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

  1. 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
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Array of Things [Электронный ресурс]. – URL:  https://arrayofthings.github.io.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Doutta, B. Bilbao-Osorio “The global information technology report 2012. Living in an hyperconnected world” Insight Report, World Economic Forum, 2012.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Территориально-распределенные сети / Инфопелия [Электронный ресурс]. – URL: https://infopedia.su/14x137de.html (Дата обращения 29.08.22).

Интересная статья? Поделись ей с другими: