Исследование методов обработки и управления информацией при создании систем мобильной связи

243 

Впервые,  когда  Никола  Тесла  проводил  эксперименты c беспроводной  передачи  данных  для 

дистанционного  управления    моторной  лодкой,  он  заметил,  что  данное  направление  будет 

перспективным[1].  Сегодня  имеется  большое  количество  устройств,  которые  управляются 

дистанционно и имеют в добавок логически управляющие блоки. 

В 80-е годы прошлого столетия в мировом сообществе произошла интеллектуальная революция. 

Одной  из  революции  является  переход  на  клиент-серверную  архитектуру,  появление  концепций 

«SmartHome». SmartHome может являться совокупностью множества других технологий или систем. 

Современный умный дом подразумевает следующие понятия: 

  Система  добычи  ресурсов.  Включает  в  себя  солнечные  панели,  ветровые  установки, 

стабилизаторы тока, инверторы напряжения, аккумуляторные батареи резервуары для воды и другие 

устройства. 

  Управление климатом дома. Включает в себя отопительную систему, жалюзи, теплые полы, 

конфорки, камины, кондиционеры воздушного охлаждения. 

  Управление  приборами.  Включает  в  себя  автономные  пылесосы,  световые  устройства, 

электроточки.  

  Обеспечение безопасности. Включает в себя камеры наблюдения, датчики движения, датчики 

утечки воды, возникновения пожара, электрозамки. 

  Обеспечение  доступа  к  мультимедиа  и  различным  облачным  сервисам.  Включает  в  себя 

доступ в частное облако для хранения мультимедиа библиотеки, единый интерфейс на всех экранах, 

доступ  в  интернет,  составление  статистики  пользования  устройствами,  контроль  управления  и  ряд 

других облачных сервисов.  

Развитие данного направления, возможно, приведет к тому, что подобные дома будут объедены 

в  единые  подсети  и  сети.  Они  будут  полностью  или  частично  независимы  от  ресурсов,  таких  как 

электричество,  газ,  вода.  Такие  умные  сооружения  будут  производит  электроэнергию,  собирать  в 

резервуары талую воду и выполнять другие жизненно необходимые функции.  

Как  известно  в 21 веке  основной  проблемой  является  загрязнение  воздуха  в  крупных  городах. 

Часто бывает так, что в центре города можно встретить ТЭС, которые в зимнее время работают на 

пределах,  сжигая  большое  количество  топлива.  При  этом  наносится  вред  окружающей  среде. 

Переход с традиционной системы отопления на электрическую, приведет к тому, что все умные дома 

будут отдавать избыток электричества.  

 

 

Рисунок 1 – Объединение домов в сеть для перераспределения избытка электричества 

 

Данная  модель  частично  снизить  нагрузки  на  электростанциях  (Рисунок 1). Проанализировав 

основные коммунальные затраты, можно сказать, что основной затратой   на сегодняшний день в частном 

секторе является плата за газ. Особенно в зимнее время. Проведя небольшой опрос с владельцами частных 

домов в районе верхней Каменки(2 владельца) и в районе Каргалы(3 владельца) в городе Алматы(Таблица 

1), было установлено,что в зимнее время средняя стоимость за отопление составляет 73тг/кв.м. 

244 

Таблица 1 

Опрос владельцев 

 

«№  Площадь  

Высота 

потолков 

Теплые 

полы 

Средняя 

темп-ра 

Колич-во 

человек 

Расходы 

зимой 

Расходы 

летом 

1 600 

3 

да 26.3  8  45000 

5000 

2 500 

2.7 

нет 22  12 37000 

4000 

3 470 

2.7 

нет 24.7 

6  35000 

3800 

4 500 

3 

да 26  6 37500 

4800 

5 550 

2.7 

нет 25 

8  37000 

4000 

 

Для  постройки  умного  дома  необходимо  уделить  должное  внимание  теплоизоляции.  Это 

приведет к меньшим затратам на обогрев дома. Для центральной отопительной системы, возможно, 

будут  применены  индукционные  нагреватели,  а  тепло  будет  распределяться  при  помощи 

традиционной системы отопления, либо через вентиляционные шахты.  

