Николаевич

доктор технических наук, профессор, Есауленко Владимир Николаевич

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент, Артемьев Эдуард Аркадьевич

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Защита состоится «27» декабря 2011 г. В 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 307.001.01 при Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, д.16.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного технического университета. Автореферат размещен на сайте университета www.astu.org

Автореферат разослан « 23 » ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Г.А. Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В соответствии с федеральным законом Центральный Банк Российской Федерации (Банк России) решает ряд важнейших экономических задач. Банк России во взаимодействии с Правительством Российской Федерации проводит государственную денежно-кредитную политику, регулирует активность российских и международных банков, устанавливает правила осуществления расчетов, контролирует валютные операции.

На территории Российской Федерации располагаются 80 региональных главных управлений и национальных банков, а также более 1200 расчетно-кассовых центров, объединенных между собой единой телекоммуникационной банковской сетью (ЕТКБС).

ЕТКБС - это единое информационное пространство для всех учреждений ЦБ РФ и других финансовых структур, с помощью которого осуществляются электронные межбанковские расчеты для перевода крупных платежей и функционирует единая система банковского документооборота. Решающую роль при выполнении возложенных на Банк России функций играют информационные технологии, которым необходимо обеспечивать высокий уровень надежности, достоверности и безопасности передачи и обработки информации.

Уровень надежности и безопасности ЕТКБС напрямую зависит от систем мониторинга и управления телекоммуникационными ресурсами каждой финансовой структуры входящий в её состав. В корпоративную сеть финансовой структуры входит Главное Управление Банка России по области и ряд расчетно-кассовых центров городов. Для обеспечения эффективного мониторинга и управления корпоративной сети необходимо использовать мобильные устройства сбора данных и контроля за оборудованием различного назначения ЕТКБС, а также учитывать мобильность инженерного состава по устранению внештатных ситуаций в любой точке корпоративной сети и иметь доступ к системам мониторинга через глобальные сети передачи данных Internet и GSM.

Для реализации этих функций в современных системах мониторинга и управления могут использоваться персональные компьютеры или управляющие модули, реализуемые на базе микроконтроллеров. Достоинством применения компьютеров в распределённых системах мониторинга и управления являются: их универсальность, возможность использования огромного объема разработанного программного обеспечения. Недостатками этого решения являются относительно высокая стоимость аппаратных средств, медленное восстановление после перезагрузки системы, что ограничивает применение в системах реального времени, особенно на нижнем (технологическом) уровне, где необходима очень быстрая реакция системы на определенные события. Также аналогичные системы имеют стационарный режим управления, что ограничивают движения инженера или администратора контролируемых объектов.

Известны в настоящее время устройства, которые позволяют создать мобильный мониторинг и управление по существующим сетям передачи данных, но такие устройства управляются только на уровне субъектов, что делают их полностью зависимыми от инженера или администратора контролируемого оборудования. Второй недостаток - невозможное объединение их в систему для

совместной работы, что снижает эффективность в мобильном мониторинге и управлении.

Результаты диссертационной работы решают данные недостатки в организациях финансовых структур, а также могут широко применяться для мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных в других отраслях деятельности предприятий. Это организации и компании промышленного и технологического производства, ЖКХ, организации системы охраны и контроля доступа, автоматизации зданий и другие. При построении систем мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных организуются датчико-вые системы связи, образуя сенсорную сеть, которая является новейшим направлением беспроводных мобильных систем для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) предприятий, что только повышает актуальность тематики диссертационной работы.

По созданию систем мониторинга и управления занимались отечественные и зарубежные ученые такие как: И.И. Шагурин, A.A. Жданов, Р. Брукс, Л. Жиро и др., однако в этих работах не уделено должного внимания вопросам мобильного мониторинга и управления.

Объектом исследований являются устройства мобильного мониторинга и управления на базе новых или существующих сетях передачи данных предприятия.

Предметом исследования являются методы и схемы функциональных устройств цифровой и вычислительной техники для построения устройств мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности мобильного мониторинга и управление оборудованием различного типа на базе новых или существующих сетях передачи данных предприятия за счет увеличения функциональных возможностей сетевых устройств контроля и сбора данных.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Определение требований к функциональному составу сетевых устройств, обеспечивающих их эффективное использование на различных уровнях распределенной системы мобильного мониторинга и управления;

2. Разработка алгоритма самоорганизации сетевых устройств в сетях передачи данных для совместной работы;

3. Исследование структурных вариантов и электрических схем сетевых устройств для эффективного управления с учетом специфики их применения;

4. Разработка сетевых устройств, комплекта прикладного программного обеспечения и динамического WEB-сервера, обеспечивающих реализацию ряда необходимых функций для мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных;

5. Проведение тестирования разработанных устройств и разработанного программного обеспечения в реальной сети передачи данных;

6. Разработка метода фрактального анализа выходных данных сетевых устройств с целью прогнозирования их динамики, выявления скрытой корреляции, циклов для повышения эффективности мобильного мониторинга и управления.

Методы исследования. Исследования, проводимые в работе, базируются на принципах построения и проектирования функциональных устройств цифровой и вычислительной техники, структурно-функционального и имитационного моделирования, функциональной стандартизации, математического анализа. При разработке программного обеспечения использовался объектно-ориентированный подход.

Научная новизна. Научная новизна данной работы состоит в следующем:

1. Разработаны сетевые устройства, которые самостоятельно организуются в сети передачи данных и создают автоматическую связь с объектами системы мобильного мониторинга и управления;

2. Предложен алгоритм самоорганизации сетевых устройств в новых или существующих сетях передачи данных Ethernet/GSM/Internet.

3. Разработан метод фрактального анализа выходных данных сетевых устройств для повышения эффективности мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

Практическая ценность работы. Практическая ценность данной работы состоит в следующем:

1. Проведен анализ систем мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных;

2. Сформирована база данных современных микроконтроллеров, характеризующая способы быстрого поиска необходимых элементов для разработок микропроцессорных устройств, в том числе для систем мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных;

3. Разработаны принципиальные схемы сетевых устройств;

4. Разработаны программные модули для каждого сетевого устройства с возможностью построения автоматизированных систем мобильного мониторинга и управления на базе новых или существующих сетях передачи данных предприятия.

5. Реализованы действующие макеты сетевых устройств мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных;

6. Разработан метод фрактального анализа выходных сигналов сетевых устройств мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных;

7. Получен патент на полезную модель №80295 «IP Диммер» от 27.01.2009г.;

8. Получен патент на полезную модель №92751 «WEB серверное устройство аудиопредставления информации» от 27.03.2010 г;

9. Результаты диссертационной работы использованы в Главном Управлении Банка по Астраханской области на этапе анализа и проектирования подсистемы мониторинга базовой первичной сети, внедрены в систему мониторинга ООО «Астра Сити», а также в систему управления ООО «ПРОМТЕХСЕРВИС». Использование результатов исследований подтверждается актами о внедрении.

Диссертация выполнена в рамках НИР кафедры «Связь» АГТУ: «Анализ и синтез элементов и устройств информационно-измерительных систем и систем управления» номер гос. per.: 01200406708; «Перспективные высокоскоростные телекоммуникационные системы», номер гос. per.: 01200810269.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференции профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО АГТУ (г. Астрахань, 2008, 2009, 2010 гг.), на Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22» (г. Псков, 2009), на Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (г. Астрахань, 2010). Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный комплекс» У.М.Н.И.К. (г. Астрахань, 2010). Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (г. Астрахань, 2011).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ в научных сборниках (в том числе 1 работа опубликована в журнале, рекомендуемым ВАКом), получегал 2 патента на полезную модель.

Личный вклад автора и роль соавторов. Основные результаты работы, теоретические выкладки, положения и выводы, выносимые на защиту, принадлежат лично соискателю. Роль соавторов в совместных публикациях заключается в следующем: Дмитриеву В.Н. принадлежит постановка задач исследований, Сорокину A.A., - приложение разработанных положений для сенсорных сетей с линейно расположенными объектами, Тушнову A.C. - интерпретация разработанных автором положений в целях их практической реализации в системах сбора данных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит го введения, четырех глав, заключения и приложений. Объем диссертационной работы: 124 страницы. Список использованной литературы содержит 108 наименований. К диссертации прилагаются акты о внедрении результатов исследований и копии описаний полученных патентов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются основные положения, цель и задачи исследования. Определяется научная новизна, практическая значимость.

