Главная страница -> Переработка мусора

Технологии интернет во встраиваемых системах. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов. Строительство

Андрей Луженский, консультант Всемирного Банка,

Олегом Комаров, старший инженер ФРП

Общее описание проекта

В городе Кракове во время отопительных сезонов 1992-93 и 1993-94 годов был проведен демонстрационный проект по энергосбережению с целью показать возможности экономии тепла в типичных многоквартирных жилых зданиях, снабжаемых теплом от системы централизованного теплоснабжения. При этом простая демонстрация современных энергосберегающих технологий не являлась самоцелью. Их внедрение должно было выявить потенциал снижения нагрузки на систему централизованного теплоснабжения и, как следствие, показать возможность исключения из общей системы теплоснабжения города многочисленных низкоэффективных мелких котельных и печного отопления, дающих основной вклад в загрязнение атмосферы.

Проект финансировался Агентством по Международному Развитию и Департаментом Энергетики США и выполнялся совместно американскими и польскими специалистами.

Демонстрационный проект в Кракове включал три основных аспекта:

теплоизоляция ограждающих конструкций здания с целью снижения величины теплоэнергии, требуемой на его обогрев, и повышения комфортности проживания;

внедрение автоматического регулирования на уровне здания с целью снижения теплопотребления во время умеренной погоды;

установка термостатических регуляторов на индивидуальных радиаторах и создание условий, стимулирующих жильцов их использовать.

Для проведения эксперимента были подобраны 4 практически идентичных 11 - этажных здания с 6-тью квартирами на каждом этаже (улица Wolasa, №№ 4,6,8 и 10). Они имеют одинаковую ориентацию по сторонам света, все этажи в каждом из них одинаковой планировки. Здания обеспечиваются теплом от муниципальной системы централизованного теплоснабжения. До реализации проекта все 4 здания потребляли около 15 ГДж тепловой энергии в день (разброс потребления по каждому из зданий не превышал 5 %).

Для проведения контрольных замеров в каждом здании были установлены необходимые датчики, счетчики и устройства сбора данных. В период отопительных сезонов 1992-93 и 1993-94 годов проводились измерения следующих величин:

тепловая энергия, потребляемая зданием;

электрическая энергия, потребляемая зданием;

расход воды, температура и давление в подающем и обратном трубопроводах;

наружная температура;

внутренняя температура в нескольких выбранных помещениях.

Прямое измерение теплопотребления каждой квартиры не было возможным, т.к. в системе отопления используются вертикальные стояки, каждый из которых поставляет горячую воду в 11 разных квартир. При этом каждая квартира питается одновременно от 4-5 стояков. Однако энергия, поставляемая каждым радиатором, была оценена с помощью установленных на них т.н. “локализаторов тепловой энергии”. Эти приборы электронного типа измеряют разницу температур между радиатором и окружающим воздухом и, учитывая форму и размер радиатора, дают интегральную оценку энергии, передаваемой радиатором. Показания приборов считывались ежемесячно.

Примененные энергосберегающие меры и технологии

При проведении эксперимента каждый из двух отопительных сезонов был, в свою очередь, разбит на две части:

Период I : октябрь-декабрь 1992

Период II : январь-апрель 1993

Период III: октябрь-декабрь 1994

Период IV: январь-апрель 1994

В каждом здании в течение каждого указанного периода были реализованы различные по составу наборы энергосберегающих мер и технологий. Их описание приводится ниже.

Базовый пример - гидроэлеватор без регулирования

До начала проекта все 4 здания имели зависимую систему отопления с обычным гидроэлеваторным узлом без какого-либо автоматического регулирования. Контрольные замеры были выполнены в зданиях №№ 4,6,8 и 10 во время периодов I и III, а также дополнительно в зданиях №№ 4 и 6 в течение контрольного двухнедельного интервала во время периода IV.

Гидроэлеватор с регулированием по температуре

В здании № 4 гидроэлеватор был оснащен контроллером, позволяющим автоматически регулировать количество теплоэнергии, отбираемой от сети централизованного теплоснабжения, в зависимости от внешней температуры. Целью мероприятия было уменьшение перегрева квартир в умеренные дни. Контрольные замеры проводились в периоды II, III и IV.

Теплообменник с регулированием по температуре

В зданиях №№ 6,8 и 10 были установлены пластинчатые теплообменники с системой автоматического регулирования по внешней температуре, причем конфигурация трубопроводов и задвижек была выполнена таким образом, что система отопления здания могла быть легко переключена с гидроэлеваторного узла на теплообменник и обратно. Установка теплообменника и циркуляционного насоса позволила также изолировать воду вторичного контура отопления от централизованной системы. Контрольные замеры проводились в периоды II, III и IV для обоих вариантов подключения.

Теплоизоляция зданий

Во всех четырех зданиях были применены следующие теплоизолирующие технологии:

заделка щелей в рамах и между рамами, между проемами окон и дверей, заделка трещин и швов в стенах;

уплотнение окон и дверей;

установка уплотняющих порогов для входных и балконных дверей;

установка изолирующих отражающих барьеров между каждым радиатором и стеной, а также на нижней поверхности подоконника над радиатором;

утепление чердака (слой стекловолоконного теплоизолятора толщиной 20 см );

теплоизоляция стекловолоконным материалом воздушных каналов в потолке подвалов зданий №№ 8 и 10 и по периметру подвала здания № 6;

герметизация отверстий в потолке подвалов, через которые проходят трубопроводы и электропроводка.

В зданиях не применялась внутренняя теплоизоляция (за исключением радиаторных отражателей) из-за проблемы конденсации влаги. Уровни СО и СО2 были замерены в каждой квартире до и после выполнения работ по теплоизоляции. Жителям было разъяснено, что поток нагретого радиаторами воздуха должен иметь возможность свободно циркулировать в помещении, а для этого радиаторы не должны быть закрыты мебелью и шторами. Работы по теплоизоляции были выполнены в следующие сроки: здание № 10 - январь 1993; Здание № 8 - август 1993; и здания №№ 4 и 6 - январь 1994.

Установка термостатов

Термостатические вентили были установлены на всех радиаторах в квартирах в зданиях №№ 8 и 10 в августе-сентябре 1992. Трубопроводы отопления были промыты химическим раствором, чтобы избежать засорения термостатов частичками накипи и окалины.

Теплоизоляция внешних стен

Теплоизоляция внешних стен была выполнена специальным полимерным пеноматериалом в период лета 1993г. В здании № 10 были утеплены все стены, а в здании № 8 только торцевые фасады без окон.

Таблица 1 дает полное представление о всех выполненных энергосберегающих мерах и технологиях и сроках их демонстрации (контрольных замеров).

Таблица 1. Перечень и сроки демонстрации энергосберегающих мер и технологий

Здание №4

Здание №6

Здание №8

Здание №10

Период

III

Энегросберегающие меры и технологии

Гидроэлеватор без регулирования (база)

Гидроэлеватор с регулированием

Теплообменник с регулированием

Теплоизоляция щелей и чердака

Термостатические вентили

Стимулирование энергосбережения

Промывка трубопроводов

Теплоизоляция внешних стен

Проведенные в течение всех четырех периодов серии контрольных замеров позволили оценить достигнутую реальную экономию тепловой энергии в зависимости от объема внедренных мер и технологий. Результаты оценки представлены ниже в Таблице 2.

Таблица 2. Оценка экономии тепловой энергии от внедренных технологий.

№ здания

Внедренные технологии

Экономия энергии, %

Гидроэлеватор с регулированием

0,0

Теплообменник с регулированием

3,5

Теплообменник с регулированием + термостатические вентили

12,4

Теплообменник с регулированием + термостатические вентили + теплоизоляция здания

21,3

Обсуждение результатов

Из таблицы видно, что оснащение гидроэлеваторного узла автоматическим регулятором не дало положительного эффекта. Этот странный на первый взгляд результат объясняется тем обстоятельством, что демонстрационное здание № 4, где было внедрено регулирование, является т.н. “концевым” в сети теплоснабжения и, вероятно, не получает избыточного тепла. Таким образом, возможность регулирования без дополнительных мер по утеплению здания практически отсутствует. В то же время установка теплообменников с автоматическим управлением в других зданиях позволила получить небольшую экономию, поскольку они находятся ближе к источнику тепла. Кроме того, с установкой теплообменников был исключен отбор теплоносителя из системы.

