ISA 100.11a
Первоначальное название протокола ISA 100.11a — «Беспроводные системы в промышленной автоматизации. — Управление процессами и соответствующие способы применения» — говорит само за себя. В 2014 г. этот стандарт беспроводной связи стал международным с присвоением буквенно-цифрового кода IEC 62734 («Сети электрические промышленные. Беспроводные сети связи и коммуникационные профили») и в этой редакции действует с июля 2015 г. Стандарт IEC 62734 позволяет создавать надежные и безопасные беспроводные системы связи для мониторинга, оповещения, диспетчерского контроля, управления по разомкнутому и замкнутому циклу, т. е. управления без и с обратной связью. Этот стандарт определяет спецификации на набор протоколов, управление системой, шлюзы и механизмы безопасности, необходимые для организации беспроводной связи с устройствами, которые при этом соответствуют требованиям в части ограничения энергопотребления.
Реализация Bluetooth
Bluetooth работает на частотах от 2400 до 2483.5 МГц (включая поле допусков от 2 МГц в нижнем диапазонt и 3.5 МГц наверху). Соответственно как видно, принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в диапазоне ISM применяющемся в различных бытовых приборах и беспроводных сетях.
Bluetooth использует радио технологию, которая называется скачкообразной перестройкой частоты с расширенным спектром, Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS. Bluetooth делит данные на пакеты и передает каждый пакет по одному из обозначенных 79 каналов (рабочих частот). Каждый канал имеет полосу пропускания 1 МГц. Связь Bluetooth 4.0 использует 2 МГц интервал, который вмещает в себя 40 каналов. Первый канал запускается на 2402 МГц и продолжается до 2480 МГц с шагом 1 МГц. Для Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду.
Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения.
Wi-Fi
Среди протоколов, упомянутых в данном обзоре, Wi-Fi стоит несколько особняком – он никогда не разрабатывался как протокол для автоматизации домов, зданий и тому подобного. Высокая скорость передачи данных и значительное энергопотребление существенно ограничивают применение данной технологии для автономных устройств и устройств домашней автоматики. В то же время Wi-Fi есть практически в каждом доме – зачем строить новую сеть, если сеть уже есть? В случае с Wi-Fi разработчикам достаточно разработать продукты, которые просто работают в уже существующей сети.
Из-за более сложного и объемного стека протоколов Wi-Fi требует значительных вычислительных ресурсов, и, как следствие, отличается увеличенным энергопотреблением, что в идеальном варианте заставляет предусмотреть постоянный источник питания для узла. В условиях дома при необходимости можно обеспечить таким источником нужное количество узлов. И, несмотря на изначально нецелевое применение Wi-Fi, его можно рассматривать как стандарт домашней автоматизации для многих классов задач.
Дистанция и мощность
В стандарте Bluetooth определены три класса мощности передатчика. Большинство обычных гарнитур принадлежат к классу 2, который обеспечивает хороший баланс производительности, приемлемую рабочую дистанцию, экономит заряд батареи и обеспечивает меньшую интерференцию с другими устройствами. Plantronics также предлагает устройства, работающие по классу 1, который обеспечивает значительно большую рабочую дистанцию. Гарнитуры Plantronics, принадлежащие к классу 1, имеют преимущества адаптивного контроля мощности — они работают на мощности, соответствующей классу 1 при спаривании со шлюзом класса 1, или когда требуется дистанция, соответствующая классу 1. Когда необходима меньшая дистанция, либо при спаривании с аудиошлюзом класса 2, мощность их передатчика снижается до класса 2.
| Класс | Мощность | Дистанция, м |
| 1 | 100 мВт | 100 |
| 2 | 2.5 мВт | 10 |
| 3 | 1 мВт | 1 |
Чем интересна Bluetooth?
Bluetooth вошла в число наиболее широко применяемых технологий БС: за все время до 2012 г. включительно было поставлено в общей сложности 9 млрд устройств на ее основе. Большая часть из них — массовая продукция, но благодаря своим уникальным особенностям технология Bluetooth стала стандартом в промышленных применениях с высокими требованиями к надежности и устойчивости.
Технология Bluetooth увидела свет в 1998 г. При ее создании ставилась цель заменить кабельные соединения экономически эффективным беспроводным методом связи
Многие из инженеров, участвовавших в разработке Bluetooth, имели опыт работы в сфере промышленной автоматизации и сознавали, как важно придать этой технологии достаточную надежность и устойчивость для промышленных применений. Сейчас Bluetooth находится в ведении ассоциации Bluetooth SIG Inc., которая включает в себя более 17 000 компаний-участников, совместно ведущих разработку этой технологии
Чтобы продавать устройства Bluetooth, производители должны быть участниками ассоциации SIG и их продукция должна быть аттестована по программе Bluetooth Qualification Program.
