2024-01-23
مصباح تحكم ذكي مع طريقة الإضاءة العالية والمنخفضة
مصباح تحكم ذكي مع طريقة الإضاءة العالية والمنخفضة
تستخدم إضاءة الطرق الحضرية بشكل متزايد تكنولوجيا الإضاءة LED بدلا من تكنولوجيا الإضاءة التقليدية، والغرض منها هو تقليل استهلاك الكهرباء. نظرًا لأن LED يستخدم مصدر طاقة DC منخفض الجهد، فمن السهل توصيل دوائر الكشف والتحكم، مما يوفر الراحة للإدارة الذكية لشبكة مصابيح الشارع والمزيد من توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك. لإدارة شبكة مصابيح الشوارع والتحكم فيها، يمكن استخدام تكنولوجيا اتصالات حامل الطاقة، ويمكن للتطور السريع للتكنولوجيا أيضًا أن يجعل تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى متفوقة على تكنولوجيا اتصالات حامل الطاقة من حيث تكلفة التطبيق والموثوقية ومعدل الاتصال، مثل كما زيجبي تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى. تقترح هذه الورقة حلاً يستخدم تقنية الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى لبناء شبكة مستشعرات لاسلكية من مصابيح الشوارع LED، والتي يمكنها تشغيل وتخفيف إضاءة أي مصابيح مفردة أو متعددة أو جميع الأضواء في شبكة مصابيح الشوارع LED، واكتشاف السطوع والإضاءة المضيئة. المعلمات الحالية، وذلك لتحقيق الإدارة الذكية لشبكة إضاءة الشوارع LED. باعتبارها شبكة استشعار لاسلكية، يجب أن تحتوي بنيتها على أربعة مستويات أساسية: الطبقة المادية وطبقة ربط البيانات، وطبقة الشبكة وطبقة التطبيق. تعتمد شبكة المستشعرات اللاسلكية لإضاءة الشوارع LED معيار IEEE 802.15.4 كمعيار فني للطبقة المادية وطبقة ربط البيانات، ويتم دمج طبقة الشبكة وطبقة التطبيق معًا، كما يتم دمج أوضاع الاتصال التتابعية ذات القفزة الفردية والقفزة المزدوجة والقفزة المتغيرة يتم استخدامها كأساس لبروتوكول الشبكة. تركز هذه الورقة على بنية شبكة الاستشعار اللاسلكية LED، استنادًا إلى طوبولوجيا الشبكة وتكوين عقد الاتصال، وتناقش تنسيق حزمة البروتوكول لطبقة الشبكة، ومبدأ عمل التوجيه، وتدفق تصميم اتصالات العقدة.
1. نظام الشبكة
يعد نظام الشبكة الخاص بشبكة أجهزة الاستشعار اللاسلكية LED أساسًا لتوجيه طبقة الشبكة، بما في ذلك تكوين العقدة وطوبولوجيا الشبكة.
1.1 تكوين عقد شبكة الاستشعار لأضواء الشوارع LED
تتكون شبكة مصابيح الشوارع LED من عدد من مصابيح الشوارع المتباعدة بشكل متساوٍ، وكل مصباح شارع LED هو عقدة اتصال للشبكة لبناء شبكة استشعار لاسلكية. كما هو موضح في الشكل 1، من أجل بناء تركيبة عقدة مصباح الشارع LED لشبكة الاستشعار اللاسلكية، بالإضافة إلى دائرة جزء الإضاءة، هناك أيضًا دوائر إضافية مثل أخذ عينات تيار LED، واكتشاف نصوع LED، والتحكم في PWM من إنارة LED. كل مصباح شارع LED عبارة عن عقدة استشعار وعقدة توجيه للشبكة؛ تحتوي كل عقدة على وحدة تحكم دقيقة (MCU، مثل cc2530)، والتي لديها وظيفة اتصال RF، والتي يمكنها إرسال واستقبال الإشارات؛ تحتوي كل عقدة على رقم معرف فريد يبلغ 32 بت (بت). من خلال استخدام معايير بروتوكول IEEE 802.15.4 في الطبقة المادية وطبقة MAC، جنبًا إلى جنب مع بروتوكول طبقة الشبكة وطبقة التطبيق، يتم دمج كل هذه العقد معًا بشكل عضوي لتشكيل شبكة استشعار لاسلكية لأضواء الشوارع LED. نظرًا لأن بعض بروتوكولات طبقة الشبكة وطبقة التطبيق الحالية، مثل Zigbee وRF4CE وما إلى ذلك، ليست مناسبة جدًا لتطبيقات شبكة مستشعر ضوء الشارع LED، فمن الضروري إعادة تصميم طبقة الشبكة وبروتوكولات طبقة التطبيق.
