معماری سیستم ساختمان هوشمند

در این مقاله و در ادامه بخش اول که به معرفی سیستم ساختمان هوشمند پرداخته شد، به توضیح طرح و شمای کلی سیستم ساختمان هوشمند می‌پردازیم.

معماری کلی سیستم مدیریت ساختمان هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیاء یک چارچوب سه لایه است که از لایه زیرساخت، لایه عمومی پلت فرم و لایه کاربردی هوشمند تشکیل شده‌است. معماری کلی در شکل پایین نشان داده شده‌است.

لایه زیرساختی این است که دستگاههای حسگر سیمی اصلی را با دستگاههای حسگر بی سیم در اینترنت اشیاء جایگزین کند، به طوری که مجدداً تعمیر و نگهداری را انجام دهد. لایه عمدتا بر جمع آوری و ادغام داده‌های اصلی، که شامل دستگاه‌های ترمینال، دستگاه‌های همگرایی و لینک انتقال است، تمرکز می‌کند. دستگاه ترمینال یک گره حسگر است که شامل اسکنر محافظ ورودی، کنتور برق هوشمند، آشکارساز دود و آشکارساز دما است. این دستگاه‌های ترمینال وظیفه جمع آوری انواع نمایه‌های نظارت و ارسال آنها برای جمع آوری دستگاه‌ها را بر عهده دارند. دستگاههای جمع آوری ،گره‌های جمع آوری هستند که وظیفه تجمیع داده‌های گره‌های حسگر و ارسال آنها به سرور بالا را بر عهده دارند.

لایه عمومی پلت فرم محافظت از دستگاه‌های زیرین و برنامه فوقانی است که از معماری B/S استفاده می‌کند و دسترسی به آن را برای کاربران تلفن همراه راحت‌تر می‌کند. لایه عمومی پلت فرم می‌تواند لایه زیرساخت و داده‌های استاندارد را از لایه زیرساخت وفق دهد.
وظایف اصلی لایه برنامه کاربردی هوشمند، توسعه برنامه کاربردی خاص مورد نیاز با استفاده از رابط است، مانند برنامه هشدار یکپارچه ساختمان، برنامه مدیریت انرژی ساختمان و مدیریت دستگاه‌های یکپارچه ساختمان و غیره. همچنین داده‌های زیر سیستم را در بستر اساسی، و پیاده سازی مدیریت، اجرا و نگهداری زیر سیستم ارائه می‌دهد.

شمای کلی طرح سیستم

حالت شبکه بی سیم. در ساختمان هوشمند از فناوری حسگر بی سیم استفاده شده‌است که با مشکلات زیادی روبرو خواهد شد. در مرحله اول گره‌های حسگر بی سیم به قدرت باتری متکی هستند، بنابراین انرژی محدودی دارد و انرژی محدود است و فقط میدان کوچکی را پوشش می‌دهد. ثانیاً، ساختار ساختمان پیچیده است. نه تنها توسط در و پنجره مسدود می‌شود، بلکه همیشه توسط دستگاه‌های بی سیم مختل می‌شود. این عوامل کار را برای کنترل انتقال سیگنال بی سیم ساختمان بسیار دشوار می‌کند و سپس بر کیفیت خدمات برنامه فوقانی تأثیر می‌گذارد.

از آنجا که هر گره حسگر ارتباط مستقیم با ایستگاه پایه را تضمین نمی‌کند، حالت شبکه بر اساس نقطه به نقطه یا حالت شبکه بر اساس ایستگاه پایه دیگر قابل اجرا نیست. سیستم طراحی شده در این مقاله بر اساس حالت موقت است. حالت شبکه آن در شکل 2 نشان داده شده‌است.

پروتکل ارتباطات بی سیم. به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی، اکثر دستگاه‌های حسگر بی سیم از فناوری اتصال بی سیم در مسافت کوتاه استفاده می‌کنند. در حال حاضر، فن آوری اصلی اتصال بی سیم شامل WIFI ، IEEE 802.15.1 ، NFC ، IEEE 802.15.4 و باند فوق العاده گسترده است. در میان آنها NFC و Ultra Wide Band حالت تک مرحله‌ای بر اساس ایستگاه پایه دارند، برای سنسور بی سیم مناسب نیستند، اما ZigBee و بلوتوث همه از حالت موقت پشتیبانی می‌کنند. ZigBee برای حسگر بی سیم در ساختمان هوشمند، که به منابع سیستم کمتری احتیاج دارد، بهتر است و می‌تواند سایر دستگاه‌ها را به سرعت متصل کرده و بسیاری از دستگاه‌ها را پشتیبانی کند.

پروتکل مسیریابی بی سیم. در شبکه حسگر بی سیم، مسیریابی داده‌ها منابع زیادی را مصرف می‌کند، اما پروتکل مسیریابی شبکه سنتی نمی‌تواند نیازهای محیطی با انرژی کم، یکپارچگی بالا و پیچیده را برآورده کند.

https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.4977411