Для традиционной системы отопления необходимо будет рассчитать объем резервуара, который 

будет  аккумулировать  нагретую  воду.  Стенки  резервуара  при  этом  должны  быть  изолированы  для 

устранения  конвекции.  Датчики  управления  необходимо  установить  на  водяных  насосах.  В  умном 

доме так же необходимы датчики измерения температуры, влажности в помещениях.  

Днем,  пока  работают  солнечные  панели,  вода  в  резервуаре  будет  нагреваться  до  достижения 

температуры  в 

.  Эта  цифра  объясняется  тем,  что  объем  резервуара  рассчитывается  таким 

образом, чтобы на протяжении всего дня, нагрев воду 1 или 1,5 раза можно было поддерживать тепло 

в  течении 24 часов.  Задав  желаемый  параметр  в  помещениях,  водяной  насос  будет  перекачивать 

горячую воду по батареям до достижения этой отметки.  

Для  экономии  воды,  необходимо  использовать  дождевую  воду.  В  зимнее  время  необходимо 

сделать отапливаемый участок, куда будет сбрасываться снег. Вода фильтруется и минерализируется 

для дальнейшего использования.       

На  международной  выставке CES 2015 где «SmartHome» занимает  отдельную  главу,  были 

представлены  смарт  устройства,  подключаемые  к  сети[3].  Основной  концепцией  данных  устройств 

является  то,  что  все  устройства  должны  работать  в  симбиозе  с  другими  устройствами  и  составлять 

единую  сеть.  По  оценкам Cisco[2] к 2020 году  к  сети  будет  подключено 50 миллиардов  различных 

устройств,  что  позволит  составлять  статистику,  выявлять  наиболее  частые  дефекты  и  сбои  в 

оборудовании.  Благодаря  этому,  все  устройства  будут  отображаться  в  сети,  иметь  свои 

идентификаторы, что приведет к снижению краж, синхронной работе всех устройств.  

Что  касается  глобального  изменения,  то  развитие  данной  технологии,  возможно,  приведет  к 

принятию  следующего  понятия  как «SmartCity» или «WiseorIntelligentCity», которые  уже 

существуют.  В  рамках  концепции IoT (InternetofThings) ведутся  разработки  по  модернизации 

крупных  городов[4].  Уделяется  особое  внимание  таким  проблемам,  как  пробки  на  дорогах, 

загрязнение  окружающей  среды  заводами,  автоматизация  больших  складов,  системы  и  способы 

взаимодействия устройств.   

Эра  клиент-серверной  архитектуры  постепенно  отодвигается  и  на  ее  смену  уже  пришла  эра 

CloudComputing.  Развитие  данной  технологии  открыло  большие  возможности  по  всему  миру.  В 

рамках  многих  вузов  реализованы  тематические  онлайн  лаборатории,  предоставляющие 

вычислительные ресурсы, доступ к электронной библиотеке, к различным операционным системам и 

прикладным программам. В целом, почти все веб ресурсы активно используют данную технологию.  

Научные исследования по принятию CloudComputing в области укрепления клиентского доверия 

являются  незначительными.  Некоторые  сделанные  работы  основаны  на  модели TrustComputing. 

Безопасность  же  привлекает  все  большее  внимание  в  этой  области.  Большие  предприятия  и 

корпорации  указывают  на  финансовые  преимущества  использования  СloudСomputing,  так  как 

затраты  снижаются,  а  системные  администраторы  на  удобство  обслуживания.  Но  сами  работники 

зачастую не могут преодолеть этот барьер. В таких случаях предприятия прибегают к реорганизации.   