В зданиях №№ 8 и 10, помимо теплообменников с автоматическим регулированием на всех радиаторах в квартирах, были установлены термостатические вентили и “локализаторы тепла”. Для того, чтобы стимулировать жильцов устанавливать термостаты, им возвращались переплаченные за тепло деньги. Контрольные замеры отчетливо показали, что жильцы активно пользовались термостатами.

Мероприятия по утеплению зданий №№ 8 и 10 в сочетании с ранее установленными теплообменниками и термостатами безусловно дали максимальный результат. Экономия в 21 %, по всей видимости, является вполне реальной и соответствует идее и предварительным оценкам проекта. Проводя сравнения с другими зданиями, можно заключить, что собственно меры по утеплению дают экономию теплоэнергии не менее 9 %. Заметим еще раз, что утепление не даст ожидаемый результат, если жильцы открывают окна в периоды с умеренной погодой, и, значит, какое-либо регулирование поступления тепла совершенно необходимо.

Для клиентов системы централизованного теплоснабжения установка индивидуальных теплообменников с регулированием в каждом здании может оказаться дорогим удовольствием из расчета на одну квартиру (примерно 250 $). Та же процедура на уровне центрального теплового пункта (один ЦТП может обслуживать от 5 до 25 зданий) с дополнительным простым регулированием в каждом доме может дать почти такой же эффект при затратах около 80 $ на квартиру.

Экономика энергосбережения дает ряд весьма любопытных цифр:

стоимость мер по теплоизоляции здания (без регулирования) примерно равна экономии за первый год;

добавка стоимости автоматического регулирования на уровне ЦТП приводит к сроку окупаемости (простому) от 2 до 3 лет;

общая стоимость регулирования на уровне ЦТП и теплоизоляции здания сравнима с размером годовой Государственной субсидии (в расчете на одну квартиру), выплаченной на отопление жилых зданий в 1992-1993 годах.

Заключение

Меры по теплоизоляции и автоматическое регулирование, внедренные в здании № 10, убедительно показали, что можно сэкономить более, чем 20% тепловой энергии, идущей на отопление дома. Это была не теоретическая, а реально продемонстрированная цифра. Фактическая экономия почти всегда меньше, чем полученная инженерным расчетом, поскольку люди время от времени открывают окна для проветривания квартир, какие-то окна не могут быть уплотнены, некоторые жильцы чувствуют себя более комфортно при повышенной температуре в помещении и стараются достичь ее вместо того, чтобы экономить энергию, и т. д.

Необходимо глубоко осознать, что только сочетание мер по теплоизоляции и автоматического регулирования теплопотребления может дать значительную экономию энергии. Утепление может снизить количество энергии, необходимое зданию. Регулирование требуется, чтобы снизить количество энергии, которое здание потребляет.

Анализ данных, полученных в течение двух отопительных сезонов, показал, какие энергосберегающие технологии и меры являются наиболее экономически эффективными для многоквартирных жилых зданий из сборного железобетона:

заделка щелей и трещин, уплотнение окон и дверей, установка радиаторных отражателей;

теплоизоляция чердака/крыши;

автоматическое управление теплоснабжением на уровне здания или центрального теплового пункта.

Установка термостатических радиаторных вентилей не кажется столь же выгодным с экономической точки зрения мероприятием, но возможность индивидуального регулирования температуры в помещении безусловно чрезвычайно важна для повышения комфортности проживания.

Планы города Кракова снизить объем выбросов, отравляющих атмосферу, путем остановки и закрытия 633 мелких угольных котельных с переключением питаемых ими зданий на систему централизованного теплоснабжения увеличивают общую нагрузку на теплосети приблизительно до 2060 МВт. Для сравнения: тепловая мощность существующей на сегодня ТЭЦ составляет 1730 МВт. Очевидно, что выполнение городской программы энергосбережения, позволяющей снизить нагрузку на 20%, снимает необходимость в строительстве нового централизованного источника теплоснабжения.

