Ақылды қаланы (Smart cities) жүзеге асыруға сымсыз технологияларды пайдалану

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 58 страниц
В избранное:

АҢДАТПА

Бұл дипломдық жұмыс ақылды қаланы (Smart cities) жүзеге асыруға сымсыз технологияларды пайдалануға арналған, дипломның негізгі мақсаты Қазақстан мемлекетіне ақылды қалаларды дамытуға сымсыз технологияларды зерттеу болып табылады.

Бұл жұмыста ақылды қалалар желісін құруға болатын сымсыз технологиялардың әр түрлі түрлері туралы және ақылды қаланың негізгі түсініктері толықтай сипатталған. Дипломдық жұмыс барысында сымсыз технологияларға талдау жасалды, олардың ішінен ақылды қаланы жүзеге асыру үшін 4G және 5G мобильді технологиялар таңдалды. Сонымен қатар, 5G желісіндегі ақылды қаланың мысалы ретінде Алматы қаласының шағын ауданының макеты жасалды және 5G желісінің параметрлері есептелінді.

Дипломдық жұмыстың көлемі 72 беттен тұрады, онда сурет, кесте, әдебиет көзі бар.

Түйінді сөздер: Ақылды қала, Smart cities, Интернет заттар, Internet of Things, LPWA, LoRa, Bluetooth, ZigBee, Long-Term Evolution, Global System Mobile.

АННОТАЦИЯ

Данная дипломная работа была посвящена использованию беспроводных технологий в реализации умного города, главной целью которого является изучение беспроводных технологий для умных городов Казахстана.

В работе рассмотрены основные понятия умного города, различные виды беспроводных технологии, на которых можно построить сеть умных городов. В ходе работы был сделан анализ беспроводных технологии, из которых были выбраны мобильные технологии 4G и 5G для реализации умного города. Также была разработана модель микрорайона города Алматы в качестве примера умного города на сети 5G. В расчетной части были получены параметры сети 5G.

Объем дипломного проекта 72 страниц, содержит рисунков, таблиц и источников литературы.

Ключевые слова: Smart cities, Smart house, 4G, 5G, Интернет вещей, Internet of Things, LPWA, LoRa, Bluetooth, ZigBee, Long-Term Evolution, Global System Mobile.

ABSTRACT

This graduate work was devoted to the use of wireless technology in the implementation of a smart city, the main purpose of which is to study wireless technology for smart cities of Kazakhstan.

The paper describes in detail the basic concepts of a smart city, various types of wireless technologies on which you can build a network of smart cities. In the course of the work, an analysis of wireless technologies was made, from which 4G and 5G mobile technologies were selected for the implementation of the smart city, which is the most optimal. Also, a mock-up of the microdistrict of the city of Almaty was made, as an example of a smart city on a 5G network. 5G network.

The volume of the diploma project is 72 pages, 22 figures, 33 sources of literature.

Key words: Smart cities, 4G, Smart house, 5G, Internet of Things, LPWA, LoRa, Bluetooth, ZigBee, Long-Term Evolution, Global System Mobile.

СОДЕРЖАНИЕ

Нормативные ссылки.

Обозначения и сокращения

ВВЕДЕНИЕ.

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 1

11: АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИИ В РЕАЛИЗАЦИИ УМНОГО ГОРОД. .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 1. 1

11: Концепция умного города. .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 1. 2

11: Виды беспроводных технологии в реализации умного города…….

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

1. 2. 1

1. 2. 2

1. 3

11:

Технологии мобильной связи и технологии малого радиуса действия . . . Технологии интернет вешей.

Обзор и анализ существующих беспроводных технологии для реализации умного города в Казахстане.

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 2

11: ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УМНОГО ГОРОДА

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

2. 1

2. 2

11:

Обзор технологии 4G.

Обзор технологии 5G.

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 2. 2. 1

11: Архитектура базовых станций gNB.

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 3

11: РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СЕТИ 4G И 5G ДЛЯ МОДЕЛИ УМНОГО ГОРОДА

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 3. 1

11: Описание модели квартала умного города. .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

3. 2

3. 3

3. 4

3. 5

3. 6

11:

Расчет параметров сети 5G . . .

Оценка радиопокрытия .

Расчет пропускной способности . .

Расчет зоны радиопокрытия. .

Расчет подключаемых абонентов .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 4

11: РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УМНОГО ГОРОДА

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

4. 1

4. 2

4. 3

11:

Цели и задачи проекта

Необходимость проекта.