В первой главе рассматриваются современные автоматические системы мобильного мониторинга и управления сложными объектами, которые имеют распределенную модульную архитектуру, соответствующую технологической структуре объекта автоматизации с выходом в корпоративную сеть или сеть интернет. Данная структура позволяет разделить функции мониторинга и управления между отдельными блоками, что позволяет повысить эффективность работы системы, обеспечить повышение ее надежности, упростить в случае необходимости расширение функциональных возможностей, но является финансово затрачиваемой и сложной распределенной системой управления.

Основные функции обработки поступающей от объектов информации и формирования управляющих сигналов реализуются с помощью универсальных компьютеров с WEB-серверами и специализированных контроллерных моду-

лей, реализуемых на базе микропроцессоров и микроконтроллеров. Выполнение этих функций обеспечивается с помощью прикладного и системного программного обеспечения, состав которого определяется назначением проектируемой системы. При проектировании автоматизированных систем мониторинга и управления, решаются задачи разработки наиболее эффективной структуры, определение состава, выбор и разработка сетевых устройств, создание и отладка необходимого программного обеспечения.

Дается обзор возможных способов решения указанных задач, рассматриваются возникающие при этом проблемы и пути их решения. Рассмотрена современная элементная база для создания электронных устройств, в основу которых входят высокопроизводительные микроконтроллеры.

Как показывает проведенный обзор, для построения различных устройств систем мобильного мониторинга и управления имеется в наличии достаточно эффективная и недорогая элементная база, на основе которой можно реализовать различные варианты аппаратных решений. Для реализации отдельных функций в малобюджетных проектах целесообразно выполнить разработку сетевых устройств и программного обеспечения, реализующих ограниченный объем функций, но имеющих достаточно низкую стоимость, что обеспечит широкие возможности их использования в малобюджетных проектах.

Для эффективного функционирования современных распределенных систем управления требуется использование соответствующего программного обеспечения, которое обычно функционирует под управлением операционных систем реального времени (ОСРВ). Такие ОСРВ имеют высокую стоимость (десятки тысяч долларов) и требуют значительных ресурсов процессора, которыми не обладают многие 8- ми 16-разрядные микроконтроллеры, используемые на уровне технологического управления устройствами и блоками реальных объектов. Поэтому представляется целесообразным разработать программные модули реального времени с WEB-сервером, обеспечивающие эффективное функционирование сетевых устройств, реализованных на базе 8- и 16-разрядных микроконтроллеров, которые широко используются на уровне технологического мониторинга и управления различными устройствами и блоками локально и удаленно.

Вторая глава диссертационной работы посвящена моделированию разрабатываемых устройств для мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных стандарта Ethernet. В качестве примера для моделирования взято устройство «1Р диммер», которое относится к области автоматизации, в частности к системе управлению освещен-ности по сетям передачи данных - Ethernet.

Силовая часть IP диммера выполнена на симисторах, управление которых осуществляет микроконтроллер (рис.1).

i <0 к m п

<D С £ ф I I О. >s о О

& £ Е £ 1 ° т S X го а)

£ I О 5 С е го 5

х - о

Рисунок 1 - Структурная схема

Устройство принимает данные по TCP протоколу, и в зависимости от полученной информации меняет углы «отсечки» на симисторах, последние в свою очередь изменяют углы фаз напряжения на силовых нагрузках.

Виртуальное Ethernet устройство по управлению силовой нагрузкой по IP сетям реализовано на графическом языке программирования LabView с использованием сетевого компонента ТСР-сокета - главного интерфейса между устройством (сервером) и программном обеспечением (клиентом) (рис. 2). Для визуального отображения состояния работы устройства дополнительно введены вольтметры, индикатор изменения напряжения на нафузках и окно приема TCP-пакетов (рис. 3).

Вт —

Рисунок 2 - Сетевой блок схемы виртулького устройства «1Р ДИММЕР»

Программная часть клиента и сервера имеет модуль сохранения времени всех передающих и принимающих команд соответственно (табл. 1). Таким образом, есть возможность не только наблюдать за функционированием виртуального устройства, но и проводить математический анализ его работы.

Таблица 1 - Значения TCP пакетов «Клиента» и «Сервера»

№ TTL

пакета Клиент Сервер (ms)

1 123 123 30

2 124 124 32

3 125 125 2S

4 126 126 17

5 127 127 20

6 12S 12S 22

7 129 129 32

S 246 246 30

9 247 247 19

10 248 24S 19

11 249 249 19

12 250 250 2S

As пакета Клиент СерЕер TTL (ras)

13 251 251 30

14 252 252 30

15 253 253 29

16 254 254 19

17 255 255 19

IS 0 0 19

19 1 1 IS

20 2 2 2.2

21 3 3 26

22 4 4 30

23 5 5 19

24 6 6 27

На базе полученных данных вычислим линейный коэффициент корреляции:

Rx у

соу(ху) ахау

f= 1;

0)

где хну- значение TCP - пакетов клиента и сервера соответственно.

Рисунок 3 - Виртуальное Ethernet устройство по управлению силовой нагрузкой по IP сетям.

Из таблицы переданных/принятых TCP пакетов видно, что значения одинаковые и соответственно коэффициент корреляции равен 1, т.к. протокол TCP является транспортным протоколом с гарантийной доставкой пакетов. Из таблицы видно, что протокол TCP был правильно настроен и функционировал на 100 %.

Разработан алгоритм взаимодействия сетевых устройств для совместной работы в системах мониторинга и управления. Алгоритм объединяет сетевые устройства в датчиковую сеть на базе сетей передачи данных Ethernet. Таким образом организована система управления на уровне объектов, что позволяет частично или полностью отказаться от оператора в данной системе.

После подключения сетевых устройств в сеть передачи данных Ethernet, происходит автоматический поиск устройств себе подобных (схема 1). Поиск осуществляется по маске (первые 3 байта) MAC - адреса:

АА-ВВ-СС-хх-хх-хх

Следующие 3 байта являются идентификатором сетевого устройства.

Схема 1- Алгоритм поиска каждого сетевого устройства Каждое сетевое устройство в сети формирует у себя в памяти список доступных других себе подобных устройств. Список и элементы управления доступны через \*/ЕВ-браузер, с помощью которого настраивается режимы работы каждого сетевого устройства. Алгоритм совместной работы изображен на схеме 2. После формирования списка доступных сетевых устройств, происходит организация системы мониторинга и управления на уровне объектов. Запуск \¥ЕВ-сервера производит инициализацию устройства, и в окне браузера появляются функциональные элементы выбранного сетевого устройства. В зависи-

мости от функционального значения, программируется данное устройство, действия которого зависят от выходных данных другого сетевого устройства, например датчика температуры. Таким образом, создается автоматизированная система мобильного мониторинга и управления с доступом с любой точки корпоративной сети предприятия.

Схема 2 - Алгоритм объектного управления Третья глава посвящена разработке структуры и электрической схемы универсального сетевого модуля на базе современного 8-разрядного микроконтроллера с RISC-архитектурой (рис. 4). Выбор RISC-архитектуры обусловлен тем, что широкий набор команд и способов адресации в микроконтроллерах этого класса существенно облегчает пользователям создание эффективных прикладных программ на языке С++. Достаточно высокая производительность процессора (16 миллионов операций/с) и значительный объем внутренней памяти (128 Кбайт репрограммируемой Flash-гамяти) позволяет использовать его для реализации широкого набора алгоритмов управления объектами различного назначения.

На сетевых устройствах, реализованных в составе разработанного универсального модуля (Ether-mod) - датчики, цифровые интepфeйcы(UART> Ethernet), web сервер, таймерные блоки, 8-разрядный АЦП с 6 каналами ввода аналоговых сигналов, 8 двунаправленных линий приема-выдачи цифровых данных, последовательный интерфейс RS-232 обеспечивают широкие возможности для создания сбора данных и контроля оборудования различного назначения.

Наличие эффективных средств программирования-отладки упрощает и ускоряет процесс создания необходимого программного обеспечения. Комплект разработанного для данного модуля прикладного и системного программного обеспечения описан в главе 3 диссертации и представлен код лис-

тинга в приложении 2 и 3 - программы для приема передачи данных по последовательному каналу и по сети ЛВС Ethernet соответственно.