Для того, чтобы поддержать и развить стремление к экономии энергии, необходимо также пересмотреть систему тарифов, субсидий и платежей так, чтобы люди, потребляющие тепло, имели возможность регулировать по своему усмотрению величину этого потребления и имели экономические стимулы к его снижению.

А. Владимиров

Динамичное развитие интернета и технологий TCP/IP сделало возможным их широкое использование во встраиваемых системах. Вместо огромного набора закрытых внутрифирменных протоколов, сосуществующих во многих проектах, всё чаще разработчики выбирают широко доступные и открытые стандарты TCP/IP.

Интернет сегодня является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. Web-браузеры существуют практически на всех возможных платформах — под любую операционную систему, на персональных компьютерах, на портативных компьютерах, приставках, мобильных телефонах с WAP. Неудивительно, что Web-браузер становится основным элементом организации взаимодействия человека и разнообразных технических систем контроля, управления, связи, сбора и обработки данных и многих других. Вместо того, чтобы для каждого нового устройства или системы разрабатывать и отлаживать уникальные протоколы, свои отдельные интерфейсы, пульты управления, программное обеспечение, а потом обеспечивать поддержку и модификацию всего этого в течение времени жизни системы, можно воспользоваться широкодоступными и открытыми технологиями, лежащими в основе Интернета — технологиями TCP/IP.

Поддержка TCP/IP

Если устройство способно работать по TCP/IP, поддерживая хотя бы минимальное подмножество стандарта, то оно сможет работать с огромным количеством серийно выпускаемого оборудования, среди которого есть устройства практически для любых задач.

Поддержка TCP/IP в устройстве позволяет легко связывать неограниченное число самых разнородных устройств, расположенных как в рамках одной сети, так и в разных, в том числе территориально удалённых сетях, вплоть до масштабов страны и мира. Для организации каналов связи пригодны практически все существующие технологии — именно TCP/IP лежит в основе большинства современных сетей передачи данных.

Протоколы TCP/IP отлично масштабируются — от передачи единичных пакетов в несколько десятков байт на скоростях в десятки-сотни бит в секунду до пересылки гигантских объёмов информации на гигабитных скоростях. И для каждого диапазона скоростей существует большой выбор серийно выпускаемого оборудования.

Вся документация на протоколы TCP/IP доступна, отсутствует необходимость каких-либо лицензионных отчислений. Cуществует большое число как свободно доступных, так и коммерческих реализаций практически под любые платформы, все современные операционные системы поддерживают TCP/IP.

Рис. 1. Структура протоколов TCP/IP

Встроенный Web-сервер

Встроенный в устройство Web-сервер, обращение к которому осуществляется через TCP/IP, позволяет резко упростить проектирование и реализацию пользовательского интерфейса — необходимые тексты, графика и управление могут быть легко реализованы и модифицированы общедоступными средствами языка HTML.

Не играет роли и тип физического соединения с устройством — RS-232, IrDA, Ethernet, радиоканал, сеть GSM, соединение через выделенную сеть или Интернет — во всех случаях пользовательский интерфейс будет выглядеть одинаково, и встроенное программное обеспечение будет работать одинаково, без каких-либо изменений.

В качестве клиентского терминала может использоваться персональный компьютер или любое другое устройство, имеющее встроенный Web-браузер, вплоть до мобильного телефона с поддержкой WAP или GPRS.

Весь пользовательский интерфейс находится в самом устройстве, на клиентских рабочих местах не требуется инсталлировать никакого специального программного обеспечения. Очень легко можно интегрировать совершенно разнородные системы, необходимые средства для этого предусмотрены в языке HTML.

Механизм гиперссылок открывает дополнительные возможности. Например, подробная документация на устройство со всеми последними изменениями может храниться на сервере поддержки производителя, а во встроенном в устройство Web-сервере будут содержаться лишь необходимые ссылки. Тем самым можно сильно экономить необходимые ресурсы устройства и обеспечить постоянное обновление информации.

Встроенный e-mail клиент

Встроенный в устройство почтовый клиент позволяет отправить письмо на нужный адрес. Эта технология может быть эффективно использована в распределённых системах сбора информации, построенных на базе TCP/IP-технологии. Встроенный в датчик e-mail клиент отправляет сообщения через находящийся в сети SMTP-сервер, откуда они доставляются адресатам в пределах сети, в другие сети или любому адресату через Интернет.