Трудовые ресурсы . . .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 4. 4

11: Расчет доходов и расходов от проекта. .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 4. 5

11: экономической .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 4. 6

11: Выводы по экономической части. .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 5

11: ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 5. 1

11: Общие сведения по охране труда предприятия . . .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 5. 2

11: Анализ опасных и вредных производственных факторов.

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 5. 3

11: Производственная санитария и гигиена труда

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

5. 4

5. 5

5. 6

11:

Электробезопасность.

Пожаробезопасность. .

Техника безопасности при работе с компьютером.

6465

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 5. 7

11: Расчёт искусственного освещения помещения . . .

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.: 5. 8

11: Антропогенное воздействие объекта на окружающую среду и мероприятия по экологической безопасности

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

11:

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

11:

Нормативные ссылки.Обозначения и сокращенияВВЕДЕНИЕ.:

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В данной дипломной работе были использованы следующие нормативные ссылки:

Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Республики Казахстан «Санитарные правила и нормы СанПиН № 1. 01. 004. 01 Гигиенические требования к организации и условиям работы с видео-дисплейными терминалами и персональными электронно-вычислительными машинами» ;

Приказ Министра внутренних дел Республики Казахстан Пункта 1 статьи 12 Закона Республики Казахстан от 11 апреля 2014 года "О гражданской защите": Технический регламент «Общие требования к пожарной безопасности»;

Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Республики Казахстан «Санитарные правила и нормы СанПиН № 2. 04-05-2002 ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ».

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В данной работе были использованы следующие обозначения и сокращения:

2G, 3G, 4G, 5G* Refers to different generations Относится к различным поколениям of mobile standards стандартов подвижной связи

IoT - Internet of Things, интернет вещей;

GPS - Global Positioning System, система глобального позиционирования;

IP - Internet Protocol, маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP;

ISM - Industrial, Scientific, Medical, нелицензируемый диапазон частот;

LTE - Long-Term Evolution, стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов;

ITU International Telecommunication МСЭ Международный союз электросвязи;

LTE-A Pro Long‐Term Evolution Advanced Pro Усовершенствованная технология долгосрочного развития;

MIMO Multiple Input, Multiple Output Многоканальный вход/ многоканальный выход;

ЖКХ- Жилищно-коммунальное хозяйство.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы дипломной работы связана с тем, что интенсивное развитие smart технологий и умных городов приводит к необходимости изучения беспроводных технологии для реализации в нашей стране. Сегодня ключевой задачей становится создание условий для развития городов всех типов, обеспечивающих за счет роста собственной конкурентоспособности и равномерность экономического и социального развития территорий страны. Решающую роль здесь играют не отношения конкуренции, а отношения соревновательности, взаимодействия и взаимопомощи, основанные на наиболее эффективном использовании ограниченных ресурсов, в первую очередь интеллектуальных. Так актуализируется задача создания условий для развития современных городов как интеллектуальных центров, обеспечивающих на практике приоритет информационных и нематериальных параметров городского развития над традиционными материальными элементами, превращения их в «умные города» .

Концепция Smart City предполагает внедрение ИКТ в процессы управления городским хозяйством, что, в свою очередь, стимулирует развитие цифровизации в стране. Кроме того, технологии позволяют наладить более взвешенный подход к использованию ресурсов (городского имущества, транспортных систем, водо- и энергоснабжения и т. д. ) и улучшить жизнь горожан засчет их разумного распределения. К слову, по оценкам Cisco, города, активно использующие ИТ, смогут повысить свою энергоэффективность на 30% в течение 20 лет. В мире, где крупные населенные пункты используют 60-80% от мировых потребностей в энергии, подобная экономия может стать определяющей для будущего благополучия.

Предметом исследования являются мобильные технологии 4G и 5G в реализации умного города.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Предложена новая технология 5G как основная сеть для будущих умных городов Казахстана.

Целью дипломной работы является разработка учебного стенда для изучения сетей Интернета вещей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

изучить предметную область умного города;
рассмотреть аналоги умных городов разных странах, а также в Казахстане;
сделать анализ беспроводных технологии для умного города;
исследовать мобильные технологии 4G и 5G;
расчитать параметры сети 5G на примере микрорайона города Алматы.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИИ В РЕАЛИЗАЦИИ УМНОГО ГОРОДА

1. 1 Концепция умного города

Умный город - это градостроительная концепция интеграции множества информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), в том числе систем Интернета вещей (IoT) для управления городской инфраструктурой: транспортом, образованием, здравоохранением, системами ЖКХ, безопасности и тд. Целью создания «умного города» является улучшение качества жизни жителей с помощью технологии городской информатики для повышения эффективности обслуживания и удовлетворения нужд человека.