Рисунок 4 - Структурная схема универсального сетевого модуля

Универсальный модуль Ether-mod, состоит из Ethernet - контроллера W5300 со встроенным ТСРЯР стеком и микроконтроллера Atmegal28 с функциями Web-cepeepa, позволяющий организовывать удаленные процессы измерения и контроля для встраиваемых устройств по сети на основе Ethernet.

На базе данного модуля разработаны следующие сетевые устройства для сбора данных и контроля:

1. «1Р диммер» - представляет собой темнитель света - Диммер, который регулирует уровень напряжения на световом оборудовании, а также выполняет его включение или выключение. Имеется свой порт, IP адрес, посредством которых управляется устройство. Диммер имеет 5 каналов мощностью до 1 кВт каждый (рис. 5). Микроконтроллер работает в режиме считывания данных с UART порта Ethernet модуля. В зависимости от значения регистра UDR, формируется последовательность импульсов с определенной фазой для управления оптосимисторами (МОС), которые в свою очередь меняют "угол отсечки" у симисторов (Т). Вследствие чего, меняется интенсивность свечения сценических ламп или другого светового оборудования. Синхронизацию с сетевым напряжением выполняет компаратор микроконтроллера (AIN0).

Микроконтроллер работает в режиме считывания данных с UART порта Ethernet модуля. В зависимости от значения регистра UDR, формируется последовательность импульсов с определенной фазой для управления оптосимисторами (МОС), которые в свою очередь меняют "угол отсечки" у симисто-ров(Т). Вследствие чего меняется интенсивность свечения сценических ламп или другого светового оборудования. Синхронизацию с сетевым напряжением выполняет компаратор микроконтроллера (AIN0).

Программа по управлению устройством выполнена на визуальном языке программирования Builder С++ с применением функции int WSAStartup (WORD wVersionRequested, LPWSADATA IpWSAData)", которая вызывает библиотеку WinSock 2.0 - интерфейс сетевого программирования.

(IMTO)PD2

(IW1)PD3

<XCK/T0)PD4

VCC

GND

XTALl/TOSC1)PE XTAL2/TOSC2JPE (TI)PDS (AIN0)PD6 (AIN1)PD7 <ICP)PBO

PC5(ADC5/SCL PC4(ADC4/SDA PC3(ADC3 PC2(ADC2 PC1(ADC1 PCO(ADCO GND AREF > AVCC

PB5(SCK PB4(MIS0; P33(MOSI/OC PB2(SS/OC1 В PB1(0C1A

Etlier-iucxl

LAN

Рисунок 5 - Принципиальная схема IP диммера

Щ № №птжг Control

IP Dimmer Control |

127.0.0.1

ox 2 4% 88% 45X I00*j

С2Л pp g]

j- i I i ж

N i hj Uj LJ ,

ном 1Р адресом и портом (см. рис. 6). Если устройство включено и находится в сети, программа установит с ним связь и будет готова начать передачу команд управления силовыми нагрузками, иначе сообщит, что устройство в сети не обнаружено.

Интерфейс программы состоит из строки ввода адреса 1Р диммера и поля из пяти «бегунков», которые регулируют уровень действующего напряжения на нагрузках.

2. «1Р-термодатчик». Устройство представляет собой электронный датчик температуры с ЕШсгпй-выходом. Используется для контроля температуры окружающей среды (помещение, улица), оборудования (питающие устройства, преобразователи напряжения, радиаторы, двигатели и т.д.). В зависимости от значения температуры, программное обеспечение выдает команду на заранее запрограммированное действие (убавить, прибавить, включить, выключить сплитсисте-му, кондиционер и т.п.).

3. «1Р датчик влажности». Устройство представляет собой электронный датчик влажности с ЕЛеп\е1-иыходом. Имеется свой порт, 1Р адрес, посредст-вам которых управляется устройство (задать значение влажности срабатывания

Рисунок 6 - Интерфейс программы 1Р Диммер»

регулятора) и IP адрес удаленного ПК, на который отсылается значения регистрируемой влажности датчиком.

4. «IP датчик дыма». Устройство представляет собой электронный датчик задымленности с Ethernet-выходом. Имеется свой порт, IP адрес посредст-вам которых управляется устройство (задать уровень дыма для срабатывания сигнализации или другого исполнительного устройства). Содержит IP адрес удаленного ПК na который отсылается значения регистрируемого уровня дыма датчиком. IP датчик задымленности позволит построить собственную систему пожаробезопасное™. Каждый датчик в системе контролируется, следовательно, в случае его неисправности легко обнаруживается в здании и заменяется на новый. Большинство современных систем пожарной сигнализации не обладают данной функцией, поэтому централизованно определить неисправность датчика дыма невозможно. Единственный способ - это визуальный осмотр каждого датчика в здании, на наличие светящегося индикатора.

5. «IP пускатель». Устройство представляет собой электронный выключатель' нагрузки сетевого напряжения (220/380 В) с Ethernet-входом. Имеется свой порт, IP адрес, посредствам которых управляется устройство (включить/выключить нагрузку). IP пускатель позволит удаленно включать или отключать нагрузку в сети как ручным способом, так и автоматическим (по расписанию, в зависимости от показаний IP датчиков и т.д.).

Каждое сетевое устройство содержит в себе WEB - сервер, что делает возможным управление ими с любого компьютера, например из браузера Internet Explorer, который входит в состав операционной системы Windows.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований разработанных устройств. Произведена проверка передачи данных по TCP и UDP протоколам, которая проходила между учебными корпусами АГТУ В одном находился «IP Диммер», в качестве нагрузки использовались пять ламп накаливания мощностью 75 Вт. В другом корпусе находился IP термодатчик и ПК с программным обеспечением. Оба сетевых устройства и ПК были подключены х локальной вычислительной сети предприятия.

Тестирование прошло успешно, в реальном времени изменяли интенсивность свечения ламп, вкл\выкл и принимали показания температуры воздуха в аудитории. В зависимости от показания IP термодатчика, включалась лампа. Задержка на передачи команды не наблюдалась. Управление яркостью ламп производилось ПК с написанным программным обеспечении на языке Builder С++. Скорость реакции сетевых устройств составило меньше одной миллисекунды, при этом общая загрузка сети составляла 25-30%.

Для повышения эффективности мониторинга и управления целесообразно использовать методику фрактального анализа измерительных сигналов сетевых устройств. Экспериментально установлено, что временные ряды данных, полученные от сетевых устройств мониторинга, обладают фрактальными свойствами (самоподобие, самоаффинность, фрактальная размерность), что даёт возможность прогнозировать их динамику, выявлять скрытые корреляции, циклы и т.п. Фрактальная размерность напрямую связана с показателями Гельдера, которые в свою очередь определяются с помощью вейвлетов. Такая взаимо-

связь наводит на мысль о возможности анализа основных параметров фрактальных сигналов (ФС) с помощью вейвлет-преобразования (ВП). Под анализом сигнала имеется в виду не только его чисто математическое преобразование (в частности, ВП), но и получение на основе этого преобразования выводов о специфике соответствующего сигнала (процесса) или объекта.

Суть ВП одномерного сигнала состоит в его разложении по базисной функции посредством масштабных изменений и переносов. Элементом базиса ВП является хорошо локализованная функция, быстро стремящаяся к нулю вне небольшого интервала, что позволяет провести локализованный анализ сигнала. ВП автоматически обладает подвижным частотно-временным окном, узким на малых масштабах и широким на больших.

Для обработки ФС сформируем фрактальный вейвлет (ФВ) на основе гиперболической зависимости между масштабным коэффициентом а и амплитудой вейвлета 170. Такая зависимость приводит к масштабной инвариантности сигналов, в рассматриваемом случае составляющих вейвлетов, участвующих в формировании ФВ.

Рассмотрим вейвлет обработку на примере ФС и ФВ, полученных на основе нулевых и первых гомеоморфных составляющих сигнала и вейвлета. Для этого случая математические выражения для фрактальных сигнала и вейвлета имеют вид:

где Ы= 1; к = 2; 110 = 5; а = 0,2; Ъ =-4; -3,99;...;4.

