CC BY
1Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
Nozik sug'orish tizimlari monitoring qilishda ma'lumotlarni uzatish texnologiyalar tahlili
Jo'rayev Mansurbek Mirkomilovich
Andijon Davlat universiteti doktoranti E-mail: jurayevmansurbek99@gmail.com
Annotasiya. IoTga asoslangan monitoring uchun ko'plab simli va simsiz aloqa texnologiyalari bor. Avtomatlashtirilgan monitoring uchun ular orasidan jarayonga mos keladiganlarini tanlab olish kerak bo'ladi. Shuning uchun, IoTga asoslangan monitoring tizimida aloqa texnologiyalarining xususiyatlari, afzalliklari va kamchiliklarini ko'rib chiqish talab etiladi.
Kalit so'zlar: avtomatlashtirish, IoT, sensorlar, mikrokontrollerlar, simsiz aloqa, qurilma, qishloq xo'jaligi, texnologiya, tarmoq, monitoring.
Kirish. Sug'orish tizimlari uchun mo'ljallangan sensorli tarmoqlarni amalga oshirish uchun eng ko'p ishlatiladigan tugunlarning umumiy ko'rinishi keltirib o'tamiz. Bundan tashqari, eng keng tarqalgan simsiz aloqa texnologiyalari ham taqdim etiladi.
Machina tadqiqot hisobotiga ko'ra, ulangan qishloq xo'jaligi qurilmalari soni 2014 yil oxiridagi 13 milliondan 2024 yilga kelib 225 milliongacha o'sishi kutilmoqda. Bundan tashqari, hisobotda ushbu ulanishlarning qariyb yarmi qishloq xo'jaligidagi ko'plab ilovalar uchun juda mos bo'lgan yangi paydo bo'lgan past quvvatli keng tarmoqli texnologiyalardan foydalanishini taxmin qilmoqda[1].
Adabiyotlar tahlili va metodlar. IoT qurilmalari amalga oshirilganda, qo'llaniladigan aloqa texnologiyalari muvaffaqiyatli ishlashga erishish uchun asosiy nuqtadir. Umumiy ma'noda, aloqa texnologiyalari ular joylashtiriladigan muhitga, foydalaniladigan aloqa standartiga yoki foydalaniladigan spektr diapazoni bo'yicha tasniflanishi mumkin[1].
IOT qurilmalarining maqsadlariga qarab ikki turga tasniflanishi mumkin. Bir tomondan, ozgina masofada kam miqdordagi ma'lumotlarni uzatadigan va past energiya sarfini pastlashtiradigan qurilmalarni ajrata olamiz. Boshqa tomondan, ko'pgina energiya sarfi yuqori bo'lgan uzoq masofalarga katta miqdordagi ma'lumotlarni uzatadigan qurilmalar mavjud. Shuning uchun, yo'qotishlar, ma'lumotlar uzatilishi va energiya iste'moli, qaysi texnologiyalardan foydalanish uchun qaror qabul qilishda e'tiborga olish kerak.
Agar ishlatilgan standard hisobga olingan bo'lsa, IoT qurilmalarining aloqalarida ishlatiladigan ko'p sonli simsiz tarmoqlar mavjud. Qisqa yoki uzoq masofada muloqot qiladigan qurilmalar o'rtasida umumiy tasnif o'rnatilishi mumkin. Qisqa masofali aloqa standartlari odatda 100 m gacha bo'lgan masofani bosib o'tadi. Uzoq masofali aloqa standartlari kilometrlik masofani bosib o'tadi.
Shuningdek, klassifikatsiyaning boshqa turini ish bilan ishlaydigan aloqa texnologiyasi asosida belgilash mumkin. Shu tarzda, uchta toifa o'rnatilishi mumkin. Birinchi toifa Ethernet yoki kabel va simli texnologiyani ulaydigan narsalar shakllantiriladi. Ikkinchi toifaga WiFi va WAN texnologiyasidan ulanganlar kiradi. Va nihoyat, uchinchi toifa past quvvat WiFi va WAN texnologiyasidan foydalanib, ulanganlar tomonidan shakllanadi.