IT в библиотечной практике
Если раньше книгохранилища предоставляли только доступ читателей к информации внутренних фондов, то сегодня благодаря задействованию новых информационных технологий обеспечивают доступ к внешним.
Сегодня сотруднику читальни не достаточно знать точного места расположения того или иного издания на полках внутреннего фонда, ведь в его распоряжении миллионы таких полок виртуального мирового хранилища. По этой причине параллельно с оснащением книгохранилищ осуществляется и повышение уровня сотрудников с тем, чтобы они в совершенстве владели технология поиска и обработки электронной информации.
Виртуальные методические кабинеты
Чтобы повысить квалификационные навыки работников и в полной мере оказать методическую помощь на сайтах многих крупны библиотек создаются виртуальные методические кабинеты. Наглядным примером симулированного методобъединения может выступить: Липецкая областная, Свердловская научная и Калининградская детская библиотеки.
Такие дистанционные методические кабинет успешно решают сразу несколько задач:
- предоставляют в широкий доступ нормативно-правовым документам;
- выступают инструментом налаживания диалога с целью обмена информацией;
- предоставляют систему ссылок, которые могут быть полезны библиотекарям.
Информационные порталы и вебинары
Чтобы повысить эффективность функционирования самих библиотек и расширить ассортимент предоставляемых услуг, в больших городах функционируют информационные порталы. Они в интерактивном режиме предлагают услуги информационной справки и online-консультирования. Самые популярные темы таких форумов: как подготовить изображения для заливки на сайт, какие требования к цифровым материалам НЭБ, все об авторском праве…
Не менее популярна еще одна форма повышения квалификации именуемая как вебинар. Это своего рода онлайн-встречи в режиме текущего времени. Связь между участниками поддерживается посредством программного обеспечения с задействованием всемирной сети. Во время такой веб-конференции участники могут дискутировать и обмениваться медиафайлами. Для проведения вебинаров организаторы задействуют как платные, так и бесплатные интернет-платформы.
Электронные библиотеки
Формирование информационно грамотного братства невозможно без привлечения информационных ресурсов, поданных в электронном виде. Эта форма позволяет выйти на качественно новую ступень по созданию, сбережению и расширению информации, которая дает возможность обеспечить более результативное ее использование.
Библиотеки всегда являлись своего рода интеллектуальным делегатом между соискателями и сведениями. Их электронные аналоги выступают принципиально новым видом фонда, в котором собранная человечеством информация переведена в новую форму. Они обеспечивают доступ как к внешней информации, так и внутренней, собранной в рамках локального депозитария. Архивы учебной и общенаучной информации электронных депозитариев включают методические пособия, книги и научные статьи.
Помимо научных и литературных текстов в состав упорядоченной коллекции могут входить медиафайлы и компьютерные программы. Форматы хранения размещаемых произведений позволяют читать тексты в онлан-режиме или скачивать на компьютер пользователя.
Интернет ресурсы
В настоящее время интернет является самым популярным и большим межсетевым объединением в мире. Он соединяет сотни тысяч локальных и федеральных сетей, что в общей массе составляет миллионы пользователей.
Внедрение новых информационных технологий в библиотеках и возрастающая активность задействования интернет ресурсов дает возможность пользователям иметь доступ к скачиванию отдельных книг и безлимитному просмотру:
- справочников и энциклопедий;
- электронных каталогов;
- ретроспективных и текущих библиографий;
- новостной информации;
- указателям журнальных статей.
Но сегодня все более востребованными становятся не столько сами информационные ресурсы, а скорее системы управления ими. Разработанные программы из серии интеллектуального поиска позволяют в считанные секунды находить нужную информацию, задействуя для этого сотни тысяч информационных ресурсов. Эти средства беря на себя самую кропотливую часть процесса по поиску данных позволяют упростить работу с информацией посредством ее упорядочения и систематизации.
Все эти новшества позволяют не только превратить библиотеки из локальных ресурсов в онлайновые электронные, но изменить приоритеты издательств к созданию сервисов, которые будут меняться, подстраиваясь под потребности пользователей.
Примеры тестирования приемника EDR
Тестирование приемника Bluetooth EDR требует измерения производительности BER, используя тестовые сигналы, содержащие множество частотных и временных искажений. Все измерения параметров BER приемников рассчитываются для более 16 000 000 бит сравнением принятых данных с оригинальной последовательностью PRBS9, переданной тестовым источником или измерительным оборудованием.
