Дослідження систем автоматизованого керування промисловим освітленням

Тонконоженко, Владислав Вікторович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6277
Title:	Дослідження систем автоматизованого керування промисловим освітленням
Authors:	Рудаков, Костянтин Сергійович Тонконоженко, Владислав Вікторович
Issue Date:	Jan-2023
Abstract:	В ході цієї роботи було проаналізовано найпопулярніші технології Інтернету речей, їх стандартизацію та вигідністі відносно одне одного. Була проаналізована робота системи РТЛС, описана робота стандарту ZigBee, швидкості, частоти, собівартість та автономність, надійність і самовідновлення комірчастої топології (mesh) мережі. Проведено аналіз стану предмету дослідження, що дало можливість порівняти малопотужні бездротові технології зв’зку та визначити найкращі, за рахунок порівняяня основних критеріїв. Визначено технологію віддаленого керування будинком шляхом визначення найбільшої відстані зв’язку з урахуванням відстані SDS-TWR згідно стандарту ISO / IEC 24730-5 і IEEE 802.15.4-2011. Розроблено програмно-апаратний комплекс, за рахунок створення алгоритму програмного коду для вдосконалення системи автоматизованого керування освітленням, структурня схеми модифікованої системи управління освітленням, що дало можливість створити схему взаємозв’язоку датчику з таймером. Були розглянуті методи керування освітленням за допомогою додатка Home Assistant, також, створено та модифіковано систему управління освітленням, налаштовано роботу датчику з таймером, вдосконалено для вимкнення освітлення за допомогою таймеру, автоматики, або зручного сценарію.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6277
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
М_123_2022_Тонконоженко+.pdf Restricted Access		1.51 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ 
СИСТЕМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
Пояснювальна записка 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеню «магістр» 
 
на тему: ZIGBEE СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО КЕРУВАННЯ 
ОСВІТЛЕННЯМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
Виконав: студент 2 курсу, групи МСКС-2107 
спеціальності 123 Комп’ютерна 
інженерія, освітня програма 
«Спеціалізовані комп’ютерні 
системи» 
      Владислав ТОНКОНОЖЕНКО      
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ) 
 
Керівник       Костянтин РУДАКОВ   
          ( ім’я, ПРІЗВИЩЕ)   
 
Рецензент                          
      ( ім’я, ПРІЗВИЩЕ)  
 
 
 
Черкаси 2022 року 
          
 
 
2 
 
ЗМІСТ 
ВСТУП ....................................................................................................................... 4 
1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО КЕРУВАННЯ 
ОСВІТЛЕННЯМ ........................................................................................................ 8 
1.1 Опис концепції ................................................................................................ 9 
1.2 Засоби ідентифікації ....................................................................................... 10 
1.3 Засоби вимірювання ........................................................................................ 11 
1.4 Засоби передачі данних .................................................................................. 11 
1.5 Переваги та недоліки ...................................................................................... 12 
1.6 Види технологій .............................................................................................. 13 
  1.6.1. IEEE 802 ............................................................................................... 13 
1.6.2 Wifi ....................................................................................................... 14 
1.6.3 Bluetooth ............................................................................................... 19 
1.6.4 ZigBee ................................................................................................... 23 
1.6.5 6LoWpan ............................................................................................... 26 
1.6.6 Z-Wave ................................................................................................. 27 
1.6.7 Thread ................................................................................................... 29 
1.6.8 NFC ....................................................................................................... 31 
2. АНАЛІЗ БЕЗДРОТОВОЇ ТЕХНОЛОГІЇ КЕРУВАННЯ СИСТЕМАМИ IOT . 34 
2.1 Мережева інфраструктура системи РТЛС .................................................... 36 
2.2 Технологія позиціонування РТЛС ................................................................. 39 
2.2.1 Структура системи .............................................................................. 40 
2.2.2 Робота системи .................................................................................... 43 
2.2.3 Структура CSS повідомлень .............................................................. 44 
2.3 Мережеві протоколи ........................................................................................ 47 
2.4 Рівні стандарту IEEE 802.15.4 ........................................................................ 50 
  
 
3 
 
 
2.5 Профіль стека ................................................................................................... 52 
2.6 Типи мереж ....................................................................................................... 53 
2.7 Топологія комірчастої (Mesh) мережі............................................................ 54 
        2.8 Формування мережі ZigBee ............................................................................ 55 
        2.9Динаміка мережі ............................................................................................... 57 
        2.10. Ієрархічна маршрутизація ........................................................................... 62 
        2.11 Безпека ZigBee ............................................................................................... 63 
3 СИНТЕЗ ПРОГРАМНО-АПАРАТНОГО КОМПЛЕКСУ ................................... 67 
3.1 Технологія вимірювання відстані, яка не потребує синхронізації:     
Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging (SDS-TWR) .................................... 67 
3.2 Розробка проекту в Home Assistant ............................................................... 72 
3.3 Приклади реалізації розумного освітлення .................................................. 73 
ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 82 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 83 
 
  
 
4 
 
ВСТУП 
 
На сьогоднішній день устрій життя людини досить тісно зв’язаний з рядом 
прогресивних технологій, вплив яких розповсюджується на різні сфери: 
промисловість, енергетика, транспорт і багато інших. Впровадження іноваційних 
розробок тягне за собою істотні зміни в економіці. Найбільш важливими і 
цікавими з таких факторів є доповнена реальність, великі обсяги данних, хмарні 
обчислення та Інтернет речей. Остання технологія, запропонована на початку 
нашого століття, поступово розширює область свого впливу. Зокрема, Інтернет 
речей, сприяє формуванню нових механізмів економіки спільного використання, 
що дозволяє змінити бізнес моделі аж до державного рівня. З точки ж зору 
просливості Інтернет речей виступає сполучною лакою між використанням 
веееликих обсягів даних, міжмашинного спілкування і технологіями 
автоматизації виробництв. 
Поняття Інтернету речей являє собою концепцію обчислювальної мережі 
фізичних об'єктів або так званих речей, які оснащені такими собі вбудованими 
технологіями для взаємодії із зовнішнім середовищем або між собою. Така 
концепція розглядає подібні мережі як явище, здатне змінити економічні та 
соціальні процеси шляхом виключення необхідності участі людини в ряді 
операцій і дій. 
Суть даної концепції сформульована в кінці ХХ століття як позначення 
перспектив широкого використання засобів радіочастотної ідентифікації для 
взаємодії фізичних об'єктів як між собою, так і з зовнішнім оточенням. Подальше 
наповнення поняття Інтернету речей різноманітним технологічним змістом і 
впровадження інноваційних рішень для реалізації вищезгаданої концепції 
протягом останнього десятиліття вважається тенденцією в області інформаційних 
технологій. Причиною цього є, перш за все, використання хмарних обчислень, 
повсюдне поширення бездротових мереж, початок активного переходу на IPv6 і, 
звичайно, розвиток технологій міжмашинної взаємодії. 
 
5 
 
На сьогоднішній день термін «Інтернет речей» має відношення не тільки до 
кіберфізичних систем для так званого домашнього використання, але і до більш 
масштабних промислових об'єктів. Скажімо, розвиток розподіленої мережевої 
інфраструктури в автоматизованій системі управління технологічним процесом 
спричинило за собою появу такого поняття, як індустріальний або промисловий 
Інтернет речей. Метою роботи є аналіз актуальних технологій IoT для 
налаштування на їх основі системи керування освітленням. Об'єктом дослідження 
є: Технології IoT. Предметом дослідження є: ZigBee система автоматизованого 
керуваня освітленням. 
Актуальність теми. 
За допомогою сучасних пристроїв можна організувати автоматизоване 
управління домашнім освітленням. До таких пристроїв відносяться датчик руху. 
Так, за допомогою датчика руху здійснюється економічна регулювання 
освітленням в приміщенні -як тільки людина з'являється в певній зоні, датчик 
вмикає світло автоматично. Можна використовувати цю функцію при освітленні 
коридорів, сходів, комор і т.д. Після того, як покинете кімнату, система 
управління автоматично відключить освітлення. При установці датчика не тільки 
можна налаштувати систему управління рівнем освітлення в будинку, квартирі, 
котеджі, а й заощадити витрати на електроенергію. Автоматичне управління 
освітленням набагато зручніше, в навідміну від ручного. Тож не доведеться весь 
час тягнутися до вимикача або на дотик шукати його в темряві. Майже кожен 
електроприлад в будинку може "навчитися" реагувати на появу людини в межах 
досяжності. Датчики руху використовуються і для зовнішнього освітлення, 
наприклад, саду. Датчики руху -це сучасний метод управління освітленням.  
Систему управління світлом можна встановити в житловому будинку або 
квартирі, або в офісах. Це найбільш надійне, ефективне та фінансово вигідне 
рішення. Ідеально підібрані освітлювальні прилади в поєднанні з сонячним 
світлом підкреслять особливість вашого інтер'єру. На сьогоднішній день немає 
жодного сучасного будинку або квартири, які були б повністю без 
 
6 
 
освітлювальних приладів. Та це й важко собі уявити. Управління 
освітлювальними приладами здійснюється не тільки за допомогою пульта 
дистанційного керування, підсвічування і таймера, а й комп'ютера. Розумний 
будинок істотно полегшить Вам життя завдяки автоматичному управлінню 
електросистемами, дозволяючи створити господареві ексклюзивний сучасний 
стиль інтер'єру. Система управління «Розумним освітленням» в даний час все 
частіше закладається в майбутній дизайн-проект або ж встановлюється 
управління освітленням після ремонту. 
Витративши порівняно невеликі кошти на установку системи, Ви заощадите 
на електроенергії, отримаєте Розумне управління освітленням, а будинок стане 
більш комфортним і зручним в експлуатації і проживання то з урахуванням 
вищезазначеного дослідженні та побудова таких ситем є актуальним. 
У авторів Т. Р. Элсенпитер, В.А. Андрійчук, В.Н. Гололобов, М.Е. Сопер та 
ряду інших є дрруковані публікації за тематикою роботи, але висвітлено не в 
повній мірі програмно-апаратні засоби для технології ZigBee, яка на сьогодні за 
технічно-економічними показниками є кращою. 
Мета і завдання дослідження 
Метою дослідження є підвищення ефективності системи керування 
освітленням будинку за рахунок розробки програмно-апаратного комплексу. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: 
1. Провести аналіз стану предмету дослідження. 
2. Визначити технологію віддаленого керування будинком. 
3. Розробка програмно-апаратного комплексу. 
Об’єкт дослідження – Процеси обробки інформації через технології IoT. 
Предмет дослідження – ZigBee система автоматизованого керування 
освітленням. 
Методи дослідження – основані на теорії аналізу , синтезу, та оптимізації; теорії 
надійності, теорії інформації, теорії проектування, схемотехніки. 
Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому що: 
 
7 
 
1. Проведено аналіз стану предмету дослідження, що дало можливість 
порівняти малопотужні бездротові технології зв’зку та визначити 
найкращі, за рахунок порівняяня основних критеріїв. 
2. Визначено технологію віддаленого керування будинком шляхом 
визначення найбільшої відстані зв’язку з урахуванням відстані SDS-TWR 
згідно стандарту ISO / IEC 24730-5 і IEEE 802.15.4-2011. 
Практичне значення отриманих результатів полягає :  
В доведенні отриманих наукових результатів до конкретних інженерних 
рішень, а саме – розроблено програмно-апаратний комплекс, за рахунок 
створення алгоритму програмного коду для вдосконалення системи 
автоматизованого керування освітленням, структурня схеми модифікованої 
системи управління освітленням, що дало можливість створити схему 
взаємозв’язоку датчику з таймером. 
Апробація результатів дослідження: 
Основні положення і результати дослідження доповідались, 
обговорювались: 
• на студентській науковопрактичній конференції ЧДТУ: 19–22 квітня 2021 р. 
• Перед ЕК ЧДТУ 10 червня 2021р. – Черкаси ЧДТУ, 2021. 
Публікація 
По результатам дослідження опубліковано тези – Zigbee automated lighting 
control system / V.V. Tonkonozhenko, V.M. Lukashenko, K.S. Rudakov // Збірник тез 
доповідей студентської науковопрактичної конференції ЧДТУ : 19–22 квітня 
2021 р. [Електронний ресурс] / [упоряд. Мельник І.В.] ; Мво освіти і науки 
України, Черкас. держ. технол. унт. – Черкаси : ЧДТУ, 2021. – C.119. 
Структура та обсяг кваліфікаційної роботи. 
Кваліфікаційна робота магістра складається з вступу, трьох розділів, 
висновку та списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи складає 88 
сторінок, 18 рисунків, 3 таблиць. Список використаних джерел містить – 
найменувань. 
 
