Содержание к диссертации
Введение
1. Принципы имитационного моделирования сосредоточенных комплексов радиоэлектронных средств 16
1.1. Принципы статистического имитационного моделирования сосредоточенных комплексов РЭС 16
1.2. Модели на основе финитных устойчивых распределений 28
1.3. Основные особенности технологии сосредоточенных комплексов РЭС 42
1.3.1. Основные технические характеристики технологии Bluetooth 49
1.3.2. Основные технические характеристики технологии Zigbee 55
1.4. Выводы 57
2. Прогнозирование и анализ электромагнитной безопасности сосредоточенного комплекса радиоэлектронных средств в интеллектуальном жилище 59
2.1. Математическая имитационная модель структуры неионизирующего ЭМИ, создаваемого комплексом РЭС 59
2.2. Интеллектуальное жилище как вариант реализации поставленной задачи 64
2.3. Анализ нормативной базы по обеспечению электромагнитной безопасности 75
2.4. Результаты СИМ и оценка электромагнитной безопасности сосредоточенного комплекса РЭС 80
2.5. Выводы 97
3. Результаты экспериментальных исследований уровней электромагнитных полей в помещении, создаваемых внутренними источниками 98
3.1. Экспериментальное исследование уровней ЭМП, создаваемых генератором шума в помещении 98
3.1.1. Аппроксимация экспериментальных гистограмм с помощью одномерного устойчивого закона 104
3.2. Экспериментальное исследование уровней ЭМИ, создаваемых РЭС технологии Bluetooth 109
3.2.1. Сравнение электромагнитной безопасности РЭС технологии Bluetooth с РЭС стандартов GSM и DECT 112
3.3. Особенности проведения измерений уровней ЭМП в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц 118
3.3.1. Реализация способа повышения метрологической точности при проведении экспертизы безопасности по ЭМИ РЭС различного назначения в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц 122
3.3.2. Экспериментальное исследование современных большеразмерных видеодисплейных терминалов 125
3.4. Выводы 132
Заключение 135
Список литературы
- Основные особенности технологии сосредоточенных комплексов РЭС
- Основные технические характеристики технологии Bluetooth
- Интеллектуальное жилище как вариант реализации поставленной задачи
- Экспериментальное исследование уровней ЭМИ, создаваемых РЭС технологии Bluetooth
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена рассмотрению круга вопросов, связанных с анализом и прогнозированием электромагнитной безопасности для окружающей среды сосредоточенных комплексов радиоэлектронных средств (РЭС).
Актуальность темы диссертации. Стремительное развитие инфокомму-никационных систем (ИКС) в современном мире ведет к тому, что вопросы
обеспечения безопасности РЭС по фактору неионизирующего электромагнитного излучения (ЭМИ) приобретают возрастающую значимость. Среди перспективных беспроводных ИКС массового применения в последние годы все большую популярность приобретают комплексы маломощных цифровых РЭС (мощность передатчика от 1 до 100 мВт), сосредоточенных на заданной терри-тории, которые обеспечивают обмен информацией по радиоканалу. Такие комплексы РЭС получили название «беспроводные персональные сети» (WPAN -Wireless Personal Area Network) и «беспроводные сенсорные сети» (WSN -Wireless Sensor Network). Технологии WPAN и WSN получают распростране-ниє в различных областях (системы безопасности и оборона, газо- и нефтедобыча, энергетика, транспорт, мониторинг окружающей среды, жилищно-коммунальная сфера, медицина и т.д.), где необходимы сбор и оперативная обработка большого объема данных и их последующая высокоскоростная передача. Одним из характерных примеров является использование сосредоточенных комплексов РЭС в качестве инфокоммуникационной основы для реализации концепции «интеллектуального здания» или «интеллектуального жилища» (ИНЖ).
Концепция ИНЖ предполагает создание ИКС управления зданием (квар-
тирой, офисом), которая объединяет все инженерные системы (охранно-пожарной сигнализации, безопасности, электроснабжения, освещения и др.) с целью обеспечения гибкого управления ИНЖ, экономного расходования ресурсов, а также создания комфортной и безопасной среды обитания внутри его по-
мещений. Одновременно приходится учитывать, что РЭС как компоненты ИНЖ в процессе работы будут создавать в окружающем пространстве ЭМИ (в диапазоне радиочастот) и электромагнитные поля (ЭМП) - на частотах ниже 3 кГц, негативно воздействующие как на работоспособность других ИКС, так и на здоровье людей, проживающих в ИНЖ (проблема обеспечения электромагнитной совместимости и экологической безопасности РЭС).