Agar foydalaniladigan spektr diapazoni hisobga olinsa, biz ularni litsenziyalanmagan spektrdan yoki litsenziyalangan spektrdan foydalanadigan texnologiyalarga tasniflashimiz mumkin. Litsenziyasiz spektr diapazonlari sanoat, ilmiy va tibbiy (ISM radio diapazoni diapazonlari) deb nomlanadi va Xalqaro elektraloqa ittifoqining (ITU) XEI Radio qoidalari (RR) 1.15 moddasi bilan belgilanadi [3]. ISM diapazonlari mintaqa va uning ruxsatnomalari qarab farq qilishi mumkin. Uning asosiy afzalligi o'rnatish qulayligi, asosiy kamchiliklari xavfsizlik kamchiliklari va mumkin bo'lgan shovqinlar bilan bog'liq. Litsenziyalangan spektr diapazonlari turli xususiy texnologiyalarga muvofiq tayinlangan. Ular kattaroq xavfsizlik, kengroq qamrov va kamroq shovqinlarni
185
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
taklif qiladi. Biroq, litsenziyalangan banddan foydalanish narxi yuqoriroq.
O'rgangan ko'plab takliflarda mualliflar bitta protokoldan foydalanish o'rniga bir nechta aloqa texnologiyalarini birlashtiradi. Misol tariqasida, mualliflar sensorlarni tugunlar bilan ulash uchun simli yoki simsiz texnologiyadan foydalanishni boshlashlari va keyin tugunlardan masofaviy yoki bulutli saqlash markazlariga ma'lumotlarni yuborish uchun simsiz texnologiyadan foydalanishlari juda keng tarqalgan.
Buyumlar interneti (IoT) bir-biri bilan simlar yoki simsiz aloqa orqali internet orqali bog'lanadigan qurilmalar tarmog'ini anglatadi. Smartfon yoki noutbuk bilan ulanganda, u barcha ulangan qurilmalarni avtomatlashtirishi va tarmog'ini tashkil qilishi mumkin. Shunday qilib, bu ma'lumotlar almashish va ma'lumotlarga kirishni sodda va muammosiz qiladi. Tanlangan tarmoq turi tarmoq diapazoni, tarmoq o'tkazish qobiliyati, quvvat sarfi, uzluksiz ulanish va xavfsizlikka bog'liq.
IoT tizimi asosan simsiz aloqa tarmoqlaridan foydalansa-da, ba'zida simli tarmoqlar osonroq va samarali bo'ladi. Shunday qilib, IoT ikkala tarmoqning gibrididan foydalanadi.
Turli mualliflarning o'z ilovalarining tavsiflariga ko'ra, biz turli takliflarda eng ko'p ishlatiladigan aloqa texnologiyasi WiFi ekanligini bildik, buni 1-rasmda ko'rish mumkin. Buning sababi foydalanish imkoniyati bo'lishi mumkin. IoT uchun hozirda mavjud arzon qurilmalar odatda WiFi-ni qo'llab-quvvatlaydi va uning diapazoni fermaning o'rtacha kengligi uchun qisqa deb hisoblanishi mumkin bo'lsa-da, kichik fermer xo'jaliklari bir nechta arzon qurilmalar bilan yetarli darajada simsiz qamrovni ta'minlashi mumkin. GSM va ZigBee ham keng tarqalgan simsiz texnologiyalaridan sanaladi. GSM mintaqada faoliyat yurituvchi xizmat ko'rsatuvchi provayderning mobil rejasi evaziga uzoq masofali aloqani ta'minlaydi. ZigBee kam energiya sarfini ta'minlaydi va 65000 tugungacha bo'lgan tarmoqlarni amalga oshirishga imkon beradi. Biroq, u boshqa mavjud texnologiyalarga qaraganda pastroq ma'lumot uzatish tezligiga ega va uning diapazoni ko'plab tugunlarni joylashtirishni nazarda tutadi. Va nihoyat,
yaqinda mashhur bo'lgan ikkita yangi texnologiya mavjud. LoRa juda uzoq masofalarni ta'minlay oladi, bu esa bu texnologiyani hech qanday xizmat ko'rsatmaydigan tanho hududlar uchun juda yaxshi imkoniyatga aylantiradi. Bundan tashqari, IoT tizimlari uchun o'ziga xos protokollarga kelsak, MQTT kam quvvat iste'moli va kam qo'shimcha xarajatlar tufayli keng tarqalgan protokol bo'lsa-da, hozirda IoT sug'orish tizimlari uchun mashhur protokol emas.
Rasm 1. IoT irrigatsiya tizimlarini amalga oshirish uchun foydalaniladigan aloqa texnologiyalari.
Ko'p sonli ishlarda yakuniy foydalanuvchilar monitoring jarayonida yoki tizimni boshqarishni amalga oshirish uchun olingan ma'lumotlarga APP yoki WEB orqali kirishini ham kuzatamiz. Ushbu aloqalarning aksariyati simsiz texnologiyalardan foydalangan holda mobil qurilmalar orqali amalga oshiriladi.