8 
 
1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО 
КЕРУВАННЯ ОСВІТЛЕННЯМ 
 
Концепція Інтернету речей була передбачена ще на початку минулого 
століття Ніколою Тесла - тоді фізик припускав, що радіохвилі зможуть 
виконувати функцію нейронів якогось «великого мозку», керуючого фізичними 
предметами, а інструменти для досягнення такого результату будуть настільки 
компактними, що помістяться в кишеню. У 1990 році Джон Ромки, один з творців 
TCP / IP, створив першу в світі Інтернет-річ, підключивши до мережі свій тостер. 
Сам же термін «Інтернет речей» ввів в ужиток в 1999 році засновник 
дослідницької групи при Массачусетському технологічному інституті Кевін 
Ештон на презентації для керівництва Procter & Gamble. Він запропонував 
збільшити ефективність логістичних процесів без втручання людини: за 
допомогою радіодатчиків збирати інформацію про наявність товарів на складах 
підприємства і відстежувати їх рух до торгових точок. Кожна мітка відправляла в 
мережу дані про своє місцезнаходження в даний момент часу. Використання 
міток радіочастотної ідентифікації прискорило реакцію постачальників і 
ритейлерів на зміну попиту і пропозиції. Товари не лежали на складі, а вирушали 
туди, де вони дійсно необхідні. Варто також згадати, що в цьому ж 1999 році на 
базі інституту було створено Центр автоматичної ідентифікації, який би розглядав 
питання сенсорних технологій і радіочастотної ідентифікації, завдяки якому 
концепція і отримала настільки широке поширення [2]. 
Вже в 2004 році в Scientific American була опублікована стаття, що наочно 
показує можливості даної концепції в побутовому застосуванні. Зокрема, в статті 
наочно відображено, як побутові прилади, домашні системи, різні датчики і інші 
об'єкти можуть взаємодіяти один з одним за допомогою комунікаційних мереж і 
забезпечувати повністю автономне виконання побутових процесів, таких, як 
полив рослин, підтримання температурного режиму, управління споживання 
енергії і інші. Представлені варіанти домашньої автоматизації не відрізнялися 
 
9 
 
новизною, проте зміщення фокусу уваги на об'єднання «речей» в єдину 
обчислювальну мережу, яка обслуговується інтернет-протоколами, а також 
пильний розгляд Інтернету речей як особливого явища сприяли популяризації 
концепції. 
Аналітики компанії Cisco вважають «справжнім народженням Інтернету 
речей» період з 2008 по 2009 рік, так як саме до цього часу кількість пристроїв, 
підключених до глобальної мережі, перевищила чисельність населення землі. 
Таким чином, відбувся перехід від «Інтернету людей» до «Інтернету речей». 
Починаючи з 2009 року за підтримки Європейської комісії в Брюсселі 
щорічно проводиться конференція «Internet of Things», на якій доповіді 
представляють чиновники країн Євросоюзу, єврокомісари, провідні вчені 
дослідних центрів. В цей же час Інтернет речей відіграє важливу роль у розвитку 
парадигми «туманних обчислень» - хмарних сервісів в навколишньому 
середовищі [3]. 
Таким чином, менш ніж за 20 років Інтернет речей став трендом в області 
інформаційних технологій, пройшовши шлях від радіочіпи, що наносяться на 
складські ящики, до глобальної інтернетизації і оцифровки всіляких пристроїв або 
так званих «речей». 
 
1.1 Опис концепції 
Визначень Інтернету речей дуже багато. Одне з найбільш вдалих дав Роб 
ван Краненбург, керівник проекту розвитку «Internet of Things»: Інтернет речей - 
концепція простору, в якій все з аналогового і цифрового світів може бути 
поєднане, що перевизначить наші стосунки з об'єктами, а також властивості і суть 
самих об'єктів . 
У цій дипломній роботі під Інтернетом речей будемо розуміти єдину 
мережу, що з'єднує навколишні нас об'єкти реального світу і віртуальні об'єкти. 
Тобто це не просто підключені до мережі Інтернет пристрою, об'єднані між собою 
 
10 
 
дротяними або бездротовими каналами зв'язку, а більш тісна інтеграція, де 
спілкування відбувається між людьми і пристроями. 
Вникаючи в суть концепції, важливо зрозуміти, що ж в даному випадку 
мається на увазі під словом «річ». Речі, з точки зору Інтернету речей, це фізичні 
об'єкти, запрограмовані на обмін інформацією один з одним або з зовнішнім 
середовищем. 
Можна виділити основні особливості Інтернету речей. Він передбачає 
постійний супровід повсякденних дій людини і має орієнтованість на результат, 
причому людина повинна позначити лише його, а не методи його досягнення. 
Промисловий або індустріальний Інтернет речей об'єднує концепцію 
міжмашинного спілкування, використання великих обсягів даних і перевірені 
технології автоматизації виробництва. Його ключова ідея полягає в перевазі 
машини над людиною в точному і безперервному зборі інформації. Інтернет речей 
здатний підвищити рівень контролю якості продукції, вибудувати процес 
розумного й екологічного виробництва, забезпечити надійні поставки сировини і 
в цілому оптимізувати роботу заводського конвеєра. 
 
1.2 Засоби ідентифікації 
Залучення в Інтернеті речей предметів фізичного світу, які можуть бути не 
оснащені засобами підключення до мереж передачі даних, вимагає застосування 
технологій ідентифікації цих предметів. Хоча поштовхом для появи концепції 
стала технологія радіочастотної ідентифікації, в якості подібних технологій 
можуть застосовуватися і інші засоби, що використовуються для автоматичної 
ідентифікації, наприклад, оптично розпізнавані ідентифікатори (QR-коди, штрих-
коди) або алгоритми визначення місцезнаходження в режимі реального часу. При 
всеосяжну поширенні Інтернету речей принципово важливо забезпечити 
унікальність ідентифікаторів об'єктів, що, в свою чергу, вимагає стандартизації. 
Для об'єктів, безпосередньо підключених до мереж, традиційним 
ідентифікатором є MAC-адреса мережевого адаптера, що дозволяє ідентифікувати 
 
11 
 
пристрій на канальному рівні. Причому діапазон доступних адрес практично 
невичерпний (248 адрес в просторі MAC-48), однак використання ідентифікатора 
канального рівня не дуже зручно для додатків. Ширші можливості по 
ідентифікації для таких пристроїв дає протокол IPv6, що забезпечує унікальними 
адресами мережевого рівня не менше 300 млн пристроїв на одного жителя Землі. 
 
1.3  Засоби вимірювання 
Особливу роль в інтернеті речей відіграють засоби вимірювання, що 
забезпечують перетворення відомостей про зовнішнє середовище в 
машинозчитувальні дані, і тим самим здатні наповнити обчислювальну середу 
значущою інформацією. Використовується широкий клас засобів вимірювання, 
від елементарних датчиків (наприклад, температури, тиску, освітленості), 
приладів обліку споживання (таких, як інтелектуальні лічильники) до складних 
інтегрованих вимірювальних систем. В рамках концепції Інтернету речей 
принципово об'єднання засобів вимірювання в мережі (наприклад, бездротові 
датчикову мережі, вимірювальні комплекси), за рахунок чого можлива побудова 
систем міжмашинного взаємодії. 
Як особлива практична проблема впровадження Інтернету речей 
наголошується на необхідності забезпечення максимальної автономності засобів 
вимірювання, перш за все, проблема енергопостачання датчиків. Знаходження 
ефективних рішень, що забезпечують автономне живлення сенсорів 
(використання фотоелементів, перетворення енергії вібрації, повітряних потоків, 
використання бездротової передачі електрики), дозволяє масштабувати сенсорні 
мережі без підвищення витрат на обслуговування (у вигляді зміни батарейок або 
підзарядки акумуляторів датчиків) [52]. 
 
1.4 Засоби передачі данних 
Спектр можливих технологій передачі даних охоплює всі можливі засоби 
бездротових і дротових мереж. 
 
12 
 
Для бездротової передачі даних особливо важливу роль в побудові 
«інтернету речей» грають такі якості, як ефективність в умовах низьких 
швидкостей, відмовостійкість, адаптивність, можливість самоорганізації. 
Основний інтерес представляє стандарт IEEE 802.15.4, що визначає фізичний шар 
і управління доступом для організації енергоефективних персональних мереж, і є 
основою для таких протоколів, як ZigBee, 6LoWPAN і інші.  
Серед провідних технологій важливу роль в проникненні Інтернету речей 
грають рішення PLC - технології побудови мереж передачі даних по лініях 
електропередачі, так як у багатьох додатках присутній доступ до електромереж 
(наприклад, банкомати, інтелектуальні лічильники, контролери освітлення 
спочатку підключені до мережі електропостачання). 6LoWPAN, який реалізує шар 
IPv6 як над IEEE 802.15.4, так і над PLC, будучи відкритим протоколом, 
стандартизуемих IETF, відзначається як особливо важливий для розвитку 
Інтернету речей [4]. 
 
1.5 Переваги та недоліки 
Як і кожна нова технологія, Інтернет речей має свої недоліки і уразливості. 
Серед них можна вказати наступні: 
1) Відсутність єдиних стандартів. Поки мережі «речей» локалізовані на 
маленьких ділянках і об'єднують невелику кількість об'єктів. Кожна така мережа 
використовує свою систему захисту, тому зв'язати їх між собою дуже непросто. 
2) Проблеми з інформаційною безпекою. Якщо все мережі будуть 
використовувати єдиний протокол, ймовірність кібератак зросте в десятки, а то і в 
сотні разів. 
3) Відсутність автономності. Для повноцінного функціонування датчики і 
об'єкти повинні навчиться використовувати природну енергію - поки ж вони 
працюють від батарейок. 
Проте з розвитком Інтернету речей все більше предметів будуть 
підключатися до глобальної мережі, тим самим створюючи нові можливості в 
 
13 
 
сфері безпеки, аналітики та управління, відкриваючи все нові і більш широкі 
перспективи і сприяючи підвищенню якості життя населення. На відміну від 
традиційного «людського» інтернету, Інтернет речей застосовується для 
раціонального і практичного підходу. Його ключове завдання - автоматизація, 
оптимізація, скорочення матеріальних і тимчасових витрат. Впровадження 
концепції Інтернету речей в промислову і транспортну індустрії призведе до 
скорочення витрати за рахунок зниження аварійності, зменшення втрат сировини 
і кількості використаних ресурсів. У сфері енергетики - до підвищення 
ефективність вироблення і розподілу електроенергії. Інтернет речей економить не 
тільки гроші, але і час: машини здатні замінити людину на рутинній роботі і 
звільнити від виконання ризикованих або стандартних завдань. 
 