Существуют гейты, преобразующие e-mail в голосовые сообщения при помощи специальных программ и доставляющие затем это сообщение на обычный телефон или заданный список телефонов. Так устройство может сообщить что-то человеку, вообще не имеющему доступа к интернет, а имеющему только голосовой телефон.

Большинство пейджерных компаний имеет гейты для приёма e-mail и отправки на пейджер. Стандартный пейджер может оказаться самым простым и дешёвым решением для беспроводного терминала к какому-либо устройству.

Технология e-mail хорошо интегрируется с технологией коротких сообщений SMS в мобильных сетях GSM. Практически во всех GSM-сетях существуют как общедоступные, так и коммерческие гейты, осуществляющие преобразование e-mail в SMS и наоборот. Это позволяет легко и эффективно использовать технологию e-mail для связи с устройствами на мобильных объектах.

В качестве получателя e-mail также может выступать встраиваемое устройство. Устройства, находящиеся где угодно, но подключенные к общей TCP/IP-сети, могут обмениваться сообщениями друг с другом в процессе работы. Такой обмен позволяет унифицировать протоколы работы различных устройств, обеспечить маршрутизацию, обработку и архивацию сообщений широко распространёнными стандартными средствами.

Реализация TCP/IP на микроконтроллерах

Времена, когда для поддержки TCP/IP требовался как минимум персональный компьютер, пусть даже во встроенном исполнении, ушли в прошлое. Ресурсов современных дешёвых микроконтроллеров вполне хватает для того, чтобы обеспечить реализацию необходимого подмножества TCP/IP-стека. На рис. 2 изображён один из самых маленьких Web-серверов в мире — webACE, построенный на простейшем микроконтроллере ACE1101 в корпусе SSOP8. Реализация подмножества протоколов IP, ICMP, TCP и SLIP занимает примерно 250 команд, оставляя ещё половину памяти программы для программной реализации последовательного интерфейса и реализации web-сервера.

Рис. 2. WebACE

Чуть более сложный Web-сервер на PIC16F84 (рис. 3) можно найти на странице Дениса Петрова [2]. Реализация занимает примерно 400 слов памяти программы, поддерживается подмножество протоколов SLIP, TCP, HTTP. Принципиальные схемы и все исходные тексты также доступны.

Рис. 3. Web-сервер на PIC16F84

В микропотребляющих системах своё место может найти и аппаратная реализация TCP/IP-стека — микросхема S7600A фирмы Seiko [3]. Микросхема поддерживает соединение по PPP через последовательный порт, реализует IP, UDP и TCP, содержит 10 Кб встроенного ОЗУ, имеет параллельный байтовый интерфейс к управляющему микроконтроллеру, работает на тактовой частоте 256 кГц и потребляет менее 3 мВт.

Фирма Scenix, известная своими высокопроизводительными микроконтроллерами [4], свободно предоставляет достаточно полную реализацию TCP/IP-стека — SX stack [5]. Web-сервер для встроенных приложений iSX обеспечивает поддержку PPP через последовательный порт, IP/ICMP, TCP и HTTP протоколов. Почтовый клиент eSX позволяет отправить е-mail на любой SMTP-сервер, то есть на любой доступный Интернетовский адрес. Реализация UDP-протокола, часто использующаяся в системах передачи голоса (VoIP) или видео через Интернет, также свободно доступна. Оценочная плата SX Stack изображена на рис. 4.

Рис. 4. Оценочная плата SX Stack

Если требуется высокая скорость передачи данных и большая универсальность, то в качестве среды передачи очень часто используется 10BASE-T — Ethernet по витой паре. Подключение к Ethernet тоже не представляет проблемы, и для этого тоже не требуются персональные компьютеры. Та же фирма Scenix свободно предоставляет реализацию TCP/IP-стека для Ethernet на микроконтроллере SX52 [6]. Оценочная плата SX-Ethernet (рис. 5) имеет интерфейсы 10BASE-T и RS-232, поддерживает протоколы IP/ICMP, TCP, UDP, ARP, DHCP, HTTP, SMTP, содержит EEPROM для хранения web-сайта объёмом до 32 Кб и имеет 16 свободных выводов портов для подключения произвольной периферии [7]. Реализация TCP/IP-стека и работы с Ethernet занимает около 3 Кслов памяти программы и около 150 байт ОЗУ, для пользовательской программы остаётся примерно 1 Кслов памяти программы и около 100 байт ОЗУ.