К  примеру,  в  Китае  внедрена  система CQSCS (Construction Quality Supervision Collaboration 

System), которая предназначена для лиц участвующих в строительстве зданий. Судя по описанию[5], 

данная  система  отображает  текущее  состояние  проекта,  имеет  свою  систему  оповещения  и 

предоставляет другие сервисы необходимые для работы всей группы. Система внедрена в облако, что 

позволило  урезать  офисное  помещение.  Данная  форма,  по  описанию,  имеет  ряд  преимуществ,  где 

245 

одной  из  них  является  снижение  уровня  коррупции  за  счет  того,  что  снижается  взаимоотношения 

между  сотрудниками.  Если  сравнивать  этот  облачный  сервис  с  другими,  то  принцип MSOffice 365 

или GoogleAppEngineочень близок: все необходимое в одном месте.  

Проанализировав  рынок,  можно  смело  сказать,  что  для  крупных  мировых  организаций cloud 

провайдеры  будут  предоставлять  индивидуальный  подход,  подстраивая  свою  систему  под  нужды 

организации,  так  как  в  таких  организациях  бывают  свои  специфические  моменты  в  системах.  При 

других раскладках, организации чаще прибегнут к созданию собственных персональных  облаков с 

прямой поддержкой IT инфраструктуры.    

Делая  обзор  перехода  организаций  на CloudComputing, можно  сказать,  что  зачастую  директора  с 

недоверием относятся к такой модернизации. Судя по описанию данной статьи[6], главная причина – это 

безопасность.  Если  посмотреть  на  быстрое  расширение  облачной  модели IaaS таких  как Amazon EC2, 

MicrosoftAzure данные модели сервисов страдают от нескольких уязвимостей, таких как на программном 

стеке, атакой через канал на веб консоли управления облаком виртуальной машины, утечке информации 

и нахождение вредоносных программ у конечного пользователя[7].  Необходимость защиты облачного 

хранилища и облака, где производятся вычисления, была подтверждена во многих случаях. К примеру, 

согласно статье [8], цитирующая, что в компаниях, лица принимающие решения подчеркивают тот факт, 

что  проблемы  безопасности  являются  одними  из  основных  факторов,  препятствующих  бизнесу 

развернуть  своих  данные  и  вычисления  в  облаке.  Наиболее  частое  беспокойство  вызывает 

неосведомленность о состоянии данных, когда они находятся в облачной среде, а также обеспокоенность 

заказчика с возможным банкротством облачного поставщика. Помимо этого согласно ресурсу [9] мнение 

большинства  правительских  учреждений  слагается  к  тому,  что  пункт  безопасности  резко  снижает 

эффективность  использования  облачных  вычислений. Главная причина  боязни – это  возможная  потеря 

данных, нарушение их структуры и замена их на злокачественные.  

Подобные  исследования  в  рамках  безопасности  облачных  вычислений  были  представлены 

ранее[11].  Экономические  выгоды  от  использования  облачного  хранения  и  облачных  вычислений 

являются  достаточно  привлекательными,  чтобы  способствовать  внедрению  этих  технологий. 

Поэтому их использование может увеличиваться с течением времени [10]. В этой ситуации, есть риск 

того,  что  экономические  выгоды,  получаемые  сегодня  благодаря  быстрому  распространению 

облачных  технологий,  в  некоторых  случаях  могут  быть  убытками  в  результате  неожиданного 

отсутствия свободных дисковых мест, а также коррупцией и воровством данных.  

Хотя это движение имеет потенциал, это не гарантирует безопасную платформу в облаке, чтобы 

уменьшить  риски.  Результаты  зачастую  зависят  от  правильного  использования  доверенного 

оборудования.  Есть  международная  группа TrustedComputingGroup, которая  разрабатывает 

спецификации, стандарты для различных отраслей. В этой группе эксперты различных категорий могут 

работать  вместе,  формируя  и  дорабатывая  международные  спецификации,  стандарты.  Одни  из 

участников, к примеру, разрабатывали производство аппаратного обеспечения для ноутбуков, которое 

способствовало принятию новых технологий для модернизации мобильных устройств как смартфоны.  