ITU (Международный союз Электросвязи) определяет следующие основные направления продвижения для Умного Города [8] :

• Транспорт;

• Вода;

• Энергия;

• Безопасность.

Первый пункт понятен - это мобильность, которая напрямую влияет на экономику, вторые два связаны с экономией̆ ресурсов, ну и последний - это как раз безопасность.

Умные города охватывают различные аспекты правильного функционирования и управления городом.

Правительство: Этот фактор направлен на цифровизацию администрации для повышения эффективности, внедрения электронной демократии путем улучшения системы голосования и предоставления гражданам легкого доступа к публичным документам, что может повысить прозрачность, как описано Paolo Neirotti et al. в [11] . Suha Alawadhi et al. обсудить в [12], что городское планирование может быть включено в этот раздел, что позволяет разумный рост города с учетом таких факторов, как загрязнение воздуха, управление стоимостью коммунальных услуг, переполненность школ, открытые пространства и пробки на дорогах.

Экономика состоит из внедрения инновационных решений для улучшения экономики и деловых возможностей города. Использование технологий для развития области и расширения возможностей трудоустройства также были инициативами, предпринятыми умными городами. Экономическая экспансия города привлекает человеческий капитал и позволяет инвестировать финансовые ресурсы в улучшение других аспектов города.

Управление: Эта область охватывает управление транспортом, энергией и природными ресурсами, как объяснил Махмуд Аль-Хадер и в [13] . Это один из самых развитых факторов среди умных городов. Решения IoT и беспроводной сенсорной сети (WSN) - это технологии, которые в настоящее время используются для получения данных и управления ресурсами и распределения трафика. Управление растениеводством [14], дозирование кормов и развитие производства для ферм, распределение и измерение расхода воды для сельского хозяйства [15], муниципальных и бытовые цели, управление общественным освещением, спрос на энергию и возобновляемые источники энергии, улучшение городской логистики и общественного транспорта являются примерами инициатив, которые осуществляются в настоящее время.

Инфраструктуры: Паоло Нейротти [11] также обсуждают эту область как часть аспектов Smart City. К этой категории относятся такие аспекты, как качество жизни (QoL), такие как освещение, отопление или вентиляция. Управление объектом, таким как собственность, аренда и услуги, такие как уборка и обслуживание, также включены. Управление энергопотреблением и потреблением воды в зданиях, телекоммуникациях и лифтах также являются одними из решений, которые можно реализовать в умном городе.

Технология: часто учитывается технологический фактор, хотя он может быть частью решений, разработанных для других факторов. Он состоит из использования технологии для разработки новых решений для создания интеллектуального, цифрового и виртуального города, как указано Taewoo Nam et al. в [16] . Это означает использование доступных технологий для улучшения работы города и повышения степени удовлетворенности его жителей.

Люди: эта область обсуждается Паоло Нейротти [11] а также Taewoo Nam et al. [16] . Развлечения, общественная безопасность, улучшение услуг, предоставляемых системой здравоохранения, культурная деятельность, управление благосостоянием и поддержание общественных мест, а также новые способы использования технологий для улучшения системы образования являются примерами возможных решений, охватываемых этим фактором. Одной из мотиваций умных городов является улучшение качества жизни граждан и облегчение их жизни. В конце концов, цель всех других факторов - помочь людям.

Первый стандарт ISO 37120:2014 [3] по индикаторам для Умных городов был выпущен в мае 2014. Он дал возможность городским управляющим, политикам и тем, кто планирует изменения в городах, объективно оценивать их прогресс и сравнивать свои результаты с тем, что делают в других городах. Ключевые показатели или измерения в этом стандарте позволяют, в его реализации, четко сфокусироваться на его исполнении. ISO 37120:2014 был сделан как часть будущего набора стандартов и этот набор стандартов должен будет обеспечить постоянное и устойчивое развитие городских образований. Он спроектирован так, чтобы его можно было применять в любом городе, муниципалитете или местном правительстве, вне зависимости от их размера, размещения или уровня развития. Набор показателей в стандарте также предусматривает базовые статистические показатели и определенного вида информацию для того чтобы помочь официальным лицам отобрать те города, здоровья населения. Следовательно, необходимо планировать эту деятельность.