Рис. 5. Оценочная плата SX-Ethernet

Если задача требует более сложной обработки, то можно использовать, например, mCsimm [8] — модуль на процессоре Motorola DragonBall размерами со стандартный 30-выводный SIMM, содержащий интерфейсы 10BASE-T, SPI, RS-232 и параллельный и возможность подключения QVGA LCD с матрицей 640х480 (рис. 6). Модуль имеет 8 Мб ОЗУ, 2 Мб флэш программы и работает под операционной системой mCLinux — клоном Linux для встроенных приложений.

Обновление и отладка

Часто перед разработчиком стоит задача — как обеспечить обновление программного обеспечения того или иного устройства. Если оно способно работать через Интернет, эта задача решается очень легко. Устройство само может периодически заходить на Web-сайт поддержки, находить нужный раздел, проверять версию находящегося там программного обеспечения и, при необходимости, автоматически обновлять свою программу или отдельные компоненты. Эта технология уже давно и широко используется различными приложениями для Windows — браузерами, почтовыми клиентами, компиляторами и многими другими программами. Функция обновления программного обеспечения может выполняться как по инициативе пользователя, так и автоматически.

Некоторые современные микроконтроллеры, например, PIC16F87x, Scenix, некоторые микроконтроллеры Motorola, имеют возможность внутрисхемной отладки в реальном времени при помощи специального недорогого эмулятора-отладчика, подключаемого к нескольким выводам микроконтроллера. Если такой эмулятор-отладчик встроен в устройство, а доступ к нему осуществляется по TCP/IP, то становится возможной не только удалённое программирование и обновление версий, но и удалённая отладка программного обеспечения. Разработчик может находиться за десятки тысяч километров от отлаживаемого устройства и осуществлять необходимые изменения прямо со своего рабочего места. Такая технология также актуальна, если находиться рядом с отлаживаемым устройством опасно или некомфортно. Эти технологии ранее считались достаточно дорогостоящими в реализации и использовались в основном в сложных системах, например, телефонных централях. Сегодня они становятся доступными и для относительно простых устройств, имеющих в том или ином виде доступ к Интернет.

Применение на производстве

В промышленных системах сбора, обработки информации и управления технологическими процессами TCP/IP давно используется на верхних уровнях обработки — в системах SCADA для связи между собой центральных компьютеров, создания систем уровня цеха, предприятия и объединения между собой удалённых филиалов. Для отображения данных о ходе техпроцесса в Интернет может использоваться работающая в реальном времени база данных (например, Industrial SQL Server от Wonderware) [9] и взаимодействующий с ней Web-сервер.

Оператор больше не должен быть привязан к рабочему месту, если в качестве терминала используется мобильный телефон, поддерживающий WAP. Cоответствующие программные средства (например, Klinkmann WAP Tool) [10] позволяют оператору формировать запросы в свободном формате (считывание и запись) между стандартным Microsoft SQL сервером или сервером от Wonderware и телефонами WAP или другими терминалами WAP. Если же в устройство встроен WAP-совместимый Web-сервер, то управлять им и получать с него данные можно непосредственно с мобильного телефона.

Сегодня технологии TCP/IP опускаются на более низкий уровень систем DCS, обеспечивая связь с отдельными микрокомпьютерами, PLC и датчиками. Вместо большого числа несовместимых, часто закрытых внутрифирменных протоколов, используемых во многих системах DCS, происходит быстрый переход к открытым протоколам TCP/IP, к единым механизмам контроля и управления на основе встроенных Web-серверов и единым механизмам обмена данными, базирующимся на e-mail. Большинство фирм, работающих в области промышленной автоматизации, начинает выпускать PLC с поддержкой этих функций, например, SoftPLC от FAMA [11].