К  примеру,  использование  надежных  вычислений  на  мобильных  платформах  уже 

сфокусировались  на  нескольких  недавних  исследованиях[12],  у  которых  была  цель  исследования 

повышения  функциональности  и  выявления  влияния  вредоносных  программ  на  функциональность 

системы  смарт  устройств.  Другая  важная  область TrustedComputing является  область  применения 

виртуализации  систем  и  облачных  технологий.  Надежная  проверка  целостности  программных 

компонентов, используемых в инфраструктуре облачных вычислений, а также защиты информации с 

использованием надежных методов вычисления могут решить некоторые из проблем безопасности.  

В  заключении  можно  сказать,  что  системам SmartHome необходимо  будет  взаимодействовать  с 

сетью Интернет, то есть с различными веб сервисами. На основе этого следует, что эти две технологии 

будут взаимодействовать между собой. На сегодняшний день наступила эра. Данное направление имеет 

потенциал развития. В недалеком будущем следует ожидать тонкие клиенты, легализацию и защиту идеи 

и программных приложений. Эра ноутбуков и десктопов смениться маломощными планшетами и мини 

ПК,  так  как  большинству  пользователей  не  понадобятся  большие  вычислительные  ресурсы.  В  сфере 

малого  и  среднего  бизнеса  будут  популярна  модель SOHO, где  персонал  будет  сосредоточен  дома  и 

объединен единой системой взаимодействия. Это позволит отказаться от аренды офисов и частичной IT-

инфраструктуры.  Таким  образом,  внедрение CloudComputing в  домах  дает  средства  для  эффективного 

взаимодействия с частными облаками предприятий. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

1.  Книга «Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы» Джон О'Нил 

2.  http://share.cisco.com/internet-of-things.html (Cisco обзор) 

3.  http://www.cnet.com/ces/smart-home/ (Международная выставка) 

246 

4.  http://www.iot-a.eu/public (Концепция IoT) 

5.  Y.Cheng «Development of a CQSCS based on a SaaS Private Cloud» Spring Science Business Media 

Dordrecht 2015 ( 

6.  Tom Kirkham University of Leeds, UK «Risk driven Smart Home resource management using services» 

journal Elsevier 

7.  http://aws.amazon.com/ec2/ (Amazon о Cloud Computing) 

8.  http://www.microsoft.com/windowsazure/ (Microsoft Azure) 

9.  http://www.rackspace.com/cloud/cloud_hosting_products/servers/ (Rackspace Cloud Hosting) 

10.  http://www.trustedcomputinggroup.org/about_tcg (Trusted computing группа) 

11.  http://www.trustedcomputinggroup.org/resources/tpm_main_specification (TrustedPlatformModule 

основные спецефикации) 

12.  Публикация M. Nauman, S. Khan, X. Zhang, and J.-P. Seifert, \Beyond kernel-level integrity measurement: 

Enabling remote attestation for the android platform," in Trust and Trustworthy Computing 

 

REFERENCES 

1.  Book «Prodigal genius: The life of Nikola Telsla» John O’Neill 

2.  http://share.cisco.com/internet-of-things.html (Cisco predictions) 

3.  http://www.cnet.com/ces/smart-home/ (International exhibition) 

4.  http://www.iot-a.eu/public (Conception of IoT) 

5.  Y.Cheng «Development of a CQSCS based on a SaaS Private Cloud» Spring Science Business Media 

Dordrecht 2015 

6.  Tom Kirkham University of Leeds, UK «Risk driven Smart Home resource management using services» 

journal Elsevier 

7.  http://aws.amazon.com/ec2/ (Amazon Elastic Compute Cloud) 

8.  http://www.microsoft.com/windowsazure/ (Microsoft Azure) 

9.  http://www.rackspace.com/cloud/cloud_hosting_products/servers/ (Rackspace Cloud Hosting) 

10.  http://www.trustedcomputinggroup.org/about_tcg (Trusted computing group) 

11.  http://www.trustedcomputinggroup.org/resources/tpm_main_specification (Trusted Platform Module main 

speci_cation) 

12.  M. Nauman, S. Khan, X. Zhang, and J.-P. Seifert, \Beyond kernel-level integrity measurement: Enabling 

remote attestation for the android platform," in Trust and Trustworthy Computing 

 

Куандыков А.А.,  Косников В.А. 

