УДК 004
Алгоритмы и методы разработки территориально-распределительных информационных сетей
Янаева Марина Викторовна – кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой Информационных систем и программирования Кубанского государственного технологического университета.
Пискленов Олег Станиславович – студент кафедры Информационных систем и программирования Кубанского государственного технологического университета.
Аннотация: В данной статье поднимается проблема того, что большинство городов не являются развитыми в плане наличия территориально-распределительных информационных сетей. Данные сети помогут в улучшении городской среды. В первую очередь рассматриваются сенсорные сети, которые представляют из себя сети, соединяющие всевозможные интеллектуальные датчики в различных средах и сегментах. Далее же к этим сетям можно подключать различное оборудование, чтобы расширить их функционал до информационного. К примеру, можно считывать информацию о температуре по всей предполагаемой территории, передавать ее на устройства и выводить на информационное табло.
Ключевые слова: Сенсорные сети, умные города, управление земельными ресурсами, обмен данными, территориально-распределительные информационные сети.
В настоящее время управление земельными ресурсами должно идти в ногу с экологическими и социальными преобразованиями городов. Поэтому необходимо улучшить обмен информацией в режиме реального времени между различными заинтересованными сторонами. Одним из решений является получение данных не только дистанционным зондированием, но и сенсорными сетями, распределенными по территории. Таким образом, информация разрабатывается с несколькими связями, и может быть достигнуто более разумное управление городами. Однако пока нет стратегии распределения датчиков, и это часто приводит к избытку не связанных между собой данных. Поэтому важно проектировать сети в соответствии с особенностями территории, на которой они расположены. Эта цель может быть достигнута при изучении инфраструктурных, культурных и функциональных аспектов городов.
Цель этой работы – предложить метод планирования более подходящих сенсорных устройств в городе с точки зрения типологии, сферы применения и размещения, а также создания интегрированных сетей с учетом инфраструктурных, культурных и функциональных аспектов городов и потребностей конечных пользователей.
Территориально-распределенные сети обеспечивают те же преимущества, что и локальные, но при этом позволяют охватить большую территорию. Обычно для этого используется коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN, Public Switched Telephone Network) с соединением через модем или линии высокоскоростной цифровой сети с предоставлением комплексных услуг (ISDN, Integrated Services Digital Network). Линии ISDN часто применяются для передачи больших файлов, например содержащих графические изображения или видео [16].
Встраивая в базовые локальные сети функциональность территориально-распределенных сетей, реализуемую с помощью модема или сервера удаленного доступа, можно выгодно использовать технологии внешних коммуникаций, в том числе: передачу и прием сообщений с помощью электронной почты (e-mail); доступ к Internet.
Тем самым можно сказать, что мы получим сложную территориально-распределенную информационную систему, которая будет включать в себя сенсорную сеть связанную с информационной сетью. Ярким примером может служить распределение датчиков температуры на конкретных территориях, где нужен постоянный учет температурных показателей. Далее данные датчики подключаются к серверу, который будет связывать их с устройствами по выдаче информации (табло, экраны, смартфоны). Тем самым получим сложную сеть, которая разбита на сектора, но информацию по секторам можно получить на разных устройствах и в любом месте.
На городские районы приходится большая часть экологических ресурсов и энергопотребления. Для того, чтобы сделать городские процессы более эффективными с энергетической точки зрения, были спроектированы и созданы более интеллектуальные инфраструктуры и устройства [1]. Города и территории представляют собой сложные структуры, в которых окружающая среда, деятельность человека и эволюционные процессы в городах всегда взаимосвязаны и оказывают взаимное влияние.
Доступные в настоящее время технологии увеличили возможности связи и обмена данными, расширив пространство и сократив задержки и расстояния [2, 3]. Поэтому необходимо, чтобы руководство было в состоянии управлять и поддерживать происходящие в городах изменения. В этом контексте возрастает важность коммуникационных и информационных систем о земле и окружающей среде, а также интероперабельности между различными заинтересованными сторонами [4].
В соответствии с этим проект будущего зондирования и Умный город устанавливает широкое использование широко распространенной сети датчиков наряду с интегрированной системой обмена данными в режиме реального времени. Непосредственность коммуникации является наиболее важным аспектом инновационного управления городом. Это напрямую поддерживает устойчивость самого города, увеличивая способность находить новое равновесие в городской экосистеме после изменений [5]. “Будущее города не изменится значительно по внешнему виду”, но датчики и технологии дадут возможность оптимизировать действия и процессы экономической, социальной и экологической точек зрения [6]. Люди, городские и территориальные элементы являются центральными узлами сетей: их можно рассматривать как датчики, процессоры, информацию и обмен данными одновременно. Данные получаются с помощью различных типов устройств и немедленно подключаются и организуются в географическую базу данных, чтобы знать, что происходит внутри города, чтобы понять взаимное влияние событий, а также предвидеть и надлежащим образом задействовать будущие потребности. Чтобы сделать эти действия эффективными, датчики должны быть широко и разумно расположены на территории, и они должны быть взаимосвязаны, чтобы отправлять собранные данные в центральную информационную систему, где они будут доработаны. Одним из самых последних примеров интерактивных сенсорных сетей является так называемый чикагский проект “Array of things”. [7]. Он состоит из большого количества модульных сенсорных коробок распространяется по всему городу Чикаго, собирая данные в режиме реального времени об окружающей среде, инфраструктуре и деятельности города для научных исследований и общественного использования. За последние несколько лет многие другие города разработали и внедрили системы, способные собирать огромное количество данных о жителях и городской среде, но исследователи “Множества вещей” стремятся сделать Чикаго лидером в исследованиях функционирования современных городов [8]. Однако в таком городе, как Чикаго, легче достичь этой цели. чем в других местах. Чикаго является хорошим примером хорошо развитого города с точки зрения технологических инноваций, экономического положения и географического положения [9]. В других местах инновации и цифровизация не так удобны, как в Чикаго, о чем сообщается в Отчете о глобальных информационных технологиях для Южные страны Европейского союза – Португалия, Испания, Италия и Греция [10]. Отставание этих стран в плане технологического и экономического развития вызвано слабым функционированием политической и нормативно-правовой среды, неподходящая инфраструктура, отставание в развитии эффективных образовательных и инновационных систем.
Кроме того, часто проекты, реализованные в конкретных контекстах, воспроизводятся в других городах, несмотря на различные социальные и структурные особенности и потребности, приводящие к неэффективным или неподходящим действиям. Большой объем несвязанных или избыточных данных и отсутствие эффективных соединений между датчиками и Центрами обработки данных являются двумя наиболее часто возникающими рисками, когда распределение датчиков не планируется. Кроме того, необходимо учитывать вторжение людей в частную жизнь во время сбора данных [11]. В дополнение к этому следует учитывать потребности заинтересованных сторон и возможности городов по адекватной поддержке технологических инноваций . Было проведено множество исследований с целью оптимизации надежности сетей, времени обработки устройств и объема данных, передаваемых между сенсорным узлом и конечными пользователями [12, 13]. Кроме того, были разработаны различные алгоритмы и системы для размещения датчиков и настройки сетей [14, 15]. Однако глобальный подход к проектированию интеллектуальных сетей городов все еще остается потерянным. Этот подход должен быть применен до математической оптимизации распределения датчиков и должен учитывать специфические особенности контекста, в котором расположена сеть. Это позволило бы разработать различные и подходящие стратегии для интеграции различных аспектов Умного города путем установления взаимосвязей, существующих между городскими подсистемами [5].
Список литературы
- P. Hancke, B. de Carvalho e Silva, and G.P. Hancke Jr. “The role of advanced sensing in smart cities” / Sensors, vol. 13, pp. 393-425, 2013
- Chourabi, N. Taewoo, S. Walker, J.R. Gil-Garcia, S. Mellouli, K. Nahon, T.A. Pardo, H.J. Scholl. “Understanding smart city: an integrative framework” / In: Proceedings of the 45th Hawaii International Conference on System Science (HICSS), 2289-2297, TBD Maui, HI, USA, January 2012.
- Odendaal “Information and communication technology and local governance: understanding the difference between cities in developed and emerging economies” / Computers, Environment and Urban Systems, vol. 27(6), pp. 585-697, 2003.
- Borga “Geomatic city sensing, città, reti, sensori e tempo reale. Tecnologie e approcci innovativi per conoscere e governare il territorio” / GEOmedia, vol 15, pp. 10-13, 2012.
- Mattoni, F. Gugliermetti, F. Bisegna “A multilevel method to assess and design the renovation and integration of smart cities” / Sustainable Cities and Society, vol. 15, pp. 105-119, 2015.
- Carlo Ratti “The "Sensing" City Is the Future of Urbanism” / Metropolis Magazine, December 2014 [Электронный ресурс]. – URL: https://metropolismag.com/viewpoints/the-sensing-city-is-the-future-of-urbanism.
- Array of Things [Электронный ресурс]. – URL: https://arrayofthings.github.io.
- Heinzmann “New sensor will scoop up “big data” on Chicago” / Chicago Tribune, June 2014 [Электронный ресурс]. – URL: http://articles.chicagotribune.com/2014-06-20/news/ct-big-data-chicago#20140621_1_cell-phone-data-big-data-sensors.
- Pletz “How Chicago became one of the nation's most digital cities” / Chicago Business, September 2015 [Электронный ресурс]. – URL: http://www.chicagobusiness.com/article/20120915/ISSUE01/309159977/how-chicago-became-one-of-the-nations-most-digital-cities.
- Doutta, B. Bilbao-Osorio “The global information technology report 2012. Living in an hyperconnected world” Insight Report, World Economic Forum, 2012.
- Ko, K. Bae, S.H. Kim, and K.J. An “A study on the security algorithm for contexts in smart Cities” / International Journal of Distributed Sensor Networks, vol. 2014, 2014.
- Ly, P. Yang “eCOTS: efficient and cooperative task sharing for large-scale smart city sensing application” / International Journal of Distributed Sensor Networks, vol. 2014, 2014.
- I.M. Mohamed, W. Wu, M. Moniri “Data reduction methods for wireless smart sensors in monitoring water distribution systems” / 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, CCWI2013, Procedia Engineering, vol. 70, pp. 1166-1172, 2014.
- Kansal, W. Kaiser, G. Pottie, M. Srivastava, and G. Sukhatme “Reconfiguration methods for mobile sensor networks” / ACM Trans.Sens.Netw., vol. 3, No. 4, October 2007.
- Osmani “Design and evaluation of two distributed methods for sensors placement in wireless sensor networks” / Journal of Advances in Computer Research, vol. 2, No. 1, pp. 13-26, February 2011.
- Территориально-распределенные сети / Инфопелия [Электронный ресурс]. – URL: https://infopedia.su/14x137de.html (Дата обращения 29.08.22).