Предприятие и его филиалы теперь не привязаны к определённому месту, возникает понятие всемирного предприятия, разбросанного по разным странам и континентам и организующего свою работу через Интернет. С переходом на единые технологии TCP/IP можно говорить о всемирной цифровой системе, объединяющей различные предприятия всего мира, о едином поле применения встраиваемых систем.

Применение в быту

Известная корейская фирма LG в июне 2000 года представила холодильник с доступом к Интернет. Холодильник имеет встроенный 15” TFT LCD дисплей с сенсорным вводом и сетевой интерфейс и позволяет получать в реальном времени цены на продукты, сроки хранения, режимы хранения и заморозки для хранимых продуктов [12].

В декабре 1999 года компания Ariston представила первую стиральную машину, подключаемую к Интернет — “Маргарита 2000” [13]. Машина имеет встроенный web-сайт, на котором владелец “Маргариты 2000” может ознакомиться с текущим состоянием машины, а также отдать все необходимые команды. Владельцы мобильных телефонов могут также управлять машиной прямо с телефона. В этой машине используется протокол WRAP (Web Ready Appliances Protocol), на базе которого компания Ariston планирует разработать целую серию бытовых устройств, имеющих возможность подключения к Сети.

В октябре 2000 стиральную машину с доступом к Интернет представила и фирма LG. При помощи встроенного программного обеспечения машина может самостоятельно связаться через Интернет с Web-сайтом поддержки, выбрать и загрузить необходимые программы для стирки [14]. Также LG вскоре планирует анонсировать микроволновую печь с доступом к Интернет и другие изделия бытовой электроники.

Телевизоры с доступом к Интернет тоже доступны уже сегодня. В начале этого года американская компания NetTV продемонстрировала телевизор нового поколения, способный вести цифровую запись видео, воспроизводить DVD-фильмы и CD аудиодиски и встроенный кабельный модем для доступа к Интернет и просмотра телевизионных каналов, вещающих в on-line [15].

Возможно, пока эта статья готовилась к печати, уже появились кофемолки и чайники с доступом к интернет. В ближайшие годы нас ожидает большой бум в области устройств бытовой техники, имеющих доступ к интернет. Они будут объединяться в домашнюю локальную сеть, построенную по технологии TCP/IP, и при помощи комбинации различных проводных и беспроводных (Bluetooth, в первую очередь) технологий соединяться с глобальной сетью Интернет.

Типовые ограничения

При выборе возможного варианта готового TCP/IP-стека для встроенного приложения следует обратить внимание на ограничения той или иной реализации.

Самые простые реализации обеспечивают установление соединения только по протоколу SLIP, не поддерживая более широко распространённый и современный протокол PPP. Если устройство должно самостоятельно устанавливать связь с Интернет по телефону через какого-либо провайдера, оно должно поддерживать протокол PPP. Если же устройства будут работать только с локальным сервером, входящим в систему, можно обойтись SLIP.

Простейшие реализации web-серверов могут не поддерживать в должном объёме протокол HTTP — выбор страниц будет осуществляться выбором номера порта, а не указанием полного пути к странице. Такие web-серверы лучше всего подходят для простейших применений, где вся информация находится на одной странице.

В несложных web-серверах обычно не поддерживается обработка TCP-пакетов, пришедших не по порядку. Такие пакеты просто отбрасываются сервером и будут автоматически перепосланы браузером с другой стороны через какое-то время. Это может быть критично в ситуации, когда между сервером и браузером существует ненадёжный канал с потерями пакетов, а задержка доступа к серверу недопустима.

Многие несложные реализации TCP/IP имеют ограничение на число одновременно обрабатываемых соединений. Типовой браузер на персональном компьютере обычно может одновременно открыть 4–8 соединений, например, текст и 3 картинки с web-сайта будут передаваться одновременно. Если реализация TCP/IP в устройстве может поддерживать лишь 1–2 одновременных соединения, то при обращении к такому устройству из браузера будет наблюдаться некоторое торможение, пока все элементы web-сайта в устройстве не будут переданы. Это следует учитывать при разработке встроенного web-сайта и не перегружать его большим числом отдельных элементов.

