Managementul sistemului energetic al cladirilor de retea wireless cu arhitectura eterogen

I.Introducere

n continu cretere nevoile cererii de energie trebuie s fie revizuit n detaliu pentru a reduce efectele de gaze cu efect de ser i schimbrile climatice.Departamentul American de Energiei raporteaza 39 la suta din consumul total de energie de catre cldiri .Consumul de energie al cldirilor contribuie cu 8 la sut din totalul emisiilor.Tehnologiile informaiei i comunicaiilor (TIC) joac un instrument esenial pentru sprijinirea si gestionarea energiei inteligente n cldiri, reducnd astfel amprenta de carbon cu cel puin 15 la sut n conformitate cu raportul.Cercetarea n domeniul sistemelor de management al energiei cas / construcie (HEMS / BEMS) este discutat n [3] [5].Adugarea unui nou dispozitiv la sistemul existent este dificil n sistemele menionate mai sus.HEMS / BEMS ar trebui s fie adaptabile pentru viitoarea integrare a dispozitivelor.Punerea n aplicare a reelelor eterogene BEMS / HEMS va oferi aceast flexibilitate de adugarea de noi dispozitive adaptativ i capabil s comunice unul cu cellalt pentru informaii.Reelele wireless eterogene disponibile cu raz mic pot sprijini interaciunea dintre masini / aparate, senzori i actuatori control.Aceste reele pot fi clasificate drept Sisteme Fizice Cibernetice (SFC), care pot servi mai multor aplicaii, cum ar fi de automatizare industriala, case inteligente, de ngrijire a sntii, monitorizarea mediului etc. BEMS / HEMS cu reele fr fir eterogene ne permit de a crea noi servicii publice pentru un stil de via convenabil.Sistemele de management al energiei propuse n literatura de specialitate sunt discutate aici.Comunicarea liniei de alimentare cu modem i cuplare pentru sistemul de management al energiei acasei i control discutat n [6].Interaciunile dintre aparatele inteligente si reea sunt discutate n [7] unde serviciile sunt clasificate ca, controlul puterii de comunicare i de servicii multimedia cu un IP. Conceptul de aparat inteligent, contor inteligent, si serverul inteligent este introdus n [8].Protocolul CAN wireless este propus pentru casa de aparate electrice de monitorizare i control n [9].Toate tehnologiile propuse menionate mai sus sunt n mare parte PLC-uri cu dezavantajele limii de band joasa, costul iniial ridicat, mai mult timp de instalare i interferenele de la reeaua electric i dispozitivele electrice conectate [10].Cele mai multe dintre tehnologiile propuse mai sus nu pot ocupa aplicaii de nalt rat de date.Accentul metodologiilor anterioare este mult pe confortul utilizator dect managementul energiei.Este greu pentru a menine calitatea serviciilor (QoS) pentru o gam larg de aplicaii, cu o arhitectur de reea omogen.Costul de instalare creste exponential cu numarul de dispozitive de interfatare.Numrul de standarde propuse pentru a descrie dispozitive i permite integrarea lor este discutat n [16].IEEE 1451 [17] este standardul cel mai des folosit pentru conectarea dispozitivelor de microprocesoare, sisteme de instrumentaie, i reele de control / teren.IEEE 1451 este o colecie de interfee deschise, comune, retea independenta de comunicare.Sensorul ML este un alt standard [18] utilizat pentru obinerea de informaii de nivel superior din observaiile prin crearea de modele de msurare utiliznd senzori i instruciuni. OSGi tehnologie a permis ca interfaa cu dispozitivele hardware folosesc Java este discutat n aparatul set [19], i SODA [20].Standardul de mai sus, care folosete Java este similar cu arhitectura noastr poart bazat propus.Java este folosit pentru dispozitive cnd informaiile specifice hardware-ului sunt necunoscute.Dei exist multe tehnologii similare pentru integrarea dispozitivelor multi-vendor [3] [5] i [15], am dezvoltat un server bazat pe java care se poate adapta cu uurin la cele mai multe dintre gateway-uri.Detalii privind structura de pachete i port de intrare sunt necesare n etapa de integrare la server.Datele colectate de la senzori sunt organizate n baza de date i preluate de ctre algoritmul decizie pentru a genera aciuni de control.n aceast lucrare se introduce o nou abordare pentru construirea sistemelor de gestionare a energiei (BEMS) cu totalul reelelor wireless eterogene.Noi propunem un sistem de management energetic server de regul n funcie de cldirea inteligent, n cazul n care economiile de energie sunt o prioritate prin contientizarea context.Decizia server este independenta de protocoale de comunicare folosite, ceea ce face adaptabil la tehnologii / dispozitive vechi, ct i noi.n aceast lucrare, sisteme de comunicaii fr fir, cum ar fi Zigbee, Wi-Fi, si RFID sunt considerate, care se conecteaz la server prin porti fcnd astfel adaptarea la orice protocol sau produs de pe piata disponibil.Sistemul propus prevede, de asemenea o mulime de flexibilitate / confort utilizatorului final.Internetul permite operarea la nivel local i la distan cu telefoane inteligente, tablete, laptop-uri ,acesta fiind un avantaj major.

II. SISTEMUL ARHITECTURA

Arhitectura propus const din patru straturi aa cum se arat n figura 1.n cazul n care fiecare strat realizeaz funcia unic.Cele patru straturi ale arhitecturii de pornire inteligent sunt:1. Strat senzor 2. Strat fir 3. Strat Server 4. Controlul stratArhitectur stratificat este adoptata, astfel nct s includ scalabilitate la sistem.Proiectarea i punerea n aplicare a acestor straturi este discutat n continuare n detaliu n seciunea urmtoare. Strat Senzor integreaz diferii parametri fizici n sistem.senzori pentru micare, temperatur, intensitatea luminii, monitorizare a puterii etc. Sunt integrate n arhitectura. Strat fir comunic informaiile detectate la server prin intermediul reelei ZigBee i Wi-Fi. Strat Server agreaza toate informaiile detectate, ruleaza un algoritm decisiv regul pe baz, i trimite comenzile de control a stratului de control bazat pe context. Controlul strat este format din diferite elemente de acionare pe baz de electronice de putere, care controleaz sarcinile pe baza comenzilor primite de la stratul de server.

III. Stratul de descriere a arhitecturii sistemului pentru case destepte

Fiecare strat de arhitectura propus constituie diferite module hardware i software.Funcionalitate, proiectarea i punerea n aplicare a diferitelor module in aceste straturi sunt descrise n aceast seciune.

A. Senzorul stratului :Senzorii utilizati n sistem sunt detectoare de usi magnetice de stare, senzori PIR, RFID, Intensitate luminoasa si de monitorizare a puterii aa cum se arat n Fig.2. Senzorii colecteaz informaiile necesare pentru a identifica fizic context.Funcionalitatea i punerea n aplicare a fiecrui senor este explicat prin diagrame de stat.

Fig.2. Diferiti senzori in camera inteligenta

1) PIR i RFID :: Senzorii PIR (Fig.2 (b)) sunt direcionate pentru a detecta micarea persoanei n cadrul regiunii.RFID (fig.2 (d)) ajuta la mentinerea unui numr de persoane n camer inteligent.Senzor PIR detecteaza miscare de persoane n regiunea unghiular de 90 de grade pana la 4 metri.Patru senzori PIR sunt aranjati mpreun pe un singur pol s acopere 360 de grade pentru camera aa cum se arat n Fig.3 (a).Fiecare senzor PIR este responsabil pentru pornirea sarcinilor electrice ale regiunii sale de detectare.Fluxul de stat a senzorului PIR este aa cum se arat n Fig.3 (b)

Fig.3. Fluxul de stat al senzorului PIR2) Modul de monitorizare de putere :: (fig.2 (e)) simte periodic puterea consumat de ctre orice dispozitiv / camera / construcie electrice folosind un contorizare a energiei IC ADE7757 [21] i a circuitului de semnal condiionat.Loturile electrice care au diferite moduri de operare sunt monitorizate pentru a se adapta viitoarelor aplicaii pentru reele inteligente, cum ar fi sarcin prioritar on / off.3) Detector Starea usi :: usi / ferestre deschise sau aproape este detectat, pentru a preveni suprancrcarea de aparate de aer condiionat / aparate de nclzit dintr-o camer.Ua deschisa/inchisa status este detectat cu ajutorul uni senzor de usa magnetic (Fig.2 (a)).Fluxul de stat a senzorului uii magnetice este prezentat n Fig.4

Fig.4. Schem de stat senzor magnetic

4) Senzori Intensitatea luminii :: Senzori de intensitatea luminii (fig.2 (c)) detecteaza cantitatea de intensitate luminoasa a zilei.nainte de pornirea a luminilor n camera inteligenta, intensitatea luminii n interiorul i n afara camerei sunt comparate cu detectare de schimbare a rezistenei LDR.Schimbarea de rezisten este transformat n lux de uniti, folosind ecuaia de calibrare i un prag (=