Natijalar. Eng yaxshi IoT aloqa protokoli ma'lum tizimning o'ziga xos talablari va cheklovlariga bog'liq. IoT protokollarini tanlashda rol o'ynaydigan omillar quyidagilardir:
• Geografik joylashuvlar: Bular ekotizimni tashkil etuvchi ikki yoki undan ortiq qurilmalar orasidagi jismoniy masofalardir
• Quvvat iste'moli talablari: Bu IoT qurilmalari yoqilgan vaqt miqdori
• Jismoniy to'siqlar: Bular IoT ekotizimidagi qurilmalar (masalan, devorlar, tog'lar, osmono'par binolar va boshqalar) o'rtasida mavjud bo'lgan to'siqlar.
• Umumiy byudjet: Turli protokollarning narxi har xil.
186
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
Wi-Fi. Bu IoT aloqa protokollaridan biri bo'lib, LAN uchun eng mos keladi - cheklangan hududdagi kompyuterlarni o'zaro bog'laydigan kompyuter tarmog'i - muhitlar, tezkor ma'lumotlarni uzatish imkonini beradi. U oxirgi nuqta qurilmalari o'rtasida aloqa o'rnatish uchun internet protokollaridan (IP) foydalanadi.
Bluetooth qisqa masofali aloqa, aqlli soatlar kabi shaxsiy mahsulotlar uchun kichik hajmdagi ma'lumotlarni almashish uchun ishlatiladigan protokoldir.
Zigbee-ning afzalligi kam quvvat iste'moli, simsiz boshqaruv, xavfsizlik va kengayish qobiliyatiga ega aloqa texnologiyasidir. Bu IoTga asoslangan avtomatlashtirilgan monitoringda energiya monitoringi, sensordagi ma'lumotlarni va avtomatik hisoblagichlarni o'qish uchun javob beradi. Shuningdek, ZigBee iste'molchilarning real vaqtda energiya iste'moli haqida xabardor qilish uchun ishlatiladi.
MQTT yorug'lik va oddiy ma'lumotlarni sensorlardan ilovalar va o'rta dasturlarga o'tkazish bilan shug'ullanadi. U ishonchli ulanishni taklif qiladi va o'tkazish qobiliyatiga mos keladi.
Z Wave qisqa masofali aloqa uchun kam quvvatli radiochastota (RF) IoT aloqa texnologiyasi bo'lib, asosan xonadonlarni avtomatlashtirish uchun mos keladi. Chiroq kontrollerlari, eshik qulflari, elektron choynaklar va boshqalar kabi aqlli uy mahsulotlari uchun juda afzaldir.
NFC bir-birining yonida joylashgan ikkita qurilma antennalari orasidagi elektromagnit aloqadan foydalanadi. NFC - bugungi kunda savdo majmualarida kontaktsiz to'lovlarda qo'llaniladigan texnologiya.
Lora - uzoq masofali, keng radio tarmog'i bo'lib, u kam quvvat iste'moliga ega va bir nechta qurilmalardan iborat yirik tarmoqlarni boshqarishga qodir. U asosan IoT tarmog'ining keng qamrovi uchun mo'ljallangan va u IoTga asoslangan monitoring tizimining NAN va WANlarida qo'llanishi mumkin. U mobillik, xavfsiz ikki tomonlama aloqa va mahalliylashtirish xizmatlarini hamda o'zaro hamkorlikni ta'minlaydi. Mavjud simsiz aloqa
texnologiyalarining aksariyati o'zlarining eng yuqori tezligini maksimal darajaga oshirish uchun ishlab chiqilgan, ammo LoRa asosan past quvvat sarfi va eng yuqori ma'lumotlar tezligidan voz kechish orqali uzoq aloqa oralig'i uchun mo'ljallangan. Bundan tashqari, LoRaWAN tarmoq serveri har bir IoT qurilmasining tarmoq sig'imi va batareya quvvatini oshirish uchun moslashtirilgan ma'lumotlar tezligi (adaptive data rate - ADR) yondashuvi orqali har bir IoT qurilmasi uchun RF chiqishi va ma'lumotlar tezligini boshqaradi. U keng spekrli diapazonlardan iborat bo'lib, aloqa paytida turli xil ma'lumotlar tezligiga hech qanday shovqin bo'lmaydi. Bundan tashqari, u shlyuzlarning imkoniyatlarini oshiradigan virtual kanallarni yaratadi. Shuningdek, u kam quvvatli WAN qamrovini arzon narxlardagi xavfsiz ikki tomonlama aloqani qo'llab-quvvatlash uchun zarur bo'lgan xususiyatlar bilan ta'minlaydi[2].
