РЕФЕРАТ

Сегодня актуальной задачей является повышение уровня контроля

территории закрытых частных комплексов и административных зон с

ограниченным доступом. Основной задачей охранных комплексов есть

возможность предупреждение проникновение нарушителей к закрытых зон и

ресурсов Дополнительный интерес составляет возможность быстрого

реагирование на событие пересечения границы контролируемой территории,

а также динамического отслеживание и фиксация нарушителя. Благодаря

современному развитию технологий возможно обойти устарели системы, что

базируются только на установке датчиков периметральной охраны и камер

видеонаблюдения

Решение данной задачи нуждается создание комплекса мониторинга,

что в режиме, приближенного к реального времени разрешает расширить

возможности существующей охранной системы. Работа предполагает

описание процесса проектирование и испытание комплекса, что складывается

с прототипов охранных дронов. Основными проблемами применение таких

летательных аппаратов есть возможность перехват управление дрона (или

заглушение сигнала управление), а также быстрое истощение аккумулятора

летательного аппарата в воздухе. В результате исследование проведено

анализ решение указанных проблем использование дронов, а также

экспериментально доказано эффективность предложенных методов

преодоление.

Дипломная работа содержит 68 страницы, 17 рисунков, список ссылок

с 18 наименований, складывается с 4х разделов, вступления, выводу и

приложений.

Ключевые слово: периметральная система охраны, БПЛА, протокол

LoRaWAN, стандарт Cat-M1, беспроводные сети Интернета вещей.

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ  ............................................................................................................. 9 
РАЗДЕЛ 1  .............................................................................................................. 12 
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕДАЧИ 
ДАННЫХ В УСЛОВИЯМ ГОРОДА  .................................................................. 12 
1.1 Обоснование необходимости применение дополнительных мир контроля 
среды закрытой территории  ............................................................................. 12 
1.2 Сравнительный анализ LPWA технологий обмена данных  ...................... 16 
Выводы  .................................................................................................................. 21 
РАЗДЕЛ 2  .............................................................................................................. 23 
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБМЕНА ДАННЫМИ  23 
2.1 Особенности физического и сетевого уровней протокола LoRaWAN  .. 23 
2.2 Особенности применение протокола Cat-M1  .......................................... 25 
Выводы  .................................................................................................................. 29 
РАЗДЕЛ 3  .............................................................................................................. 30 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТОТИПА ОХРАННОГО ДРОНА  ........................ 30 
3.1 Выбор компонентов летательного аппарата  ............................................ 30 
3.2 Интеграция приемопередающих модулей LoRaWAN/Cat M1 и 
политного контроллера дрона  ......................................................................... 37 
3.3 Настройка оборудование радиосети обмена данным  ................................. 45 
Выводы  .................................................................................................................. 54 
РАЗДЕЛ 4  .............................................................................................................. 55 
РАЗРАБОТКА СТАРТАП-ПРОЕКТА  ............................................................... 55 
4.1 Описание идеи стартап-проекта  ................................................................... 55 
4.2 Технологический аудит идеи проекта  .......................................................... 57 
4.3 Анализ рыночных возможностей запуска стартап-проекта  ................... 58 
4.4 Разработка рыночной стратегии проекта  ................................................. 62 
4.5 Разработка маркетинговой программы стартап-проекта  ........................ 63 

Выводы  .................................................................................................................. 64 
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЫ  ...................................................................... 66 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ  .......................................... 68 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

СМ

система мониторинга

LPWA(N)

Low Power Wide Area (сети широкого покрытие и низкой

мощности)

(LoRa)WAN

(Long Range) Wireless Area Network (беспроводная) сеть с

большим покрытием)

БС

базовая станция

ISM

свободный от лицензирование диапазон работы радиоприборов

CSS

Chrip Spread Spectrum (расширение спектра Chirp)

ЛЧМ

линейно-частотная модуляция

Spread Factor (параметр расширение спектра)

MAC

Media Access Control (протокол медийного доступа)

SPI

Serial Peripheral Interface (интерфейс последовательного порта)

ADR

Adaptive Data Rate (адаптивная скорость передачи данных)

SNR

Signal to Noize Rate (отношение сигнал/шум)

LRR

Long Range Receiver (приемно-передающее оборудование)

LRC

Long Range Controller (контролер приемопередающих

модулей БС)

OTTA

over the Air Activation (беспроводная) активация конечного

устройства)

ABP

Activation By Personalization (активация конечного устройства

за

определенными параметрами защищенного соединение)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальной и важной задачей есть отслеживание нарушений границы

контролируемой территории. Основной задачей охранных комплексов есть

возможность предупреждение проникновение нарушителей к закрытых зон и

ресурсов Дополнительный интерес представляет возможность быстрого

реагирования на событие пересечения границы контролируемой территории,

а также динамического отслеживание и фиксация нарушителя. Благодаря

современному развитию технологий возможно обойти устарели системы, что

базируются только на установке датчиков периметральной охраны и камер

видеонаблюдение.

Решение данной задачи требует создания системы мониторинга

позволяет в режиме реального времени (или приближенном к нему)

детектировать факт пересечения закрытой зоны, а также зафиксировать

личность-злоумышленника для сохранение в центральной базе данных

предприятия или административной здания. Кроме этого, возможность

отслеживания передвижений неидентифицированных лиц после

проникновения на контролируемую территорию позволяет ускорить

реагирование оперативной охранной группы.

При наличии значительной площади закрытой зоны поисковые

действия персонала Возможно облегчить за помощью применение охранных

систем, комбинированных с использованием БПЛА (беспилотных

летательных аппаратов). Однако состоянием на сегодня технические

характеристики такого оборудование нет позволяют удерживать БПЛА более

нож как полчаса (в среднем) в воздухе, а помехи (у поэтому числе и

злонамеренные) в канале связи могут искажать сигналы контроля или

задерживать передачу изображения с данным нарушителя границы

территории на экран оператора охранного комплекса.

Итак, интерес составляет разработка прототипа охранной системы

мониторинга среды с применением беспилотных летательных аппаратов,

оснащенных оборудованием для детектирование нарушителя и передачи

факта

проникновение диспетчеру. Система имеет обеспечивать исполнение

настуных задач на выделенной территории:

- статический мониторинг контролируемой зоны за указанными

координатами;

- динамическое реагирование на критические события;

- возможность предупреждение или задержки нарушителя границы

контролируемой территории к прибытие оперативной охранной

группы;

- передачу данных защищенным каналом связи о нарушителе, его

место нахождение и перемешивание на центральный пункт охраны.

Целью работы есть разработка прототипа системы мониторинга, какая

обеспечивает выполнение указанных задач техническим комплексом

оснастки и удовлетворяет следующим требованиям:

- система предоставляет информацию с датчиков БпЛА в

приближенном режиме к рельного времени для предупреждение

чрезвычайных ситуаций и несанкционированного доступа к

закрытых зон контролируемой территории;

- комплекс мобильных летательных аппаратов нет теряет потенциал

охват территории после исчерпывание аккумуляторов устройства;

- система имеет защищенный канал экстренной связи в случае

падения напряжения питания аккумуляторов или атаки нарушителя

территории на охранный дрон.

Достижение поставленной цели нуждается решение следующих задач:

- проведение сравнительного анализа существующих технологий

обмена и передачи сообщений в системах наблюдения в условиях

большого города;

- выбор оборудование, что обеспечит работу дрона, стойкий канал

передачи команд контроля перемещений дрона и возможность

отправки цифровых изображений в центральный пункт охраны;

- проектирование и сборка прототипа БПЛА на основе указанных

требований;

- экспериментальные испытание системы на предприятии.

Объектом исследование есть окружающая среда. Предметом

исследование является системой автоматизированного мониторинга контроля

доступа с применением беспилотных летательных аппаратов детектирование

нарушений.

методами исследование выступают анализ, сравнение да эксперимент.

РАЗДЕЛ 1

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В УСЛОВИЯМ ГОРОДА

1.1 Обоснование необходимости применение дополнительных

мир контроля среды закрытой территории

В настоящее время подавляющее большинство закрытых территорий,

испытательных комплексов, частных предприятий и административных

зданий оборудованы системами предупреждение и защиты от

несанкционированных проникновений. Основной задачей таких комплексов

является предотвращение потери корпоративных и государственных тайн

путем копирования или похищения документов и носителей цифровых

данных, что содержат закрытую информацию. Дополнительный интерес

составляет возможность предупреждение похищение оборудование,

технических средств или ресурсов со складов предприятий и близлежащей

территории. Такой комплексы наблюдения обычно включают в себя

оперативную охранную группу, камеры видеонаблюдение и дачники, что

детектируют факты проникновение или вмешательство в работу

коммуникационных систем. Однако с временем их эффективность может

снижаться с нескольких причин:

- техническая устаревшая оборудование дает возможность

злоумышленнику обходить рубежи охранного комплекса: например,

камеры видеонаблюдение, что устанавливались раньше, имеют хуже

характеристики передачи изображений или меньший угол охват

контролируемой территории, в результате чего детальное изучение

планов здания и технических характеристик установленного

оборудование разрешает миновать детектирование проникновения;

- увеличение территории закрытого комплекса или его

перепланировка уменьшает эффективность проверенных временем

установленных систем

наблюдения, часто оставляя «белые пятна» – территории и здания

без охват комплексами охранных систем;

- быстрое развитие технологий позволяет быстрее и проще создать

программные алгоритмы, что вмешиваются в работу устаревшего

оборудование и позволяют открывать «окна» - временные

промежутки в работе устройств без фиксации нарушений границы

контролируемой территории, или совсем прекращать работу

оборудование;

- часть установленных компонентов систем наблюдение нет

предполагает нестандартные ситуации проникновение нарушителя:

например, в преобладающий большинства только военизированные

комплексы имеют системы сканирование воздушного пространства.

С развитием персональных летательных аппаратов – дронов и

аэромобилей возможно без предупреждений с стороны

установленного охранного оборудование запускать на закрытую

территорию людские и роботизированные шпионные ресурсы;

- доступность систем наблюдения и соответствующих датчиков на

рынке позволяет подробно понять принципы их работы и найти

варианты перенастройка охранных устройств или предоставления

недостоверных данных центра обработки передаваемой

информации.

Таким образом, стандартные комплексы защиты периметра

контролируемой территории не позволяют в полной мере обеспечить

современный уровень защиты закрытой зоны от проникновение [13]. Для

устранение указанных недостатков распространенных систем наблюдения

предлагается использование беспилотного летательного аппарата, который в

режиме, приближенном к реальному времени из разных частей территории

предоставляет оперативную информацию о состояние безопасности закрытой

территории. Для проектирования такого устройства критически определить

необходимые компоненты собственно летательного аппарата, а также

используемых технологий, что собирают и передают данные о

контролируемое среда.