1.6 Види технологій IoT 
 
1.6.1 IEEE 802 
Все почалося в 1985 році після того, як Федеральна комісія зв’язку США 
відкрила бездротові частоти 900 МГц, 2,4 ГГц і 5,8 ГГц для використання без 
ліцензії. Ці радіодіапазони вже використовувались побутовими приладами, 
такими як мікрохвильові печі, але передбачалося, що вони не мають практичного 
застосування у зв'язку. Пізніше з'явилася технологія WLAN (Wireless Local Area 
Network), але ця технологія була власною, тому бездротові пристрої одного 
виробника не працювали з технологіями іншого. Однак у 1988 р. Корпорація NCR 
забажала стандарт WLAN для використання у своїх бездротових касах та 
звернулася за допомогою до Інституту інженерів електричних та електронних 
систем (IEEE). IEEE створив робочу групу і назвав її IEEE 802. IEEE 802 
відноситься до групи стандартів IEEE, що стосуються локальних мереж (LAN) .  
  Послуги та протоколи, зазначені в IEEE 802, накладаються на два 
нижні рівні (фізичний та лінія передачі даних) семирівневої еталонної моделі 
мережі OSI. Звідси було створено кілька стандартів, які нині становлять основу 
 
14 
 
багатьох локальних мереж. Це породило в 1997 році стандарт IEEE 802.11, який 
стосується сімейства специфікацій, розроблених для бездротових локальних 
мереж (WLAN). Іншим прикладом є IEEE 802.15, який стосується робочої групи, 
яка визначає стандарти бездротової персональної мережі (WPAN). У межах цієї 
робочої групи існує кілька груп завдань. Кожна група завдань має справу з 
певним предметом дослідження, з якого можна отримати стандарт. Наприклад, 
проект IEEE 802.15.1 вивів стандарт бездротової персональної мережі (WPAN) на 
основі Bluetooth, IEEE 802.15.3 - стандарт, що стосується високошвидкісних 
WPAN, а IEEE 802.15.4 стосується низькошвидкісних WPAN. Цей останній 
стандарт лежить в основі декількох протоколів у галузі IoT. Зараз IEEE є однією з 
провідних організацій, що встановлюють стандарти, і складається в основному з 
інженерів. 
 
1.6.2 Wifi 
Влаштована на основі зіркоподібної топології мережі Wi-Fi використовують 
точку доступу (AP) як свій Інтернет-шлюз. Wi-Fi базується на стандарті IEEE 
802.11 і був розроблений як бездротова заміна широко використовуваного 
кабельного стандарту IEEE 802.3 Ethernet. В даний час стандарт IEEE 802.11 
використовується в будинках та на багатьох підприємствах, що пропонує 
серйозну пропускну здатність в межах сотень мегабіт в секунду. Ця потужність 
чудова для передачі файлів, але може зайняти занадто багато енергії для багатьох 
програм IoT. Більше того, велике споживання енергії, необхідне для досягнення 
високої швидкості передачі даних та гарного покриття в будівлях, робить Wi-Fi не 
часто придатним для пристроїв, що працюють від акумуляторів. 
Незважаючи на те, що технологія Wi-Fi в основному визначає рівень 
передачі даних в локальній мережі, вона також інтегрована в стек TCP / IP. Тому 
використання Wi-Fi означає, що TCP / IP використовується для підключення до 
Інтернету. «Донедавна було досить дорого забезпечувати підключення Wi-Fi до 
пристроїв з низькою продуктивністю обробки (наприклад, термостати або 
 
15 
 
побутові прилади) через розмір та складність програмного забезпечення Wi-Fi та 
TCP / IP. Однак нові пристрої та модулі часто включають програмне забезпечення 
Wi-Fi та TCP / IP '. 
WLAN, як правило, захищений паролем, але може бути відкритим, що 
дозволяє будь-якому користувачеві, що знаходиться в його межах, підключити 
свій пристрій до мережі WLAN. Wi-Fi надає послуги в приватних будинках, на 
підприємствах, а також у громадських місцях у точках доступу Wi-Fi, створених 
безкоштовно або комерційно. Деякі організації та підприємства, такі як 
аеропорти, готелі та ресторани, часто надають безкоштовні точки доступу для 
залучення клієнтів. Його дальність знаходиться в межах 30-100 метрів [5]. 
Стандартизація Wifi. Спочатку стандарт 802.11 був здатний передавати 
дані зі швидкістю лише два мегабіти в секунду. У 1999 році була випущена більш 
швидка версія під назвою 802.11a зі швидкістю п'ятдесят чотири мегабіти в 
секунду, але з обмеженим діапазоном та високою виробничою вартістю. Пізніше 
того ж року було випущено 802.11b, що зменшило виробничі витрати та 
покращило асортимент. Раптова популярність бездротових мереж призвела до 
збільшення на ринку нового обладнання 802.11b. Однак не було можливості 
забезпечити сумісність між пристроями різних виробників. 
У 1999 році група з шести компаній об'єдналася, щоб створити Альянс 
сумісності з бездротовим Ethernet (WECA), організацію, яка мала на меті 
перевірити обладнання Wi-Fi на сумісність. Це були компанії 3Com, Aironet 
(придбана Cisco), Harris Semiconductor (нині Intersil), Lucent (нині Alcatel-Lucent), 
Nokia та Symbol Technologies (нині Motorola). У 2002 році вони ввели термін Wi-
Fi і перейменували себе в Wi-Fi Alliance. З роками, зокрема завдяки включенню 
Apple у свої продукти Wi-Fi поступово став широко поширеною 
технологією.Впровадження Wi-Fi продовжує зростати, а загальне бачення зв’язку 
всіх і всього, скрізь, продовжує інформувати про співпрацю наших учасників. 
Сьогодні близько 600 компаній-членів Альянсу Wi-Fi з десятків країн беруть 
участь у нашій високоефективній організації, що впроваджує нові технології та 
 
16 
 
додатки та щорічно сертифікує тисячі продуктів Wi-Fi ». Компанії можуть стати 
членами-виконавцями, афілійованими особами чи учасниками. Компанія повинна 
платити щорічний внесок у розмірі 5000 доларів США, щоб стати членом-
виконавцем або партнером, і 15000 доларів США, щоб стати учасником. 
Учасники можуть внести свій внесок у розвиток програм сертифікації та 
технологій, що сприяють. 
З моменту створення 802.11 IEEE створив кілька поправок, позначених 
додатковою літерою (наприклад, 802.11ac). Ці поправки створюють основу для 
продуктів бездротової мережі, що використовують бренд Wi-Fi. Кожна поправка 
офіційно скасовується, коли вона включена в останню версію стандарту. Однак 
корпоративний світ, як правило, випускає на ринок зміни, оскільки вони стисло 
позначають можливості їхньої продукції. Як результат, на ринку кожна редакція 
має тенденцію стати своїм власним стандартом. Це хороший приклад стандарту, 
який був створений «де-юре» і вдосконалений альянсом різних компаній. Таким 
чином ці компанії можуть доповнити формальний процес встановлення 
стандартів шляхом вироблення технологічних стандартів за допомогою власного 
процесу встановлення стандартів. 
На сьогоднішній день термін "Wi-Fi" використовується загалом 
англійською мовою як синонім "WLAN", оскільки більшість сучасних WLAN 
базуються на цих стандартах. Це вказує на те, наскільки відомий Wi-Fi. Однак Wi-
Fi є товарним знаком Wi-Fi Alliance і може використовуватися лише на 
продуктах, які успішно пройшли сертифікаційний тест Wi-Fi Alliance (тобто 
сумісність, відповідність та продуктивність). Для користувачів це гарантія того, 
що певний продукт був протестований у численних конфігураціях та з 
різноманітною вибіркою інших пристроїв для забезпечення сумісності з іншим 
обладнанням, сертифікованим Wi-Fi. 
Ця програма сертифікації є інструментом впливу Альянсу Wi-Fi на процес 
встановлення стандартів. Потреба в сумісності зросла, оскільки Wi-Fi тепер 
вбудований не тільки в точки доступу, бездротові маршрутизатори та ноутбуки, а 
 
17 
 
й у телефони, КПК, принтери та інші побутові електронні пристрої. Програма 
сертифікації побудована на трьох елементах: сумісності, зворотній сумісності та 
інноваціях. По-перше, сумісність означає, що товари різних постачальників 
обладнання можуть взаємодіяти в самих різних конфігураціях. По-друге, зворотна 
сумісність означає, що нові продукти можуть працювати з існуючим 
обладнанням. По-третє, інновації підтримуються шляхом впровадження нових 
програм сертифікації як тільки найновіші технології та технічні характеристики 
виходять на ринок. Зрештою, впровадження нових додатків та пристроїв постійно 
розширює концепцію сумісності та підвищує вимоги до продуктивності. 
Зростаюче значення цих додатків призвело не лише до запровадження нових 
програм сертифікації, але й до посилення акценту на відповідності та тестування 
продуктивності. Програми сертифікації розвиваються з метою задоволення та 
передбачення вимог ринку та технологічного прогресу. Прикладом є реалізація 
Wi-Fi Direct, стандарту Wi-Fi, що дозволяє пристроям легко з’єднуватися між 
собою, не вимагаючи бездротової точки доступу, навіть якщо вони від різних 
виробників. 
Побічною перевагою Wi-Fi Direct є те, що він може працювати на більш 
високих швидкостях і на більших відстанях, ніж Bluetooth, хоча Bluetooth, як 
правило, використовує набагато менше енергії. Крім того, Wi-Fi Alliance випустив 
Miracast у 2012 році, стандарт, заснований на Wi-Fi Direct, для бездротових 
з'єднань від пристроїв (таких як ноутбуки, планшети або смартфони) до дисплеїв 
(таких як телевізори або монітори). Пристрої Miracast узгоджують налаштування 
для кожного з’єднання, що спрощує процес для користувачів і може бути описано 
як „бездротовий кабель HDMI”. Стандарт Miracast також має додаткові 
компоненти, однак використання необов’язкових компонентів у стандартах іноді 
викликає проблеми, якщо один постачальник підтримує додаткові компоненти, а 
інший - ні. 
Як вже згадувалося раніше, Wi-Fi є відносно енергоємним, що робить його 
не таким придатним для додатків IoT, що працюють від батарей. Щоб вирішити 
 