В выражении (3) значение -1 позволяет провести инверсию ФВ. Вейвлет обработка сводится к вычислению скалярного произведения сигнала и вейвлета с последующим интегрированием этого произведения

ОД - IV (г,Ь)<И\ (4)

Сравнительный анализ показывает, что в данном случае в результате вейвлет обработки осуществляется качественное выделение ФС на выходе вейвлет фильтра, позволяющее достаточно эффективно проанализировать локальные участки ФС. Рассмотрим возможности вейвлет обработки аддитивной смеси фрактального сигнала и шума.

Вейвлет обработка сводится к непрерывному вейвлет преобразованию, которое представляет собой скалярное произведение аддитивной смеси фрактального сигнала и шума и базисных функций (вейвлетов)-

(5)

где Ц' - восстановленный в результате вейвлет обработки ФС, (? - верхний предел суммирования.

Вейвлет обработка фрактальных сигналов позволила эффективно провести визуальный анализ структуры сигналов в целом, а также их локальных участков (областей) с целью выявления искажения сигнала. При вейвлет обработке фрактальных сигналов происходило сглаживание шума и эффективное выделение сигнала.

(2) (3)

V к"'

Рассмотрены варианты использования готовых линий связи (сетей GSM, Internet MeshLogic) для сбора данных и управления оборудованием различного типа:

1. Увеличение мобильного диапазона для систем мониторинга и управления;

2. Создание децентрализованной системы управления (доступ с любой точки сети передачи данных);

3. Повышение вероятности нахождения неисправности в системе;

4. Создание полной диагностики оборудования;

5. Уменьшение финансовых затрат.

Актуальность применения данного подхода позволит создавать резервные каналы передачи данных и производить полноценную работу для мобильного мониторинга и управления оборудованием различного типа.

Заключение содержит перечень основных научных результатов, полученных при выполнении диссертационной работы.

Основные результаты работы

В результате проведенных исследований разработаны устройства для повышения эффективности мобильного мониторинга и управление оборудованием различного типа на базе новых или существующих сетях передачи данных предприятия за счет увеличения функциональных возможностей сетевых устройств контроля и сбора данных.

При этом полностью решены задачи, поставленные в данной работе:

1. Определены требования к функциональному составу сетевых устройств, обеспечивающих их эффективное использование на различных уровнях распределенной системы мобильного мониторинга и управления. С учетом данных требований разработаны структура и принципиальные схемы универсального модуля и сетевых устройств, изготовлены действующие макеты этих устройств и проведены их испытания;

2. Разработан алгоритм самоорганизации сетевых устройств в сетях передачи данных для совместной работы по созданию автоматизированной системы мобильного мониторинга и управления с доступом с любой точки корпоративной сети предприятия;

3. Разработаны структурные варианты и электрические схемы сетевых устройств, которые являются достаточно универсальными, так как содержат необходимый базовый набор компонентов и рбеспечивают возможности расширения функций путем подключения дополнительных компонентов и блоков. Разработанные структурные и схемотехнические решения можно использовать как базовые для разработки на их основе различных модификаций управляющих модулей с учетом специфики их конкретного применения;

4. Разработан комплект прикладного программного обеспечения, обеспечивающий реализацию ряда стандартных функций: удаленный опрос датчиков, удаленное управление объектом, обеспечение приема-передачи данных по каналу RS-232, работу в сетях GSM/Internet и Meshlogic;

5. Проведено тестирование разработанного программного обеспечения с помощью действующих макетов сетевых устройств;

6. Разработан метод фрактального анализа выходных данных сетевых устройств с целью выявления искажения, выделения основного сигнала и сглаживания шума, а также прогнозирование динамики сигнального ряда, обнаружение скрытой корреляции, циклов для повышения эффективности' мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

Результаты диссертации могут быть использованы при разработке систем мониторинга и управления различного назначения. Предполагается их применение для реализации различных проектов в ряде организаций промышленного и технологического производства, ЖКХ, организации системы охраны и контроля доступа, автоматизаций зданий и другие. Разработанные устройства и аппаратно-программные средства планируются использовать в учебном тоо-цессе АГТУ. р

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в журналах по перечню ВАК

1. Аксенов В.Ю. Виртуализация функционирования Ethernet устройства по управлению силовой нагрузкой в существующих IP сетях. / Вестник Астрахан. гос. техн. ун-та. №4 _ Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010.

Публикации в других изданиях

2. Аксенов В.Ю. Тушнов A.C. Считывание коммунальных услуг по GSM системе / Сб. научных трудов аспирантов и соискателей АГТУ <Наука. Поиск-2007/08>, Астрахань, АГТУ. -2008.

3. Аксенов В.Ю. Тушнов A.C. Система по сбору данных и управлению оборудованием различного типа по сети Ethernet / Сб. научных трудов аспирантов и соискателей АГТУ <Наука. Поиск-2007/08>, Астрахань, АГТУ -2008.

4. Аксенов В.Ю., Сорокин A.A., Дмитриев В.Н. Сенсорные сети для линейно расположенных объектов / Инновационные технологии и управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010" [Текст]: материалы Международной научной конференции 11-14 мая 2010 г.: в 3 т. / сост. И.Ю. Петрова.- Астрахань: "АГУ", 2010. Т.1. - 206 с. (С. 87-89).

5. Аксенов В.Ю. Способ параллельного фрактального анализа временных рядов / Всероссийская научная конференция профессорско-преподавательского состава АГТУ (55 ППС 25-30 апреля 2011 г. Астрахань - 2011).

Регистрация интеллектуальной собственности

6. Патент РФ на полезную модель № 80295 «IP Диммер» от 27.01.2009 г.

7. Патент РФ на полезную модель № 92751 «WEB серверное устройство аудиопредставления информации» от 27.03.2010 г.

Подписано в печать 23.11.11 г. Тираж 100 экз. Заказ № 822 Типография ФГБОУ ВПО «АГТУ», тел. 61-45-23 г. Астрахань, Татищева 16ж.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЩАЯКТУРА, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ МОБИЛЬНОГО МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Общая структура сетей передачи данных.

1.2. Микроконтроллеры для систем мобильного мониторинга и управления.

1.3. Программное обеспечение современных систем сбора данных и управления.

1.4. Выводы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ РАЗЛИЧНОГО ТИПА В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.

2.1. Варианты построения универсального модуля для реализации сетевых устройств.

2.2. Критерии выбора функционального состава универсального модуля

2.3. Моделирование устройства^ мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных Ethernet.

2.4. Методы и средства разработки и отладки программного обеспечения для сетевых устройств на базе Ethernet-модуля.

2.5. Варианты применения сетевых устройств- системах мониторинга и управления в сетях передачи данных.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. АПАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОБИЛЬНОГО МОНИТОРИНГА ИУПРАВЛЕНИЯ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.

3.1. Структура и функции сетевых устройств.

3.2. Сетевые датчики для мобильного мониторинга.

3.2.1. IP-термодатчик.

3.2.2. IP-датчик влажности.

3.2.3. IP-датчик задымленности.

3.3. Сетевые исполнительные устройства для мобильного управления.

3.3.1. IP-пускатель.

3.3.2. IP-диммер.

3.3.3. IP-контроллер последовательного порта (RS-232).

3.3.4. WEB-серверное устройство аудио-представления информации.

3.4. Выводы.

4.1. Анализ работы реальных сетевых устройств на основе вейвлет-преоборазования фрактальных сигналов.

4.2. Оценка эффективности применения универсального Ethernet-модуля.

4.3. Расширение функциональных возможностей сетевых устройств на основе объед инения сетей передачи данных разного типа.

4.3.1. GSM.

4.3.2. Сенсорные сети Meshlogic.

4.3.3. Алгоритмы фрактального анализа временных рядов в системах мониторинга сенсорных сетей.

4.1 Выводы.

В соответствии с Федеральным Законом Центральный банк Российской Федерации (Банк России) решает ряд важнейших экономических задач, в числе которых проведение государственной денежно-кредитной политики, регулирование активности российских и международных банков, установление правил осуществления расчетов, контроль валютные операции.