Быстрое истощение аккумулятора БПЛА есть наиболее

распространенным преградой к использование таких устройств в проектах,

связанных с

охраной закрытых территорий. Как отмечается, одним из ключевых

требований к работы есть возможность охранного комплекса на терять

потенциал охвата территории после истощение аккумулятора летательного

аппарата. Для этого предлагается использование нескольких дронов (в

зависимости от периметра контролируемой зоны), что за настроенной

программой управление автоматизировано осуществляют

синхронизированный облет. Например, если определено, что на территории

предприятия достаточно применения одного дрона, необходимо рассчитать

время возвращение к политной базы и время подзарядки аккумулятора: после

этого определяется общая количество дронов, что предлагается для

применение. Однако в случае значительной площади территории, количество

необходимых для поддержки постоянного статистического контроля дронов

будет расти слишком сильно. Поэтому целесообразно рассмотреть

возможность увеличение времени полета каждого дрона для уменьшения

общей необходимой количества. Одним из факторов влияния на скорость

потери энергии аккумулятора дрона есть избран протокол обмена данным

между собственно устройством и контролером полета.

Сегодня Возможно наблюдать тенденцию увеличение количества

подключенных устройств к беспроводным сетям связи в городе.

Распространенным стандартом, что используется в большинства сфер

автоматизации да удаленного управления оборудованием является Wi-Fi [12].

Однако данный протокол определяет правила доступа к широкополосного

связи, что удовлетворяет потребности только нескольких пользователей.

Поэтому до одной базовой станции, которая работает в режиме «точка-

многоточка» без потери скорости и надежности соединение нет могут быть

подключены десятки или сотни приборов. Дополнительной проблемой

такого соединение в условиях города есть помехи, что искажают

информационную составляющую полезного сигнала. Помехами могут быть

здания, зеленые насаждения, а также определенный класс устройств, которые

могут создавать электромагнитные коллизии в канале связи. Одновременно с

этим, в частотном диапазоне 2.4 ГГц (в настоящее время – и в диапазоне 5

ГГц) сотрудничают миллионы приборов, что используют ту саму

радиочастотную технологию.

Из-за отсутствие необходимости лицензирование устройств, что

обмениваются данными в этом частотном диапазоне, а также относительное

малое количество (13) каналов связи (с которых только 3 каналы нет

пересекаются в эфире) [14] необходимо увеличивать количество точек

доступа почти пропорционально увеличению количества пользователей.

Однако даже две базовые станции рядом друг с другом снижают качество

связи каждой: так происходит потому, что каждая точка доступа считает

обмен данными другой канальным шумом. Таким образом, для серьезной

задачи защиты закрытой территории нецелесообразно применять открытые и

распространены стандарты связи

Разработка прототипа дрона-наблюдателя требует учета

указанных проблем коммуникации между устройством и пунктом

управление БПЛА. Важным аспектом проектирования является выбор

протокола передачи данных с датчиков и контроллеру дрона к центра

управление полетом и обработки данных. Для решение данной задачи

широко используется концепция Интернета вещей.

Согласно исследованиям компании Cisco [1], к 2030 году ожидается

500 миллиардов подключенных к сети Интернет устройств Каждое такое

устройство содержит датчики, собирающие данные, взаимодействуя с

окружающей средой и имеет доступ к глобальной сети. Сеть подключенных

устройств называется Интернетом вещей. Устройства выступают

источниками данных для анализа сред и определение методов воздействия на

их состояние В настоящее время есть разные оценки рынке Интернета вещей.

Например, аналитическая компания IHS прогнозирует ускоренное рост

применение этих устройств на протяжении следующих нескольких лет. Да, в

результате исследование установлена база подключенных к Интернету

устройств к 2025 г. составит более 50 млрд таких устройств, а это, с учетом

поставки нового оборудования, охватит, по прогнозам компании, объем

рынка, превышающий более 12 млрд дол. на год. Значительная часть этой

установленной базы, как ожидается, будет иметь место в промышленных

отраслях применение и будет составлять примерно 20 млрд подключенных

устройств, развернутых в целой ряду индустриальных рынков.Однако

интерес составляют нет приблизительные прогнозы экспертов, а однознать

оценка актуальности использование технологий сектора Интернета вещей.

1.2 Сравнительный анализ LPWA технологий обмена данных

Из-за поставленную требование к статического контроля избранного

среды, дрон может находиться под управлением стандартной программы

облета территории. Благодаря этом Возможно выбрать стандарт управление

на основе маломощного протокола обмена данным. Однако остается

необходимость быстрого реагирования камеры устройства и передачи

изображение в центр обработки, заставляющий проектировать архитектуру

обмена данными по с помощью двух стандартов связи. При помощи одного

из них возможно быстро переключить дрон в режим ручного управления и

отдавать команды полета (а также получать данные о место нахождение,

остаточный уровень заряда аккумулятор, тому подобное) защищенным

каналом связи. Второй протокол обмена данными должен активироваться

только тогда, когда есть необходимость мгновенного реагирования оператора

(и ускоренного управления дроном) на событие проникновения на

контролируемую территорию и для передачи изображения с дрона.

Сравнительный анализ преимуществ и ограничений протоколов обмена

данными между датчиками и центром обработки позволит выбрать

технологии, которые смогут. работать интегрировано и удовлетворять

поставленным к дрона требованиям (статическое управление, динамическое

управление, передача изображения в центр обработки, тому подобное) [2].

С обзора на необходимость работы дрона в условиях дефицита

энергоресурсов целесообразно рассматривать протоколы обмена данными в

LPWA (Low Power Wide Area) сетях. Наиболее широкого распространение

приобрели протоколы SigFox, LoRaWAN, NB-IoT, и Weightless-P.

SigFox позволяет осуществлять коммуникации с малыми

энергозатратами на большие (до 10 километров в городе) расстояния.

Обеспечение низкого уровня мощности передатчика достигается

использованием узкой полосы частот для подключение устройств к сети.

Обмен данными между устройствами проходит в нелицензированном

диапазоне (868, 8 МГц), что разрешает использование технологий частными

пользователями Технология использует алгоритм шифрование AES с

применением HMAC. До ограничений протокола необходимо отнести:

технология не открыта для внедрения и запрещает использование

нелицензированных датчиков; максимальная длина сообщения составляет 12

байт, а количество uplink сообщений нет может превышать 140/день. При

этом возможности удаленной конфигурации устройств в качестве ответы на

изменения измеряемых параметров существенно ограничены количеством

технических downlink сообщений (4/день). Кроме указанных недостатков,

устройства в сети SigFox нет есть мобильными (например, невозможное их

использование для отслеживание местонахождения объектов).

LoRaWAN (Long Range Wireless Area Network) – протокол LPWA

сетей, что позволяет устройствам обмениваться малыми объемами (до 254

байт) за одно сообщение) информации на малыш (0,3 – 50 кбит/с) скорости.

Компромисс между дальностью и скоростью передачи сообщений позволяет

дольше. использовать энергоресурсы датчиков. Технология использует

кодирование данных широкополосными импульсами с использованием ЛЧМ.

Это разрешает приемнику быть устойчивым к девиациям частоты и снижает

требования к тактовому генератора, что разрешает использование недорогих

кварцевых резонаторов. Частотным стандартом для Европы (в том числе и

Украины) является 868 МГц, не лицензируется согласно ЗУ; частотная туман

канала к 500 кГц. В LoRaWAN сетях предусмотрено обязательное

двухуровневое шифрование данных (AES-128) для сохранение целостности

сообщений; использование уникального ключа присоединение к сети,

зашифрованного согласно с алгоритмом AES-64 препятствует перехвату

данных, переданных конечными устройствами. Дальность покрытия в

городской среде достигает 5 км, а продолжительность работы датчиков от

батареи может превышать 10 лет. Важным преимуществом протокола есть

открытость – пользователи нет ограничены количеством и скоростью

сообщений и собственноручно выбирают необходимы настройка в пределах

стандарту.

NB-IoT является технологией, расширяющей возможности мобильных

станций. связи для объединения данных пользователей сотовой связи и

устройств Интернет вещей. К преимуществам NB-IoT относят наличие

покрытия в городе и высокая (200 кбит/с) скорость передачи данных.

Использование узкой полосы частот и низкий уровень мощности передатчика

обеспечивают значительный срок. работы устройств (до 7ми лет). К

недостаткам, которые не позволяют частным лицам и организациям

использование NB-IoT относят стоимость обновление программного

обеспечение сотовых станций и использование лицензированного спектра.

Кроме этого, из-за указанной скорости передачи данных тратит в два раза

больше энергоресурсов, нож, например, LoRaWAN.

Weightless-P является технологией LPWA для систем, требующих

высокой плотности конечных устройств, долгосрочную работу батареи, и

двусторонний связь между датчиком и шлюзом. Weightless-P работает в

нелицензированном диапазоне (ISM), позволяет развернуть покрытие до 2 км

в городе. Скорость передачи составляет 0,1 – 100 кбит/с; используется

алгоритм AES-128 для шифрование данных и AES-256 для аутентификации

устройств. Значительной преимуществом протокола Weightless-P являются

широкие возможности масштабирования: у по сравнению с другими

технологиями LPWAN в диапазоне до 1 ГГц Weightless-P разрешает

обслуживать на 30% передатчиков одной базовой станцией. Основным

недостатком данной технологии есть ограниченное лицензией производителя

использование компонентов на всех уровнях топологии системы.

Следует отметить, что SigFox, LoRaWAN, и NB-IoT и являются

асинхронными технологиями, а Weightless P – синхронной.

В таблицы 1.1 приведено характеристики указанных протоколов:

Таблица 1.1

Сравнение технических характеристик сетей LPWA

Технические

характеристики

SigFox

NB-IoT

LoRaWAN

Weightless P

Диапазон

ISM

Лицензирован

ный

ISM

Лицензирован

ный

Скорость

100 бит/с

1-200 кбит/с

0,3-50 кбит/с

0,2-100 кбит/с

Туман

Узкая туман,

100 кГц

Узкая туман,

200 кГц

Широкая

туман,

к 500 кГц

Узка туман,

12,5 кГц

Частотны

диапазон

868,8 МГц

915 МГц

433 МГц

700 МГц

800 МГц

900 МГц

868,8 МГц

915 МГц

433 МГц

868,8 МГц

915 МГц

433 МГц

Максимальная

дальность

передачи данных

в городе, км

2,5

За результатами проведенного анализа (таблица 1.1), обнаружено, что

наиболее пригодной для разработки охранного дрона есть технология

LoRaWAN. Для интегрированного прототипа контроллера важно не

подвергаться электромагнитному воздействию приемопередающих чипов.

Поэтому правильно, что за установленным стандартом в сети LoRaWAN сбор

информации с передатчиков проходит с минимальным излучением

(поскольку мощность передатчика меньше за 25 мВт), что к того же есть

безопасно для человека [16]. Сравнительно с другими протоколами,

LoRaWAN имеет следующие преимущества:

- в сравнить с SigFox : LoRaWAN имеет неограниченное количество

сообщений и скорость их передачи, что есть важным критерием

для

скорейшей (в пределах возможностей LPWAN-технологий)

взаимодействия между дроном и оператором. В отличие от SigFox,

LoRaWAN не заставляет лицензировать устройства и есть протоколом

открытым к изучение и модернизации;

- по сравнению с NB-IoT : устройства в сети LoRaWAN дольше

работают в условиях дефицита энергоресурсов и являются

мобильными в отличие от датчиков NB-IoT. Это разрешает отправлять

точные координаты позиционирование дрона: как для контроля

качества выполнения программы статического облета периметра, да и

для локализации проникновение нарушителя границы контролируемой

территории. Важным преимуществом LoRaWAN есть использование

нелицензированного спектра и наличие шифрование сообщений и

ключей подключения устройств к сети, что делает разрешает защитить

канал связи от вмешательств злоумышленника;

- в сравнить с Weightless P : значительными преимуществами протокола

LoRaWAN есть длиннее автономность конечного устройства и больше

дальность покрытие в город.