Sigfox - bu mashinadan mashinaga (M2M) ilovalar uchun uzoq masofali tarmoq bo'lib, boshqalarga qaraganda kamroq quvvat sarflaydi. Bu batareyalarni zaryad qilmasdan uzoq vaqt davomida batareyada ishlashi kerak bo'lgan masofaviy qurilmalarni ulash uchun yaxshi tanlovdir[4].
1-jadval. IoT irrigatsiya tizimlarini amalga oshirish uchun foydalaniladigan aloqa texnologiyalari haqida jadvali
Pro to ko I Standart Chastotalar Taxminiv diapazon Ma'lumot stavkalari
Wi-fi IEEE 802.11 asosida (uylarda keng tarqalgan) 2,4 gigagertsli va 5 gigagertsli diapazonlar 50 dan 100 metrgacha Maksimal 600 Mbit/s; 150200 Mbit/s eng keng tarqalgan
Bluetooth Bluetooth 4.2 asosiy spets ifikats iy asi 2,5 gigagertsli 50 dan 150 metrgacha 1 Mbit/s
ZigBee IEEE802.15.4 asosidagi Zigbee 2.0 2,4 gigagertsli 10 dan 100 metrgacha 250 Kbit/s
MQTT ISO/TEC 20922 -- - 256 Mbit/s gacha ollchamda
Z Wave Z-wave Alliance Har xil 30 metr 0,3 dan 50 Kbit/s gacha
NFC ISO/TEC 18000-3 13,56 MGts 10 sm 100-420 Kbit/s
LoraWAN LoRaWAN Har xil 2,5 km (shahar muhiti), 15 km (shaliar atrofl) 0,3 dan 50 Kbit/s gacha
Sigfox Sigfox 900 MGts 30-50 km (qishloq muhiti), 3-10 km (shahar muhiti) 10-10000 Kbit/s
Yuqorida IoTga asoslangan monitoring tizimlari uchun bir nechta simsiz aloqa texnologiyalari tadqiq qilindi. IoTga asoslangan monitoring tizimlari
187
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 2 | 2024-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 2 | 2024 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 2 | 2024 год
uchun ushbu texnologiyalarning tadqiq qilishdan asosiy maqsad, talablardan kelib chiqqan holda aloqa texnologiyalarini tanlab olish. Shuning uchun, ushbu maqolada yuqorida keltirilgan aloqa texnologiyalarining qaysi holatlar uchun afzalligini, ularning hususiyatlari, kamchiliklari bilan tadqiq qilindi. Olib borilgan tadqiqotlar natijasida energiya tejamkorligi, yuboriladigan ma'lumotlar hajmi va narxi bo'yicha LoRaWAN texnologiyasidan foydalanish boshqalariga nisbatan bir qancha afzalliklarga ega ekanligi aniqlandi.
2-jadval. LoRaWAN asosiy spetsifikatsiyalari (Yevropa).
Adabiyotlar ro'yhati.
1. Laura Garcia, Lorena Parra, Jose M. Jimenez, Jaime Lloret, Pascal Lorenz. IoT-Based Smart Irrigation Systems: An Overview on the Recent Trends on Sensors and IoT Systems for Irrigation in Precision Agriculture.
2. X.E.Xujamatov. IoT asosida telekommunikatsiya qurilmalari gibrid energiya ta'minoti manbalarini avtomatlashtirilgan monitoring model va algoritmlari.
3. International Telecommunications Union. Radio Regulations. Available online: https://www.itu.int/pub/R- REG-RR/en (accessed on 22 December 2019).
4. https://research.aimultiple.com
Parametr Qiymati
Chastota diapazoni EU433 (433,05-434,79 MGts), EU864-870 (863870 MGts)
Kanallar 10
Kanalning tarmoqli kengligi 125 KHz yoki 250 KHz
Yetkazish quvvati 14 dBm
Maksimal chiqish quvvati 20 dBm
Tarqatish omili 7-12
Ma'lumot tezligi 250 bit/s-5,5 kbps
Ulanish byudjeti 155 dB
Masofa 5 km (shahar), 15 km (shahar atrofida), 45 km (qishloq)
Topologiya Yulduzsimon
Batareyaning ishlash muddati Yillar
Quvvat samaradorligi juda yuqori
Interferentsiyaga qarshi immunitet juda yuqori
Masshtablilik ha
Xulosa. IoT asosida avtomatlashtirilgan monitoring tizimini amalga oshirishda o'tkazilgan tahlillar asosida shuni hulosa qilish mumkinki, bu jarayonlarda oddiy tuzilmaga ega, sezgirligi, tezkorligi va ishonchligi yuqori bo'lgan, qo'llanish sohasini cheklaydigan murakkab o'lchash qismiga ega bo'lmagan sensorlardan foydalanish maqsadga muvofiq.
188