SmartHome жəне CloudComputing технологияларынын ңинтеграциясының мүмкіндіктері мен 

болашақтағы даму үлгісі. 

Түйіндеме. Бұл мақалада SmartHome жəне CloudComputing дамуынын бір үлгісі көрсетілген. SmartHome-

ның жылу жүйесінің моделі ұсынылған. Интервью арқылы, жерүйелерінен жылу жүйесіндегі толемақы туралы 

ақпарат жиналды. Компаниялардың CloudComputing технологиясына қорқынышпен қарайтын негізгі себептері 

қарастырылған. CloudComputing-тің баолашақтағы даму мүмкіндіктері қарастырылған. 

Түйін сөздер: перспективлар, smarthome, cloudcomputing, өлшегіштер, модель, trustcomputing. 

 

A. Kuandykov, V. Kosnikov 

The opportunities and perspectives of integration Smart Home and Cloud Computing 

Summary. This article focused on development Smart Home and Cloud Computing. For Smart Home proposed model 

of heating system. Few people were interviewed to calculate average cost for heating payment. Described the main reason of 

slowly implementation to Cloud Computing in organizations and perspectives of development Cloud Computing. 

Key words: prospects, Smarthome, Cloudcomputing, sensors, model, trustcomputing. 

 

 

УКД 681.51:629.783 

 

 Куандыкова Г.Е., Ширяева О.И. 

Казахский национальный технический университет им.К.Сатпаева 

г.Алматы, Республика Казахстан 

sbama@mail.ru, shir_olga@yahoo.com 

 

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РОБАСТНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ  

ДВИЖЕНИЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 

 

Аннотация. В представленной статье получены результаты разработки сложной неопределенной системы 

управления  движением  аэрокосмического  аппарата  на  основе  методов  интервальной  арифметики.  Данная 

задача имеет актуальность, так как связана с решением проблемы априорной неопределенности, возникающей 

247 

из-за  влияния  внешних  возмущений.  Для  учета  параметрической  неопределенности    в  описании  объекта  в 

настоящее время используется теория робастных систем, в том числе: стохастических, нечетких, интервально-

заданных. В данной статье используется описание неопределенного объекта, как интервально-заданного. При 

построении  интервально-заданного  объекта  управления  использовался  алгоритм,  призванный  снизить 

вычислительные  трудности  с  интервальными  дифференциальными  уравнениями  за  счет  специально 

сконструированных  множеств  векторов  и  матриц.  Данный  алгоритм  основан  на  формировании 

вспомогательного множества с ключевыми матрицами. 

Ключевые  слова.  Робастная  система  управления,  декомпозиция,  децентрализация,  аэрокосмический 

аппарат, интервальная арифметика. 

 

Влияние  внешних  возмущений  и  шума  измерений,  а  также  различия  между  математическими 

моделями, используемыми для проектирования и моделью идеальной системы, делает построение систем 

управления  сложной  задачей  для  проектировщика.  При  этом  от  проектировщика  требуется,  чтобы 

создаваемая  им  система  функционировала  надлежащим  образом  в  широком  диапазоне  изменения 

неопределенных  параметров  при  воздействии  внешних  возмущений.  Синтез  систем  высокой  точности 

при  наличии  существенной  неопределенности  объекта  вынуждает  проектировщика  искать  решение  в 

классе робастных систем, которая обладает достаточной надежностью, грубостью и гибкостью [1]. 