Сосредоточенные комплексы РЭС являются сложными динамическими системами, которые функционируют в условиях существенной априорной неопределенности и случайным образом воздействуют на широкие и разнородные массы людей (биорецепторами ЭМИ и ЭМП являются население, производственный персонал, пользователи услуг ИКС), поэтому задача оценки их электромагнитной безопасности ведет к необходимости использования таких разделов современной науки, как теория вероятностей (ТВ), математическая статистика, а также метода статистического имитационного моделирования (СИМ).
С точки зрения теории моделирования и объекты (комплексы РЭС), и особенно субъекты (биорецепторы) воздействия ЭМИ и ЭМП организованы на-столько сложно, что адекватное (с необходимой степенью достоверности) математическое описание их и исследование традиционными способами невозможно. В данной ситуации метод СИМ является эффективным (а зачастую и единственно применимым на практике - в сочетании с экспериментальными
методами) средством исследования объектов различной степени сложности - в том числе обладающих малой прецедентной базой, закрытых, проектируемых и т.д.
Изложенное позволяет считать тематику диссертации, связанную с анализом и прогнозированием электромагнитной безопасности сосредоточенных комплексов РЭС и других излучающих элементов (компонентов) ИНЖ с применением метода СИМ и экспериментальных измерений, актуальной и важной - как в теоретическом, так и в практическом плане.
Состояние вопроса. Проблеме обеспечения электромагнитной безопас-ности окружающей среды посвящены публикации А. Бузова, В. Романова, В. Кубанова, О. Маслова, Ю. Сподобаева, Л. Агафонова, Ю. Кольчугина, М.Рудакова. Создателями современной теории сложных систем являются Т. Саати, Т. Нейлор, Дж. Форрестор, К. Шеннон, М. Месарович, И. Такахара, П. Джексон, а также В.Глушков, А. Берг, Н. Бусленко, Н. Моисеев, Д. Голенко.
В настоящее время за рубежом имеется достаточно большое количество публикаций по тематике сосредоточенных комплексов маломощных РЭС (технологии WPAN и WSN). Здесь следует отметить работы таких ученых, как I. Akyildiz, D. Culler, J. Kahn, R. Katz, A. Woo и др. Тем не менее, на сегодняшний день в открытой печати отсутствуют комплексные монографические или научно-квалификационные работы, посвященные вопросам исследования электромагнитной безопасности сосредоточенных комплексов маломощных РЭС в составе ИНЖ (технологии WPAN и WSN).
Значительный вклад в изучение ПТ ТВ и свойств предельных распределений (в том числе принадлежащих семейству устойчивых законов) внесли А. Ляпунов, П. Леви, А. Хинчин, Б. Гнеденко, А. Колмогоров, В. Золотарев, И. Ширяев, С. Рачев, Г. Самородницкий, В. Учайкин и другие отечественные и зарубежные ученые.
При проведении исследований с применением метода СИМ автор опирался на работы О. Маслова, Э. Димова, М. Кустовой, Т. Цвилия, посвященные развитию теории и практики применения СИМ с использованием финитных устойчивых моделей.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является анализ и прогнозирование электромагнитной безопасности сосредоточенных комплексов РЭС (WPAN и WSN) и других излучающих элементов ИНЖ в интересах защиты окружающей среды. Достижение этой цели обеспечивается путем постановки и решения следующих задач:
анализ основных аспектов технологий персональных и сенсорных сетей - с точки зрения их использования при проектировании и обеспечении безопас-ности ИНЖ по фактору ЭМИ;
создание имитационной модели сосредоточенного комплекса РЭС в составе ИКС для управления ИНЖ с применением метода СИМ на основе устойчивых распределений (финитных устойчивых моделей);
разработка пакета прикладных программ для моделирования результатов функционирования сосредоточенного комплекса РЭС в интересах обеспечения безопасности ИНЖ по фактору ЭМИ с применением финитных устойчивых моделей;
исследование с помощью метода СИМ безопасности по ЭМИ разных вариан-
тов реализации концепции ИНЖ с применением сосредоточенного комплекса РЭС, входящих в состав ИКС для управления ИНЖ;
- экспериментальное исследование уровней ЭМИ, создаваемых РЭС, входя
щими в состав ИКС для управления ИНЖ, с целью подтверждения право
мерности использования разработанных моделей для анализа и прогнозиро
вания безопасности ИНЖ по фактору ЭМИ.