На территории Российской Федерации расположено 80 региональных главных управлений и национальных банков и более 1200 расчетно-кассовых центров, объединенных между собой единой телекоммуникационной банковской сетью (ЕТКБС). ЕТКБС - единое информационное пространство для всех учреждений ЦБ РФ и других финансовых структур, с помощью которого осуществляются1 электронные межбанковские расчеты для перевода крупных платежей и функционирует единая система банковского документооборота. Решающую роль при выполнении возложенных на Банк России функций играют информационные технологии, которым необходимо обеспечивать высокий уровень надежности, достоверности и безопасности передачи и обработки информации.

Уровень надежности и безопасности, ЕТКБС напрямую зависит от систем мониторинга и управления телекоммуникационными ресурсами каждой финансовой структуры входящий в её состав. Финансовая структура - это распределенная корпоративная сеть, в состав которой входит Главное управление Банка России по области и ряд расчетно-кассовых центров городов. Для обеспечения эффективного мониторинга и управления корпоративной сетью необходимо использовать мобильные устройства сбора данных и контроля за оборудованием различного назначения ЕТКБС, а также учитывать мобильность инженерного состава таким образом, чтобы работа по устранению внештатных ситуаций могла осуществляться в любой точке корпоративной сети и имелся доступ к системам мониторинга через глобальные сети передачи данных Internet и GSM.

Для реализации этих функций в современных системах мониторинга и управления могут использоваться персональные компьютеры или управляющие модули, реализуемые на базе микроконтроллеров. Достоинством применения компьютеров в распределённых системах мониторинга и управления является их универсальность, возможность использования огромного объема разработанного программного обеспечения. К недостаткам этого решения относятся довольно высокая стоимость аппаратных средств, медленное восстановление системы после перезагрузки, что ограничивает применение в системах реального времени, особенно на нижнем (технологическом) уровне, где необходима очень быстрая реакция системы на определенные события. Также аналогичные системы имеют стационарный режим управления, что ограничивает деятельность инженера или администратора контролируемых объектов.

В* настоящее время известны устройства, которые позволяют создать мобильный мониторинг и управление телекоммуникационным оборудованием по существующим сетям передачи данных, но такие устройства управляются только на уровне субъектов, что делает их полностью зависимыми от инженера или администратора контролируемого оборудование. Второй недостаток - невозможность их объединения в систему для* совместной работы, что также снижает эффективность мобильного мониторинга и управления. Результаты диссертационной работы позволяют устранить данные недостатки не только в организациях финансовых структур, они также могут широко применяться для мобильного мониторинга и управления по сетям передачи данных в других отраслях деятельности предприятий, например в организациях и компаниях промышленного и технологического производства, ЖКХ, организациях системы охраны и контроля доступа, автоматизации зданий и др. При построении систем мобильного мониторинга и управления оборудованием по сетям передачи данных организуются датчиковые системы связи, образуя сенсорную сеть, которая является новейшем направлением беспроводных мобильных систем для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) предприятий, что только повышает актуальность тематики диссертационной работы.

Созданием систем мониторинга и управления занимались отечественные и зарубежные ученые, такие как И.И. Шагурин, A.A. Жданов, Р. Брукс,.Л. Жиро и др., однако в их работах не уделено должного внимания вопросам мобильного мониторинга и управления.

Объектом'исследования* являются устройства мобильного мониторинга, и управления телекоммуникационным оборудованием на базе новых или существующих сетей передачи данных предприятия.

Предметом« исследования являются методы, и схемы, функциональных элементов цифровой« и вычислитёльной техники, для построения устройств мобильного мониторинга и управления по сетям передачи данных.

Цель т задачи исследования: Целью работы является, повышение: эффективности мобильного мониторинга и управление:, оборудованием? различно го ти на на базе новых или существующих сетях передачи« данных; предприятия за счет увеличения;- функциональных возможностей! сетевых устройств контроля и сбора данных.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Определение требований к функциональному составу сетевых устройств, обеспечивающих их эффективное использование; на различных уровнях распределенной?системы мобильного мониторинга и управления.

2. Разработка алгоритма самоорганизации сетевых устройств в сетях передачи данных для. их совместной работы.

3.Исследование структурных вариантов и электрических схем сетевых устройств для; эффективного управления по сетям передачи данных с учетом специфики их применения.

4. Разработка: сетевых устройств, комплекта прикладного программного обеспечения и динамического WEB-сервера,, обеспечивающих реализацию функций для мобильного мониторинга и управления по сетям передачи данных.

5. Проведение тестирования разработанных устройств и программного обеспечения в реальной сети передачи данных.

6. Разработка метода фрактального анализа выходных данных сетевых устройств с целью прогнозирования их динамики, выявления скрытой корреляции и циклов для повышения эффективности мобильного мониторинга и управления.

Методы исследования. Исследования; проводимые в работе, базируются на принципах построения и проектирования функциональных устройств цифровой и вычислительной техники; структурно-функционального и. имитационного моделирования, функциональной, стандартизации, математического анализа: При разработке программного обеспечения использовался-объектно-ориентированный подход:

Научная новизна«данной работы состоит в следующем:

1. Разработаны сетевые устройства, самостоятельно организующиеся в сети передачи1 данных и-создающие автоматическую связь с объектами, системы мобильного мониторинга и управления;

2: Предложен - алгоритм > самоорганизации сетевых устройств в новых или существующих сетях передачи данных Е&ете^ОЗМЛгЛегпей

3. Разработан метод фрактального анализа выходных данных сетевых устройств для повышения эффективности мобильного мониторинга, и управления в сетях передачи данных.

Практическая ценность работы:

1. Проведен анализ систем мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

2. Сформирована база данных современных микроконтроллеров, характеризующая способы быстрого поиска необходимых элементов для разработок микропроцессорных устройств, в том числе для систем мобильного мониторингаи управления в сетях передачи данных.

3. Разработаны принципиальные схемы сетевых устройств.

4. Разработаны программные модули для каждого сетевого устройства с возможностью построения автоматизированных систем мобильного мониторинга и управления телекоммуникационным оборудованием на базе новых или существующих сетей передачи данных предприятия.

5. Выполнены действующие макеты сетевых устройств: мобильного мониторинга и управления в се тях передачи данных;

6. Получен патент на полезную модель №80295 «IP-диммер» от 27.01.2009г.; ' •,

7: Получен патент. Hat полезную? моделью №9275 К «WEB-серверное: устройство аудиопредставления информации» от 27.03.2010 г;

8. Результаты диссертационной работы использованы в Главном управлении; банка по Астраханской области- на- этапе анализами; проектирования-подсистемы мониторинга базовой» первичной; сети,. внедрены в. сис-. тему мониторинга ООО «Астра Сити», а также в систему управления ООО «Г1РОМТЕХСЕРВИС». Использование результатов исследований подтверждается актами о внедрении.

Диссертация выполнена в рамках НИР кафедры «Связь» АГТУ: «Анализ , и синтез элементов и; устройства информационно-измерительных систем и систем управления» номер гос. per.: 01200406708; «Перспективные высокоскоростные телекоммуникационные системы», номер гос. per.: 01200810269:

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференции профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «АГТУ» (Астрахань, 2008, 2009; 2010), Международной на^ной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22» (Псков, 2009), Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (Астрахань, 2010), Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный комплекс» У.М.Н.И.К. (Астрахань, 2010), Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (Астрахань, 2011).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ в научных сборниках (в том числе 1 работа опубликована в журнале, рекомендуемым ВАКом), получены 2 патента на полезную модель.

Личный' вклада автора» и роль соавторов. Основные результаты работы, теоретические выкладки, положения и выводы, выносимые на защиту, принадлежат лично соискателю. Роль соавторов в,совместных публикациях заключается в следующем: В.Н. Дмитриеву принадлежит постановка задач исследований, A.A. Сорокину — приложение разработанных положений для сенсорных сетей, с линейно расположенными объектами, A.C. Тушнову - интерпретация-разработанных автором положений в целях их практической реализации в системах сбора данных.

Структура и объем* работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Объем диссертационной работы: 124 страницы. Список использованной литературы, содержит 108 наименований. К диссертации прилагаются акты о внедрении результатов исследований и копии описаний полученных патентов.