Кроме этого, важной особенностью LoRaWAN есть возможность

одновременного приема нескольких ортогональных сигналов с одинаковой

частотой, но разными скоростями передачи данных. Таким образом

обеспечивается намного больше количество одновременно обработанных

сообщений, несмотря на ограничение стандартной количества каналов

приема. Это позволяет устанавливать только одну базовую регулирующую

станцию взаимодействие одновременно нескольких дронов с центром

обработки данных.

Ввиду на результаты сравнительного анализа и описаны

преимущества протокола LoRaWAN, в работе определено целесообразным

использование технологии LoRaWAN для передачи данных контроля полета и

места нахождения дрона. Однако остается необходимость передачи

цифровых изображений для идентификации способа проникновения и

личности нарушителя границы контролируемой

территории. Как видно с таблицы 1.1, лучшую скорость передачи данных в

зоне города обеспечивает стандарт NB-IoT. При этом этот

протокол обмена данным разрешает тратить только в 2 раза больше

энергоресурсов при передачи данных, нож LoRaWAN, одновременно с этим

обеспечивая стойкий канал передачи данных. Несмотря на это, NB-IoT

назначен для применение в сфере передачи телеметрические, а нет

мультимедийных данных, поскольку ширина частотной полосы является

узкой (200 кГц, таблица 1.1), а размер контейнера с переданными данными

сравнительно малым. Поэтому для передачи цифрового изображение, а также

быстрого реагирование оператора в режиме ручного управления на действия

нарушителя границы закрытой территории целесообразно рассмотреть

стандарты узкополосного Интернета вещей, использующие подобные NB-IoT

технологии передачи данных (оставляя малое напряжение питания

передатчика постоянной), однако позволяют работать с обменом

мультимедийными данным.

Командой разработчиков стандартов мобильной и межмашинной связи

3GPP вместе с выпуском протокола NB-IoT была представлена технология

LTE-M (LTE-MTC, Machine Type Communication), что включает в себя

стандарт eMTC – расширенный тип межмашинного связи. Основной

отличием eMTC является расширенная частотная полоса (до 1.4 МГц),

позволяющая обеспечивать большую скорость передачи данных по

сравнению с NB-IoT. Кроме этого, eMTC поддерживает передачу голосовых

сообщений, а также двунаправленную скорость передачи данных к 1 Мбит/с.

Технология была представлена как дочерняя от стандарта LTE, что лишена

избыточных технологий для обеспечение длиннее автономности работы

подключенных устройств. Ввиду на указанные преимущества технологии

Cat-M1, целесообразно использовать этот стандарт для быстрого ручного

управления дроном, а также передачи цифровых изображений

идентификации нарушителя границы контролируемой территории к центра

обработки охранного точки.

Выводы

Разрабатываемый прототип охранного дрона разрешает нет только

статический (как стандартные системы видеонаблюдение) контроль

состояния окружающей среды на объекте, но и возможность динамически

реагировать на проникновение нарушителя на контролируемую территорию.

Используя уровень приложений и принятие решение таких систем, а также

подсистему ручного управления оператором (при наличии критического

события проникновения), появляется возможность быстрого реагирования

оперативно-охранной группы на действия нарушителя. За помощью

нескольких дронов, что руководствуются персонализированной под размеры

и периметр объекта программой Возможно постоянно (у режиме 24/7)

наблюдать за контролируемой территорией, сохраняя за оператором

охранного комплекса возможность ручного управление.

Сравнительный анализ определил преимущества протокола LoRaWAN

для обмена данным между дроном и центром обработки: в частности,

LoRaWAN предлагается применять для передачи команды на переключение в

режим ручного управление, а также отслеживание остаточного уровня заряда

аккумулятора и местоположения дрона. Для передачи сделанного снимка в

случае критической события (нарушение границы контролируемой

территории) предлагается применить маломощный стандарт связи eMTC (Cat

M1). Предложены аналоги отличаются от распространенных технологий

беспроводной коммуникации современными методами защиты канала связи,

что является критическим в сфере охраны периметра, а также имеют кратно

меньшие показатели использование аккумулятора дрона, разрешая ему

длиннее находиться в воздухе. На основе указанных стандартов предлагается

разработка прототипа охранного дрона, что отвечает требованиям и

обеспечивает решение задач, указанных в Вступ.

РАЗДЕЛ 2

ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБМЕНА

ДАННЫМИ

2.1 О особенности физического и сетевого

уровней протокола LoRaWAN

За физический уровень радиосвязи модулей отвечает стек Лора (long

Range). LoRa использует запатентованную французским производителем

Semtech модуляцию с расширенным спектром, подобную модуляции CSS

[18] (Chrip spread spectrum).

Рис. 2.1- Линейно-частотная модуляция в течении периода времени

CSS есть расширением спектра, в котором кодирование информации

происходит за помощью широкополосных импульсов линейно-частотной

модуляции (ЛЧМ) В частности, стандарт IEEE 802.15.4a определяет CSS как

метод для использования в беспроводных персональных сетях (LWPAN) с

низкой скоростью передачи данных [3]. Использование этого метода

модуляции

разрешает оставить пропускную способность канала фиксированной, вместо

меняется параметр расширения спектра SF (spread factor). Этот параметр

может изменяться от 7 до 12 и позволяет находить компромисс между

скоростью передачи данных и чувствительностью устройства (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Зависимость параметров скорости передачи сообщений и их

максимальной длины от параметра SF

Параметр

SF/туман

канала

Скорость

передачи,

бит/с

Чувствите

льность

приемника

в составе

БС

Чувствительность

приемо- передающего

устройства

DR0 (SF12/125 кГц)

293

-147 дБ

-138 дБ

DR1 (SF11/125 кГц)

540

-144,5 дБ

-135,5 дБ

DR2 (SF10/125 кГц)

980

-142 дБ

-133 дБ

DR3 (SF9/125 кГц)

1760

-139,5 дБ

-130,5 дБ

DR4 (SF8/125 кГц)

3125

-137 дБ

-128 дБ

DR5 (SF7/125 кГц)

5470

-134,5 дБ

-125,5 дБ

DR6 (SF7/250 кГц)

11000

-131,5 дБ

-122,5 дБ

Применение метода расширенного спектра имеет следующие преимущества

[4]:

- полное использование выделенной полосы пропускание для передачи

сигнала, что делает его более устойчивым к канального шума;

- воспламенение широкой полосы передачи информации спектром ЛЧМ

сигнала обеспечивает пассивную устойчивость к многолучевому

замиранию даже при работе на очень низкий мощности;

- выделение сигнала из канальных шумов основано на линейном

характере импульсов ЛЧМ;

- широкополосный спектр значительным мерой стойкий к эффекта Допплер.

Кроме того, метод передачи данных LoRa использует кодирование

«предыдущего исправление ошибок» для повышение устойчивости к помех.

При обработке сообщение базовой станцией возможное

дополнительное повышение степени выделения и качества обработки

сигнала достигаются благодаря фильтрации модемом постоянного шума в

канале. Для разделения режимов приема и передачи сигнала используется

подготовлен пилот-сигнал (преамбула), какой заканчивается с подачей на

выход обратного сигнала. Длина преамбулы зависит от количества символов,

что определяют время работы приёма и передачи. Комбинация сигналов с

информационной составляющей да и нескольких пилот-сигналов позволяют

использовать сравнительно недорогие генераторы тактовой частоты в

приемопередающем модуле, которые при этом достигают высокой

чувствительности (до -148 дБ), а с использованием усилителя к -168 дБ[5].

на отличие от физического уровню LoRa, стандарт LoRaWAN есть

протоколом уровня доступа MAC [17] (media access control). Основное

Применение MAC-протокола происходит на сетевом уровне модели OSI для

маршрутизации и управление связью между БС и конечными устройствами.

Таким образом, LoRaWAN определяет протокол связи да архитектуру

системы для постройки распределенной сети, в то время как физический

уровень LoRa отвечает за передачу сообщений на далекий расстояния.

LoRaWAN также обеспечивает управление частотами связи, скоростью

передачи данных и мощностью всех устройств сети. Как правило, конечные

устройства работают в асинхронном режиме и передают информацию только

когда накопили данные или по заданному графику.

2.2 Особенности применение протокола Cat-M1

Cat-M1 (или LTE-M) – есть технологией сотового связи глобальных

сетей с низким энергопотреблением. Этот стандарт был разработан

специально для проектов, что применяют концепцию Интернета вещей

для

обмена сообщениями между устройствами, которые могут использовать

сотовую сеть передачи данных. В отличие от рассмотренного выше протокола

связи NB-IoT, также использующий существующие сотовые сети, Cat-M1

позволяет работать в более широкой полосы пропускание. Это увеличивает

скорость и размеры возможного наполнение передаточного контейнера с

данным, вместо этого уступая NB-IoT в энергоэффективности. Однако, как

уже было указано:

- протокол связи Cat-M1 предлагается [10] применять только для

скоростного реагирование на ручное управление дроном и

возможности передавать изображение нарушителя во время фиксации

критического события: вместо управление летательным аппаратом в

стационарном режиме работы автономны по возможности

переключения на режим ручного управление;

- несмотря на увеличены требования к емкости аккумулятор, Cat-M1

остается стандартом Интернета вещей, что относят к сетей с низким

уровнем потребления энергии. Детальное сравнение протокола с его

аналогами представлено в таблицы 2.2

Таблица 2.2

Сравнение технологий LTE-M

Параметр

eMTC (LTE Cat.

M1)

NB-IoT (Cat NB1)

EC-GSM

Частотны

й диапазон

Туман

лицензирован

ных частот

FDD, TDD

LTE (in-

band)

Три

варианта

размещение:

1) in-band LTE;

2) guard-band;

3) LTE, standalone в

полосы частот FDD

LTE

Только на

частотах GSM

(standalone)

Покрытие, дБм

155,7

164

Радиус покрытия

базовой станции,

км

До 11

До 15

Ширина

частотной полосы

1,08 МГц

180 кГц

200 кГц на

канал,

суммарно

туман – 2,4

МГц

Скорость

передачи

данных, макс.,

кбит/с

1000

200

Режим работы

Дуплекс,

полудуплекс

Полудуплекс

Мобильност

ь устройства

Допустимая

Ограничено

Режимы

энергосбережение

PSM, DRX,

eDRX

PSM, DRX, eDRX

PSM, DRX

Мощность антенны

23 и 20

33 и 23

Необходимос

ть

модернизаци

сети оператора

Необходима

Только

обновление

программного

обеспечение

Необходима

Как видно из таблицы 2.2, преимуществами Cat-M1 является высокая

скорость передачи данных данных, а также разрешает использование

устройств, что передвигаются. на отличие от Cat-M1, протокол NB-IoT имеет

уже туман пропускание, разрешая использование защитных интервалов,

поэтому нет влияет на емкость

сети. Это позволяет использовать (для некоторых изготовителей

оборудования) уже установленное оборудование (базовые станции) и для

сети LTE и для устройств NB-IoT, однако почти делает невозможным

использование NB-IoT для приложений, устройства которых мобильны. Для

этого конечных устройство каждого раза необходимо заново регистрировать

в новой сотые, связывая передатчик с базовой станции. Оба указанных

стандарта по состоянию на 2021 год имеют широкий спектр пользователей в

большинстве стран мира (рис. 2.2), однако для применение в проектировании

охранного дрона целесообразно использовать именно LTE Cat M1.