Методы исследования. Выполненные исследования базировались на методах ТВ и математической статистики, организации и планирования научного
эксперимента.
Научная новизна работы и личный вклад автора.
Новизна полученных диссертантом научных результатов заключается в следующем:
- при анализе и прогнозировании безопасности по фактору ЭМИ сосредото
ченных комплексов РЭС (технологии WPAN и WSN) в составе ИКС для
управления ИНЖ с применением компьютерного метода СИМ использованы
финитные устойчивые модели;
- в рамках метода.СИМ с использованием принципа Монте-Карло разработа
ны и реализованы в виде пакета прикладных программ имитационные моде
ли сосредоточенного комплекса РЭС в составе ИКС для управления ИНЖ,
позволяющие производить количественную оценку безопасности ИНЖ по
фактору ЭМИ;
экспериментально исследованы уровни ЭМИ РЭС технологии Bluetooth, являющихся типовыми элементами сосредоточенного комплекса маломощных РЭС в составе ИКС для управления ИНЖ, с целью подтверждения адекватности разработанных имитационных моделей;
предложен и реализован способ снижения методической погрешности измерения уровней ЭМП в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц, защищенный тремя патентами РФ;
экспериментально исследованы уровни ЭМП болыперазмерных видеодисплейных терминалов, входящих в состав ИНЖ, а также уровни ЭМИ генератора шума как элемента обеспечения информационной безопасности ИНЖ.
Все основные научные положения и результаты, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертации, получены и сформулированы автором впервые и лично. Наличие соавторов отражено в списке литературы, который включает перечень публикаций соискателя.
Достоверность и обоснованность научных результатов. Достоверность полученных результатов и выводов обусловлена применением адекватного математического аппарата ТВ и математической статистики. Она подтверждается соответствием результатов тестовых расчетов данным экспериментального исследования типовых элементов ИНЖ.
Практическая ценность работы. В диссертации показано, что разработанные имитационные модели позволяют эффективно решать задачи, связанные с анализом и прогнозированием электромагнитной безопасности сосредоточенных комплексов маломощных РЭС. Полученные научные результаты представляют также практический интерес для решения аналогичных задач в
11 области обеспечения электромагнитной совместимости и информационной безопасности излучающих элементов ИКС различного назначения.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 21 публикации, включая 6 статей в научных изданиях (в том числе 4 статьи в научных журналах, где должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук), 6 докладов и 6 тезисов докладов в материалах международных и российских конференций; получено 3 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 174 страницы машинописного текста, в том числе 77 иллюстраций и 30 таблиц. Список литературы включает 107 наименований.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
Реализованная в виде пакета прикладных программ имитационная модель сосредоточенного комплекса РЭС в составе ИКС для управления ИНЖ на основе финитных устойчивых моделей.
Результаты исследования и прогнозирования с помощью метода СИМ безопасности по ЭМИ вариантов реализации ИНЖ с применением комплекса маломощных РЭС, входящих в состав ИКС для управления ИНЖ.
Способ снижения методической погрешности измерения уровней ЭМП в полосе частот, включающей промышленную частоту 50 Гц.
Результаты экспериментального исследования уровней ЭМИ РЭС спецификации Bluetooth, являющихся типовыми элементами сосредоточенного комплекса маломощных РЭС в составе ИКС для управления ИНЖ.
Результаты экспериментального исследования уровней ЭМП большеразмер-ных видеодисплейных терминалов, входящих в состав ИНЖ, а также уровней ЭМИ генератора шума как элемента обеспечения информационной безопасности ИНЖ. :
Первая глава посвящена выбору и теоретическому обоснованию метода оценки электромагнитной безопасности исследуемого комплекса РЭС.
Рассмотрены принципы и методы математического моделирования; в качестве средства моделирования, в условиях отсутствия прецедентной базы исследуемой в диссертационной работе ИКС, выбран метод СИМ на основе финитных устойчивых распределений. Определены и сформулированы основные свойства и условия практического применения устойчивых распределений; показана целесообразность применения метода СИМ для оценки электромагнитной безопасности сосредоточенного комплекса РЭС.
Отмечено, что одним из наиболее эффективных методов исследования сложных систем (в том числе РЭС) является метод Монте-Карло, основанный на использовании последовательностей случайных чисел (СЧ) с заданными статистическими свойствами. Произведено тестирование использованного в диссертационной работе алгоритма получения непрерывных СЧ распределенных по финитному устойчивому закону с заданной интегральной функцией распределения (ИФР) P(R). Получены массивы исходных непрерывных СЧ распределенных по финитному устойчивому закону с заданной ИФР.