1.2 طوبولوجيا الشبكة
وفقًا لقانون توزيع مصابيح الشوارع LED، يشكل كل مصباح شارع LED شبكة اتصالات لاسلكية كعقدة شبكة، وتظهر طوبولوجيتها في الشكل 2. (أ) هو مخطط طوبولوجي للإشارة نقطة بنقطة (قفزة واحدة) ) إرسال التتابع، و (ب) هو مخطط طوبولوجي لنقطة فصل الإشارة (قفزة مزدوجة) لنقل التتابع. لتسهيل تصميم ومناقشة بروتوكولات تطبيقات الشبكة التالية، تم وضع التعريفات التالية:
(1) يمكن تقسيم جميع العقد إلى فئتين، أي عقد مصابيح الشوارع LED (يشار إليها بعقد LED، مثل a1 a2... an، b1، b2... bn) وعقد التحكم في إضاءة الشوارع (يشار إليها إلى عقد تحكم، مثل a، b)؛
(2) المسافة بين العقد المجاورة هي L، ونصف قطر تغطية الإشارة اللاسلكية لكل عقدة أكبر من أو يساوي 2L؛
(3) وفقًا للموضع النسبي للعقدة، يمكن تقسيم العقدة إلى عقدة سابقة وعقدة لاحقة. العقدة السابقة قريبة من وحدة التحكم، والعقدة اللاحقة بعيدة عن وحدة التحكم. على سبيل المثال، a1 هي العقدة السابقة لـ a2، وa3 هي العقدة اللاحقة لـ a2. وبالمثل، b2 هي العقدة السابقة لـ b4، وb6 هي العقدة اللاحقة لـ b4، وهكذا.
(1) يمكن تقسيم جميع العقد إلى فئتين، أي عقد مصابيح الشوارع LED (يشار إليها بعقد LED، مثل a1 a2... an، b1، b2... bn) وعقد التحكم في إضاءة الشوارع (يشار إليها إلى عقد تحكم، مثل a، b)؛
(2) المسافة بين العقد المجاورة هي L، ونصف قطر تغطية الإشارة اللاسلكية لكل عقدة أكبر من أو يساوي 2L؛
(3) وفقًا للموضع النسبي للعقدة، يمكن تقسيم العقدة إلى عقدة سابقة وعقدة لاحقة. العقدة السابقة قريبة من وحدة التحكم، والعقدة اللاحقة بعيدة عن وحدة التحكم. على سبيل المثال، a1 هي العقدة السابقة لـ a2، وa3 هي العقدة اللاحقة لـ a2. وبالمثل، b2 هي العقدة السابقة لـ b4، وb6 هي العقدة اللاحقة لـ b4، وهكذا.
4) بين عقدة التحكم وعقدة LED، يمكن لعقدة LED بين بعضها البعض، طالما يمكن تغطية الإشارة اللاسلكية، التواصل مع بعضها البعض، ليست هناك حاجة لإعداد محطة أساسية أو جهاز تنسيق توجيه خاص .
(5) يتكون رقم المعرف الفريد 32 بت لكل عقدة من جزأين، وهما معرف الشبكة وعنوان (رقم) العقدة، وكلاهما 16 بت. معرف الشبكة لجميع العقد في نفس شبكة مصابيح الشارع هو نفسه؛ بدءًا من عقدة التحكم، يتم ترتيب عناوين العقد بترتيب تصاعدي.
(5) يتكون رقم المعرف الفريد 32 بت لكل عقدة من جزأين، وهما معرف الشبكة وعنوان (رقم) العقدة، وكلاهما 16 بت. معرف الشبكة لجميع العقد في نفس شبكة مصابيح الشارع هو نفسه؛ بدءًا من عقدة التحكم، يتم ترتيب عناوين العقد بترتيب تصاعدي.