Немного о безопасности

Описанные технологии открывают безграничные возможности создания встраиваемых систем нового поколения, работающих по технологии TCP/IP. Однако, при практической реализации следует тщательно продумывать вопросы их безопасности. Кратко рассмотрим основные принципы построения безопасных систем.

Любой не контролируемый полностью, от начала и до конца, канал связи следует рассматривать как открытый. При передаче любых критичных данных по открытому каналу связи следует учитывать возможности перехвата, подмены и потери сообщения. Для исключения перехвата используется шифрование, для исключения подмены используется проверка подлинности и целостности сообщения.

Возможность потери отдельных сообщений и выхода из строя отдельных каналов связи должна быть предусмотрена на этапе проектирования системы. Должны быть использованы механизмы перепосылки сообщений и резервирования каналов связи. В рамках сетей на базе TCP/IP оба механизма могут быть организованы стандартными средствами.

Шифрование основывается на криптографических алгоритмах, обычно представляющих собой две связанные математические функции — одну для шифрования, другую для дешифрирования. Если безопасность алгоритма основана на сохранении его в тайне, то это ограниченный алгоритм. На сегодня такие алгоритмы представляют лишь исторический интерес, поскольку они не могут быть использованы изменяющимися по составу группами пользователей, а также не допускают качественного контроля и стандартизации.

Современная криптография основывается на сохранении в тайне ключей и полной открытости алгоритмов шифрования. Существует два типа алгоритмов, основанных на ключах: симметричные и с открытым ключом. В симметричных алгоритмах, часто называемых также алгоритмами с секретным ключом, один и тот же ключ используется для шифрования и дешифрирования. Пока передаваемые сообщения должны быть тайными, ключ должен храниться в секрете. Использование таких алгоритмов во встроенных системах ограничено, поскольку необходимо организовывать специальные процедуры безопасной передачи ключа всем входящим в систему устройствам.

Алгоритмы с открытыми ключами (асимметричные алгоритмы) разработаны таким образом, что ключ шифрования отличается от ключа дешифрирования, и ключ дешифрирования не может быть рассчитан по ключу шифрования. Ключ шифрования в таких системах может быть открытым — кто угодно может зашифровать сообщение с этим ключом, но только адресат сможет его расшифровать. Использование именно таких алгоритмов наиболее эффективно в системах с передачей данных по открытым каналам, в том числе через Интернет.

Отличное практическое руководство по криптографии — книга Брюса Шнайера “Прикладная криптография” [16], недавно переведённая на русский язык [17]. Эта книга сочетает в себе живое введение в криптографию и достаточно полный справочник с исходными текстами и описаниями алгоритмов. Книга предоставляет необходимые инструменты для защиты информации, передаваемой по открытым каналам.

Подводя итоги

Уже сегодня разработчикам доступны все средства и технологии, необходимые для перехода на TCP/IP во встраиваемых системах. Использование технологии TCP/IP не требует больших аппаратных и программных затрат, но открывает безграничные возможности по расширению, взаимодействию и унификации решений в самых разных областях техники. Ежедневно появляется огромное число новых продуктов, основанных на технологии TCP/IP, большинство ведущих мировых фирм в области электроники уже выпускают широкую номенклатуру устройств, позволяющих иметь доступ к ним через Интернет. Без сомнения, в области встраиваемых систем технология TCP/IP будет доминировать уже в ближайшем будущем.

Литература

Internet RFC/STD/FYI/BCP Archives. .

Владимиров А. Виртуальная периферия становится реальностью // Инженерная микроэлектроника. — 1998. — № 2. — С. 24–25. ).

Решения для GSM и мобильного доступа в интернет. .

Introducing Internet Digital DIOS Refrigerator, Jun. 21, 2000. ).

LGE Introduces Internet LG Turbodrum Washing Machine, Oct.12, 2000. ).

MGI Software & NetTV Demonstrate Personalized Digital Entertainment System. .

Applied Cryptography. Second Edition. By Bruce Schneier. ).

Брюс Шнайер. Прикладная криптография: Пер. — 2-е издание. ).

Вывоз строительного мусора контейнерами и газелями: ознакомиться, быстро и качественно

Постановление главы администраци.
Пример расчета себестоимости и о.
Подстанции.

Главная страница -> Переработка мусора

Реклама