Для построения имитационных моделей исследуемого комплекса РЭС осуществлен анализ основных аспектов технологий беспроводных персональных и сенсорных сетей, а также наиболее перспективных спецификаций Bluetooth и Zigbee, реализующих указанные выше технологии. Особое внимание при анализе технических характеристик уделено частотному диапазону работы, видам модуляции, ширине спектра излучаемых сигналов, а также воз-можным топологиям ИКС в ИНЖ, поскольку известно, что биологические эффекты воздействия ЭМИ существенно зависят от данных параметров РЭС.
Вторая глава посвящена реализации метода СИМ для построения моделей функционирования исследуемого комплекса РЭС, работающего в качестве ИКС ИНЖ.
В соответствии с методикой СИМ, дано описание объекта моделирования; произведена разработка математической имитационной модели; реализованы соответствующие компьютерные модели; выполнены компьютерные экс-
перименты, статистическая обработка и интерпретация полученных результа-
тов.
Рассмотрены действующие в России нормативные документы (НД) по оценке опасности ЭМИ. Обращено внимание на то, что в НД нормируются предельно-допустимые уровни (ПДУ) детерминированных воздействий, хотя в реальных условиях уровни ЭМИ являются случайными величинами.
Во второй главе произведено исследование с помощью метода СИМ безопасности по ЭМИ разных вариантов реализации концепции ИНЖ с применением комплекса маломощных РЭС, входящих в состав ИКС для управления ИНЖ.
Третья глава содержит результаты экспериментальной части диссертационной работы.
Экспериментально исследуются ЭМИ генератора шума, являющегося элементом информационной безопасности ИНЖ, в закрытом помещении. Рассмотрены способы и результаты аппроксимации экспериментальных гисто-грамм уровней ЭМИ генератора шума аналитическими выражениями устойчивого закона. По результатам аппроксимации сделан вывод о правомерности использования устойчивых распределения для построения статистических имитационных моделей исследуемого комплекса РЭС.
Произведено экспериментальное исследование уровней ЭМИ, создаваемых РЭС технологии Bluetooth в целях проверки адекватности разработанной статистической имитационной модели исследуемого сосредоточенного комплекса РЭС.
В третьей главе произведена сравнительная оценка параметров безопасности мобильных РЭС разных стандартов (Bluetooth, DECT, GSM) и типов по фактору ЭМИ на расстояниях от лицевой панели РЭС, соответствующих расположению головы пользователя.
В рамках третьей главы произведено экспериментальное исследование современных плазменных (ПД) и жидкокристаллических дисплеев (ЖКД), являющихся элементами управления ИКС в ИНЖ. Поскольку повышенный фон в
помещении, где проводятся измерения уровней ЭМП, весьма отрицательно влияет на итоги оценки электромагнитной безопасности по фактору ЭМИ ПД и ЖКД, возникает проблема повышения метрологической точности проводимых измерений. Для повышения метрологической точности экспертизы был предложен и реализован способ определения уровней низкочастотного ЭМП, заключающейся в учете амплитудно-частотной характеристики измерительной антенны ИК «Спектр».
Заключение содержит выводы, приводимые в каждом из разделов диссертационной работы. ,
Приложение 1 содержит гистограммы уровней ЭМИ сосредоточенного комплекса РЭС, полученные методом СИМ.
Приложение 2 содержит результаты измерений уровней ЭМП.
Приложение 3 содержит акты внедрения результатов диссертационной работы.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации и полученные автором научные результаты докладывались на VI Международном симпозиуме «Интеллектуальные системы» (Саратов, 2004); Международной молодежной НК «ХП Туполевские чтения» (Казань, 2004); V МНТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2004); II Всероссийской НІЖ «Актуальные проблемы труда, его охраны и безопасности» (Самара, 2005); VI МНТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Уфа, 2005); Всероссийской НК «Прогнозирование и управление рисками» (Казань, 2005); VII МНТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2006), а также XII и XIII РНТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГАТИ (Самара, 2005-06 г.г.).
Реализации результатов работы. Полученные результаты в виде программных продуктов и конкретных расчетных данных нашли применение в заинтересованных организациях, от одной из которых получен акт о внедрении результатов диссертационной работы. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре Систем связи Поволжской государственной ака-
демии телекоммуникаций и информатики (г. Самара) и использованы при создании учебной лаборатории Технических средств обеспечения информационной безопасности Регионального учебно-научного центра безопасности инфо-коммуникационных систем.
Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю профессору Маслову О.Н., сотрудникам ПГАТИ и членам своей семьи за помощь и поддержку в подготовке диссертации.
Основные особенности технологии сосредоточенных комплексов РЭС
Появление сосредоточенных комплексов РЭС (технологии WPAN и WSN) стало возможным благодаря современным достижениям в области радиосвязи и микроэлектроники. В результате на одном кристалле стала возможной интеграция микропроцессора с радиопередатчиком, что обеспечивает технологическую возможность реализации на одном кристалле разного рода сетевых протоколов. Малые размеры цифровых РЭС и наличие в них возможностей сетевого взаимодействия привели к появлению целого спектра новых применений средств управления и наблюдения за пространственно-распределенными объектами.
В настоящее время в экономически развитых странах ведутся интенсивные научные исследования сосредоточенных комплексов маломощных РЭС. Проблематика таких перспективных ИКС в той или иной степени затрагивает множество научно-технических дисциплин: - фундаментальные проблемы разработки сенсоров (датчиков); - микроэлектроника и различные микротехнологии; - телекоммуникационные сетевые топологии и взаимодействие на уровне протоколов; - проблемы искусственного интеллекта, систем принятия решений и т.д.
Возможности использования сенсорных сетей простираются практически во все сферы деятельности человечества. Наиболее очевидными областями их применения являются: - системы безопасности и оборона: военные действия; отслеживание маршрутов движения войск; средства связи и боевой разведки; охрана военных объектов; коммерческие системы безопасности (контроль периметров, определение вторжения, удаленное наблюдение) - мониторинг зданий и жилого пространства: инфокоммуникационная основа реализации концепции ИНЖ и «интеллектуального здания»; мониторинг состояния окружающей среды внутри и снаружи помещений (влажность, тем 43 пература, состав воздуха, почвы, воды, давление, электромагнитный фон и т.д.); - промышленный мониторинг: технический надзор и профилактическое обслуживание оборудования, эффективное использование оборудования; мониторинг производственных процессов; - экологический мониторинг: контроль окружающей среды в целях национальной безопасности (радиации, химических, биологических примесей) и т.д. - медицина: диагностика заболеваний, отслеживание состояния пациента и т.д. - мониторинг движущихся объектов: отслеживание грузов, контроль целостности упаковки и др.
Сосредоточенный комплекс маломощных РЭС состоит из большого числа сенсорных узлов. Размещение сенсорного узла не требует предварительного проектирования, что позволяет размещать их случайным образом в малодоступной области. С одной стороны это означает, что протоколы и алгоритмы сенсорной сети должны обладать способностями к самоорганизации. С другой стороны уникальная особенность сенсорных сетей - это синергетические свойства сенсорных сетей. Каждый элемент сенсорный сети снабжен встроенным процессором и устройством памяти. Поэтому вместо того чтобы отсылать необработанные данные узлам, которые отвечают за интеграцию, РЭС используют их собственные вычислительные способности для локального выполнения простых вычислений и передают только требуемые и уже частично обработанные данные.
Преимущества данной технологии обеспечиваются за счет следующих присущих ей особенностей: - возможность установки на уже существующий и эксплуатирующийся объект без проведения дополнительных работ; - низкая стоимость отдельного РЭС; - малые физические размеры РЭС; - простота установки и взаимодействия с обслуживающим персоналом; - отказоустойчивость и надежность в жестких условиях эксплуатации; - возможность осуществления дублирующего контроля; - минимальные ограничения на места установки РЭС; - длительный срок службы от автономных источников питания.
Принципиальной отличительной особенностью сенсорных сетей является принцип самоорганизации (Self organizing) элементов сети (РЭС), а также использование принципа ретрансляции сообщений при передаче информации. Использование принципа ретрансляции сообщений по цепочке от одного элемента к другому позволяет собирать информацию со значительных объектов, намного превосходящих по своим размерам радиус действия одного РЭС. Более того, это позволяет использовать сеть в труднодоступных областях (подземные и металлические помещения и т.д.). Под самоорганизацией понимается способность управляющих РЭС обнаруживать новые РЭС и включать их в существующую сетевую структуру без вмешательства обсуживающего персонала (составлять таблицу маршрутизации и т.д.).