В зависимости от требований к надежности системы использование технологий, работающих в нелицензированных полосах частот, может поставить под угрозу ее производительность. Выбор технологий, которые меньше мешают друг другу, может помочь обеспечить правильное развертывание и функционирование Smart Cities.

Используя вышеупомянутые причины в качестве мотивации мы определяем основные аспекты, которые являются частью умного города. Кроме того, эволюция беспроводных технологий и их характеристики подробно. Затем обсуждается переполненная полоса ISM 2, 4 ГГц и проблемы сосуществования беспроводных технологий. Наконец, различия в потребляемой мощности рассматриваются. Кроме того, текущие проекты Smart City и беспроводные технологии, используемые для каждого домена, также обсуждаются.

1. 2 Виды беспроводных технологии в реализации умного города

Беспроводные технологии были разработаны на протяжении многих лет, чтобы иметь возможность подключать миллионы устройств. В зависимости от расстояния, скорости передачи или требований к потребляемой мощности были предложены дифференцированные решения. В настоящее время, независимо от того, стандартизированы они или нет, доступные технологии позволяют нам подключать большое количество устройств и обмениваться информацией об управлении энергией, водой или трафиком, являющейся частью всех областей умного города. В этом разделе подробно описаны технологии, используемые в настоящее время для реализации умного города.

1. 2. 1 Технологии мобильной связи и технологии малого радиуса действия

Стандарты Wi-Fi наиболее широко используются в домашних и предпринимательских средах для обеспечения доступа в Интернет для бесчисленных устройств. Он также используется для предоставления гражданам бесплатного доступа в Интернет путем развертывания точек доступа по всему городу. Все типы данных могут передаваться через WiFi, хотя в более ранних версиях стандарта могут возникнуть трудности с передачей мультимедийного трафика высокого качества. Сравнение битрейтов беспроводных технологий. Как видно, битрейт для IEEE 802. 11 был растет по мере выпуска новых стандартов. Пользователи могут свободно перемещаться без проблем при подключении к другим точкам доступа в сети. Недостатком является то, что Wi-Fi-соединения менее стабильны, чем проводные, радиус обслуживания ограничен, что приводит к значительному ослаблению сигнала [9] . В таблице 13 представлены характеристики стандартов WiFi. Радиус WiFi имеет средний радиус действия. Устройства могут отодвигаться до расстояний от 20 до 70 м для помещений и от 100 до 250 м для улиц. Между стандартами IEEE 802. 11a / b / n / g, IEEE 802. 11b имеет более сильный сигнал на большие расстояния. IEEE 802. 11b и IEEE 802. 11n являются лучшими для близких расстояний [8] . Это может быть специально указано для управления, инфраструктуры, экономики и людей в Smart City. Используемые полосы частот не лицензируются, поэтому при проектировании сети следует соблюдать меры предосторожности. Помехи могут ухудшать качество обслуживания (QoS) развертываемой системы.

Стандарт IEEE 802. 16 это прогрессивный набор стандартов для поддержки широкополосной фиксированной и мобильной беспроводной связи. WiMAX - это термин, разработанный как аббревиатура для всемирной интероперабельности для микроволнового доступа, он относится к совместимым реализациям стандартов IEEE 802. 16 Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) [44] . Кроме того, этот стандарт был опубликован в 2001 году, его целью была поддержка связи в полосе частот 10-66 ГГц. Более поздняя версия IEEE 802. 16 была завершена в 2009 году.

Z-Wave - это собственный протокол, разработанный Sigma Designs Inc., который обеспечивает шифрование, целостность и аутентификацию [4] . Существует версия с открытым исходным кодом, которая называется open-zwave, но она не поддерживает службы безопасности. Z-wave поддерживает маломощные ячеистые сети с одним контроллером и до 232 ретрансляторов. Он работает в полосах частот 868/915 МГц и использует модуляцию BFSK. CSMA / CA используется в качестве метода доступа к сети. Кроме того, доступные скорости передачи данных составляют 9, 6 кбит / с и 40 кбит / с.

Мобильная технология - это технология, используемая для связи мобильных устройств, где сетевой канал является беспроводным. Следовательно, сотовые сети могут предлагать конечным пользователям различные функции, такие как пропускная способность передачи, меньшее потребление энергии мобильными устройствами и большая площадь конвергенции. Таким образом, текущие устройства из категории включают смартфоны, мобильные телефоны, планшеты и iPod. По поколениям сотовой сети [15] . Генерация мобильных сетей может быть детализирована следующим образом:

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.