18 
 
цю проблему, Wi-Fi Alliance нещодавно оголосив Wi-Fi HaLow. „Wi-Fi HaLow 
працює в діапазонах частот нижче одного гігагерца, пропонуючи більший 
діапазон і менший рівень підключення до продуктів Wi-Fi CERTIFIED ™. Wi-Fi 
HaLow надасть різноманітні нові енергоефективні варіанти використання в 
Розумному домі, підключеному автомобілі та цифровій системі охорони здоров’я, 
а також у промисловості, роздрібній торгівлі, сільському господарстві та 
середовищі Smart City ”. Альянс стверджує, що Wi-Fi HaLow широко 
застосовуватиме протоколи Wi-Fi і надаватиме багато переваг, які споживачі 
очікували від Wi-Fi сьогодні, включаючи сумісність декількох постачальників. 
Wi-Fi є відкритим стандартом у тому сенсі, що він є у вільному доступі для 
широкої громадськості, вдома або навіть у громадських місцях, таких як кафе, 
вокзали та аеропорти через "гарячі точки". Його асортимент дозволяє 
використовувати для додатків IoT, але він все ще є відносно енергоємним. Wi-Fi 
не є відкритим стандартом щодо свого розвитку, тобто не стандартом з відкритим 
кодом. 
Для того, щоб претендувати на отримання сертифікації Wi-Fi для продуктів, 
компанія повинна стати членом Альянсу Wi-Fi та сплачувати щорічну плату за це 
членство. Цей Альянс сприяє сертифікації Wi-Fi у всьому світі, заохочуючи 
виробників дотримуватися стандартизованих процесів 802.11. Це гарантує, що 
продукти, сертифіковані Wi-Fi, сумісні з іншими продуктами, сертифікованими 
Wi-Fi. Змінюється ринок, змінюються потреби користувачів і технології 
досягнення змушують Альянс запропонувати нові стандарти, що дозволяють 
користувачам підключати більше різних пристроїв між собою (включаючи 
пристрої різних виробників). Отже, Альянс стимулює поступові інновації, 
створюючи стандарти, що надають користувачам нові функціональні можливості, 
як додаткові «будівельні блоки» до базової технології / основного стандарту. Це 
стимулює мережевий ефект Wi-Fi: якщо більше користувачів можуть 
використовувати Wi-Fi для задоволення своїх потреб, тим більшу цінність має 
Wi-Fi для кожного користувача (оскільки він може підключатися до більшої 
 
19 
 
кількості потенційних пристроїв). Отже, більше компаній хочуть стати членами 
Альянсу та виробляти сертифіковану продукцію Wi-Fi. 
 
1.6.3 Bluetooth 
Технологія Bluetooth була винайдена компанією Ericsson в 1994 році як 
стандарт бездротового зв'язку між телефонами та комп'ютерами. Bluetooth - це 
відкритий стандарт бездротової технології для обміну даними на короткі відстані 
між різними пристроями та для побудови персональних мереж (PAN). Середній 
радіус дії Bluetooth становить приблизно 10 метрів. Bluetooth існує у багатьох 
продуктах, і ця технологія корисна при передачі інформації між двома або більше 
пристроями, що знаходяться поруч один з одним у ситуаціях з низькою 
пропускною здатністю. Персональний комп’ютер, який не має вбудованого 
Bluetooth, може використовувати адаптер Bluetooth, що дозволяє ПК взаємодіяти з 
пристроями Bluetooth, що робить технологічний потенціал доступним для всіх 
користувачів. Bluetooth - це технологія PAN (Personal Area Network) і підтримує 
швидкість передачі даних до 2 Мбіт / с. Bluetooth в основному використовується в 
топології "точка-точка" або в топології мережі "зірка". «Основним випадком 
використання, який спочатку зробив популярним Bluetooth, були телефонні 
дзвінки у режимі« вільні руки »з навушниками та автомобільними комплектами. 
Після цього, коли мобільні телефони ставали все більш здібними, розвивалося 
більше випадків використання, таких як передавання музики високої точності та 
випадків, керованих даними, таких як аксесуари для здоров’я та фітнесу ”. 
Стандартизації Bluetooth. Bluetooth управляється Bluetooth Special Interest 
Group (SIG), яка налічує понад 30 000 компаній-членів у галузі телекомунікацій, 
обчислювальної техніки, мереж та побутової електроніки. Bluetooth SIG 
контролює розробку специфікації, керує кваліфікаційною програмою та захищає 
торгові марки. SIG не виробляє, не виробляє та не продає продукти з підтримкою 
Bluetooth. Тільки тоді, коли виріб відповідає стандартам Bluetooth SIG, виробник 
може продавати товар як пристрій Bluetooth. 
 
20 
 
Торгові марки Bluetooth ліцензовані SIG для використання компаніями, які 
включають бездротову технологію Bluetooth у свої продукти. Щоб стати 
ліцензіатом, компанія повинна стати членом Bluetooth SIG (після сплати всіх 
членських внесків, декларацій, виконання та інших зборів, встановлених Bluetooth 
SIG). Членство відкрите лише для компаній, а не для приватних осіб. Існує три 
можливих членства: усиновлювач (найнижчий ступінь), асоційований та 
промоутер (вищий ступінь). SIG також керує програмою кваліфікації Bluetooth 
SIG, процесом сертифікації, необхідним для будь-якого продукту, що 
використовує бездротову технологію Bluetooth, і попередньою умовою ліцензії на 
інтелектуальну власність для технології Bluetooth. 
Члени SIG беруть участь у так званих навчальних групах, експертних 
групах, робочих групах разом із комітетами. Робочі групи відповідають за 
розробку нових і вдосконалених специфікацій Bluetooth. Вони доступні лише для 
вибраної групи учасників. Експертні групи виступають радниками робочих груп, 
надаючи досвід та керівництво. Нарешті, Навчальні групи розробляють керівну 
документацію, щоб забезпечити нові моделі використання, що може призвести до 
розробки нових специфікацій. Таким чином, вплив члена на процес стандартизації 
залежить від його членства. В даний час існує 7 компаній, які отримали назву 
«Промоутер»: Lenovo, Nokia, Intel, Apple, Ericsson, Toshiba та Microsoft. Кожен 
член Організатора має одне місце (і один голос) у Раді директорів. Коли у когось 
із членів виникає нова ідея щодо нового профілю або специфікації, Рада 
директорів повинна схвалити ідею та доручити її дослідницькій групі . Отже, 
члени Промоутера мають значний вплив на стратегічні та технологічні напрямки 
Bluetooth. 
“Однією з основних цілей Bluetooth SIG є допомога учасникам у 
забезпеченні належної кваліфікації всіх продуктів та їх відповідності ліцензійним 
угодам Bluetooth. Це сприяє сумісності продуктів та посилює силу бренду 
Bluetooth на користь усіх членів SIG [6]. 
 
21 
 
За допомогою онлайн-інструменту учасники кваліфікуються та заявляють 
про відповідність свого товару вимогам та умовам угод про членство.” 
На сьогоднішній день існує кілька «видів» (різні зміни до основної 
специфікації) Bluetooth, специфікації яких можна знайти в Інтернеті на веб-сайті 
Bluetooth. Сьогодні найпоширенішими є Bluetooth BR / EDR (базова швидкість / 
підвищена швидкість передачі даних; версія 2.0 / 2.1) та Bluetooth LE 
(функціональність з низьким енергоспоживанням; версія 4.0 / 4.1 / 4.2).  
Bluetooth EDR встановлює відносно короткий діапазон безперервного 
бездротового з'єднання, що робить його ідеальним для таких випадків 
використання, як потокове аудіо. 
Bluetooth LE підходить для сплесків радіозв’язку на великі відстані, що 
робить його придатним для програм Інтернету речей (IoT), які не потребують 
постійного з’єднання, але залежать від тривалого часу автономної роботи. На 
сьогодні стратегія Bluetooth більше орієнтована на IoT. У лютому 2016 року 
Bluetooth SIG представив нову архітектуру, що включає інструменти (Smart 
Internet Gateway Bluetooth Internet Gateway), що дозволяє розробникам швидко 
створювати Інтернет-шлюзи для продуктів Bluetooth. Таким чином дані можуть 
передаватися між датчиками Bluetooth та хмарою. Це дозволяє контролювати та 
керувати фіксованими датчиками Bluetooth з віддаленого місця, наприклад, 
вимкнути світло під час відпустки або розблокувати вхідні двері для друга. Набір 
інструментів можна завантажити з веб-сайту Bluetooth і, таким чином, є 
загальнодоступним. Bluetooth заявляє, що вони почули цей попит на 
функціональність шлюзу від споживачів, а не лише від своїх членів. Більше того, 
Bluetooth змінив свій фірмовий стиль, змінивши колір свого логотипу, поступово 
відмовившись від логотипів Bluetooth Smart та Bluetooth Smart Ready, а також 
змінивши використання їхнього слогана. Крім того, Bluetooth оголосив про 
Bluetooth 5 у червні 2016 року, який включатиме "значно збільшений діапазон, 
швидкість та потужність обміну повідомленнями".«Розширення асортименту 
забезпечить надійні, надійні з’єднання Інтернету речей (IoT), які втілюють 
 
22 
 
реальність випадків використання будинків та будівель та зовні. Більш висока 
швидкість швидше надсилатиме дані та оптимізуватиме швидкість реагування. 
Збільшення пропускної спроможності викличе наступне покоління послуг без 
зв’язку, таких як маяки та інформація, що стосується місця розташування, і 
навігація. Ці вдосконалення Bluetooth відкривають більше можливостей і 
дозволяють компаніям SIG, які зараз мають рекордний показник у 30 000 
компаній-членів, створити доступний, взаємодіючий IoT ». Ця версія стала 
доступною на початку 2017 року. 
Одже, Bluetooth може бездротово з'єднувати різні пристрої. Bluetooth SIG 
підтримує стандарт. Для компаній, Bluetooth не є у вільному доступі, їм потрібно 
сплатити адміністративний збір за використання бренду та ліцензування 
технології. Величезна кількість компаній приєдналася до SIG, а це означає, що 
численні пристрої можуть бути з'єднані між собою через Bluetooth. Це, очевидно, 
робить дуже доступною технологію для використання для користувачів. Однак 
можна поставити питання, чи справді Bluetooth буде придатним для додатків IoT, 
оскільки спочатку він був в основному розроблений і використовувався для 
зв'язку від точки до точки. Отже, він не забезпечував мережевого зв’язку між 
пристроями через Інтернет, саме про це йдеться в IoT. Ймовірно, Bluetooth 
помітив те саме, оскільки з моменту запуску версії 4.2 датчики Bluetooth Smart 
мають можливість безпосереднього доступу до Інтернету через з'єднання 
6LoWPAN. Однак це не найпростіший шлях для користувачів, які хочуть 
підключити свої пристрої до хмари. Можливо, саме тому Bluetooth нещодавно 
представив набір інструментів, що дозволяє користувачам створювати власні 
інтернет-шлюзи для своїх пристроїв. Отже, відбувається перехід від не лише 
пропонування відкритих стандартів, але й пропонування технологій з відкритим 
кодом. Bluetooth хоче включити доступ до Інтернету у своєму товарному 
асортименті. Нарешті, і відповідно до цього, Bluetooth «переклеймувався» як 
активатор мереж IoT, чітко пов’язавши свою нову версію Bluetooth 5 з IoT, разом 
із змінами в їх логотипі та слогані. Очевидно, Bluetooth помітив, що конкуренція 
 
23 
 
посилюється, що змусило їх змінити свою інноваційну стратегію на таку, яка 
більше зосереджена на рішеннях IoT для споживачів. 
 
1.6.4 ZigBee 
Задуманий як mesh-мережа, ZigBee - це специфікація, заснована на IEEE 
802.15.4, яка може досягти пропускної здатності до 250 кбіт / с (хоча швидкість 
передачі даних, як правило, набагато нижча в практичних програмах). Назва 
ZigBee походить від того факту, що це сітчаста мережа: 'Технологія ZigBee цікаво 
названа на честь танцю Waggle, який бджоли роблять, повертаючись із польового 
польоту, щоб повідомляти іншим у своєму вулику відстань, напрямок і тип їжі, 
яку вони знайшли '. Стандарт визначає рівні протоколів над рівнем каналу 
передачі даних 802.15.4 та надає кілька профілів додатків. 
ZigBee можна використовувати в багатьох додатках, але він в основному 
застосовується в інтелектуальній енергетиці, домашній автоматизації та в 
програмах управління освітленням в межах + 100 метрів. Хоча специфікація IP 
(тобто спосіб або протокол, за допомогою якого дані надсилаються з одного 
комп'ютера на інший в Інтернеті) існує для стандарту ZigBee, вона відокремлена 
від загальних профілів основних областей застосування і досі не отримала 
широкого поширення. Мережі ZigBee вимагають шлюзу на рівні програми для 
хмарного підключення. Шлюз бере участь як один з вузлів у мережі ZigBee і 
паралельно запускає стек TCP / IP та додаток через Ethernet або Wi-Fi для 
підключення мережі ZigBee до Інтернету. «Шлюз, реалізований як вузол, є 
частиною мережі ZigBee, тоді як він одночасно виконує стек TCP / IP через 
Ethernet або Wi-Fi». 
Стандартизація ZigBee. ZigBee базується на стандарті IEEE 802.15.4, 
порівнянному з Wi-Fi та IEEE 802.11. Стандарт ZigBee підтримується Альянсом 
ZigBee. Його структура порівнянна зі структурою Bluetooth. Альянс налічує 
близько 400 членів, і тільки компанії можуть стати членами. Альянс 
організовується комітетами, робочими групами, навчальними групами, робочими 
 
24 
 
групами та групами спеціальних інтересів, а також проводить програми 
сертифікації, що забезпечують взаємодію між пристроями ZigBee. Альянс має три 
рівні (платного) членства: користувач, учасник та промоутер. Користувачі (4000 
доларів США на рік) мають доступ до остаточних специфікацій та документів, 
можуть використовувати логотип члена ZigBee та брати участь у заходах щодо 
взаємодії. Члени-учасники мають повну участь у всіх комітетах Альянсу, робочих 
/ робочих групах та засіданнях членів і отримують право голосу в робочих групах. 
Нарешті, членство в Організаторі ($ 55000 USD / рік) пропонує автоматичне право 
голосу у всіх робочих групах, права остаточного затвердження за всіма 
стандартами та місце в Раді директорів Альянсу. Прикладами членів Promoter є 
Philips, Texas Instruments, Schneider Electric та Comcast. Членство в ZigBee Alliance 
потрібно, якщо організація використовує торгову марку ZigBee (ім'я, логотипи, 
піктограми сумісності). Також потрібно вимагати статус сертифікованого ZigBee 
для продуктів або брати участь у розробці стандартів та специфікацій Альянсу. 
ZigBee є відкритим стандартом і, отже, може вільно використовуватися загальною 
публікою (лише для некомерційних цілей). Специфікації можна знайти в 
Інтернеті на веб-сайті ZigBee. Як і Wi-Fi, також ZigBee має програму сертифікації, 
яка гарантує, що продукти ZigBee працюють належним чином і що продукти 
різних виробників взаємодіють між собою. Сертифікація продукції також є 
важливою частиною процесу розробки стандартів Альянсу. 
Сьогодні ZigBee Alliance пропонує три специфікації, які служать базовою 
мережевою системою для полегшення її взаємосумісних ринкових стандартів. По-
перше, ZigBee PRO покликаний створити основу для Інтернету речей. Він 
оптимізований для низького енергоспоживання та для підтримки великих мереж з 
тисячами пристроїв. По-друге, ZigBee RF4CE був розроблений для двосторонніх 
програм управління пристроєм до пристрою, які не потребують 
повнофункціональних можливостей мережевих мереж, запропонованих 
специфікацією ZigBee. По-третє, ZigBee IP - це перший відкритий стандарт для 
повного бездротового мережевого рішення на основі IPv6. Він забезпечує 
 
25 
 
безперебійне підключення до Інтернету для управління малопотужними 
недорогими пристроями [7]. 
 У 2014 році ZigBee оголосив про ZigBee 3.0, що представляє собою злиття 
різних існуючих стандартів в один, щоб спростити вибір для розробників при 
створенні додатків IoT. У 2015 році ZigBee і Thread оголосили про співпрацю з 
метою створення наскрізного рішення для мереж IoT на основі IP. «Альянс ZigBee 
включатиме підтримку мережевого рівня Thread Group за допомогою всебічного 
рівня програм ZigBee, який тепер консолідує 
всі попередні ринкові профілі пристроїв ZigBee в єдину уніфіковану 
бібліотеку. Метою є випуск повного рішення, включаючи наскрізну програму 
сертифікації, протягом третього кварталу 2016 року, яке відповідає бажанням 
ринку на основі IP-радіочастотних комунікацій низької потужності в Розумному 
домі та на інших ринках Інтернету речей».  
ZigBee пропонує відкриті стандарти в бездротових мережах із низьким 
енергоспоживанням та низькою швидкістю передачі даних. Його діапазон 
порівнянний з Wi-Fi, що робить його придатною технологією для створення 
додатків IoT вдома. ZigBee Alliance підтримує стандарт, розробляючи 
специфікації на основі IEEE 802.15.4. Компанії повинні стати членами Альянсу, 
щоб виробляти продукцію ZigBee та / або впливати на процес стандартизації. 
Специфікації доступні для загальної публіки, тобто стандарти відкриті для 
користувачів. Альянс переводить ресурси з розробки специфікацій на розробку 
стандартних програм. Основна робота над специфікацією ZigBee вважається 
завершеною. Жодних додаткових оновлень специфікації ZigBee не 
передбачається і не планується. На сьогодні стратегія ZigBee стає більш 
зосередженою на рішеннях IoT для користувачів шляхом об’єднання їх власних 
специфікацій, з одного боку, та співпраці з Thread для збільшення кількості 
потенційних рішень IoT, з іншого боку. 
 
 
 
26 
 
1.6.5 6LoWpan 
6LoWPAN - це відкритий стандарт, визначений у RFC6282 Робочою групою 
з питань Інтернет-інженерії (IETF). 6LoWPAN - це абревіатура, яка поєднує 
останню версію Інтернет-протоколу (IPv6) та малопотужних бездротових 
персональних мереж (LoWPAN). Замість того, щоб бути технологією протоколів 
додатків IoT, як Bluetooth або ZigBee, 6LowPAN - це мережевий протокол (mesh), 
який лише визначає ефективний рівень адаптації між рівнем зв'язку 802.15.4 та 
стеком TCP / IP. ‘6LoWPAN призначений для пристроїв з дуже низьким 
енергоспоживанням та обмеженою продуктивністю обробки. Він призначений для 
забезпечення з’єднання IoT навіть для дуже маленьких пристроїв ”. 6LoWPAN 
має на меті застосувати IP до найменших пристроїв з найменшою потужністю та 
обмеженою потужністю обробки. Ключовим атрибутом є стек IPv6 (Інтернет-
протокол версії 6), який був дуже важливим введенням в останні роки для 
забезпечення IoT. IPv6 (остання версія Інтернет-протоколу) є наступником IPv4 і 
пропонує приблизно 5 x 1028 адрес для кожної людини у світі. Це дозволяє будь-
якому вбудованому об'єкту у світі мати власну унікальну IP-адресу, що, отже, 
дозволяє пристроям підключатися до Інтернету. 
Стандартизація 6LoWpan. В даний час не існує галузевого стандарту для 
всього стеку протоколів, а також не існує стандартної організації для запуску 
програм сертифікації для рішення 6LoWPAN. Виробники можуть розробляти 
рішення, які не сумісні на мережевому рівні через безліч необов'язкових режимів, 
доступних на рівні каналу передачі даних. „Однак пристрої 6LoWPAN, що 
перебувають у різних мережах, можуть обмінюватися даними через Інтернет, 
якщо вони використовують один і той же протокол інтернет-додатків“. Додатки 
6LoWPAN, як і програми Wi-Fi, можуть отримати прямий доступ до Інтернету, 
оскільки шлюз є шлюзом рівня IP, а не шлюзом рівня додатку. Оскільки більшість 
розгорнутого Інтернету сьогодні все ще використовує IPv4, шлюз 6LoWPAN 
включає протокол перетворення IPv6 в IPv4. 
 
27 
 
6LoWPAN спрощує використання програм IoT. До 6LoWPAN був 
необхідний складний шлюз прикладного рівня, щоб такі пристрої, як ZigBee, 
Bluetooth та власні системи, підключалися до Інтернету. 6LoWPAN вирішує цю 
дилему, вводячи адаптаційний рівень між посиланням і мережевими рівнями 
стека IP. Її характеристики роблять технологію придатною для застосування в 
домашніх системах автоматики з датчиками та приводами, контролю та контролю 
вуличного освітлення та житлового освітлення. 
 
1.6.6 Z-Wave 
Z-Wave - це низькопотужна технологія радіочастотного зв'язку, яка в 
основному розроблена для домашньої автоматизації. «Протокол Z-Wave - це 
взаємодіюча бездротова технологія зв'язку на основі радіочастот, розроблена 
спеціально для програм керування, моніторингу та зчитування стану в житлових 
та легких комерційних середовищах». Z-Wave підтримує повномережеві мережі 
без необхідності використання вузла координатора і є дуже масштабованим, що 
дозволяє керувати до 232 пристроями. Він орієнтований на ринок житлового 
управління та автоматизації і покликаний забезпечити простий і надійний метод 
бездротового управління освітленням, системами безпеки, автоматизованими 
процедурами для вікон, управліннями в басейні та спа-центрі та системами 
контролю доступу до гаража та дому. 
Стандартизація Z-Wave. Z-Wave належить Sigma Designs, яка придбала Z-
Wave у 2008 році у данського стартапа Zen-Sys. Створений у 2005 році, Альянс Z-
Wave складається з лідерів галузі у всьому світі і має на меті сприяти розвитку Z-
Wave як ключової технології, що сприяє розумному будинку та бізнесу. «Альянс 
заохочує інших провідних виробників та постачальників послуг з управління 
будинками приєднатися до нашого захоплення бездротової сумісності, 
розробляти та впроваджувати продукти, що використовують сумісну технологію 
Z-Wave. Наше бачення - це один із загальноприйнятих стандартів, який дозволяє 
просте бездротове керування майже будь-яким житловим або легким 
 
28 
 
комерційним продуктом чи додатком». Порівняно з вищезазначеними 
технологіями, в альянсі існують різні рівні членства: повноправні, афілійовані чи 
принципали, до складу Ради директорів можуть входити лише члени 
«Основного». В даний час цими Основними членами є ADT, FAKRO, Ingersoll 
Rand, Jasco, LG U +, Nortek Security & Control, Sigma Designs та SmartThings. 
Загалом альянс складається з 375 компаній. Альянс стверджує, що поставляє на 
ринок товари та послуги, які сумісні, незалежно від торгової марки чи 
постачальника. Для забезпечення такої сумісності кожен виріб Z-Wave повинен 
пройти суворий тест на відповідність, щоб переконатися, що він відповідає 
стандарту Z-Wave для повної відповідності всім іншим пристроям, включаючи 
зворотну сумісність між різними версіями. «Ключем до прийняття Z-Wave 
переважною більшістю рішень щодо стилю життя в галузі безпеки є велика 
екосистема сертифікованих сумісних продуктів. Z-Wave має понад 1500 продуктів 
від понад 375 різних виробників, причому всі вони взаємодіють і сумісні між 
собою. Жодна інша технологія не наближається до такого роду розгалуженої 
екосистеми». 
Деякі постачальники альянсу Z-Wave пропонують коди з відкритим 
доступом, які користувачі можуть використовувати для створення власних 
продуктів. Прикладом цього є проект OpenZWave, який має на меті створити 
безкоштовну бібліотеку програмного забезпечення, яка взаємодіє з обраними 
контролерами ПК Z-Wave, дозволяючи кожному створювати додатки, які 
маніпулюють пристроями в мережі Z-Wave та реагують на них, глибоке знання 
протоколу Z-Wave [8].  
З самого початку Z-Wave послідовно позиціонував свою технологію як засіб 
для додатків домашньої автоматизації, що робить її сьогодні сильним брендом 
для споживачів, які хочуть керувати своїми будинками. Для цього Z-wave 
розробив розмір мережі, пропускну здатність, ефективність та низьке споживання 
енергії. Стандарт підтримується Z-Wave Alliance, який складається приблизно з 
375 компаній, яким потрібно стати членами альянсу, щоб виробляти продукцію Z-
 
29 
 
Wave. Альянс забезпечує, щоб товари та послуги працювали разом із усіма 
сертифікованими продуктами Z-Wave. Хоча це не передбачено самим альянсом Z-
Wave, деякі виробники продуктів Z-Wave пропонували загальнодоступним кодам 
відкриті вихідні коди, щоб дозволити їм виготовляти власні продукти Z-Wave. Це 
стимулює використання Z-Wave, дозволяючи користувачам створювати власні 
налаштована мережа додатків. Оскільки Z-Wave в основному призначення для 
домашньої автоматизації (що є лише частиною IoT), він може бути непридатним 
для інших цілей, таких як охорона здоров'я або транспорт. 
 
1.6.7 Thread 
Іншим відносно новим мережевим протоколом, спрямованим на середовище 
домашньої автоматизації, є Thread. Це протокол IPv6, заснований на різних 
стандартах, таких як IEEE 802.15.4 (стандарт для низькошвидкісних мереж 
WPAN) та 6LowPAN, і підтримує мережеву мережу з використанням 
радіопередавачів IEEE 802.15.4. Він підтримує 250 пристроїв, включаючи прямий 
доступ до Інтернету та хмари для кожного пристрою, оскільки він має IP-адресу. 
„Thread - це мережевий протокол із функціями безпеки та низьким 
енергоспоживанням, які роблять його кращим для підключення побутових 
пристроїв, ніж інші технології, такі як Wi-Fi, NFC, Bluetooth або ZigBee”. 
Він був запущений Thread Group у 2014 році, і протокол є безоплатним. 
Однак платне членство необхідне для доступу до специфікацій. Компанії можуть 
стати партнерами, учасниками або спонсорами, від чого члени спонсора мають 
найбільші переваги та вплив на Групу (наприклад, місце в раді директорів). 
Учасники та члени групи спонсорів можуть сприяти розробці специфікації та 
програми сертифікації шляхом участі в комітетах та робочих групах. Thread Group 
є результатом співпраці між Google Nest Labs та компаніями Samsung, ARM 
Holdings, NXP, Silicon Labs, Qualcomm та Yale, серед інших. Використовуючи 
комбінацію відкритих стандартів та малопотужних бездротових сигналів, Thread 
має на меті вирішити декілька проблем для програм IoT. Вони зосереджені на 
 
30 
 
тому, щоб впливати на ринок, а не виконувати функції органу з питань стандартів, 
який намагається вирішити всі питання для всіх галузей. «Більшість сучасних 
технологій покладаються на один пристрій для спілкування з продуктами вдома. 
Отже, якщо цей пристрій виходить з ладу, вся мережа падає. Сучасні технології 
також можуть бути складними та незрозумілими для встановлення. Оскільки 
багатьом домашнім пристроям потрібно підтримувати зв’язок цілодобово та без 
вихідних, вони в результаті швидко розряджають заряд акумулятора. Ось чому ми 
розробили Thread. Ми хотіли створити технологію, яка використовує та поєднує в 
собі найкраще з того, що є, і створити мережевий протокол, який може допомогти 
Інтернету речей реалізувати свій потенціал на наступні роки». Як вже згадувалося 
раніше, у 2015 році компанія Thread оголосила, що збирається співпрацювати з 
ZigBee. 'ZigBee Alliance, некомерційна асоціація компаній, що створюють 
відкриті глобальні стандарти, що визначають Інтернет речей (IoT) для 
використання у споживчих, комерційних та промислових додатках, сьогодні 
оголосила, що працює з Thread Group щодо -кінцеве рішення для мереж IoT на 
основі IP. Рішення стане частиною всебічного набору специфікацій, технологій 
розробки продуктів та програм брендування та сертифікації ZigBee Alliance. І 
Thread, і ZigBee базуються на стандарті IEEE 802.15.4. Порівняно із Z-Wave, Nest 
випустила реалізацію OpenThread із відкритим кодом мережевого протоколу 
Thread. Розробники, які вирішили використовувати OpenThread у продуктах, 
повинні приєднатися до Thread Group, щоб отримати права інтелектуальної 
власності (IP), щоб продавати їх як сертифіковані Thread. 
Найбільш існуючі підходи до бездротових мереж були введені задовго до 
того, як IoT набув популярності, як сьогодні. Thread використовує існуючі 
технології та використовує найкращі частини кожної з них, щоб забезпечити 
краще (тобто жодної точки відмови, просте підключення та низьку потужність) 
для підключення продуктів у домі. Для споживачів це означає, що вони можуть 
підключати пристрої Thread між собою та до хмари для зручного управління та 
доступу з будь-якого місця. Однак продукція, сертифікована Thread, поки що 
 
31 
 
недоступна для придбання. Thread хочуть зміцнити свої позиції, співпрацюючи з 
ZigBee (сильним брендом щодо програм автоматизації будинку), з одного боку, і 
пропонуючи платформу з відкритим кодом, з іншого боку, щоб залучити 
користувачів до подальшого проектування та розвитку Thread. 
 
1.6.8 NFC 
Розроблений з ідентифікації радіочастот (RFID), NFC (Near Field 
Communication) - це набір протоколів зв'язку, що забезпечує двосторонню 
взаємодію між електронними пристроями. У безпосередній близькості бездротові 
дані можна передавати за допомогою технології виявлення та активації без 
необхідності підключення до Інтернету. NFC особливо застосовується для 
смартфонів, наприклад для здійснення безконтактних платіжних операцій та 
підключення електронних пристроїв. Коли один із підключених пристроїв має 
з’єднання з Інтернетом, інший може обмінюватися даними з онлайн-службами. 
Розроблений завдяки технології радіочастотної ідентифікації (RFID), чіп NFC 
працює як одна з частин бездротового зв'язку. Після активації іншою 
мікросхемою невеликі обсяги даних між двома пристроями можуть передаватися, 
якщо вони розташовані на відстані декількох сантиметрів один від одного». Для 
підключення не потрібен код сполучення, і він набагато енергоефективніший, ніж 
інші типи бездротового зв'язку, оскільки він використовує мікросхеми, які 
працюють на дуже низькій кількості енергії. 
Стандартизація NFC. Стандарти NFC охоплюють протоколи зв'язку та 
формати обміну даними і базуються на існуючих стандартах радіочастотної 
ідентифікації (RFID), таких як стандарти ISO / IEC 18092 та ISO / IEC 14443. ISO 
(Міжнародна організація зі стандартизації) та IEC (Міжнародна електротехнічна 
комісія) публікують міжнародні стандарти. NFC отримує повноваження від 
Форуму NFC, який був заснований у 2004 році Nokia, NXP та Sony. Форум NFC 
розробляє технічні характеристики та механізми тестування, щоб забезпечити 
взаємодіючі та безпечні системи, що базуються на NFC у всьому світі. Порівняно 
 
32 
 
з обговорюваними раніше технологіями, компанії можуть стати членами форуму 
NFC через платне членство з різними перевагами та впливом. В даний час Форум 
налічує приблизно 200 учасників, серед яких Nokia, NXP, Sony, Google, Apple, 
Intel та Visa є членами ради директорів. Специфікації NFC доступні лише для 
членів. Для осіб, які не є членами, специфікації можна придбати після завершення 
ліцензійної угоди. Форум NFC створив спеціальну робочу групу IoT, яка заохочує 
широке впровадження технології NFC, працюючи з ключовими гравцями в галузі 
IoT. 
NFC поки не розглядається як специфічна технологія, розроблена для 
програм IoT. Він був розроблений для інших цілей, але може бути використаний 
додатково для програм IoT, зараз IoT стає все більш відомим. Для споживачів 
NFC можна порівняти з Bluetooth за деякими функціональними можливостями. 
NFC і Bluetooth - це технології зв'язку короткого діапазону, доступні на мобільних 
телефонах. NFC працює на більш низьких швидкостях, ніж Bluetooth, але 
споживає набагато менше енергії і не вимагає сполучення. NFC має менший 
діапазон, що зменшує ймовірність небажаного перехоплення. Коли два пристрої 
оснащені тегом NFC, NFC дозволяє користувачам просто додавати або видаляти 
пристрої до Інтернет-шлюзу своєї інтелектуальної домашньої мережі, передаючи 
інформацію про конфігурацію мережі на пристрій, коли вони тримаються близько 
один до одного. Потім мобільний пристрій налаштовується на мережу та миттєво 
підключається. Це заощаджує вибір мережі та введення паролів у керівництві 
користувача. Отже, NFC буде використовуватись як додаткова функція до 
бездротового протоколу, що дозволяє підключатися до Інтернету, наприклад Wi-
Fi або Bluetooth. 
Була розроблена таблиця 1 порівняльних характеристек різних технологій 
керування розумним будинком. 
В даному розділі було розглянуто та проаналізовано різні технології IoT, 
можна виділити такі причини, та переваги налаштування систем IoT на технології 
ZigBee. 
 
33 
 
У багатьох додатках потрібні бездротові мережі зв'язку, що не володіють 
високою швидкістю передачі, але надійні, живучі (здатні до самовідновлення), 
прості в розгортанні і експлуатації. Важливо також, щоб обладнання таких мереж 
допускало тривалу роботу від автономних джерел живлення, мало низьку 
вартість, і було компактним. Приклад такого додатка - «розумний дім». 
 
Таблиця 1  
Технології керування розумним будинком 
 
Ще 10 років тому, ні один мережевий стандарт не відповідав такому 
поєднаянню вимог, це і стало причиною для створення IEEE 802.15.4 та ZigBee, 
які представляють собою стійкі маштабовані багатокрокові бездротові 
мережі,прості в користуванні та розгортанні, які підтримують самі різні програми. 
  
 
34 
 
2 АНАЛІЗ БЕЗДРОТОВОЇ ТЕХНОЛОГІЇ КЕРУВАННЯ СИСТЕМАМИ 
IOT 
 
В даний час практично неможливо уявити квартиру, або будинок без 
наявності в них систем автоматичного управління тими чи іншими комунікаціями 
або пристроями. Мабуть, однією з найважливіших є система управління 
освітленням. Кожна людина постійно здійснює будь-які маніпуляції зі світлом: 
включення, виключення. Установка унікальної системи управління освітленням, 
що входить до складу «Розумного будинку», дозволить здійснювати управління 
освітленням автоматично. Можна сформувати акценти освітлення, і зробити 
процес управління освітленням економічним та простим. "Розумний будинок" 
буде вмикати та вимикати світло в певний час: при настанні ночі світло згасне в 
приміщенні, а зовні навпаки, включиться самостійно. Оскільки послуга 
управлінням освітленням стала важливою останнім часом, то прагнуть 
використовувати найсучасніші технології і достіженія в області світлотехніки. 
Інтелектуальна система дозволяє управляти світлом з будь-якої точки будинку 
всього одним дотиком до сенсорної панелі пульта. Перебуваючи на роботі, можна 
бути впевненими в тому, що всі світильники будинку вимкнені, оскільки 
інтелектуальна система забезпечить автоматичне відключення світла в 
приміщенні, де немає людей. У той же час можна встановити систему з 
можливістю імітації присутності. Це режим, що створює ілюзію присутності 
господаря в будинку. Якщо на територію проникнуть злоумисники, миготіння 
підсвічування не залишиться непоміченим з боку сусідів. 
Модельний ряд пристроїв для систем керування світлом надає широкий 
вибір програмного забезпечення, регуляторів яскравості, блоків управління. При 
раціональному підході економія електроенергії досягає до 60-70%. Більш того, не 
треба буде встановлювати додаткові джерела світла і вимикачі. Керувати 
системою зовсім не складно, і більш того зручно і цікаво. Принцип сенсорної 
панелі в тому, що при натисканні кнопка, на відміну від звичайного вимикача, не 
 
35 
 
фіксується. Якщо ж в руках радіопульт, можна управляти світильниками в будь-
якій точці будинку, залишаючись при цьому на колишньому місці.  
За допомогою сучасних пристроїв можна організувати автоматизоване 
управління домашнім освітленням. До таких пристроїв відносяться датчик руху. 
Так, за допомогою датчика руху здійснюється економічна регулювання 
освітленням в приміщенні -як тільки людина з'являється в певній зоні, датчик 
вмикає світло автоматично. Можна використовувати цю функцію при освітленні 
коридорів, сходів, комор і т.д. Після того, як покинете кімнату, система 
управління автоматично відключить освітлення. При установці датчика не тільки 
можна налаштувати систему управління рівнем освітлення в будинку, квартирі, 
котеджі, а й заощадити витрати на електроенергію. Автоматичне управління 
освітленням набагато зручніше, в навідміну від ручного. Тож не доведеться весь 
час тягнутися до вимикача або на дотик шукати його в темряві. Майже кожен 
електроприлад в будинку може "навчитися" реагувати на появу людини в межах 
досяжності. Датчики руху використовуються і для зовнішнього освітлення, 
наприклад, саду. Датчики руху -це сучасний метод управління освітленням.  
Систему управління світлом можна встановити в житловому будинку або 
квартирі, або в офісах. Це найбільш надійне, ефективне та фінансово вигідне 
рішення. Ідеально підібрані освітлювальні прилади в поєднанні з сонячним 
світлом підкреслять особливість вашого інтер'єру. На сьогоднішній день немає 
жодного сучасного будинку або квартири, які були б повністю без 
освітлювальних приладів. Та це й важко собі уявити. Управління 
освітлювальними приладами здійснюється не тільки за допомогою пульта 
дистанційного керування, підсвічування і таймера, а й комп'ютера. Розумний 
будинок істотно полегшить Вам життя завдяки автоматичному управлінню 
електросистемами, дозволяючи створити господареві ексклюзивний сучасний 
стиль інтер'єру. Система управління «Розумним освітленням» в даний час все 
частіше закладається в майбутній дизайн-проект або ж встановлюється 
управління освітленням після ремонту. 
 
36 
 
У систему може увійти безперебійне живлення, енергозбереження, 
електроживлення, управління рівнями світла і інші елементи. Як тільки в квартирі 
будуть відбуватися якісь зміни з освітленням, Вам прийде сповіщення на 
мобільний телефон, а система автоматично усуне неполадки. Витративши 
порівняно невеликі кошти на установку системи, Ви заощадите на електроенергії, 
отримаєте Розумне управління освітленням, а будинок стане більш комфортним і 
зручним в експлуатації і проживання.  
 
2.1 Мережева інфраструктура системи РТЛС 
Основу систем позиціонування РТЛС (Система позіціонування в режімі 
реального часу) становить інфраструктура, що складається з анкерів - базових 
станцій бездротового зв'язку. Анкери встановлюються на території, що 
обслуговується так, щоб з будь-якої точки було видно не менше трьох анкерів. 
Місця анкерів фіксовані, а їх координати відомі сервера. Це дозволяє 
позиціонувати мітки (і, відповідно, людей і предмети) на плані, використовуючи 
виміряні відстані від міток до анкерів. 
Особливість інфраструктури систем РТЛС полягає в тому, що кожен анкер 
виконує, щонайменше, дві функції: 
• забезпечує вимірювання відстаней до міток  
• виконує функції вузла бездротової мережі. 
Відповідно, кожен анкер має два радіо інтерфейсу: 
• CSS - для вимірювання відстаней і управління мітками  
• ZigBee, який служить для створення пористої бездротової мережі. 
Мережі ZigBee використовуються в системі РТЛС як бездротові мережі 
передачі даних - альтернативи LAN для управління і конфігурації базових станцій 
і міток, управління процесами позиціонування, а також для передачі результатів 
вимірювань від міток на сервер для подальшого використання. 
Технологія ZigBee дозволяє створювати самоорганізуються і 
самовідтворюваними бездротові мережі з автоматичною ретрансляцією 
 
37 
 
повідомлень. Мережі ZigBee при відносно невеликих швидкостях передачі даних 
забезпечують гарантовану доставку пакетів і захист інформації, що передається 
[8]. 
Стандарт ZigBee передбачає використання частотних каналів в діапазонах 
868 МГц, 915 МГц і 2,4 ГГц. Найбільші швидкості передачі даних і найвища 
стійкість досягаються в діапазоні 2,4 ГГц. Тому більшість виробників мікросхем 
випускають приймачі саме для цього діапазону, в якому передбачено 16 
частотних каналів з кроком 5 МГц [9]. 
Швидкість передачі даних разом зі службовою інформацією в ефірі 
становить 250 кбіт / c. При цьому середня пропускна спроможність вузла для 
корисних даних, в залежності від завантаженості мережі і кількості ретрансляцій, 
може лежати в межах 5 ... 40 кбіт / с. 
Відстані між вузлами мережі являють собою десятки метрів під час роботи 
всередині приміщень і сотні метрів на відкритому повітрі. За рахунок ретрансляції 
зона покриття мережі може значно збільшуватися. 
У самих різних галузях є потреба в створенні бездротових мереж з великою 
кількістю датчиків і виконавчих механізмів, де не потрібно високих швидкостей 
передачі даних, а на перший план виступають надійність, стійкість (здатність до 
самовідновлення) і простота розгортання і експлуатації. 
Найважливішими вимогами до таких мереж є також: 
• тривала робота джерел живлення датчиків, 
• низька вартість, 
• компактність, 
• можливість створення сітчастих мереж для зв'язку між великим 
числом пристроїв. 
• Таке поєднання вимог привело до створення стандартів IEEE 802.15.4 
і ZigBee, 
 
38 
 
Таке поєднання вимог привело до створення стандартів IEEE 802.15.4 і 
ZigBee, що забезпечують прості, стійкі, масштабовані, багатокрокові бездротові 
мережі з можливістю підтримки самих різних додатків. 
Альянс ZigBee®, заснований в 2002 році, являє собою співтовариство 
компаній (більше 300), які об'єдналися з метою розробки ефективних протоколів 
для бездротової мережі і забезпечення взаємодії між різнми пристроями різних 
виробників [10]. 
Специфікація ZigBee® Pro Feature Set 2006 була прийнята альянсом в 
жовтні 2007 року. Вона має наступні переваги в порівнянні з попередньою 
версією специфікації: 
Нова специфікація дозволяє створювати мережі з кількістю вузлів до 
декількох тисяч. Це досягається завдяки стохастичною адресації, нових 
механізмів маршрутизації Many-to-One і Source Routing, а також можливості 
виявлення асиметричних зв'язків в мережі. 
Для забезпечення взаємодії між різними пристроями різних виробників в 
специфікації ZigBee® PRO розроблені стандартні профілі додатків і бібліотека 
стандартних кластерів. 
Введено цілий ряд нових механізмів, що дозволяють зробити мережу ZigBee 
більш захищеною і надійною. 
Значно збільшено термін служби батарей кінцевих дочірніх пристроїв за 
рахунок використання механізму, який дозволяє батьківським вузлів 
представляти в мережі дочірні пристрою під час їх сну. 
Передбачено автоматичне зміна частотного каналу мережі в разі 
виникнення перешкод. 
У мережах РТЛС використовується остання специфікація ZigBee® 2007 
Specification. 
Переваги застосовуваних мережевих рішень: 
• низька ціна; 
• безпека; 
 
39 
 
• надійність і самовідновлення; 
• гнучкість; 
• практично не обмежена можливість розширення; 
• низьке енергоспоживання; 
• простота і дешевизна розгортання; 
• вбудований інтелект настройки мережі і маршрутизації. 
 
2.2 Технологія позиціонування РТЛС 
Для визначення точного місця розташування міток на плані (карті) РТЛС 
використовує метод визначення розташування кожної мітки, виходячи з 
відстаней, виміряних від мітки до, як мінімум, трьох (зазвичай чотирьох) анкерів, 
що мають відоме фіксоване положення в просторі, як це показано на рисунку 1. 
 
 
Рис. 1. Позиціонуввання мітки М відносно анкерів А-1-А-4 
 
Кожен анкер в системах РТЛС виконує дві основні функції: служить для 
визначення місця розташування міток і в той же час є елементом транспортної та 
керуючої інфраструктури. 
 