Чувствительность EDR измеряется с помощью трех групп по 20 пакетов, искаженных различными временными ошибками и частотными смещениями (сдвигами) . Первая группа пакетов не содержит искажений (ухудшений). Вторая группа пакетов содержит смещение несущей частоты +65 кГц и символьную временную ошибку +20 ppm. Третья группа пакетов содержит смещение несущей частоты –65 кГц и символьную временную ошибку –20 ppm. Качество приемника BER должно быть быть 10–4 при таких условиях измерений.
Оценка EDR BER представляет собой измерение BER при уровне принимаемой мощности, равной –60 дБм. BER рассчитывается сравнением принятых данных с переданной последовательностью PRBS9. При таких условиях качество BER указывается как 10–5.
Измерения максимального входного уровня EDR показывают параметры BER приемника при условиях, когда уровень входного сигнала равен –20 дБм. Этот тест показывает качество приемника под действием возможных искажений во внешнем интерфейсе, когда имеют место большие уровни входной мощности. Параметр BER указан как 10—3 при этом уровне входной мощности.
Bluetooth
Bluetooth как протокол связи был разработан еще в середине 1990-х гг. специально для организации персональных локальных сетей, соединяющих различные носимые устройства, сотовые телефоны, компьютерную периферию и т. д. Bluetooth использует диапазон ISM 2,4 ГГц и первоначально был утвержден как стандарт IEEE 802.15.1. Сейчас его продвижением занимается специальная группа Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), которая является альянсом многих тысяч компаний, создающих устройства с применением данной технологии. Со временем стандарты Bluetooth диверсифицировались: за счет добавления в 2006 г. Bluetooth Low Energy (BLE, Bluetooth LE, или Bluetooth Smart) и Bluetooth 5 в 2016 г.
Существует несколько типов поведения этой технологии при радиосвязи, т. е. протоколов доступа к мультимедиа. Они разработаны и легализованы в виде стандарта Bluetooth SIG, и некоторые из них несовместимы с другими протоколами Bluetooth MAC. MAC (Medium Access Control) — это подуровень («уровень» иногда называют «слоем», как калька с англ. «layer») управления доступом к среде, который осуществляет передачу фрагментов данных структуры МАС посредством физического канала. Технология Bluetooth на физическом уровне (англ. physical layer, PHY) использует GFSK-модуляцию (Gaussian Frequency-Shift Keying). Это вид частотной манипуляции модуляцией, при которой применяется фильтр Гаусса для сглаживания положительных и отрицательных частотных перестроек, представляющих собой бинарный информационный код — «1» или «0». Также Bluetooth может использовать модуляцию с расширенным спектром FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), которая повышает помехозащищенность канала связи путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты. В технологии BLE применяется метод прямой последовательности для расширения спектра DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Эта технология модуляции обеспечивает высокую производительность локальных беспроводных сетей путем расширения спектра излучаемого сигнала. Она заключается в повышении тактовой частоты модуляции, при этом каждому символу передаваемого сообщения ставится в соответствие достаточно длинная псевдослучайная последовательность. Последние протоколы Bluetooth имеют функции предотвращения влияния помех.
Технология Bluetooth настолько популярна, что определить область ее типичного использования довольно трудно. Она весьма распространена в беспроводных периферийных устройствах, предназначенных для ноутбуков и мобильных телефонов. Имеются в виду не только беспроводные мыши и гарнитуры, но также фитнес-мониторы и многие носимые устройства IoT. Кроме того, последние версии протокола способны обеспечить более широкий радиус связи и снизить потребление энергии от батареи, а многие протоколы доступа к мультимедиа упрощают разработку интеллектуальной рекламы, обмена ключами безопасности и дистанционного управления.
Профили Bluetooth (протоколы, ориентированные на приложения) имеют множество опций меню: можно использовать ограниченный вариант — для приложений без установления соединения — или полный протокол, который позволяет организовать безопасное соединение для надежной передачи данных, т. е. с установкой соединения. При последнем варианте передача начинается с данных вызова или с установки маршрута следования пакетов от источника к получателю. Затем происходит последовательная передача данных, и по ее окончании связь разрывается.
Некоторые устройства с Bluetooth, такие как принтеры с питанием от сети напряжения переменного тока, используют радиосвязь ближнего радиуса действия для того, чтобы исключить подключение кабелей, а не для ограничения потребления энергии. Однако для большинства устройств с питанием от батареи время их автономной работы является ключевым фактором (как правило, оптимальным является срок службы в десять лет). Это не только позволяет сократить сервисные затраты (на техническое обслуживание, связанное с заменой источников питания), но и делает использование таких устройств максимально комфортным.