Рис. 2.2 Карта распределения технологий Cat M1 i NB-IoT

Существуют и другие дополнительные преимущества Cat M1, что нет

указано в таблицы

2.2. К примеру, кроме низких требований к мощности передатчиков у

конечных устройствах, что позволяют уменьшить расходы энергии на

передачу данных, стандарт Сат M1 предполагает автоматический переход в

режим энергосбережение (гиббернации), который активируется, когда

устройства активно не присылают и нет получают данные. Дополнительной

преимуществом стандарта есть лицензирование частотного диапазона, в

котором работают конечные устройства: это обеспечивает повышенную

безопасность и конфиденциальность. Это может быть особенно полезно,

когда данные, что передаются, есть особенно конфиденциальными, как-

то военные операции или процессы правонарушения – то есть

технология есть верным решением в проектировании охранного дрона.

Выводы

За физический уровень радиосвязи модулей отвечает стек Лора (long

Range). LoRa использует запатентованную французским производителем

Semtech модуляцию с расширенным спектром В отличие от физического

уровня LoRa, Стандарт LoRaWAN представляет собой протокол уровня

доступа MAC (media access control). Основное применение MAC-протокола

происходит на сетевом уровни модели OSI для маршрутизации и управление

связью между БС и конечными устройствами. Cat-M1 (или LTE-M) – есть

технологией сотового связи глобальных сетей с низким энергопотреблением.

Преимуществами Cat-M1 есть высокая скорость передачи данных, а также

позволяет использование устройств, передвигающиеся. Есть и другие

дополнительные преимущества Cat M1: например, кроме низких требований

к мощности передатчиков в конечных устройствах позволяют уменьшить

расход энергии на передачу данных, стандарт Сat M1 предполагает

автоматический переход в режим энергосбережение (гибернации), который

активируется, когда устройства активно не посылают и не получают данные.

Дополнительной преимуществом стандарта есть лицензирование частотного

диапазона, в котором работают конечные устройства: это обеспечивает

повышенную безопасность и конфиденциальность.

РАЗДЕЛ 3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТОТИПА ОХРАННОГО ДРОНА

Выбор компонентов летательного аппарата

Областью применение разработанного прототипа есть организация

наблюдение за выделенной территорией для гражданского мониторинга.

Необходимо обеспечить следующий функционал и возможности созданной

охранной системы:

- статический облет периметра контролируемой зоны;

- передачу данных об остатке уровня аккумулятора дрона;

- передачу данных о местоположении и состоянии завершенности

программы стандартного облета периметра;

- отзыв на команды оператора маломощным стандартом связи

(например, если необходимо длиннее задержаться на точке облета и

подробнее изучить местист);

- переключение в режим ручного управление (за помощью команды,

присланной маломощным стандартом связи переключить программу

управление и технологию управление на Сат M1 для быстрого

реагирование оператора на критическую событие проникновение);

- передачу мультимедийных данных для идентификации нарушителя

границы контролируемой территории скоростным защищенным

каналом связи на основе протокола Cat M1.

Таким образом, для обеспечение исполнение первых четырех

требований необходимо установить на прототип дрона модуль

приемопередающего устройства, что работает за стандартом LoRaWAN, а для

последних двух (динамическое ручное управление и передача изображения)

– модуль, совместимый с технологией передачи данных по стандарту Cat M1.

Для охранного дрона критически использовать тепловизионную камеру

– на отличие от обычных камер видеонаблюдение, что работают в видимом

диапазоне, ИК (инфра-красные) – камеры формируют изображение на основе

инфракрасного излучение объектов, что разрешает фиксировать нарушителя

границы даже в тьмы. Они нет нуждаются дополнительных источников

света, таких как прожектор или лазерная подсветка, и могут эффективно

работать в сложных погодных условиях, позволяя оператору различать

объекты, несмотря на густой туман, сильный дождь или задымление. Однако

через стоимость тепловизионной камеры (в среднем 1500$) для

проектирования прототипа охранного дрона целесообразно воспользоваться

обычной FPV (первая person view) камерой, что значительно сократить

бюджет создание прототипа.

Квадрокоптер – разновидность мультикоптера, несущие винты

которого совершают вращение в диагонально противоположных

направлениях. В общем виде каждый дрон складывается с следующих

компонентов (рис. 3.1):

Рис. 3.1 Схема составляющих компонентов дрона: 1 – двигатели, 2 – регуляторы

оборотов, 3 – пропеллеры, 4 – политный контроллер, 5 – рама

Для реализации лётных возможностей дрона необходимо провести

выбор компонентов, обеспечивающих подъемную силу летательного

аппарата Прежде все, это – двигатели, которых обычно 4 штуки. Двигатели

присоединяются к пропеллеров и приводят их к движению со скоростью,

генерируемой регулятором оборотов. Регулятор оборотов задает скорость,

выходя с команд, что поступают от полетного контроллера. Для

проектирование прототипа охранного дрона признано целесообразным

применение комплекта из 4 двигателей SkyRC X2208 (2000 KV – оборотов),

содержащий попарные двигатели с разной направленностью вращение.

Комплект оснащено необходимыми кабелями и винтами для монтажа на

раму, а технические характеристики следующие:

- диаметр электродвигателя 28 мм;

- длина электродвигателя (без вала) 34 мм;

- мощность 234 Вт;

- количество оборотов/вольт 2400;

- максимальная напряжение питание 14.8 В;

- вес 28 граммов/шт.

Регуляторы оборотов крепятся на раму дрона для контроля передачи

энергии от аккумулятора к бесколлекторных двигателей. Их необходимость

обусловлена тем, что аккумулятор выдает постоянное напряжение питания, а

двигатели работают обычно от трехфазного переменного напряжения. На

вход ESC (Electric Speed Controller) подается напряжение питание от

аккумулятора и сигналы управление от полетного контроллера, а на выходе

регулятор передает двигателю управляющее напряжение. Конечно, регулятор

оборотов должен быть подобран за максимальным потреблением энергии

выходя с напряжения питание аккумулятора, разделенного на количество

двигателей – в нашем случае их 4. применение в проектировании дрона

выбрано ESC 4 в 1 Hakrc, который совместим с типом аккумулятора 2-4S (в

качестве аккумулятора выбран литиевый Fullymax 14.8 В емкостью 1300 мА,

что специально выпускается для дронов из длиной рамы 180-220 мм).

Пропеллеры, что будет вращать двигатель выпускаются

компанией HQProp и имеют следующие характеристики: количество

лопастей – три, длина – 5 дюймов.

Полетный контроллер - это «мозг» дрона (рис. 3.2). Он

запрограммирован на обработку различных сигналов, поступающих с

дистанционного пульта оператора и установленных на нем датчиков Чем

больше сигналов контроллер может обрабатывать, тем более универсальным

является дрон. С помощью шлейфа полетный контроллер соединен с каждым

из четырех двигателей разрешает подавать на ные сигналы

(запрограммированные команды).

Рис 3.2 Стандартное подключение компонентов дрона

Поскольку от работы полетного контроллера зависит стабильность

всего полета, то при создании дронов разработчики активно применяют

разные методы, позволяющие эти элементы виброизолировать. Как правило,

чем лучше виброизолированный контроллер, тем стабильнее будет летать

дрон. Последним временем полетные контроллеры высокого класса

выпускаются уже с встроенной виброизоляцией.

К полетному контроллеру подключается набор различных датчиков

(GPS, гироскопы, акселерометр и т.п.), передающие контроллеру значение

сенсоров. Обратная связь с оператором осуществляется через установленный

на корпусе специальный передатчик – в предложенном варианте это

приемно- передающие устройства на основе стандартов LoRaWAN и Cat M1.

В зависимости от полученных показаний оператор может изменять

параметры полета дрона. Если полетный контроллер дрона имеет встроенную

возможность осуществлять периферийные вычисления, исходя из

показателей датчиков и алгоритмов его программы контроллер может

самостоятельно изменить параметры полета беспилотника, нет вдаваясь при

этом до помощи оператора. В нашему случае будут использоваться обе

возможности.

Базовый состав полетного контроллера следующий:

- главный процессор - отвечает за обработку команд;

- гироскоп - датчик определение положение дрона в просторные;

- барометр - устройство, что определяет высоту положение аппарата;

- акселерометр - устройство, что анализирует ускорение устройства в

трех плоскостях (x, y, z);

- стрелка напрямую - указывает направление, в котором должен лететь

дрон (находится в одному с углов платы);

- GPS-навигатор - определяет место расположение дрона;

- оперативная память;

- запоминающий устройство для сохранение данных в «черном ящике»

на случай невозможности передать данные о состояние оборудование

или помехи в канале передачи мультимедийных данных.

Микропроцессор, что разрешает обеспечить поставлены к системы

требования и поддерживает значительную количество необходимых

открытых библиотек есть Arduino Nano (рис 3.3).

Рис 3.3 Микроконтроллер Arduino Nano

Он имеет следующие значимые для проектирование передатчика

характеристики:

- микроконтроллер ATmega328;

- напряжение питание 5В;

- накопительная память 32 кб;

- энергонезависимая память 1 кб;

- оперативная память 2 кб;

- тактовую частоту 16 МГц;

- режим пониженного энергопотребление;

- поддержка SPI интерфейса;

- имеющийся I2C интерфейс;

- UART TTL интерфейс и виртуальный COM-порт;

- имеющиеся цифровые да аналоговые выходы (22);

- напряжение питание 19 мА;

- вес 7 граммов.

Рама (рис 3.4), на какой закрепляются все указанные компоненты

прототипа охранного дрона может быть смоделирована за помощью среды

3ds max, которая предлагает 30 дней бесплатного ознакомления с

функционалом программы.

Рис 3.4- Спроектирована рама для крепление компонентов дрона

Благодаря возможностям среды создано трехмерную модель элементов,

которые будут держать компоненты (полетный контроллер, двигатели, и т.д.)

дрона вместе. С помощью печатающего принтера и использования

ударопрочного пластика ABS была напечатана первая версия рамы дрона

(рис. 3.4), а после экспериментальных испытаний доработано защита для

пропеллеров при посадке, а также изменены конфигурации расположения

креплений для распределения веса компонентов (прежде всего –

аккумулятора и FPV-камеры) за моделью, показанной на рисунка 3.5.

