Розробка інформаційної моделі моніторингу екосистеми

Abstract

Мета роботи – розробка інформаційної моделі моніторингу даних об’єктів екосистеми для ідентифікування відхилень від стандарту в реальному часі, на відстані та прийняття рішень для їх усунення. В основу розробки системи було покладено Minimum viable product – продукт з мінімальним функціоналом. та мінімальними затратами ресурсів. Концепція розробки системи розглядається на прикладі розумного гуртожитку, де одним із компонентів системи є технологія інтернет речей, в якій різні пристрої підключені до Інтернету та взаємодіють один з одним. Датчики дозволять пристрою посилати дані в комп'ютерну програму, яка буде збирати та аналізувати їх. Це дозволить ефективно ідентифікувати проблему у разі відхилень від стандарту при роботі пристроїв та полегшить передбачення можливих аварій, несправностей. На основі аналізу характеристик модулів мікроконтролерів з різними типами датчиків було обрано модуль бездротового зв'язку, який встановлений у пристрій системи моніторингу та типи датчиків для отримання показників екосистеми. Для реалізації задачі обрано відкриту мову програмування Processing та засоби розробки, які б задовольняли всі вимоги та мали необхідний функціонал. У якості інтерфейсу для концепцій екосистеми було обрано TelegramBot. Для з'єднання апаратних пристроїв, АРІ та Інтернет-служб було обрано Node-RED, як інструмент програмування. Для написання бота був використаний пакет RedBot для NodeRED. Розроблено структурні елементи підсистеми та програмний код на прикладі плати для датчика. Запропоноване оригінальне рішення для розробки інформаційної моделі показників екосистеми приміщення на відстані, в реальному часі на основі елементної бази обраного модуля моніторингу, протоколів зв’язку та інтерфейсу взаємодії з користувачем через чат-бот. Система була протестована на даних, які були отримані в гуртожитку Київського національного університету технологій то дизайну в травні 2021 року. Хостинг для роботи даного середовища було розгорнуто на Amazon Web Services (AWS) EC2. Результати тестування показали працездатність системи, можливість отримувати, аналізувати інформацію в реальному часі та оперативно реагувати на небезпечні ситуації. Все це дасть можливість покращити життя студентів в гуртожитку та забезпечити своє здоров’я від впливу негативних чинників.

Цель работы – разработка информационной модели мониторинга данных экосистемы, полученных с объектов для идентификации отклонений от стандарта, в реальном времени, расстоянии и принятия решений по их устранению. В основу идеи разработки системы был положен Minimum viable product – продукт с минимальным функционалом и минимальными затратами ресурсов. Концепция разработки системы рассматривается на примере разумного общежития, где одним из компонентов системы является технология интернет вещей, в которой разные устройства подключаются к Интернету и взаимодействуют друг с другом. Датчики посылают данные в компьютерную программу, которая будет собирать и анализировать их. Это позволит эффективно идентифицировать проблему в случае отклонений от стандарта при работе устройств и облегчит предсказание возможных аварий, неисправностей и их устранение. На основе анализа характеристик микроконтроллеров и датчиков был выбран модуль беспроводной связи, установленный в устройстве системы мониторинга, выбраны типы датчиков для сбора и дальнейшего анализа показателей экосистемы. Для реализации задачи выбран открытый язык программирования Processing и средства разработки, которые удовлетворяли бы все требования и имели необходимый функционал. В качестве интерфейса для экосистемы был выбран TelegramBot. Для соединения аппаратных устройств, АРІ и Интернет-служб был выбран NodeRED в качестве инструмента программирования. Для написания бота был использован пакет RedBot для NodeRED. Разработаны структурные элементы подсистемы и код на примере платы для датчика. Предлагается оригинальное решение для разработки информационной модели показателей экосистемы в помещениях на основе элементной базы выбранного модуля мониторинга, протоколов связи и интерфейса взаимодействия с пользователем через чат-бот. Система была протестирована на основе данных, полученных в общежитии Киевского національного университета технологий и дизайна в мае 2021 года. Хостинг для работы данной среды был развернут на Amazon Web Services (AWS) EC2. Результаты тестирования показали работоспособность системы, возможность получать и анализировать информацию в реальном времени и оперативно реагировать на опасные ситуации. Все это позволит улучшить жизнь студентов в общежитии и обеспечить свое здоровье от влияния негативных факторов.

Development of an information model for monitoring ecosystem data obtained from facilities to identify deviations from the standard, in real time, at a distance and make decisions to eliminate them. The development of the system was based on the Minimum viable product with minimal functionality. and the minimum cost of resources. The concept of system development is considered on the example of a reasonable dormitory, where one of the components of the system is the Internet of Things technology, in which different device connect to the Internet and interact with each other. The sensors allow the device to send data to a computer program that will collect and analyze it. This will allow you to effectively identify the problem in the event of deviations from the standard during the operation of s and will facilitate the prediction of possible accidents, malfunctions and their elimination. Based on the analysis of the characteristics of microcontrollers and sensors, a wireless communication module installed in the device of the monitoring system was selected, and types of sensors were selected for collecting and further analysis of ecosystem indicators The structural elements of the subsystem and the code for the example of the board for the sensor have been developed. To implement the task, the open programming language Processing and development tools were chosen that would satisfy all the requirements and have the necessary functionality. TelegramBot was chosen as the interface for the ecosystem's automated storage database concepts. To connect hardware devices, APIs and Internet services, Node-RED was chosen as the programming tool. To write the bot, the RedBot package for NodeRED was used. An original solution is proposed for the development of an information model of ecosystem indicators in premises based on the element base of the selected monitoring module, communication protocols and an interface for interacting with the user through a chat bot. The system was tested on data obtained in the hostel KNUTD in may 2021. This environment is hosted on Amazon Web Services (AWS) EC2. The test results showed the system's operability, the ability to receive and analyze information in real time and quickly respond to dangerous situations. All this will improve the life of students in the hostel and ensure themselves and their health from the influence of negative factors.