Управление доступом и планирование
Подход CSMA/CA предполагает предварительное прослушивание канала, затем передачу. Его можно использовать только в случае, когда абоненты осведомлены о присутствии друг друга. Однако может возникнуть проблема скрытого узла. Рассмотрим пример.
Пусть имеются три узла. А и В видят друг друга и точку доступа, С — скрыт: он видит только точку доступа (рис. 3).
Рис. 3. Без координации скрытый узел создает интерференцию и может провоцировать потерю пакета. Узлы А, В скрыты от С, и наоборот
Решением является использование координационной функции. Перед передачей устанавливается связь в два этапа (рис. 4): абонентское устройство запрашивает передачу (сообщение request-to-send, RTS) либо точка доступа вещает о наличии свободного канала (сообщение clear-to-send, CTS). Таким образом решается проблема со скрытыми узлами, однако при этом не обязательно повышается общая эффективность сети, поскольку функции управления требуют ресурсов и вносят задержки.
Рис. 4. Использование координационной функции DCS с сообщениями RTS/CTS для предотвращения коллизий, вызванных активностью скрытых узлов
WirelessHART
WirelessHART, или IEC 62591, — сетевая технология для беспроводных устройств, которая реализована на базе протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer Protocol). Этот промышленный стандарт создан на основе более ранних стандартов токовой петли 4–20 мА и в беспроводной реализации работает в ISM-диапазоне частот 2400–2483,5 МГц. Протокол использует синхронизированную во времени, самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую архитектуру беспроводных датчиков с применением технологии FHSS (псевдослучайной перестройки рабочей частоты). Суть данного метода заключается в периодическом скачкообразном изменении несущей частоты по некоему алгоритму, известному только приемнику и передатчику. Такой специализированный стандарт может стать оптимальным решением для некоторых специфических приложений.
Профили Bluetooth
В технологии Bluetooth предусмотрен набор «профилей» — прикладных алгоритмов работы, которые устройства Bluetooth используют для связи друг с другом.
К важным профилям, используемым в промышленных применениях классической технологии Bluetooth, относятся следующие:
- Serial Port Profile (SPP) — эмулирует полнофункциональный последовательный интерфейс с аппаратным квитированием на базе Bluetooth. Традиционный последовательный интерфейс (UART, RS232, RS422 или RS485) можно заменить беспроводным соединением типа «точка–точка», «точка–многоточка» или многоабонентским соединением. SPP используется при обмене данными между компьютерами, системами управления и другими устройствами с последовательным интерфейсом.
- Personal Area Network (PAN) — может использоваться для прозрачной трансляции протоколов IPv4 и IPv6. Поддерживается работа как в режиме самостоятельной сети (ad-hoc), так и в режиме точки доступа. Профиль PAN идеально подходит для Ethernet-совместимых устройств с малыми объемами передаваемых данных. Кроме того, с помощью PAN можно обеспечивать локальный доступ к компьютеру и системной сети при настройке и обслуживании.
Профили Bluetooth с низким энергопотреблением отличаются от тех, которые применяются в классической технологии Bluetooth, и основаны на обобщенном профиле под названием Generic Attribute Profile (GATT). GATT используется для обнаружения служб, а также для чтения/записи значений на устройстве.
В отличие от классического варианта Bluetooth, здесь разработчики изделий могут разрабатывать собственные профили и службы в дополнение к тем, которые предоставляются ассоциацией Bluetooth SIG. Например, компания connectBlue разработала для замены кабельных соединений с учетом нужд промышленности службу Low-Energy Serial Port Service на базе профиля GATT, обеспечивающую прозрачную реализацию связи по последовательным протоколам, которая важна в промышленных применениях технологии Bluetooth с низким энергопотреблением.
Для ответственных промышленных систем необходим надежный и помехоустойчивый метод БС. Помехи могут создаваться высоковольтными линиями передачи, сварочными аппаратами, магнитными полями электродвигателей и другими источниками. Кроме того, взаимные помехи могут возникать при работе систем БС разных стандартов в одном и том же диапазоне радиочастот. Эти помехи могут нарушать связь. Ввиду того, что в ISM-диапазоне 2,4 ГГц работает сразу несколько стандартов БС, в технологии Bluetooth принят ряд мер для повышения устойчивости связи.
ТОП 9: Будущие технологии в библиотеках
Технологии изменяют все сферы нашей жизни. Как внедряются технологии в библиотеках? Об этом мы с вами узнаем из этой статьи.
Поскольку основная миссия большинства библиотек заключается в обеспечении равного доступа к информации для каждого человека, то почему бы не стать лидером в области внедрения инновационных технологий? Ниже представлен ряд актуальных и полезных инновационных технологий для библиотек.