выводы, выносимые на защиту, принадлежат лично соискателю. Роль соавторов в совместных публикациях заключается в следующем: В.Н. Дмитриеву принадлежит постановка задач исследований, A.A. Сорокину - приложение разработанных положений для сенсорных сетей с линейно расположенными объектами, A.C. Тушнову — интерпретация разработанных автором положений в целях их практической реализации в системах сбора данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Уровень надежности и безопасности сетей передачи данных напрямую зависит от систем мониторинга и управления телекоммуникационными ресурсами каждой структуры предприятия входящий в её состав. Для обеспечения эффективного мониторинга и управления в корпоративных сетях необходимо использовать мобильные устройства сбора данных и контроля за оборудованием различного назначения предприятия, также учитывать мобильность инженерного состава по устранению внештатных ситуаций в любой точке корпоративной сети и иметь доступ к системам мониторинга через глобальные сети передачи данных Internet и GSM.

Для реализации этих функций в современных системах мониторинга и управления могут использоваться персональные компьютеры или управляющие модули, реализуемые на базе микроконтроллеров. Достоинством применения компьютеров в распределённых системах мониторинга и управления являются: их универсальность, возможность использования огромного объема разработанного программного обеспечения. Недостатi ками этого решения являются относительно высокая стоимость аппаратных средств, медленное восстановление системы после перезагрузки, что ограничивает их применение в системах реального времени, особенно на нижнем (технологическом) уровне, где необходима очень быстрая реакция 1 системы на определенные события. Также аналогичные системы имеют стационарный режим управления, что ограничивает действия инженера или администратора контролируемых объектов.

В настоящее время известны устройства, которые позволяют создать мобильный» мониторинг и управление по существующим сетям передачи данных, но такие устройства управляются только на уровне субъектов, что

120 .V делает их полностью зависимыми от инженера; или администратора, контролируемого оборудования. Второй; недостаток — невозможное объединение их в систему для совместной работы, что снижает эффективность мобильного мониторинга и управления.

Общим результатом* работы, явилась разработка; комплекса универсальных аппаратных и. программных модулей, позволяющих с минимальными« затратами реализовать .различные; варианты, мобильного мониторинга и управления по сетям; передачи данных, которые могут быть использованы в организациях^ финансовых структур и в научно-исследовательских учреждениях; также; в^организацшшш компанияхпромышленного:^ тех-нологипзеского производства^системыюхраныш контроля доступа,, автоматизации! зданий; ЖКХ, и предприятиях при выполнении проектов, имеющих ограниченный объем финансирования:

Объектом« исследования« работы; были< устройства? мобильного монит торинга и управления телекоммуникационным оборудованием на базе новых или; существующих. сетей; передачи данных предприятия: Предметом исследования являлись методы? ш схемы; функциональных устройств цифг ровой и вычислительной техники для;построения (изготовления) устройств мобильного мониторинга^ управленияпоюетямлередачиданных.

Для достижения поставленной в работе цели .решены следующие задачи: ■ . '.'"■.•■'• '

1. Определены требования к функциональному составу сетевых устройств, обеспечивающих их эффективное использование на различных уровнях распределенной системы мобильного мониторинга и управления.

2. Разработан алгоритм самоорганизации сетевых устройств в: сетях передачи данных для совместнотработы: • ' ' 121 ; '

3. Исследованы, структурные варианты и электрические схемы сетевых устройств для-эффективного управления с учетом специфики их применения.

4. Разработаны сетевые устройства^, комплекты прикладного программного обеспечения; и динамические \№ЕВ-сервера, обеспечивающие реализацию ряда необходимых: фунедий для; мобильного мониторинга и управления' в сетях передачи? данных; .Проведено тестирование:1 разработанных устройств и разработанного программного обеспечения в реальной сети передачи данных.

5. Разработан метод фрактального- анализа выходных: данных сетевых устройств с целью прогнозирования их; динамики, выявления,-скрытой, корреляции; циклов для повышения эффективности мобильного: мониторинга и управления; ;

Исследования, проводимые в работе, базировались 11а принципах построения и проектирования функциональных устройств цифровой; и - вычислительной техники, структурно-функционального?>'ш. имитационного моделирования, функциональной стандартизации, математического анализа. При разработке программного обеспечения, использовался объектно-ориентированный подход.

Научная новизна данной работы состояла в следующем:

1. Разработаны сетевые устройства; которые самостоятельноюргани-зуются в сети передачи данных и создают автоматическую связь с объектами системы мобильного мониторинга и управления.

2. Предложен алгоритм самоорганизации сетевых устройств в новых или существующих сетях передачи данных ЕШегпе^ОЗМЛтегпег.

3. Разработан метод фрактального анализа выходных данных сетевых устройств для повышения эффективности мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

Практическая ценность заключается в следующем:

1. Проведен анализ систем мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

2. Сформирована база данных современных микроконтроллеров, характеризующая способы быстрого поиска необходимых элементов для разработок микропроцессорных устройств, в том числе для систем мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

3. Разработаны принципиальные схемы сетевых устройств.

4. Разработаны программные модули для каждого сетевого устройства с возможностью построения автоматизированных систем мобильного мониторинга и управления на базе новых или существующих сетей передачи данных предприятия.

5. Выполнены действующие макеты сетевых устройств мобильного мониторинга и управления в сетях передачи данных.

6. Получен патент на полезную модель №80295 «IP-диммер» от 27.01.2009г. (Приложение 4).

7. Получен патент на полезную модель №92751 «WEB-серверное устройство аудио-представления информации» от 27.03.2010 г. (Приложение №4);

8. Результаты диссертационной работы использованы в Главном управлении банка по Астраханской области на этапе анализа и проектирования подсистемы мониторинга базовой первичной сети, внедрены в систему мониторинга ООО «Астра Сити», а также в систему управления ООО «ПРОМТЕХСЕРВИС». Использование результатов исследований подтверждены справками о внедрении (Приложение 4).

Диссертация выполнялась в рамках НИР кафедры «Связь» АГТУ: «Анализ и синтез элементов и устройств информационно-измерительных систем и систем управления» номер гос. per.: 01200406708; «Перспективные высокоскоростные телекоммуникационные системы», номер гос. per.: 01200810269.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференции- профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «АГТУ» (Астрахань, 2008, 2009, 2010 гг.), на Международной ' научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22» (Псков, 2009), на Всероссийской научной конференции, «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (Астрахань, 2010), Международной научно-практической-конференции «Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный^ комплекс» У.М.Н.И.К. (Астрахань, 2010), Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (АСТИНТЕХ) (Астрахань, 2011).

По результатам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ в 1 научных сборниках (в том числе 1 работа опубликована в журнале, рекомендуемым ВАКом), получены 2 патента на полезную модель.

1. Аксенов, В.Ю. Виртуализация функционирования Ethernet-устройства по управлению силовой нагрузкой в существующих IP сетях /

2. B.Ю. Аксенов // Вестник АГТУ № 4 Астрахань: Изд-во АГТУ, 2010. - С. 95-98.

3. Аксенов, В.Ю: Система по сбору, данных и управлению оборудованием различного типа по сети Ethernet / В.Ю.Аксенов, A.C. Тушнов // Сб. научных трудов аспирантов и соискателей АГТУ «Наука. Поиск-2007/08». Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. -С.146-151.

4. Аксенов; В.Ю. Считывание коммунальных услуг по.GSMсистеме / В.Ю. Аксенов, A.C. Тушнов^ // Сб. научных трудов аспирантов и соискателей АГТУ «Наука. Поиск-2007/08». — Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008.-С. 151-154.

5. Александров, Е.К. Микропроцессорные системы /I

6. Е.К. Александров, Р.И. Грушвицкий, М.С. Куприянов и др. СПб.: Политехника, 2002. - 935 с.

7. Амато, Вито. Основы организации сетей Cisco: том 2. : Пер. с англ./В. Амато. М. : Издательский дом «Вильяме», 2002. - 464 с.

8. Архангельский, А.Я. Программирование в С++ Builder 6 / А.Я. Архангельский. М.: Издательство «БИНОМ», 2003. - 1152 с.

9. Астафьева, Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения / Н.М. Астафьева // УФН. 1996. - № 11. - С. 1145-1170.

10. Ахметов, М. 16-разрядные микроконтроллеры. Часть 1 / М. Ах-метов // Chip News. Новости о микросхемах. — 2000. — №5. — С.3-11.

