28980

ارتباط ميان گره‌هاي شبكه حسگر بي‌سيم در ساختمان هوشمند با توجه به مصالح و موانع موجود در ساختمان

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران گرايش مديريت ساخت

1399

1402/04/05

دكتر سيد سجاد ميرولد - دكتر حسن ملكي تبار

-

عمران

رشد ارتباطات و اينترنت در زمينه‌هاي مختلف تاثيرگذاري بسازي از خود نمايان كرده است. شكل گيري مفاهيمي از جمله ساختمان هوشمند و اينترنت اشياء حاصل اين تاثير پذيري در صنعت ساخت مي‌باشد. مفهوم ساختمان هوشمند گستردگي بسياري در تمامي سيستم‌هاي ساختمان از جمله گرمايش و سرمايش، تهويه مطبوع، امنيت، اعلام و اطفاء حريق و حتي مديريت بخش‌هاي مختلف سازه در سنين مختلف آن دارد. لازمه اين امر برداشت پوياي اطلاعات از طريق حسگر‌هاي مختلف در ساختمان است و با توجه به اين كه مسئله هوشمند‌سازي در تمامي سيستم‌هاي مديريتي ساختمان (Building Management System) قابل تعريف است، تنوع و تعداد حسگر‌هاي برداشت اطلاعات نيز بسته به سطح هوشمند‌سازي ساختمان به مراتب بالاست. اين تنوع باعث شده در زمينه اجرايي سيستم‌هاي هوشمند، الزمات و محدوديت‌هايي پيش روي مجريان پروژه قرار گيرد. تنوع و تعداد بالاي حسگر‌هاي ساختماني مستلزم آن است كه به وسيله بستري مناسب به يكديگر مرتبط شوند. همچنين، تعداد بالاي آن‌ها نه تنها هزينه سنگين سيم كشي را به همراه دارد، بلكه مقدار بسياري از فضاي مفيد ساختمان را نيز اشغال مي‌كند. از اين رو ارتباط حسگر‌ها با گره‌ها و در نهايت ارتباط گره‌ها به كمك شبكه حسگر بي‌سيم (Wireless Sensor Network) مورد توجه قرار مي‌گيرد. در ارتباط بي‌سيم با وجود مزاياي بسيار محدوديت‌هايي در زمينه اجرايي وجود دارد كه مهم‌ترين آن ارتباط صحيح و پويا ميان ارسالگر و دريافت‌كننده اطلاعات است و اين مسئله در محيط بسته ساختماني كه شامل موانع گوناگون است از اهميت بيشتري برخوردار است. مسئله ارتباط در شبكه حسگر‌ بي‌سيم در ابعاد مختلف مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است اما موارد استفاده از اين فناوري بيشتر در فضاي باز بوده و به تاثيرات موانع ساختماني بر روي شبكه بي‌سيم كمتر پرداخته شده است. طبيعتا از مهم‌ترين موانع اين شبكه در ساختمان مي‌توان به مصالح گوناگون استفاده شده در ساختمان اشاره كرد. در اين پژوهش تلاش بر آن است راهكاري مناسب و معتبر در جهت چيدمان گره‌هاي WSN به روش ايستا و با توجه به مدل معماري ساختمان و همچنين مصالح مصرفي ارائه مي‌شود. در اين رويكرد، از يادگيري ماشين (Machine Learning) و مدل سازي ساختمان استفاده شده و تلاش بر آن است كه گامي در جهت به‌كارگيري بيشتر WSN در صنعت ساخت برداشته شود. در اين پژوهش تلاش شده با استفاده از الگوريتم‌هاي يادگيري ماشين مناسب بدست، با تمركز بر مصالح مختلف ساختماني به عنوان مانع ارتباط گره‌هاي بي‌سيم، حالت‌هاي مختلف جانمايي گره‌هاي WSN در ساختمان مورد سنجش قرار گرفته و نتايج با ساير مقالات و پژوهش‌هاي مشابه مقايسه گرديده است. هدف اصلي ايجاد يك ارتباط پويا و قابل اعتماد توسط امواج راديويي در بين گره‌هاي WSN است و در اين راستا مدل ارائه شده در مراحل متعدد بهينه شده و در انتها در ساختمان مورد مطالعه، يك شبكه پويا، قابل اعتماد و با حداقل گره‌هاي ارتباطي ارائه گرديده است. در نتيجه اين پژوهش، ارائه الگوريتم‌ها و روش‌هاي در راستاي پيشبيني متغير‌هاي قدرت و كيفيت ارتباط راديويي و همچنين طراحي شبكه پيش از اجراي آن اين امكان را براي مجريان و طراحان شبكه بي‌سيم در ساختمان فراهم مي‌كند كه شبكه پويا، قابل اعتماد و بهينه‌اي با دقت بالاي 85% در مرحله طراحي براي پروژه‌هاي خود امكان سنجي كنند.

1402/08/07

Application of the wireless sensor network nodes in the smart building in confronting with the construction materials and obstacles effect

6/25/2024 12:00:00 AM

The rapid expansion of communication and the internet has revolutionized various sectors, leading to the emergence of concepts like smart buildings and the Internet of Things (IoT) within the construction industry. Smart buildings encompass a wide array of systems, from heating and cooling to security and structural management, all reliant on the dynamic collection of data through diverse sensors. However, the complexity of these systems necessitates a multitude of sensors, varying in type and number depending on the building's intelligence level. This diversity presents challenges and constraints for project managers implementing intelligent systems. The sheer variety and abundance of building sensors mandate their connection through an appropriate platform. Traditional wiring solutions not only incur substantial costs but also occupy valuable space within the building. To mitigate these issues, connecting sensors to nodes and establishing connections between nodes through Wireless Sensor Networks (WSN) becomes imperative. Despite its advantages, wireless communication confronts challenges, especially in closed environments like buildings, where obstacles hamper the dynamic and accurate communication between information senders and receivers. While communication issues in WSN have been explored, particularly in open spaces, the impact of building obstacles, especially diverse construction materials, has received limited attention. This research addresses this gap, aiming to devise a reliable static solution for arranging WSN nodes based on the building's architectural model and materials. Employing machine learning algorithms and building modeling, this approach signifies a significant stride towards enhancing WSN applications in the construction sector. This study delves into various building materials acting as barriers to wireless node communication, utilizing machine learning algorithms to measure different placement modes of WSN nodes within buildings. The primary objective is to establish dynamic and reliable communication among WSN nodes using radio waves. The presented model undergoes optimization across multiple stages, culminating in the creation of a dynamic, dependable network with minimal communication nodes within the studied building. The research outcomes include algorithms and methods to predict radio communication's power and quality variables, enabling network design before implementation. This empowers operators and wireless network designers to develop dynamic, reliable, and optimal networks with an impressive 85% accuracy during the project's design phase.

ساختمان هوشمند , شبكه حسگر بي‌سيم , يادگيري ماشين , گره‌هاي WSN , جانمايي

smart building , wireless sensor network , machine learning , WSN nodes , placement

Ali Mazaheri Tirani

Dr. Seyyed Sajjad Mirvalad - Dr. Hasan Malekitabar