1. Большие данные в библиотеках
Хранение и анализ больших данных может быть реальным преимуществом для библиотекарей, поскольку они обладают соответствующими навыками и знаниями, чтобы наилучшим образом использовать эти массивные источники информации.
Как библиотеки могут использоваться большие данные? Большие данные могут улучшить работу библиотеки в целом, так как это даст доступ к пониманию читателей. Библиотеки смогут использовать информацию о читателях для создания лучшей связи с сообществом и популяризации библиотек в изменяющейся окружающей среде.
2. Копирование печатных книг
Все любят “копировать” и выделять все важные выдержки из документов. С помощью FingerLink можно использовать цифровые функции в печатной книге. Он создает интерактивный сенсорный экран, где он может выбрать часть страницы, которую можно перевести в цифровой формат.
https://youtube.com/watch?v=I2l0qklSzks%3F
3. Виртуальная реальность (VR)
Виртуальная реальность позволит людям погрузиться в новую вселенную книг. Люди смогут заново пережить любимые отрывки из произведений классики, погрузиться в мир фантастики и получить настоящее наслаждение от экранизаций книг. Теперь можно предложить новый привлекательный формат для современного поколения.
В то же время виртуальная реальность может быть использована для виртуальных туров по библиотеке или даже виртуальных семинаров и обучения.
4. Использование расширенной реальности (AR)
Расширенная реальность – это новая технология, которая применяется в различных областях: от медицины до игр. Так почему бы не внедрить ее в библиотеках?
Интересное приложение расширенной реальности librARi уже позволяет пользователям искать книги с AR-взаимодействием.
https://youtube.com/watch?v=aMWDnvRBKiw%3F
5. Искусственный интеллект
Теперь, когда Siri и Alexa доступны на всех устройствах, искусственный интеллект становится вполне обычной вещью. Добавление искусственного интеллекта к приложениям в библиотеке поможет понять шаблоны поведения пользователей и адаптировать их к потребностям.
6. Мобильные приложения для библиотек
Мобильные приложения быстро развиваются. Это связано с тем, что у многих людей есть смартфоны и они проводят больше времени в мобильных приложениях, чем в мобильных браузерах. Мобильное приложение может расширить возможности библиотеки и облегчить взаимодействие с читателями.
Приложения могут предлагать следующие функции:
- каталог библиотек,
- интерактивные руководства по библиотекам,
- виртуальный тур по библиотеке,
- интерактивный календарь со всеми событиями в библиотеке,
- возможность читать электронные книги и статьи,
- возможность резервировать книги библиотеки,
- оплата некоторых услуг онлайн.
7. 3D-принтеры
Трехмерная печать была предметом обсуждения в последние годы, и теперь, когда 3D-принтеры стали дешевле, люди начали их использовать. Все больше академических библиотек предлагают 3D-печать.
8. Дроны
Добавив новые технологии в библиотеках, можно не только выйти на одну волну с современным миром, но и открыть возможности для читателей. Люди, которые не могут пойти в библиотеку из-за инвалидности или из-за большого расстояния до библиотеки все равно смогут читать книги.
Австралийский стартап Flirty продемонстрировал доставку книги для службы проката книг.
https://youtube.com/watch?v=LCeRKzIUaRI%3F
9. Роботы
Существует ряд библиотек, которые уже успешно реализовали автоматизированную технологию. Например, библиотека Джо и Рики Мансето в Чикаго имеет автоматизированное хранилище и поисковую систему, размещенную под землей.
Более интересным примером является Westport Library в Коннектикуте, в которой недавно были приобретены два робота, Винсент и Нэнси, которые будут использоваться для обучения навыкам кодирования и компьютерного программирования
Да, это совершенно новый уровень социального взаимодействия, но это очень хороший способ привлечь внимание людей к технологиям и библиотекам
Многие ошибочно полагают, что библиотеки – это прошлый век. Технологии в библиотеках могут изменить мнения современных читателей и адаптировать храмы знаний под новый мир.
Выводы
Необходимость в более высоких скоростях передачи данных и улучшения рассеиваемой мощности, требуемые в портативных мультимедиа потребительских приложениях предполагают переход к технологии Bluetooth EDR. Развитие EDR будет обеспечивать множество сценариев, где многочисленные беспроводные устройства одновременно функционируют в одной пикосети. Кроме того, ожидаются новые портативные устройства, которые сочетают несколько беспроводных интерфейсов, такие как GPRS и WiFi с Bluetooth EDR для того, чтобы обеспечить одновременое и однородное соединение через множество типов сетей.