Целью  данной  работы  является  решение  задачи  разработки  методики  исследования  робастной 

системы  управления  аэрокосмическим  объектом,  функционирующего  в  условиях  априорной 

неопределенности. Несмотря на появление новых и развитие известных методов синтеза робастных 

законов  управления  в  условиях  априорной  неопределенности,  при  неполной  информации  о 

параметрах  и  характеристиках  объекта,  проблема  устойчивости  интервально-заданных  систем 

управления еще полностью не решена и продолжает быть актуальной [2]. 

В  данной  работе  предлагаются  методика  исследования  аэрокосмических  объектов  в  условиях 

внешних  возмущений,  на  основе  методов  интервальной  арифметики  и  математического 

моделирования [3].  

Особенность интервально-заданной системы заключается в том, что входы и выходы системы не 

являются  заданными  точно.  Для  них  будут  известны  лишь  границы  их  возможных  значений 

(изменений), верхняя и нижняя, или, что эквивалентно, нам будут даны только интервалы, в пределах 

которых могут находиться значения входов и выходов. 

Система  управления  движением  аэрокосмическим  аппаратом  построена  на  основе  адекватной 

математической  модели  с  интервальными  параметрами.  В  процессе  решения  поставленных  задач 

также  сформированы  условия  анализа  робастных  систем  управления  движением  искусственного 

спутника  Земли  в  условиях  внешних  возмущений;  разработано  программное  обеспечение, 

реализующее алгоритмы анализа интервально-заданной системы управления. 

Перейдем к составлению модели орбитального движения искусственного спутника Земли  (ИСЗ) 

с учетом его угловой стабилизации. Для этого введем следующие системы координат: 

 - инерциальную (неподвижную) систему 

, 

,  

, начало которой поместим в центр Земли; 

ось 

  направим  перпендикулярно  плоскости  орбиты,  ось 

-  вдоль  линии,  соединяющей  центр 

Земли с начальным положением ИСЗ на орбите, а ось 

- в плоскости орбиты по вектору начальной 

скорости ИСЗ; 

-  орбитальную  систему 

, 

, 

,  начало  которой  поместим  в  центр  масс  ИСЗ;  ось 

 

направим  параллельно  оси   

,  ось   

 – вдоль  линии,  соединяющей  центр  Земли  с  текущим 

положением ИСЗ н орбите, а ось 

 – в плоскости орбиты вперед по движению ИСЗ по орбите; 

- связанную с телом ИСЗ систему 

, 

, 

, начло которой поместим также в центр масс ИСЗ. 

ИСЗ как объект управления имеет шесть степеней свободы – три координаты положения центр 

масса  инерциальной  системе  координат  и  три  угловые  степени  свободы,  определяющие  угловое 

положение  тела  спутника  по  отношению  к  инерциальной  системе.  Управление  движением  ИСЗ 

состоит из двух тесно связанных процессов – управления движением центр масс ИСЗ и управления 

его  угловым  положением.  Второй  процесс  был  рассмотрен  и  смоделирован  ранее.  Для  управления 

орбитальным  движением  ИСЗ  важно  ориентировать  и  стабилизировать  угловое  его    положение  в 

орбитальной системе координат. 

Рассмотрим  формирование  вектора  силы  гравитации,  действующей  на  ИСЗ  со  стороны  Земли. 

Для этого вначале следует определить величину ускорения гравитации в той точке пространства, где  

расположен спутник. Это ускорение определяется выражением: 

248 

                                                               

=g

,                                                                 (1) 

 

где  g – ускорение  гравитации  на  поверхности  Земли,  

  –ускорение  в  точке,  находящейся  на 

расстоянии      от  центра  Земли,  а  R – радиус  Земли.  Теперь  вектор    F – силы  гравитации, 

действующей на ИСЗ можно определить из соотношения: 

 

                                                              F = -m

                                                              (2) 

 

Здесь m – масса ИСЗ, а r – радиус-вектор его центра масс. 

Если  известные  текущие  координаты  центра  масс 

жүктеу/скачать 19,96 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: