topics:10:architecture []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Архитектура беспроводных сенсорных сетей в ЦОД ======

<WRAP box round>
**Контур телеметрии и управления (пример)**
<mermaid>
flowchart LR
  classDef big font-size:40px,stroke-width:2px,padding:20px;

  N["Узлы (датчики): T/RH, ΔP, скорость/расход воздуха, вибрация, энергия"]:::big --> E["Пограничная обработка: фильтрация, агрегация, контроль качества"]:::big
  E --> R["Радиосеть (ячеистая, звезда, дерево)"]:::big
  R --> G["Шлюз: Zigbee / 6LoWPAN / WirelessHART / ISA100.11a"]:::big
  G --> M["Шина сообщений (MQTT/AMQP), буфер"]:::big
  M --> A["Аналитика и правила: поиск «горячих зон», модели управления"]:::big
  A --> U["Исполнители: частотники вентиляторов и насосов, уставки CRAH/чиллеров, заслонки"]:::big
  A --- D["DCIM/BMS/MMT и хранилища для отчётности/BI"]:::big

  %% Расширяем диаграмму визуально
  style N fill:#f9f9ff,stroke:#333,stroke-width:1.5px
  style G fill:#f9f9ff,stroke:#333,stroke-width:1.5px
  style A fill:#f9f9ff,stroke:#333,stroke-width:1.5px
  linkStyle default stroke-width:2px
</mermaid>
</WRAP>


===== Назначение и цели =====
  * Плотный мониторинг параметров среды: температура, влажность, перепады давления, локальные перегревы.  
  * Снижение энергопотребления за счёт точечной подачи холода.  
  * Гибкость при перестановках ИТ-оборудования.

<WRAP center>
$$P_{\text{вент}} \propto n^3,\quad Q \propto n$$
</WRAP>

- Уменьшение частоты вращения \(n\) вентиляторов снижает потребляемую мощность \(P_{\text{вент}}\) в кубической зависимости — основа энергоэффективного регулирования расхода \(Q\).

===== Состав сети =====
  * **Узел (датчик):** микроконтроллер, радио, сенсоры температуры/влажности, давления, расхода, вибрации, электроэнергии.  
  * **Шлюз:** агрегирует данные, буферизует, передаёт на верхний уровень.  
  * **Сервер телеметрии и аналитики:** нормализация, хранение, расчёт производных метрик и интеграция с системами управления.

<WRAP info>
  * Пропускная способность — до 250 кбит/с для маломощных сетей.  
  * Период опроса — от 1 с до 1 мин.  
  * Радиус ячейки — десятки метров, общая зона покрытия — сотни метров.  
  * Срок службы от батареи — до 5 лет при периодическом опросе.
</WRAP>

===== Топологии и протоколы =====
^ Топология ^ Преимущества ^ Ограничения ^
| **Ячеистая** | Самовосстановление маршрутов, масштабируемость | Сложное управление каналами |
| **Звезда** | Простота, малая задержка | Требуется плотное покрытие шлюзами |
| **Дерево** | Баланс охвата и простоты | Координаторы концентрируют трафик |

Применяемые протоколы: Zigbee, 6LoWPAN, WirelessHART, SmartMesh IP, ISA100.11a (диапазон 2,4 ГГц).  
Для ЦОДов критичны надёжность сбора данных > 99,9 %, малая задержка и защищённый канал связи.

===== Измеряемые параметры =====
  * Температура воздуха (по залу, стойкам, на впуске и выпуске ИТ-оборудования).  
  * Относительная влажность, точка росы.  
  * Перепад давления между зонами.  
  * Скорость и расход воздуха.  
  * Вибрации вентиляторов и насосов.  
  * Электропитание: напряжение, ток, мощность.  
  * Протечки, дым, коррозионная активность.

===== Обмен данными и интеграция =====
  * Многохоповая маршрутизация с временными метками.  
  * Шлюз выполняет агрегацию, буферизацию и преобразование протоколов.  
  * Сервер — нормализацию, заполнение пропусков, расчёт индексов перегрева и градиентов температуры.

===== Аналитика и управление охлаждением =====
  * Формирование карт «горячих зон».  
  * Автоматическая корректировка уставок CRAH/CRAC, частоты вращения вентиляторов и положения заслонок.  
  * Локализованная подача холода только в области перегрева.

<WRAP center>
$$\min_{\mathbf{u}(t)} \sum_i P_i(t)\quad
\text{при}\quad T_j^{\min}\le T_j(t)\le T_j^{\max},\ \forall j$$
</WRAP>

===== Проектные особенности =====
  * Радиопланирование с учётом экранирования металлоконструкциями.  
  * Разделение частотных каналов, борьба с коллизиями.  
  * Калибровка и поверка датчиков, замена батарей.  
  * Питание и сетевые подключения шлюзов.  
  * Резервирование маршрутов и шлюзов.

<WRAP important>
  * Основные риски: радиопомехи в диапазоне 2,4 ГГц, перегрузка шлюзов, ошибки интерпретации без учёта аэродинамики.  
  * Требуется шифрование и контроль доступа к сети.  
  * Некорректная установка датчиков ведёт к ложным тревогам о «горячих зонах».
</WRAP>

===== Контрольные метрики =====
  * Процент успешной доставки данных.  
  * Средняя задержка телеметрии (P95/P99).  
  * Экономия энергопотребления холода/вентиляции.  
  * Плотность датчиков (шт./100 м², шт./стойку).  
  * Средний срок службы узла (лет).

<WRAP tip>
**Ключевые идеи**
  * Беспроводные датчики обеспечивают плотные измерения без кабелей и быстро адаптируются при изменении планировки.  
  * Ячеистая топология устойчива к сбоям и даёт самовосстановление сети.  
  * Энергосбережение достигается через оптимизацию скоростей вентиляторов и уставок охлаждения.  
  * Надёжность и защищённость каналов связи — ключевой фактор стабильной работы.  
  * Интеграция с BMS/DCIM позволяет превратить мониторинг в автоматическое управление.
</WRAP>