Другим важным свойством сосредоточенных комплексов РЭС (WPAN, WSN) является самовосстановление (Self-healing) - способностью выявлять и исправлять неисправности в работе РЭС и связей между ними без вмешательства обслуживающего персонала. Некоторые РЭС в процессе эксплуатации комплекса РЭС могут выйти из строя (например, из-за недостатка энергии) или временно заблокироваться (в случае сильной помехи в радиоканале). Надежность или отказоустойчивость РЭС обычно моделируется с использованием распределения Пуассона. В этом случае отказ одного или нескольких РЭС не должен привести к прекращению выполнения задач сосредоточенного комплекса РЭС, поскольку информация будет передаваться по резервным маршрутам. Для реализации принципа самовосстановления в сосредоточенных комплексах РЭС, как правило, применяются всенаправленные антенны.
Основные технические характеристики технологии Bluetooth
Технология Bluetooth поддерживает как соединения типа «точка-точка», так и «точка-многоточка». Для организации соединений типа «точка-многоточка» в сосредоточенных комплексах РЭС, в основном, используются всенаправленные антенны. Однако, для соединений типа «точка-точка» могут быть использованы и узконаправленные антенны.
Два или более РЭС, использующих один и тот же канал, образуют пико-сеть (piconet), поэтому в технической литературе для обозначения, сетей по-строенных на основе спецификации Bluetooth, встречается термин «пикосото-вая сеть». В пикосети одно из устройств работает как основное (master), координирующее работу остальных устройств; остальные устройства работают как подчиненные (slave). В одной пикосети может быть до семи активных подчиненных устройств, при этом остальные находятся в режиме ожидания, оставаясь синхронизированными с основным устройством. В каждой пикосети действует одно основное устройство, однако подчиненные устройства могут входить в различные пикосети. Кроме того, основное устройство одной пикосети может являться подчиненным в другой и т.д. Таким образом, в сеть могут объединять-ся столько устройств Bluetooth, сколько это необходимо для решения заданной совокупности конкретных задач.
Область применения Bluetooth образуют множество профилей, определяющих протоколы и функции, которые поддерживают различные модели ис пользования. Нижеуказанные профили определены и одобрены группой разра-ботки Bluetooth SIG:
- Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) - профиль разработан для переда чи двухканального стерео аудиопотока (например музыки, к беспроводной гарнитуре). Профиль полностью поддерживает низкокомпресированный ко і дек SubBand Codec (SBC) и опционально поддерживает технологию компактного представления звукового вещания и телевизионного сигналов (стандартизируется группой MPEG - Moving Picture Expert Group) MPEG -1,2 аудио, MPEG-2,4 AAC и ATRAC;
- Audio I Video Remote Control Profile (AVRCP) - профиль разработан для дистанционного управления стандартными функциями телевизоров, музыкальных центров и т.д. Может использоваться в сочетании с профилями A2DP или VDPT;
- Basic Imaging Profile OIP) - профиль разработан для пересылки изображений і между устройствами и включает возможность изменения размера изображения и конвертирование в поддерживаемый формат принимающего устройства;
- Basic Printing Profile (ВРР) - профиль, позволяющий пересылать различные данные на принтер;
- Common ISDN Access Profile (CIP) - профиль, предназначенный для доступа устройств к цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN);
- Cordless Telephony Profile (СТР) - профиль, предназначенный для взаимодействия с абонентскими станциями беспроводной телефонии;
- Device ID Profile (DID) - данный профиль позволяет идентифицировать класс устройства, название производителя и версию продукта;
- Dial-up Networking Profile (DUN) - профиль предоставляет коммутируемый доступ к сети Интернет или другому телефонному сервису;
- Fax Profile (FAX) - профиль позволяет пересылать различные данные на фак-симильное устройство;
- File Transfer Profile (FTP) - профиль обеспечивает доступ к файловой системе устройства. Включает стандартный набор команд протокола FTP, позволяющий получать список директорий, изменения директорий, получать, передавать и удалять файлы и т.д.;
- General Audio / Video Distribution Profile (GAVDP) - данный профиль является базой для профилей A2DP и VDP;
- Generic Access Profile (GAP) - данный профиль является базовым для остальных профилей, поддерживаемых технологией Bluetooth;
- Generic Object Exchange Profile (GOEP) - данный профиль является базовым для профилей передачи данных;
- Hard Copy Cable Replacement Profile (HCRP) - профиль предоставляет альтернативу кабельного соединения между устройством и принтером;
- Hands-Free Profile (HFP) - профиль предназначен для соединения беспроводной гарнитуры версии Bluetooth и мобильного телефона с встроенным модулем Bluetooth. Поддерживает передачу монофонического звука;
- Human Interface Device Profile (НЮ) - профиль обеспечивает поддержку устройств с интерфейсом HID (Human Interface Device);
- Headset Profile (HSP) - профиль используется для соединения беспроводной гарнитуры и мобильного телефона. Поддерживает минимальный набор управляющих AT команд спецификации стандарта GSM 07.07;
- Intercom Profile (ICP) - данный профиль обеспечивает возможность совершения звонков (передача речи) между устройствами совместимыми с Bluetooth;
- Object Push Profile (OPP) - базовый профиль для пересылки данных (изображения, «виртуальные» визитные карточки и др.);
- Personal Area Networking Profile (PAN) - профиль позволяет использовать протокол Bluetooth Network Encapsulation в качестве транспорта через і Bleutooth соединение;
Интеллектуальное жилище как вариант реализации поставленной задачи
На сегодняшний день одним из практически перспективных вариантов применения сосредоточенных комплексов РЭС является построение инфоком-муникационной основы для реализации концепции «интеллектуального здания» или «интеллектуального жилища» (ИНЖ). Разработка и реализация концепции ИНЖ является в настоящее время одним из интересных и практически перспективных направлений развития исследований в области искусственного интеллекта.
Дадим определение термину «интеллектуальное жилище» - как жилищу способному получать знания об обитателях ИНЖ и их окружении, и умеющему их применять для того,- чтобы адаптироваться к обитателям и удовлетворять целям комфортабельности и эффективности использования ресурсов. Такие способности основываются на эффективном предсказании при принятии решений, применении роботов, мультимедийных технологий, современных баз данных и мобильных вычислений [78; 97- 99]. При наличии таких способностей ИНЖ может контролировать много аспектов помещения, таких как климат, освещенность, эксплуатацию бытовой техники и др.
Идея ИНЖ впервые нашла воплощение в виде intelligence building («интеллектуальные здания») со структурированными кабельными сетями, которые позволяли путем коммутации и мультиплексирования каналов использовать один и тот же проводной канал связи для нужд телефонии, компьютерной сети, системы безопасности и т.д.
Концепция ИНЖ предполагает создание ИКС управления зданием (квартирой, офисом), которая объединяет все инженерные системы (охранно-пожарной сигнализации, безопасности, электроснабжения, освещения, инфо і коммуникационные системы и др.) с целью обеспечения гибкого управления ИНЖ, экономного расходования ресурсов, а также создания комфортной и безопасной среды обитания внутри его помещений. На рис. 2.2. представлены инфокоммуникационные системы, которые могут размещаться в ИНЖ (упрощено из [80]).
Основными положениями концепции ИНЖ на сегодняшний день являются: - создание интегрированной системы управления зданием; - удобный и единообразный доступ к управлению и отображению всех подсистем и компонентов ИНЖ; - значительное сокращение обслуживающего персонала здания и передача функций контроля и принятия решений подсистемам интегрированной системы управления зданием; - реализация механизма немедленного отключения и передачи при необходи-мости функций управления человеку; - обеспечение корректной работы отдельных подсистем в случае отказа общей управляющей системы или других частей системы; - минимизация стоимости обслуживания и модернизации систем здания, что должно обеспечиваться применением общих стандартов в построении подсистем, автоматическое конфигурирование и обнаружение новых устройств и модулей при их добавлении в систему, т.е. реализация принципа «подклю чай и работай» («Plug&Play»). Принцип автоматической настройки конфигурации подключаемых устройств; - наличие в здании проложенной коммуникационной среды для подключения к ней устройств и модулей систем. Наряду с этим возможность использования в качестве коммуникационной среды в системе управления различных типов физических каналов: слаботочные линии, силовые линии или радиоканал.
Специфика ИНЖ как объекта исследования с применением метода СИМ заключается, прежде всего, в разнообразии решаемых им задач. К тому же эти задачи либо слишком слабо формализованы, либо слишком сложны, чтобы сегодня можно было предложить готовые алгоритмы их решения. Как и в целом ряде других сложных систем, переложить заботы по управлению множеством отдельных устройств на один центральный процессор нецелесообразно, поэтому более перспективным является вариант децентрализованного управления, когда задача поддержания нужных условий существования компонентов ИНЖ решается ими самостоятельно. При этом ИНЖ можно рассматривать как совокупность особей-компонентов, каждый из которых решает собственную задачу во взаимодействии е другими особями (одушевленных особей будем именовать і обитателями ИНЖ), подстраиваясь (адаптируясь) под свое окружение [4; 78; 97; 98; 99 и др.].
Поскольку человек является главным обитателем ИНЖ, необходимо среди моделей взаимодействия особей выделять адаптационные модели вида «Человек к ИНЖ» и «ИНЖ к человеку». Наибольший интерес при этом представляют две типовые модели адаптивного поведения: - ИНЖ вырабатывает управляющие воздействия на обитателей с целью упоря дочивания их поведения: при этом обитатели адаптируются под различные правила (например, «Мойте руки перед едой», «Вытирайте ноги» и «Эко і номьте электроэнергию» и т.п.);
Экспериментальное исследование уровней ЭМИ, создаваемых РЭС технологии Bluetooth
Для проверки адекватности разработанной имитационной модели исследуемого сосредоточенного комплекса РЭС было произведено экспериментальное исследование уровней ЭМИ, создаваемых РЭС технологии Bluetooth.
Источниками ЭМИ являлись РЭС со следующими параметрами и рабочими характеристиками.
1. Адаптер USB стандарта Bluetooth 1 КМ производства компании Cadmus: - размеры 72,2x29,8x8,5 мм3; - основной микрочип CSR BlueCore 02; - протокол Bluetooth версии 1.1; - рабочая частота 2,4 ГГц; - мощность передатчика 100 мВт; - скорость передачи данных 724 Кбит/С.
2. Беспроводная телефонная гарнитура Bluetooth М3000 2 КМ производства компании Plantronics: , - размеры 80x30x25 мм3; - протокол Bluetooth версии 1.1; - рабочая частота: 2,4 ГГц; - мощность передатчика 2,5 мВт.
Измерения проводились в помещении четвертого этажа административного корпуса ПГАТИ (лаборатория № 437). Методика измерений соответствовала [17]. В частности, в радиусе 3 м от места установки РЭС отсутствовали крупно габаритные металлические предметы и отражающие поверхности; измеритель ная аппаратура имела действующее свидетельство о поверке. Для оценки элек тромагнитной безопасности РЭС Bluetooth различных классов мощности в ре альных условиях, была разработана схема лабораторной экспериментальной установки. На рис.3.9. показана схема экспериментальной установки №1. В данном эксперименте адаптер USB стандарта Bluetooth 1 КМ подключался с помощью USB кабеля длиною 0,8 м к персональному компьютеру. На расстоя нии Юм при наличии прямой видимости находилась беспроводная телефонная гарнитура. Между РЭС Bluetooth 2 и 3 устанавливалось соединение по радио каналу. На персональном компьютере запускалась программа проигрывания аудиофайлов и с помощью беспроводной гарнитуры 3 производилось их про слушивание.
1 - персональный компьютер; 2 - адаптер USB стандарта Bluetooth; 3 - беспроводная телефонная гарнитура Bluetooth Рис. 3.9 Схема экспериментальной установки № 1 С помощью анализатора спектра R&S FS300, работающего в комплекте с малогабаритной вибраторной антенной АИД-2, оценивались уровни напряженности электрического поля Е, дБмкВ от РЭС 1 КМ и РЭС 2 КМ в соответствии с рис.3.9. Поскольку в протоколе Bluetooth версии 1.1 отсутствует техническая возможность автоматической регулировки уровня, исследуемые РЭС излучали максимальную мощность. РЭС технологии Bluetooth закреплялась на стойке из диэлектрического материала на высоте 1,7 м от пола. Измерительная антенна закреплялась на аналогичной стойке на расстоянии 0,37 от исследуемых РЭС. Результаты измерения уровней ЭМИ, создаваемых РЭС технологии Bluetooth, приведены в Табл. П 2.10 - П 2.11. Поскольку процесс передачи информации цифровым РЭС технологии Bluetooth носит нестационарный характер, анализатор спектра работал в режиме накопления. Методика измерений соответствовала [106].
Параметры анализатора спектра были при этом следующие: - центральная частота 2441 МГц; - диапазон частот (Span) 100 МГц; - ширина полосы пропускания 1 МГц.
Измеренные значения Е в дБмкВ переводились (по формуле (3.1)) в дБмкВ/м, которые после квадратичного сложения и извлечения корня из суммы, давали искомое значение Е. После этого значения Е, мкВ/м пересчитыва-лись в ППЭ плотность потока энергии, мкВт/см2. Статистические характеристики результатов измерений приведены в табл.3.1.