Рис. 3.5 Окончательно модель напечатанного прототипа дрона

3.2 Интеграция приемопередающих модулей LoRaWAN / Cat M1 и

политного контроллера дрона

Сегодня активный развитие систем проектирование и производства

интегральных микросхем разрешает выбирать составляющие устройства с

широкого спектра комбинированных изделий, которые обеспечивают все

технические потребности пользователей. Постепенная интеграция нескольких

радиокомпонентов в единственный модуль уменьшает общую количество

элементов в изделия, что разрешает корректировать параметры надежности,

гибкости, себестоимости, энергозатрат и габаритов устройства. Кроме этого,

патентованная интегрированная микросхема позволяет защитить разработку

от копирования и противоречащего использования стандартом LoRaWAN /

Cat M1. Поэтому модем, приемник и передатчик интегрированы в единое

изделие. Модем предназначен для декодирования информации, что поступает

к приемника и кодирование той, что поступает к передатчика. Модем

обеспечивает работу синхронного и асинхронного режимов устройства, а

также выполняет необходимы превращение сигнала соответственно к

избранного способа модуляции

В нелицензированном диапазоне [11] (у котором работает Европейский

стандарт LoRaWAN) 868 МГц работают следующие интегрированные

модули передачи: SI4463, SI4432, CC1101, RFM69HW, RFM95W, NRF905,

SX1276,

RFM12B. Данные модели имеют низкие затраты энергоресурсов при приеме

и передачи данных, а также высокая (-120 дБ и более) чувствительность.

Однако модули SI4463, SI4432, CC1101, RFM69HW, NRF905, RFM12B нет

могут

применять модуляцию LoRa для передачи данных, вместо используя FSK,

GFSK, MSK, GMSK да OOK. Для проектирование приемопередающего

устройства связи дрона и оператора подходят только модули с модуляцией

LoRa. Право на использование запатентованной модуляции LoRa имеют

только два производителя передатчиков: Semtech (чип SX1276), что есть

изобретателем, и компания HopeRF (чип RFM95W), что приобрела

лицензию. Между этими интегрированными модулями передачи нет

разницы, поэтому применение любого с них возможное для разработки

прототипа передатчика.

Как было отмечено, чип RFM95W объединяет модем, приемник и

передатчик, да имеет по 8 выходов с каждого стороны (рис. 2.4). С них 6

контактов используются как цифровые и соответствующие выходам DIO0 –

DIO5 на микроконтроллеры Arduino Nano. Работа RFM95W возможна при

условии напряжения. питание от 1,8 до 3,9 В. Типичным напряжением

питания является 3,3 В. Кроме этого, обязательным есть предыдущее

подключение антенны к приемно- передающего модуля. В противном случае

выходное напряжение питания может повредить модуль. Заземление модуля

может происходить путем использование любого из выходов GND. Выход

DIOO отвечает за передачу данных и прием команд с БС (рис 2.4).

Рис 3.6- Выходы модуля RFM95W

Основная коммуникация между процессором и модулем приема и

передачи сообщений осуществляется через SPI (Serial Peripheral Interface)

интерфейс. Последовательный периферийный интерфейс (SPI) - это

синхронный протокол низкого уровня, что применяется при работе с

последовательными данным, какой

используется микроконтроллерами для быстрого связи с одним или

несколькими периферийными устройствами на небольших расстояниях. Он

также может использоваться для связи между двумя микроконтроллерами.

При соединении SPI всегда есть главный устройство, как правило,

микроконтроллер, управляющий периферийными устройствами. Обычно

есть три контактные выходы, общие для всех устройств:

- MISO (Master In Slave Out) – выход для передачи данных главному

устройства с устройств, что ему подчиняются;

- MOSI (Master Out Slave In) – магистральная линия для отправки

данных и команд управления на периферические устройства;

- SCK (Serial Clock) – тактовый генератор, обеспечивающий

формирование тактовых импульсов, которые синхронизируют

передачу данных между центром обработки и периферийными

устройствами;

Поддержка интерфейса SPI микроконтроллером Arduino Nano и чипом

RFM95W делает возможным соединение двух модулей. В таблице 2.2

приведены предложенный вариант соединение выходов указанных модулей:

Таблица 3.1

Рекомендуемое соединение чипа RFM95W и Arduino Nano

Модуль LoRa RFM95W

Микроконтроллер Arduino

Nano

3,3 В

Ground

NSS (сигнал окончание

передачи пакета

данных)

D10

DIO0

DIO1

SCK

D13

MISO

D12

MOSI

D11

Reset

Сочетание RFM95W и Arduino Nano дает возможность управление

выходными данным. Для программирование микроконтроллера было

выбрано среда разработки Arduino IDE Подключение компьютера к

процессору ATmega328 происходит за помощью кабеля USB Type-A Type-

B1.

Распространенным инструментом использование протокола LoRaWAN

на микроконтроллерах есть библиотека LMIC. LoRaMAC-in-C есть

реализацией расширение физического уровня LoRa за помощью медийного

протокола доступ MAC. LMIC была создана при поддержке компании IBM,

которая вместе с Semtech, Actility i Cisco есть учредителями LoRaWAN

Alliance. Библиотека реализована по методу системных «событий-

прерываний» [6], выполнение которых дает возможность управление

модулями передачи SX1276 или RFM95W.

Стоит отметить, что протокол LoRaWAN определяет три

существующих класса. конечных устройств, соединенных с передатчиками.

Такая классификация определяет направленность устройств на определенные

отрасли мониторинга. Например, для экологического или аграрного

мониторинга достаточно несколько раз в час передавать актуальные данные,

и после каждой передачи устройство переходит в режим ожидание, что

продолжается к следующей передачи данных. Это разрешает значительно

уменьшить расходы энергоресурсов при использовании автономных

источников питания. В то же время передатчики в сети мониторинга

состояния здоровья нуждаются использование значительных расходов

энергии в результате постоянной передачи собранной информации. Таким

образом, конечный пользователь выбирает сначала класс устройства,

отвечающий потребностям его сети, а затем датчик, совмещен с модулем

передачи. Классы описываются следующим образом [7]:

Класс А отвечает базовым критериям асинхронной передачи данных,

которую за по умолчанию должны поддерживать все конечные устройства

сети LoRaWAN. Связь класса A полностью асинхронна и всегда начинается

конечным устройством. Каждая передача данных в БС (режим uplink) может

быть отправлено в любой время и сопровождается двумя короткими

окнами ответы базовой станции (режим downlink). Это предоставляет

возможность для двустороннего связи или отправка команд управление сетью

– например, исключение устройства, перезагрузка, или отправка

приглашение на присоединение к сети. Конечный устройство способен

переходить в спящий режим с низким потреблением энергоресурсов в

течение времени, определенного заданной программой: другие компоненты

топологии не могут заставить его «проснуться». Это делает класс А наиболее

энергоэффективным, при поэтому, что разрешает передачу данных в любой

время, предусмотрен программой.

Устройства класса B синхронизируются в сети с помощью

периодических сигналов от БС да открывают возможность отдавать им

команды в запланированные промежутки времени. Таким образом

обеспечивается возможность регулярной отправки команд конечному

устройству. Задержка для приема команд зависит от потребностей

конкретной отрасли мониторинга и может устанавливаться от 1 к 128 секунд.

Дополнительный период активности передатчика влияет на

энергопотребление, однако класс В разрешает применение автономных

источников питание. Время автономной работы устройства класса В будет

меньший, нож в аналога класса А через большую продолжительность

передачи и приема сообщений.

Класс C реализует структуру устройств класса А, однако

дополнительно уменьшает задержку между активацией режима приема после

передачи данных, в результате чего конечное устройство остается в режиме

приема команд из БС период, под время которого устройство нет передает

данные (режим полудуплекс). Выходя с этого, сетевой сервер может начать

передачу команд в любое время при условии, что приемник конечного

устройства открыт (устройство нет передает данные). Это разрешает

применять сеть LoRaWAN для мониторинг в режиме реального времени.

Однако такие расходы энергии требуют постоянного использования

электросети В передатчиках класса С аккумулятор применяется только за

возможности перехода на схему передачи данных класса А для обновление

микропрограммного обеспечения через сеть.

Дрон нуждается использование специальных команд и может

использовать асинхронной (однако иметь график передачи данных в

программе устройств). Таким образом, программа, написана за помощью

библиотеки LMIC будет управлять устройством класса В.

Первым этапом написания программного обеспечения для прототипа

передатчика есть изменение параметров файла конфигурации, что

включается в программу управления. На рисунке 3.7 представлен снимок уже

отлаженных параметров файла конфигурации.

Рис. 3.7 Снимок файла настроек программы управление прототипом

В файле конфигурации были изменены параметры частоты в

соответствии с региона, выбран модуль передатчика, включена специальная

схема передачи (что отвечает устройствам класса B) для уменьшение

потребление энергоресурсов:

Пример программы, написанной передачи сообщений защищенным

каналом связи, приведено в приложения А. За помощью зарезервированного

ссылка #include к файла программы прилагаются:

- библиотека LMIC [6] - обеспечивает функции доступа к модулю передачи;

- библиотека HAL (Hierarchical Alignment API) - разрешает сохранять да

индексировать множественные выравнивание;

- библиотека SPI – реализует интерфейс обмена данными между

процессором и периферийными устройствами.

Для успешного подключение передатчика к сети и дальнейшего

корректного использования после подключения необходимых библиотек

проведено объединение частей кода, что отвечают за определение

идентификаторов устройства.

на следующем этапе программе передаются ссылка на физические

выходы, к которым подключен передатчик. Их программный вид

рекомендован устанавливать идентичным к подключение за таблицей 3.1.

Переход между состояниями программы реализовано за помощью

использование

«событий» (onEvent структур). Это разрешает уменьшить длину

программного кода, что занимает много места на флэш-памяти

микроконтроллер. Основное применение получили «события» EV-JOINNING

(сигнал о начало подключение к сети), EV-JOINED (успешное завершение

подключения), EV- TXCOMPLETE (корректная передача сообщения). Кроме

работы по собственно модулем приема и передачи сообщений, событиями

обеспечивается выполнение стандартной программы облета дрона периметра

контролируемой зоны. Программа создана таким образом, чтобы можно

было быстро настроить дрон на новые параметры объекта исходя из размеров

территории, аккумулятора, времени зависание на месте для круговой

проверки территории на наличие

критических событий проникновение и других потребностей конкретного

пользователя системы.

Функция do_send позволяет отправлять данные в БС и устанавливать

время. следующей транзакции соответственно к потребностей сети. Особое

внимание при написании кода функции необходимо уделять формированию

массива данных для передачи: необходимо правильно настроить и отделить

данные об остатке уровня заряда аккумулятор, место расположение дрона,

этап исполнение автономной программы облета периметра и т.д.

В последнюю очередь определяются функции мониторинга работы

устройства через последовательный порт, управление питанием и начало

присоединение к сети LoRaWAN.

После успешного подключение и испытание модуля RFM95W

необходимо добавить к кода программы управление работу с приемно-

передаточным модулем, что работает за стандартом связи Cat M1. Для

сочетание с указанными компонентами предлагается применение чипа

Quectel BG96-GG (рис 3.8), что обеспечивает работу с технологиями LPWA

связи.