11. Ахметов, М. 16-разрядные микроконтроллеры. Часть 2/ М. Ахметов // Chip News. Новости о микросхемах. 2000. - №7. - С.2-10.

12. Баскаков, С.С. Беспроводная система мониторинга состояния строительных конструкций /С.С. Баскаков // Беспроводные технологии. -2010. — №3. С.32-36.

13. Баскаков, С.С. Беспроводные системы сбора данных на базе радиочастотных модулей ML-Module-Z / С.С. Баскаков // Встраиваемые системы. 2009. - №1. - с.43-49.

14. Баскаков, С.С. Встраиваемые модули MeshLogic для построения1 беспроводных сенсорных сетей / С.С. Баскаков// Встраиваемые системы: -2009. №3 - С.17-23.

15. Баскаков, G.C., Беспроводные сенсорные сети на базе платформы MeshLogic / С.С. Баскаков, В.И: Оганов- // Электронные компоненты. — 2006.-№8.-С. 65-69.

16. Биняковский, А. А. Лучшие конструкции «Радиолюбителя» / A.A. Биняковский. Минск: ЗАО «Радиолюбитель», 2006. — 282с.

17. Богатырев, А.Ю., Комплекс дшь управления физическими объектами / А.Ю: Богатырев; В.Р.Матвейкин, С.В.Фролов // Промышленные АСУ и »контроллеры. 1999. - №6. - С. 13-15. .

18. Бродин, В.Б. Системы>на* микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, A.B. Калинин. М.: ЭКОМ, 2002. - 400 с.

19. Бродин, В.Б.! Технология проектирования микропроцессорных контроллеров /В.Б. Бродин // Электроника и компоненты. — 1997. №1. -С.8-9. - №2. - С.7-9.

20. Бродин, В.Б., Микроконтроллеры: архитектура, программирование, интерфейс / В.Б. Бродин, И:И. Шагурин. М.: ЭКОМ, 1999. - 400 с.

21. Бродин, В.Б., Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, A.B. Калинин. М.: ЭКОМ, 2002. - 400 с.

22. Варгаузин, В., Радиосети для сбора данных от сенсоров, мониторинга и управления на основе стандарта ШЕЕ 802.15.4 / В. Варгаузин // Телемультимедиа. 2005. - №6(34). - С. 23-29.

23. Варгаузин, В., Сетевая технология ZigBee / В. Варгаузин // Телемультимедиа. 2005. - №6(34). - С.12-18.

24. Верин, JI. Низкопотребляющие микроконтроллеры Texas Instruments семейства MSP430 /Л. Верин // Компоненты и технологии. — 2000: — №3. С. 34-35.

25. Веселов,' А. Микроконтроллеры фирм Holtek и Philips Semiconductor / А. Веселое, В. Лымарь // Электронные компоненты. 2004. — №7. — С. 75-83.

26. Виснадул, Б.Д. Основы компьютерных сетей / Б.Д. Виснадул. -М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФА-М, 2007. 272 с.

27. Воробьев, Е. Рука полная ядер /Е. Воробьев // Электронные компоненты. 2002. - №5. - С. 51-54.

28. Гладпггейн, М.А. Микроконтроллеры семейства Z86 фирмы ZILOG /М.А. Гладпггейн. М.: ДОДЭКА, 1999. - 96 с.28: Горбунов, Н.Б. Встраиваемая ОС как основа успеха / Н.Б. Горбунов // Автоматизация в промышленности. — 2004. — №3. — С.38^40 .

29. Датчик влажности MiniCap2 Электронный ресурс. — Режим'доступа: http://www.hleb.net/humidity/sensor/ index.html, свободный.

30. Датчики от Voltree Power сберегут леса в целости и сохранности Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.ladoshlci.com. свободный.

31. Демьянов, A.B. От встраиваемой операционной системы к встраиваемой «Платформе» /A.B. Демьянов //Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. - №4. -С. 87-91.j

32. Демьянов, А.В. От встраиваемой операционной системы к встраиваемой «Платформе» /А.В. Демьянов //Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. - №7. - С. 98-103.33: Джамса, К. 1001 совет по C/C++ /Пер. с анг./ К. Джамса. М.: Изд-во МАРТ, 1997. - 784с.

33. Джонсон М. Харт. Системное программирование в среде Windows, 31е-изд.: Пер? с; англ: /М. Харт Джонсон. — М.: Изд; дом «Вильяме», 2005.-592с. ' , ' •.■■'' ■ '■

34. Дремин, И.М. Вейвлеты и их использование / ИМ. Дремин, О.В Иванов; В.А. Нёчитайло // УФН. 2001. - № 5. С. 465-501.

35. Евстифеев, A.B. Микроконтроллеры AVR.семейств Tiny и Mega фирмы «ATMEL» 7 А.В. Евстифеев: — М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2004. 560с. . ::. , \ . ; :

36. Емелин, А. RISC-микроконтроллеры с процессорным ядром ARM. Часть 1 /А. Емелин, И. Шагурин // Chip News. Инженерная микроэлектроника. 2002. - №6. - С. 34-40.

37. Емелин, A. RISC-микроконтроллеры с процессорным ядром ARM. Часть 2 /А. Емелин, И. Шагурин // Chip News. Инженерная микроэлектроника. 2002.— №7 — С.56-62. ■

38. Емелин, А. Микроконтроллеры с архитектурой MCS51 /А. Емелин // Электронные компоненты: 2002. -№4; - С. 33-37.

39. Жданов, А.А. Операционные* системы реального времени; /Ai.А: Жданов^ Il PCWeek: 1999> - №?8: -С:5-9^ :

40. Жданов, А.А. Современный взгляд на ОС реального времени /А.А. Жданов // Мир компьютерной автоматизации. 1999. - № 1.— С. 54-61.42. ' Зайцев, А. Восьмиразрядные микроконтроллеры Winbond /А. Зайцев // Компоненты и технологии. — 2004. — №2. — С. 98—100.

41. Запара, А. Новые 16-разрядные микроконтроллеры фирм Infineon и STMicroelectronics /А. Запара // Электронные компоненты. 2002. -№5. С. 96-98.

42. Карабуто А. Сенсорные сети: как скоро?' Электронный ресурс. — Режим-доступа: http://www.computerra.ru/, свободный:

43. Кашкаров, А.П. Электронные датчики /А.П. Кашкаров. М.: Наука и техника, 2008. - 288 с.I

44. Кобахидзе, Ш. Инструментальные средства разработкой отладки микроконтроллерных систем / ПР. Кобахидзе // Электронные компоненты. 2002. - №5. - С. 126-130.

45. Кобахидзе; ИГ. Средства разработки и- отладки для однокристальных микроконтроллеров» ЯП. Кобахидзе, А. Тамазов // Chip News. -1996. — №2. С.37-43.

46. Козаченко, В.Ф: Микроконтроллеры. Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров. Intel MCS-96/296 во встроенных системах управления,/ В.Ф. Козаченко. М.:ЭКОМ, 1997. - 688с.

47. Костиневич, В:В. «Дирижер» — программно-технический комплекс нового поколения/В .В. Костиневич //Промышленные АСУ и контроллеры. 1999. - №2. - С.6—9.

48. Кривченко И. AVR-микроконтроллеры: семь ярких лет становления. Часть 2 / И1 Кривченко; Е. Ламберт,' Р. Золотухо // Компоненты' и технологии. 2004. - №2. - С. 120-12.

49. Кривченко, И: AVR-микроконтроллеры: семь ярких лет становления. Часть 1 / И: Кривченко, Е. Ламберт // Компоненты и технологии. — 2004. — №1. — С.69—73.

50. Кривченко, И. Микроконтроллеры общего назначения для встраиваемых приложений производства Atmel Corp / И. Кривченко // Электронные компоненты. 2002. - №5. - С. 69-73.

51. Кульгин, М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия / М. Кульгин // СПб.: Питер, 2000. 704 с.

52. Кульгин, М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия // М. Кульгин. СПб: Питер, 2000. - 704 с.

53. Ламброу, Т. Применение вейвлет преобразования к обработке медицинских сигналов и изображений / Т. Ламброу, А. Линней // Компьютера'. 1998. - № 8. - С. 50- 51.