Рис. 3.8 Приемно-передающий модуль Cat M1 (BG96-GG)

После подключение модуля возможна конфигурация логики

программы. Основным является код программы, обеспечивающий

стандартный облет контролируемой территории, позволяя оператору следить

только за основными индикаторами прохождением устойчивого маршрута.

Оператор за помощью команд типа downlink может вмешаться в работу

программы, например, чтобы сделать дополнительный облет подозрительной

части местности. В случае необходимости быстрого реагирование дрона на

команды ручного управление включается режим ускоренного разряда

аккумулятор, какой обусловлен использованием связи, что обеспечивает

модуль BG96-GG. Из-за данный приемопередающий модуль можно также

запросить изображение с установленной FPV-камеры охранного дрона.

3.3 Настройка оборудование радиосети обмена данным

Как было указано в таблицы 2.1, скорость передачи данных за

стандартом LoRa составляет от 0,3 кбит к 50 кбит/с. Выбор скорости

передачи данных являются компромиссом между дальностью связи и

продолжительностью передачи сообщения. Этот компромисс возможен

благодаря SF – фактору расширения. спектра, который в пределах заданной

пропускной способности изменяет ширину спектра представление

закодированных битов информации. При выборе большего SF, растет

дальность передачи сообщение, однако одновременно увеличиваются

расходы энергоресурсов через увеличение времени передачи. Для того,

чтобы рассчитать время и скорость передачи сообщений, а необходимо

ввести понятие адаптивной скорости передачи данных (ADR). В зависимости

от условий окружающей среды между коммуникационным устройством и БС

сетевой сервер будет определять оптимальный коэффициент расширение

спектра SF для работы с обзора на использование энергоресурсов датчиками

и надежностью передачи уведомление. Чтобы увеличить срок службы

аккумулятор, диапазон и общую емкость сети, сетевая инфраструктура

LoRaWAN может управлять скоростью передачи данных и выходной

мощностью каждого конечного устройства за помощью схемы адаптивной

скорости передачи данных ADR. Это значит, что чем лучше покрытие, тем

низший будет коэффициент SF. Для того, чтобы нет нагружать

вычислительные ресурсы сетевого сервера, за активацию ADR отвечает

конечный устройство. В общем случае стационарного мониторинга ADR –

полезная функция, которая сохраняет к 25% энергоресурсов автономное

устройство.

Принцип алгоритма ADR состоит в вычислении медианного значения

отношение сигнала к шуму (SNR) последних 10 полученных пакетов. каждое

отношение SNR сравнивается с предельным значением SNR для каждого

коэффициента расширения спектра SF При этом любой потерянный пакет

считается пакетом с очень низким уровнем SNR (-25dB). Этот способ

разрешает обеспечивать согласование распределения SNR с эффективным

коэффициентом ошибок (Packet Error Rate) конечного устройства. Утрачены

пакеты, как правило, есть теми, чей SNR ниже предельного уровня SNR для

текущего фактора расширение спектра SF. Таким образом, повысив SF для

устройства, чьи пакеты регулярно теряются, можно обеспечить стабильная

связь. Кроме того, алгоритм расчета ADR учитывает угасание сигналов для

каждого SF.

В качестве базовой станции выбран Сisco Wireless Gateway for

LoRaWAN (рис. 3.9). Основными техническими характеристиками

устройства есть:

Рис. 3.9 Базовая станция Cisco

- поддержка: устройств всех классов (А, В, с), автоматического

переключение каналов, стандартных SF, настройка адаптивной

скорости передачи;

- наличие модуля GPS - позиционирование, какой за помощью

TDoA (Time of Arrival) и RSSI (Received Signal Strength Indicator)

может работать даже на минимальном уровни аккумулятора;

- возможность NTP (Network Time Protocol) синхронизации;

- наличие программных компонентов защиты операционной системы;

- два модуля прием передатчиков SX1301;

- 16 каналов приема сообщений;

- установлен FPGA- модуль , позволяющий

работать напрямую с ПЛИС, что управляет

устройством.

Базовая станция Сisco Wireless Gateway for LoRaWAN нуждается в

напряжении питание конвертора 48 - 60 В. Дополнительным и более

удобным вариантом питание есть PoE (Power over Ethernet), когда за

помощью кабеля RJ-45 базовая станция получает энергоресурсы и,

одновременно, конвертируя радиосигналы передатчиков в цифровые,

пересылает пакеты сообщений на

сетевой сервер. Важно отметить, что зона покрытие БС сильно зависит от

подключение усилителей приемника, поэтому необходимо установить

антенны.

Для настройки базовой станции необходимо иметь кабель RG45 –

RS232 и последовательный (serial) порт на компьютере[15]. Подключение к

интерфейсу операционной системы БС рекомендуется за помощью

программы PuTTY. PuTTY является клиентским приложением для связи

различных протоколов удаленного доступа (SSH, Telnet, rlogin) и позволяет

работать через последовательный порт. Снимок работы в программе

представлен на рисунке 3.6. Необходимо выбрать скорость соединения

115200 бод, подключение к БС через последовательный порт и выбрать его из

списка. Для выбора правильной имитации последовательного порта через

USB порт необходимо Найти новый устройство в подключениях,

идентифицировать его и настроить скорость, указанную в скорости

соединение в PuTTY.

Рис. 3.10 Снимок настроек клиента PuTTY для подключение к БС

После подключения компьютера к интерфейсу базовой станции

возможны дальнейшие настройки. Рекомендовано после запуска клиента

PuTTY

перезагрузить БС. Снимок работы и настройка базовой

станции представлено на рисунка 3.11:

Рис. 3.11 Настройка БС через клиент PuTTY

Переадресация пакетов сообщений от конечных устройств к сетевого

сервера происходит с помощью специального оборудования и программного

обеспечения LRR (Long Range Receiver) – это оборудование, которое

включает один или несколько приемопередающих устройств, которые

подчиняются стандартам протокола доступа MAC сети LoRaWAN [8].

Управление LRR обеспечивает контроллер LRC (Long Range Controller). LRC

есть основным компонентом сети LPWA, что реализует медийный протокол

доступа MAC и выполняет функцию посредничества между конечными

устройствами и сервером приложений [9]. Программное обеспечение,

которое является обязательным для включение БС в сеть LoRaWAN есть

Packet Forwarder, какой обеспечивает управление LRR и переадресацию

сообщений с конечных устройств на серверы: сетей и приложений. Для

работы БС через выбранный сетевой сервер необходимо сделать запрос к

технической поддержки, чтобы получить архив с программным

обеспечением Packet Forwarder. Таким образом, необходимо установить

Packet Forwarder и его публичный ключ идентификации.

Для этого необходимо выполнить перечень команд из руководства

пользователя, какой доступный в качества официальной документации к БС

[9]. Перед

установкой рекомендовано записать архив Packet Forwarder на носитель flash-

памяти. Требуется:

1. Расширить возможности администратора командой enable.

2. Войти в глобальный режим конфигурации командой configure

terminal.

3. Разрешить использование USB порта командой enable usb (рис

3.12).

4. Подключить flash-память с архивом Packet Forwarder (рис 3.12).

5. Перейти в каталог flash-памяти командой dir (рис 3.12).

6. Последовательно установить публичный идентификационный

ключ и программное обеспечение Packet Forwarder следующими

командами:

6.1 packet-forwarder install pubkey flash:lrr-opk.pubkey;

6.2 packet-forwarder install firmware flash:lrr-1.8.23-

ciscoms_noconfig.cpkg;

7. Выйти с режима установка Packet Forwarder командой exit.

8. Проверить результаты рекомендуется следующими командами:

8.1 show packet-forwarder info;

8.2 show packet-forwarder status;

8.3 show packet-forwarder log list;

8.4 show packet-forwarder log name config 10;

8.5 show packet-forwarder log name lrr.ini.

Рис. 3.12 Иллюстрация пунктов 3, 4, 5 настройка БС

Для регистрации конечных устройств, мониторинга провайдерской

информации о работе сети, а также настройке взаимодействия БС и конечных

устройств был выбран сетевой сервер Actility. Actility является самым

большим за количеством пользователей и рекомендованным для

использования компанией Cisco. Кроме этого, Actility является одним из

основателей протокола LoRaWAN и предоставляет как коммерческие, да и

государственные услуги. Примерами есть покрытие территорий Франции и

Японии сетями LoRaWAN, управление которыми осуществляется по

помощью Actility.

После установка Packet Forwarder на базовую станцию, она становится

зарегистрированной на сетевом сервере. Чтобы настроить работу сети,

необходимо зарегистрировать конечные устройства, которые работают в зоне

покрытие избранной БС. Для этого необходимо понимать, каким образом

идентифицируются устройства в сети LoRaWAN и как именно защищенные

каналы связи.

Существуют два способа активации устройства в сети LoRaWAN:

OTTA (Over the Air Activation) i ABP (Activation by Personalization). ABP нет

рекомендуется для использования, так как параметры соединения задаются

пользователем с начала коммуникации устройства и БС и не могут быть

изменены удаленно в дальнейшем. Такая активация устройства не безопасна,

однако может быть использована для тестирование связи или постройки

частной сети.

на отличие от ABP, активация за помощью OTTA разрешает сетевому

серверу случайно генерировать ключи регистрации после того, как БС

поступит в пакет с заголовком join-request. Этот пакет является запросом

конечного устройства на подключение к сети, которое отправляется на одной

из трех специально заданных частот. На рисунке 3.13 представлен состав

пакета join- request.

Рис. 3.13 Состав пакета запроса на присоединение

Основным идентификатором конечного устройства есть Device EUI,

уникальный номер длиной 8 символов, какой никогда нет должен

повторяться. Величина DevNonce есть случайным числом длиной 2 байты.

Сетевой сервер на время сохраняет ее для того, чтобы игнорировать

повторные запросы на подсоединение от устройств с одинаковой DevNonce.

Таким образом реализуется защита от атаки повторения. Кроме этого, для

удаленной активации устройства в сети необходимо сгенерировать

идентификатор сервера AppEUI и ключ сервера AppKey. Или данные имеют

быть заданные в программе управление устройством, и после этого

прописаны в форме регистрации приемопередающего устройства на сетевом

сервере (рис 3.14).

В случае совпадения AppEUI и DevEUI устройства с данными в форме

регистрации на сетевом сервере, а также уникальности значения DevNonce,

сетевой сервер генерирует и передает через БС сообщения с заголовком join-

accept. Это сообщение содержит два сгенерированных уникальных ключа

сессии связи: сетевого сервера (Network Сессия Key) и сервера приложений

(Application Сессия Key). Данные ключи шифруются ключом AppKey, и

устройство получает разрешение на присоединение. Для защиты данных в

дальнейшем

обмене сообщениями между устройством и БС ключи NwkSKey и AppSKey

дважды шифруют всю информацию.

Рис. 3.14 Снимок формы регистрации нового устройства на сетевом сервере

Каждый раз, когда пакет от радиомодуля посылается к системы, его

содержание будет частично зашифровано для сетевого сервера, и частично –

для сервера приложений. Таким образом, сетевой сервер, зная ключ

шифрования NwkSKey может расшифровать только служебную

провайдерскую информацию о состояние работы системы. Сервер

приложений получит только информационную составляющую уведомлений.