54. Лобур, М.В. Використання пакетних вейвлепв для визначення ознак розшзнавання мовних сигнал1в / М.В: Лобур, Ю.В. Лисак // Зб1рник наукових працьТПМЕ НАН Украши: К.: 1ПМЕ, 2005. - Вип. 315. -С. 41 -46.

55. Маргелов, А. 16-разрядные микроконтроллеры MSP430» компа-нюгTexas Instruments /А. Маргелов // Электронные компоненты. 2002. -№5.-С. 93-95:

56. Мун, Ф. Хаотические колебания: Вводный-курс для научных работников и инженеров: Пер. с англ. /Ф. Мун: — Ml: Мир, 19901 — 312 с. ,

57. Мэлоун, Д. Администрирование сетей. Пер с англ. / Д: Мэлоун. -М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2007. 320«с.

58. Нерода, В:В. Однокристальные микроЭВМ MCS-51. Архитектура / В.В. Нерода, В.Э. Турбинский, Е.Л. Шлыков. — М.: Диджитал Компоненте, 1995. 164с.

59. Новиков Л.В. Основы вейвлет-анализа сигналов. СПб.: ООО «МОДУС+», 1999. - 152 с.1

60. Обзор Ethernet-модулей. Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.efo.ru/doc/Wiznet/Wiznet.html, свободный.

61. Олифер, Н. Роль коммуникационных протоколов-и функциональное назначение основных типов оборудования корпоративных- сетей /

62. Н. Олифер, В. Олифер // Центр информационных технологий. — М., 2000. — 405 с.

63. Оптоэлектронный датчик дыма Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.qrz.ru/schemes/ contribute/constr/smoke.shtml.свободный.

64. Патент РФ на полезную модель № 80295 «IP-диммер» от 27.01.2009г.

65. Пащенко, Р.Э. Основы теории формирования фрактальных сигналов / Р.Э. Пащенко. — X.: НЭО «ЭкоПерспектива», 2005. 296 с.

66. Переберин, A.B. Вейвлеты в компьютерной графике / < A.B. Переберин // Компьютера. 1998. - № 8. - С. 52-53.

67. Ремизевич, Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений: от общих подходов — к семействам НС05 и НС08 фирмы Motorola / T.B. Ремизевич. М.: ДОДЭКА, 2000. - 272с.

68. Семейство микропроцессоров Motorola Power PC // Мир компьютерной автоматизации. 2003. — №1. — С. 68-72.

69. Смит, Дж. Сопряжение компьютеров с внешними устройствами. Уроки реализации: Пер. с англ. / Дж. Смит. М.: Мир, 2000. - 266 с.

70. Соловьев, А. Однокристальные системы сбора данных семейства ADuC8xx /А. Соловьев // Компоненты и технологии. — 2000. — №3. — С. 36-37.

71. Торопов, Д. Новые микроконтроллеры с ядром ARM7 компании Analog Devices /Д. Торопов // Электронные компоненты. 2004. - №7. -С. 4-85.

72. Турин, А. Перевозчиков П. Программно-инструментальные средства разработки и отладки/ А.Турин, П. Перевозчиков // Электронные компоненты. 2004. - №7. - С. 97-99.

73. Федер, Е. Фракталы /Е. Федер. М.: Мир, 1991. - 254 с.

74. Фленов М.Е. Сетевое программирование. WinSockAPI. — СПБ.: БХВ-Петербург, 2006.,-336с.: ил.

75. Шагурин ИЖ Современные микроконтроллеры и микропроцессоры Motorola / И.И. Шагурин. — М.: Горячая линия Телеком, 2004. -952с.

76. Шагурин, И.И. ColdFire семейство 32-разрядных интегрированных микропроцессоров' производства Motorola /И.И. Шагурин // Компоненты и технологии. - 2004. - №4. — С. 90—96.

77. Шагурин; И.И. Коммуникационные контроллеры семейства Ро-werQUICC / И.И. Шагурин // Электронные компоненты. — 2004. — №5. — С. 85-91.

78. Шагурин, И.И. Коммуникационные контроллеры фирмы Motorola / И.И. Шагурин // Инженерная микроэлектроника. 1998. — №2. — С.2— 14.

79. Шагурин, И.И! Микроконтроллеры, интегрированные процессоры и гибридные DSP-процессоры компании FreeScale Semiconductor / И.И. Шагурин, В.В. Белецкий // Электронные компоненты. — 2004. — №7. -С.57-63.

80. Шагурин, И.И. Семейство 68HCS12 новое поколение 16-разрядных микроконтроллеров компании Motorola / И.И. Шагурин, М.О. Мокрецов // Компоненты и технологии. — 2004. — №2. — С. 106-112.

81. Шагурин; И.И. Семейство 8-разрядных микроконтроллеров, 68НС08/908 фирмы Motorola // И.И. Шагурин, М.О. Мокрецов // Электронные компоненты. — 2003. №7. - С. 79-84.

82. Юдин; А. Новое семейство микроконтроллеров компании STMi-croelectronics / А. Юдин // Электронные компонен ты. — 2004. — №7. — С. 8689. : У У ' ;'■■.-'■' ■ '

83. Яценков, B.C. Микроконтроллеры Microchip / B.C. Яценков. — М.: Горячая линия — Телеком, 2002. 296 с. V

84. Hanoi П. Ionization, yield of г radiations;^ II: The fluctuations of the number of ions. Phys. Rev., 72.,- pp: 26-29. -1947. . •

85. Fano U. Ionization yield of radiations. II. The; fluctuations of the number of ions. Phys. Rev., 56. pp. 34-39.-1953. : , ,91ii: Hurst H^E;:Eongrteraistorage:capacity of reservoirs: //• Trans. Amer. Soc. Civil Engineers 116. pp. 770-799. -1951,

86. Hurst H: E. Long-term storage capacity ofreservoirs. // Trans. Amer. Soc. CivilEngineersT 17.-pp. 490-523.-1956. ■'; ' :'93: ICs for Communications; ISDN Exchange Power Controller IEPC РЕВ 2025 //Siemens 1992. 21 p. '

87. ICs for. Communications. ISDN PC Adapter Circuit 1PAC PSB 2115 Version 1.1// Siemens 1996. -- 34 p. . ; .95. . Lowen S.B: and Teich M.C. Fractal Renewal Processes Generate 1/f Noise // Phys. Rev. E47, 1993.

88. I ,ynxOS User's Guide // Lynx Real-Time Systems. San Jose, 1998. 355p. •''■''.

89. Open Source Development Lab (OSDL) Projects // OSDL SW.,2002.

90. Paxson V. and Floud S. Wide Area traffic: The Failure of Poisson Modeling // IEEE/ACM Transactionson Networking. 1995. V. 3. N 3.

91. Peng C.-K., Havlin S., Stanley H.E., Goldberger A.L. Quantification of scaling exponents and crossover phenomena in nonstationary heartbeat time series // Chaos. Vol. 5. - 1995. - pp. 82.

92. Qiong Li, David L. Mills. On the long-range dependence of packet round-trip delays in Internet // Processings of IEEE ICC'98. 1998. V. 2.

93. Ryn B. and Lowen S. Point process models for self-similar Network Traffic, with applications // Stochastic Models. 1998. -N 14. - C. 34-41.

94. SIM Technology Company. Document Title: SIM300C AT Commands Set, 2006-12-04; Version: 1.06'.

95. SIM Technology Company. Document Title: SIM300C Hardware Interface Description, 2006-01-23, Version: 01.01.

96. SIM Technology Company. Document Title: SIM300C Hardware Interface Description, 2010-02-03, Version: 02.03.

97. Vx Works Reference Manual 5.4 // WindRiver. Alameda, C A, 2001.- 1583p.

98. Vx Works Reference Manual 5.6 // WindRiver. Alameda, C A, 2002.- 161 lp.

99. Wilinger W., Taqqu M.S., Sherman R. and Wilson D.V. Self-similarity through High-Variability: Statistical Analysis of Ethernet Lan Traffic an the Source Level // IEEE/ACM Transactions on Networking. 1996. V.

100. Wilinger W., Taqqu M:S., Sherman R. and Wilson D.V. Self-similarity through High-Variability: Statistical Analysis of Ethernet Lan Traffic an the Source Level // IEEE/ACM Transactions on Networking. 2000. V.