Такое разделение полномочий позволяет оставить данные клиента сети

частными, в то время как провайдер получает всю необходимую

информацию для поддержки работы сети. При этом двойное ступенчатое

шифрование, какое называется AES-CMAC (рис 3.15), значительно

усложняет возможности провайдера отследить содержание полученных

пакетов

Рис 3.15 Алгоритм шифрование пакетов в сети LoRaWAN

Принцип работы AES-CMAC заключается в разбиении сообщения на

128- битные блоки информации. Каждый блок шифруется отдельно от других

AES- ключом. При этом шифрование каждого следующего блока проходит с

использованием результата шифрование прошлых блоков, усложняя

конечный вид пакета.

Выводы

В разделе 3 описано этап проведение исследование, в котором было

определены необходимые компоненты прототипа охранного дрона. Было

выбрано полетный контроллер, двигатели и регулятор оборотов,

смоделировано и распечатано на 3д-принтер раму для крепление

компонентов прототипа. Разработана программа управление дроном создана

таким образом, чтобы Возможно было быстро настроить дрон на новые

параметры объекта выходя

с размеров территории, аккумулятор, времени зависание на месте для

круговой проверки территории на наличие критических событий

проникновение и других потребностей конкретного юзера системы. Оператор

с помощью команд типа downlink может вмешаться в работу программы,

например, чтобы сделать дополнительный облет подозрительной части

местности. В случае необходимости быстрого реагирование дрона на

команды ручного управление включается режим ускоренного разряда

аккумулятор, какой обусловлен использованием связи, что обеспечивает

модуль BG96-GG. Из-за данный приемопередающий модуль можно также

запросить изображение с установленной FPV-камеры охранного дрона.

Настроено радиооборудование сети и зарегистрировано создан прототип на

сетевом сервере системы.

Экспериментальные испытание прототипа летательного аппарата

показали следующие результаты: эффективность использование заряда

аккумулятора во время стандартного управления (по сравнению с

управлением на основе энергозатратных протоколов семейства Wi-Fi

Alliance) повысилась до 153% (46 мин/30 мин) времени полета БпЛА; во

время стандартного управления с переключением на режим ручного

управление дважды по три минуты эффективность повысилась до 123% (37

мин/30 мин); во время полностью ручного управление, что обеспечивает

модуль BG96-GG эффективность разряда аккумулятора составила 113% (34

мин / 30 мин). Таким образом, Возможно утверждать целесообразность

применение изложенного метода управление прототипом охранного дрона.

РАЗДЕЛ 4

РАЗРАБОТКА СТАРТАП-ПРОЕКТА

4.1 Описание идеи стартап-проекта

Описание идеи стартап-проекта состоит в описании содержания идеи,

возможных направлений применение, основных характеристик проекта,

потенциальных пользователей и проведении сравнительного анализа с

конкурентами в отрасли, определении его сильных и слабых сторон. Эта

информация представлена в виде таблиц и ниже (табл. 4.1-4.2).

Таблица 4.1

Описание идеи стартап-проекта

Содержание

идеи

Направления

применение

Удобства для

пользователя

Идея проекта состоит в

представлении системы

отслеживание нарушение

границы

закрыто

территории с

применением

беспилотного

летательн

ого аппарата

1. Административные

потребности:

защита от

несанкционированного

проникновение на

закрытую территорию

1. Уменьшение

возможностей перехват

тайной информации и

похищение ресурсов

2. Предпринимательские

потребности:

защит

а корпоративных

секретов и

близлежащей к складов

территории

2. Отслеживание

проникновений на

территорию объекта,

быстрое

реагирован

ие группы перехват

Аналогами являются компании разработчиков, начинающих

интеграцию БПЛА в распространены системы видеонаблюдения и

периметральных датчиков охраны. Однако такие решения не позволяют

эффективно работать дронам в условиях. электромагнитного излучения

открытых частотных диапазонов, а также быстро истощают уровень заряда

аккумулятора. Анализ возможных технико- экономических преимуществ

идеи предполагает определение перечня технико- экономических свойств и

характеристик идеи, определение предыдущего круг конкурентов,

сравнительный анализ показателей (табл. 4.2). Сравним предложенную

систему и ее конкурентные аналоги посредством определения сильных,

слабых и нейтральных характеристик проекта.

Таблица 4.2

Определение сильных, слабых и нейтральных характеристик идеи

проекта.

№

п/п

Технико-

экономиче

ские

характеристы

(потенциальные)

товары/концепци

конкурентов

(слабо

сторона)

(нейтрально

сторона)

(сильна

сторона)

ки идеи

Мой

проект

Аналоги

Простота

реализаци

Сложно

Нейтрал

ьна

Предложены

проект

сложнее в

разработке

Эффективнос

ть работы в

данной сфере

Высокая

Низкая

Проект

предполага

ет

большую

эффективнос

ть,

нож

аналоги

Время на

разработка

системы

Долго

Время

затраченный

на внедрение

предложение

ного

протокола

одинаковый

4.2 Технологический аудит идеи проекта

В таблице. 4.3 был проведен анализ реализации проекта, в который

входят распространены доступны технологии, что есть в открытом доступе.

С анализа всех составляющих, было сделано заключение, что есть

возможной техническая реализация проекта. Для реализации нужно только

нанять подходящий Персонал.

Таблица 4.3

Технологическая выполнимость проекта.

№

п/п

Идея проекта

Технологии ее

реализации

Наличие

технологий

Доступность

технологий

Готово к

развертывание решение

с для

отслеживание

проникновений

на

контролируем

ую территорию

Нанять

команду

техническ

их

специалистов

для

разработка

плана

Технологии

ес

ть доступными и

касаются

исключительно

найма персонала

Технология

есть

доступной

установка

оборудовани

системы

Нанять

техническ

ого

специалиста для

управление

системой

Технологии

ес

ть доступными и

касаются

исключительно

найма

персонала

Технология

есть

доступной

Выбрана технология реализации идеи проекта:



Нанять команду технических специалистов для установка системы



Нанять технического специалиста (оператора) для управление системой

Анализ рыночных возможностей запуска стартап-проекта

Таблица 4.4

Предыдущая характеристика потенциального рынке стартап-проект.

№

п/п

Показатели состояния рынке

(наименование)

Характеристика

Количество главных игроков, Ед.

Общий объем продажа, грн/усл.ед

30 усл.ед.

Динамика рынке (качественно оценка)

Растет

Наличие ограничений для входа

(указать

характер ограничений)

Необходимость

начального капитала

Специфические требования к

стандартизации и

сертификации

Регистрация в сети

сотового оператора

Средняя норма рентабельности в отрасли (или

по

рынке), %

Рентабельность проекта

составляет 125% спустя год

Таблица 4.5

Характеристика потенциальных клиентов стартап-проект.

№

п/п

Потребность,

чт

о формирует

рынок

Целевая

аудитория

(целевые

сегменты рынке)

Различия в

поведении разных

потенциальных

целевых

груп

п клиентов

Требования

потребителей

товара

Защита

конфиденциальн

ых данных на

предприятии и



Предпринимат

ели



Администрац

ии

государствен

ных

учреждений



Обеспечение

возможности

предупрежден

ие

несанкционирован

ное



Надежность

использован

ие я, сроки

работы

государств

енных

учреждени

ях

о доступа



Техническая

документаци

и я и

поддержка

Таблица 4.6

Факторы угроз

№

п/п

Фактор

Содержание угрозы

Возможна

реакция

компании

Недостаточно

сть стартового

капитала

Невозможность преодоления

барьера выхода на

рынок через недостаточность

стартового капитала

Привлечение

инвесторов

Наличие

конкуренци

Невозможность преодоление

барьера выхода на рынок через

конкуренцию в отрасли.

Ориентация на

получение

конкурентной

преимущества

путем

улучшение

качес

тва продукта

Таблица 4.7

Факторы возможностей

№

п/п

Фактор

Содержание

возможности

Возможна реакция компании

Распростра

нение

программн

о-

аппаратног

о продукта

Представление

решения на рынок в

виде готового

программно-

аппаратного

продукта.

Одноразовая разработка

продукта да поддержка

обеспечивают одинаковую

количество расходов на разработку,

независимо от количества

пользователей. Есть, расходы

стабильные, доход – растет.

Таблица 4.8

Ступенчатый анализ конкуренции на рынке

Особенност

конкурентного

среды

В почему

проявляется дана

характеристика

Воздействие на

деятельность

предприятия (возможны

действия

компании, чтобы быть

конкурентоспособной)

1. Тип конкуренции

– чистая

Конкуренция характерна

для отрасли с низким

степенью

монополизации.

Расширение номенклатуры

услуг и сфер интеграции

для

увеличение числа

пользователей и клиентов

2. По

уровн

Конкурентная борьба

Постоянное развитие

конкурентно

й борьбы

интернациональны

ведется на

международном уровни.

технического оснащение

3. За отраслевым

признаком

- внутриотраслевая

Конкуренция в

пределах

отрасли.

Необходимость нет

отставать

от конкурентов

4. Конкуренция

видами

товаров

: товарно-родовая

за

между разными видами

товаров, которые могут

выполнять

подобн

ые

функции.

Расширение

возможносте

й применение

предложенной системы

5. По характеру

конкурентных

преимуществ -

неценовая

Конкуренция за счет

улучшение

качес

тва предоставляемых

услуг.

Необходимост

повышать

продукта

постоян

но

надежнос

ть

6. За интенсивностью

неморочно

Таблица 4.9

Анализ конкуренции в отрасли за М. Портер.

Составля

ющие

анализа

Прямые

конкурент

в отраслей

Потенциал

ьные

конкурент

Поставщики

Клиенты

Товары-

заменител

Выводы

Практичес

ки

отсутству

ют

через

новизну

предлагаем

ого

решение

Возможности

входа

достаточно

высокие

Потенциальн

ые

конкуренты

пока не

вышли на

рынок, или

нет настолько

известны,

чтобы

препятствий

деятельно

сти компании,

что

внедряет

проект

Возможн

дополнит

ельные

взыскани

компаниями –

поставщика

мы, задержки

поставка

компонентов

могут

влиять на

репутацию

компании

путем

размещени

е я

отзыво

в о

недостаточ

ную

персонализ

а цию

продукта

Важным

условием

успешного

выхода на

рынок

сть

достаточн

ая

информо

ваность

потенциал

их

потребите

ли в у

преимуще

ствах

предложе

ние ной

системы.

Таблица 4.10

Обоснование факторов конкурентоспособности

№

п/п

Фактор

конкурентоспособности

Обоснование (наведение факторов, что

делают фактор для сравнение

конкурентных проектов значимым)

Ценообразование

инструмента

Чем выгоднее есть цена для потребителя,

тем вероятнее его выбор.

Репутация производителя

Если компания имеет безупречную

репутацию, то уровень доверия к

ней растет.

Уровень лояльности к бренда

Чем выше уровень лояльности, тем

больше

компания имеет благосклонных.

Качество

Продукт демонстрирует достаточно

удачные

результаты

экспериментальных испытаний

Таким образом, выходя с результатов анализа, Возможно увидеть

предложены выше особенности продукта будут очень близкими к

потенциальных потребителей, что делает данный проект

конкурентоспособным.

Таблица 4.11

Сравнительный анализ сильных да слабых сторон «охранного дрона».

№

п/п

Фактор

конкурентоспособности

Ба

лы 1-

Рейтинг товаров-конкурентов в

сравнить с данным проектом

Ценообразование

инструмента

Репутация производителя

Уровень

бренда

лояльности

Качество

Таблица 4.12

SWOT - анализ стартап-проект.

Сильные стороны: экономическая

эффективность системы

Слабые стороны: время для

завоевание позиций на рынке

Возможности: представление решение на

рынок в

виде готового программно-аппаратного

продукта

Угрозы: выход с лада

компонентов

сети, выезд

специалистов

поддержки для замены

Таблица 4.13

Альтернативы рыночного внедрения стартап-проект.

№

п/п

Альтернатива

(ориентировочный комплекс

мер) рыночной

поведения

Вероятность

получение

ресурсов

Сроки реализации

Проведение рекламной

кампании

Высокая 80%

Пол года

Разработка рыночной стратегии проекта

Таблица 4.14

Выбор целевых групп потенциальных потребителей

№

п/п

Описание

профиля

целевой группы

потенциальных

клиентов

Готовность

потребител

ей

воспринят

продукт

Ориентировоч

ный спрос в

пределах

целевой

группы

(сегмента)

Интенсивнос

ть

конкуренции

в сегменте

Простота

входа в

сегмент

Государственные

учреждения

среднее

низкая

среднее

Частные

учреждения

высокая

среднее

низкая

среднее

которые целевые группы выбраны: за результатами анализа выбрано частные да

государственные.

Таблица 4.15

Определение базовой стратегии развития.

№

п/

Выбрана

альтернатива

развития проекта

Стратегия

охват

рынке

Ключевые

конкурентоспособные

позиции в

соответствии с

избранной

альтернативы

Базовая

стратеги

развития

Проведение

рекламно

кампании

Отображение

в всех

ресурсах

Доступность для

потенциального

потребителя,

Стратегия

лидерств

расходов

Таблица 4.16

Определение базовой стратегии конкурентноспособного

поведения.

№

п/п

Или есть проект

«первопроходцем»

на рынке?

Или будет

компания Искать

новых

потребителей,

или забирать

существующ

их в

конкурентов

Или будет

компания

копировать

основные

характеристики

товара

конкурента, и

которые?

Стратегия

конкурентно

й поведения

нет

И то и то

Лучшие

принципы

постройки сетей

Стратегия

вызова лидера

Таблица 4.17

Определение стратегии позиционирование.

№

п/

Требования

товара

целевой

аудитории

Базовая

стратеги

развития

Ключевые

конкурентоспособные

позиции

собствен

ного

стартап-проекта

Выбор ассоциаций,

которые имеют

сформировать

комплексную

позицию

собственного проекта

(три

ключевых)

Точность

определение

специализаци

Точность

Поддержка

специализаци

Надежность

Надежность,

поддержка

Разработка маркетинговой программы стартап-проекта

Таблица 4.18

Определение ключевых преимуществ концепции потенциального

товара

№

п/п

Потребность

Удобство, какую

предлагает товар

Ключевые преимущества

перед

конкурентами

(существующ

ие или такие, что

нужно создать

Потребность в

возведении всех

возможных данных

на экране

оператора

Обеспечивает

зашифрованную

передачу данных к

клиентского

приложения

визуализации

Легкость интеграции

масштабирование,

ориентированность

на заказчика

при персонализации

Таблица 4.19

Описание трех уровней модели товара.

Уровни товара

Сущность да составляющие

И. Товар за замыслом

Система мониторинга на основе радиосети

II. Товар в реальном

исполнении

Свойства/характеристики

Обеспечение отслеживание критических

показн.

Упаковка: отсутствует поскольку это система

ІІІ. Товар с подкреплением

До продажи: предоставление документации

После продажи: поддержка

За счет чего потенциальный товар будет защищено от копирование: патент

Таблица 4.20

Определение границ установка цены.

№

п/п

Уровень цен на

товары-

заменители

Уровень цен на

товары-

аналоги

от 20 000 - 200 000

Высокий или средний

Таблица 4.21

Формирование системы сбыта.

№

п/п

Специфика

закупочной

Функции сбыта,

которые

имеет выполнять

Глубина

канала сбыта

Оптимальная

система сбыта

поведени

я целевых

клиентов

поставщик

товара

Минимальн

ая

количество

посредников

Поддержка

потребител

ей

Международна

Доставка готовой

системы

ил

и передача

алгоритма

Определим концепцию маркетинговых коммуникаций с

помощью постройки следующей таблицы (табл. 4.22).

Таблица 4.22

Концепция маркетинговых коммуникаций

№

п/п

Специфик

поведения

целевых

клиентов

Каналы

коммуника

ции и,

каким

и пользуют

ся

целев

ые

клиенты

Ключевые

позиции,

избранные

для

позициону

вание

Задача

рекламного

сообщение

Концепция

рекламного

обращение

Требовани

я к

удобства

использов

ать ние

Интернет

Точность

, доступ-

ность

Предоставление

как можно полной

информации о

возможности и

преиму

щества

системы

Рекламное

сообщение имеет

демонстрировать

основные

определены

преимущества

проекта.

Выводы

В пределах данного раздела было описано идею создание продукта на

основе созданной сети для мониторинга. Было проанализировано сильные и

слабые стороны разработанного продукта, а также совместимость

преимуществ проекта конкурентными аналогами. За методическими

указаниями было продумано стратегии выхода на рынок, рекламное

обращение, формирование ценовой политики для разных групп

потребителей. Выбраны стратегии развития компании на рынке,

позиционирование для конечного потребителя, поведения с конкурентами.

Определено целесообразным доработка продукта к готового аппаратно-

программного решения, персонализируемого технической поддержкой во

время интеграции под конечного заказчика. След указать, что за

результатами проведенного анализа можно отметить высокую

вероятность выхода продукта на рынок.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Задача отслеживания нарушений границы контролируемой территории

может быть решена за помощью применение охранных комплексов, что

соединены с использованием БПЛА. Так система позволит предупредить

проникновение на закрытую зону предприятия или государственного

учреждения, а также ускорить реагирование оперативной охранной группы

на факт проникновение. Предлагаемый метод наблюдение разрешает

улучшить характеристики устаревших систем фиксации нарушений границы

контролируемой территории.

В работе описано этапы проектирование прототипа охранного дрона.

Проведено сравнительный анализ распространенных технологий обмена

данным в маломощных сетях местного значение. Такой подход разрешает

повысить эффективность использования аккумулятора БпЛА во время

полета, увеличивая зону охват территории. Одновременно с этим

повышается надежность управление летательным устройством и

использование защищенного канала связи и передачи мультимедийного

изображения фиксации нарушителя После выбора технологий обмена

данными проведен анализ необходимых для проектирование дрона

компонетов. полетный контроллер, регуляторы оборотов, смоделировано и

напечатано на 3д-принтер раму для крепление компонентов устройства.

написано программу управление летательным аппаратом, по умолчанию

является автономным, однако разрешает отправку корректирующих команд

движения дрона, а также переключение в режим ручного управление.

Предложение система демонстрирует исполнение условий относительно

статического мониторинга контролируемой зоны, динамическое

реагирование на критическую событие проникновение и передачу данных о

нарушителя и место расположение пересечения границы защищенным

каналом на центральный пункт охраны. Система предоставляет информацию

с дрона в режиме, приближенном к реального времени и имеет экстренный

канал связи в случае падения напряжения питание аккумуляторов или атаки

нарушителя территории на дрон.

Экспериментальные испытание прототипа летательного аппарата показали

следующие результаты: эффективность использования заряда аккумулятора

во время стандартного управления (по сравнению с управлением на основе

энергозатратных протоколов семейства Wi-Fi Alliance) повысилась к 153%

(46) мин / 30 мин) времени полета БпЛА; во время стандартного управления

с переключением на режим ручного управления дважды по три минуты

эффективность повысилась до 123% (37 мин/30 мин); во время полностью

ручного управления, обеспечивающего модуль BG96-GG эффективность

разряда аккумулятора составила 113% (34 мин/30 мин). Таким образом,

Возможно утверждать целесообразность применение изложенного метода

управление прототипом охранного дрона, а также выполнение поставленным

в системе требований. Дальнейшая работа будет сосредоточена на

расширении возможностей охранного дрона за счет увеличение количества

информативных датчиков, а также на испытаниях прототипа на реальных

объектах для повышение уровня их защиты от несанкционированных

нарушений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. The Internet of Things [Электронный ресурс] / Сиско, 2014. Режим

доступа :

https://www.cisco.com/c/dam/en_us/solutions/trends/iot/docs/iot-aag.pdf .

2. Копанев, М.М. Разработка макета городской улицы под управлением

системы сбора данных «Smart Street» - City street layout development under the

control of “Smart Street” data acquisition system / М.М. Копанев, О.П. Живков,

И.И. Галицкий, П.Г. Акопян // «Информационные да

телекоммуникационные науки» -

«Information and Telecommunication Sciences»: материалы межд. опыт. журн.

– Киев.

3. Копанев, М.М. Разработка автоматизированной системы мониторинга с

применением технологии LoRaWAN - THE DEVELOPMENT OF

AUTOMATED MONITORING ECOSYSTEM USING LORAWAN

TECHNOLOGY - «SCIENCE AND TECHNOLOGY OF THE XXI CENTURY»

/ М.М. Копанев // материалы ХІХ Всеукр. науч.-практ. конф. (29) письмо.

2018 г.), м. Киев. c. 66-67

4. IEEE 802.15.4a [Электронный ресурс]/IEEE Standards Association, 2007.

Режим доступа: https://standards.ieee.org/standard/802_15_4a-2007.html

5. SX1276 TechDoc [Электронный ресурс]/Semtech, 2020. Режим доступа:

https:// www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-transceivers/sx1276

6. Kooijman, M. Arduino-LoraMAC-in-C [Электронный ресурс] / Github,

2016. Режим доступа: https://github.com/matthijskooijman/arduino-lmic

7. What is the LoRaWAN Specification? [Электронный ресурс] / LoRa

Alliance, 2018. Режим доступа: https://lora-alliance.org/about-lorawan.

8. Широкополосные беспроводные сети передачи информации.

/Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. – М.:

Техносфера, 2005.

9. Cisco Wireless Gateway для LoRaWAN Configuration Guide

[Электронный ресурс] / Cisco. Режим доступа:

https://www.cisco.сom/c/en/us/td/docs/routers

/interface-module/lorawan/software/configuration/guide/b_lora_scg/lrr.html

10. Doi, T. Frequency hopping ultra wideband inter-vehicle radar system using

chirp waveforms / T. Doi, T. Matsumura, K. Мизутани, H. Tsuji, H. Wakana да

др.

// Ultra Wideband Systems - IEEE, 2004. с 2-4.