40 
 
При виборі технологій враховувалися наступні основні вимоги: 
• забезпечення оптимальної для більшості промислових застосувань 
точності вимірювання відстаней (і відповідно позиціонування) на рівні близько 
одного метра на відстані до 30 метрів всередині приміщень; 
• висока стійкість; 
• стійкість до багатопроменевого загасання; 
• відмова від необхідності синхронізації при збереженні точності 
вимірювання відстаней; 
• мінімізація енергоспоживання мітками (підвищення часу роботи 
батарей); 
• мінімізація вартості. 
Обрані для застосування в системах РТЛС технології - CSS (Chirp Spread 
Spectrum) і SDS-TWR (Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging) засновані на 
вимірі часу поширення радіосигналу від передавача до приймача (time of flight), 
забезпечують виконання перерахованих вище вимог і відповідають міжнародним 
стандартам ISO 24730-5 і IEEE 802.15.4-2011 відповідно. 
 
2.2.1 Структура системи 
Збільшена структурна схема системи РТЛС представлена на рисунку  2. 
Основними компонентами системи є мітки, які взаємодіють з інфраструктурою 
через двонаправлений радіо інтерфейс за стандартом ISO 24730-5. Інфраструктура 
забезпечує програмний інтерфейс програми (API) з сервером, що дозволяє 
останньому управляти інфраструктурою, мітками і процесом вимірювань, а також 
отримувати результати вимірювання та інформацію про стан міток [11]. 
Особливість підходу РТЛС до вирішення проблеми полягає в тому, що 
мітки самі по собі не є елементами інфраструктури. Тому вони не беруть участь у 
формуванні мережі, трансляції даних, маршрутизації тощо, тобто, звільнені від 
всіх завдань крім вимірювання відстаней до анкерів і передачі результатів на 
 
41 
 
сервер через транспортну інфраструктуру. Це дозволило істотно спростити мітки і 
відповідно знизити енергоспоживання і вартість міток. 
 
 
Рис. 2 – Структура системи РТЛС 
 
Як показано на рисунку  2, мітки взаємодіють з інфраструктурою через 
двонаправлений радіо інтерфейс. Інтерфейс визначає частотний діапазон, форму 
радіосигналу, способи модуляції і кодування, формати пакетів, а також команди 
та звіти, якими обмінюються мітки і інфраструктура. Стек протоколів інтерфейсу, 
як показано на рисунку 3, включає: 
• фізичний рівень (PHY), що визначає робочу частоту, ширину каналу і 
інші характеристики середовища передачі; 
• рівень доступу до середовища (МАС), що визначає параметри 
кодування, формат пакетів тощо; 
• рівень програми (API), що визначає можливі стани мітки, порядок їх 
зміни, команди, протоколи взаємодії міток та інфраструктури і так далі. 
Ключовою умовою простоти розгортання інфраструктури і зниження її 
вартості є можливість «автономної» роботи елементів інфраструктури. Під 
автономністю тут розуміється відсутність необхідності точної синхронізації годин 
елементів інфраструктури (анкерів), щодо яких позиціонуються мітки. 
 
42 
 
Розміщення на фіксованих позиціях анкери просто взаємодіють з мітками в 
процесі позиціонування. 
 
 
Рис. 3 – Стек протоколів радіо інтерфейса мітки. 
 
Ця умова реалізується за рахунок використання симетричного 
двостороннього двонаправленого вимірювання відстані - Symmetrical Double-
Sided Two Way Ranging (SDS-TWR). Природно, мітка при цьому, так само як 
інфраструктура, повинна підтримувати двосторонній зв'язок. І хоча, з одного 
боку, вимога забезпечення двостороннього зв'язку дещо ускладнює мітку, з 
іншого боку, наявність двостороннього зв'язку, в кінцевому рахунку, веде до 
спрощення мітки, так як в цьому випадку не потрібно додатковий зовнішній 
інтерфейс для управління, програмування і налаштування мітки, оновлення 
вбудованого в мітку програмного забезпечення. Таким чином, двосторонній 
зв'язок мітки з інфраструктурою є кращою для багатьох додатків [53]. 
Як інфраструктури в системі позиціонування РТЛС використовується 
чарункова мережа ZigBee (IEEE 802.15.4), базові станції якої мають додатковий 
двонаправлений радіо інтерфейс, що відповідає стандарту ISO 24730-5. 
Програмний інтерфейс додатків (API), що зв'язує інфраструктуру з сервером, 
розроблений компанією РТЛС і дозволяє організувати процес вимірювання 
відстаней, а також управління мітками, їх програмування і налаштування. У той 
же час, сервер має зовнішній стандартний API, що дозволяє використовувати 
транспортну мережу РТЛС для організації зв'язку зовнішніх систем автоматизації 
 
43 
 
з датчиками, виконавчими механізмами і локальними контролерами, 
розташованими на охопленій мережею території. 
 
2.2.2 Робота системи 
Після включення мітка знаходиться в початковому стані, використовує свій 
«профіль за замовчуванням» і періодично відправляє короткі широкомовні пакети 
- блинки. У кожному сигналі мітка повідомляє свою фізичну адресу, свої 
можливості і інформацію про те, коли вона буде готова приймати команди від 
інфраструктури. 
Необхідність відправки команди визначає інфраструктура. Направляючи 
команди, інфраструктура вказує мітці, з якими конкретно анкерами вона повинна 
проводити вимірювання відстані. Крім того, інфраструктура може керувати 
поведінкою міток, в залежності від реальних умов, таких як число міток в зоні 
доступності, число доступних анкерів тощо. Зміна поведінки міток здійснюється 
відповідними командами шляхом перемикання міток з одного стану в інший і 
завдання режимів і параметрів вимірювання. 
У разі, коли мітка втрачає зв'язок з інфраструктурою (не отримує команд в 
певний час), вона повертається в початковий стан - до «профілю за 
замовчуванням» і періодично відправляє блинки для відновлення зв'язку. 
Технологія перешкодостійкою двостороннього зв'язку для вимірювання 
відстані: Chirp Spread Spectrum (CSS) [12]. 
CSS - технологія, яка використовує «chirp» імпульси (chirp в дослівному 
перекладі - цвірінькання). Chirp імпульси - це імпульси монотонно безперервно 
збільшується або зменшується частоти. Нижня і верхня частоти chirp імпульсів 
відповідають нижній і верхній межі виділеного частотного діапазону. 
Chirp імпульси застосовуються для вимірювання відстаней вже сотні тисяч 
або навіть мільйони років - в природі вони використовуються для цього 
дельфінами і летючими мишами. Для застосування в радіолокації chirp імпульси 
були вперше запатентовані в 1940 році професором Гуттманн і надалі розвинені 
 
44 
 
Сідні Дарлінгтон в 1947 році. В середині 1990-х фірма Canon запатентувала chirp 
імпульси для передачі даних в волоконно-оптичних системах. Починаючи з 1996 
року, компанія NanotronTechnologies досліджувала і запатентувала CSS для 
комерційної бездротової передачі даних. 
CSS – радіочастотна технологія, яка підходить додаткам з автономним 
електроживленням (battery-powered), а яких особливе значення має надійність 
передачі та низьке споживання енергії. CSS використовують в додатках із 
середньою швидкістю передачі даних. 
Ключові особливості CSS: 
• стійкість до перешкод; 
• стійкість до багатопроменевого загасання; 
• низьке споживання енергії; 
• простота реалізації в кремнії. 
 
2.2.3 Структура CSS повідомлень 
Будь-яке повідомлення CSS складається з Chirp імпульсів наростаючою 
(Upchirp) і зменшується (Downchirp) частоти, як показано на рисунках 4 і 5: 
CSS працює на центральній частоті 2,45 ГГц з шириною смуги 80 МГц і 
забезпечує максимальну швидкість передачі даних 2 Мбіт / с. Chirp імпульс має 
фіксовану тривалість T = 1 мкс. 
Chirp імпульси використовуються в технології CSS для передачі кодованої 
інформації. Символ «1» передається Upchirp імпульсом, символ «0» - Downchirp 
імпульсом. Декодування здійснюється за допомогою двох комплементарних 
(доповнюють один одного) дисперсійних ліній затримки (ДЛЗ). Сигнали різної 
частоти проходять через ДЛЗ з різною швидкістю. 
 
 
45 
 
 
Рис. 4 – Chirp імпульси.Т0 – довжина імпульсу 
 
Параметри ДЛЗ для Upchirp імпульсів підбираються так, щоб високі частоти 
поширювалися через лінію затримки швидше, а параметри іншої ДЛЗ, для 
Downchirp імпульсів, навпаки налаштовуються на якнайшвидше приходження 
низьких частот. 
 
 
Рис. 5 – Вимірювання частоти Chirp імпульсів в часу 
 
 
46 
 
В результаті при проходженні через ДЛЗ вся рівномірно розподілена 
протягом chirp імпульсу енергія зосереджується в короткому проміжку часу і 
амплітуда короткого імпульсу на виході ДЛЗ багаторазово перевершує амплітуду 
вхідного chirp сигналу. На входи обох ліній подається вхідна послідовність 
імпульсів. На виході першої ДЛЗ з'являються короткі імпульси, відповідні 
символу «1», на виході другої - відповідні символу «0», як це показано на рисунку 
6 [54]. 
 
 
Рис. 6 – Декодування послідовності chirp імпульсів 
 
Здійснюючи функцію декодування, ДЛЗ одночасно підвищують стійкість до 
вузькосмуговим перешкод і широкосмугового шуму. Справа в тому, що на 
відміну від chirp імпульсів, перешкоди (шум) мають незмінний в часі частотний 
спектр і при проходженні через ДЛЗ не змінюють своєї амплітуди. В результаті 
chirp імпульси легко виділяються навіть у випадках, коли їх вихідна амплітуда 
трохи нижче шуму або перешкоди. 
 По цій причині CSS добре підходить для так званих «ISM частотних 
діапазонів», де радіовипромінювання від інших послуг зв'язку, мікрохвильових 
печей та іншого СВЧ обладнання створюють потужні перешкоди. 
Примітка: ISM діапазони зарезервовані на міжнародному рівні для 
використання радіочастотного випромінювання для промислових, наукових і 
медичних цілей, наприклад СВЧ нагріву в промисловості, мікрохвильових печей в 
 
47 
 
побуті і т.д. Потужні випромінювання цих пристроїв можуть створювати 
електромагнітні завади і порушувати радіозв'язок при використанні тієї ж частоти. 
Користувачі зв'язку не мають нормативно-правового захисту від роботи пристроїв 
ISM. Широко використовується в приладах зв'язку діапазон 2,4-2,5 ГГц поряд з 
іншими відноситься до ISM діапазонах. 
Ще одна значна перевага CSS - його стійкість до багатопроменевого 
загасання. Вихідний сигнал передавача часто досягає приймача, супроводжуваний 
кількома ехосигналами - відображеннями від перешкод за рахунок 
багатопроменевого поширення або навіть у вигляді тільки ехосигналів в разі 
відсутності прямої видимості. Досягаючи приймача шляхами різної довжини, 
відображення виявляються зсунутими по фазі щодо вихідного сигналу. Крім того, 
одні частоти відбитих сигналів виявляються посиленими, інші ослабленими, в 
залежності від умов. У разі вузькосмугових систем передачі наявність відбитків 
порушує зв'язок. CSS відрізняється тим, що посилені і ослаблені в результаті 
багатопроменевого поширення сигнали різних частот в результуючому сигналі 
знаходяться у відносній рівновазі, що дозволяє знову зібрати на дисперсионной 
лінії затримки практично всю енергію, яка була розподілена в 80 мегагерцовой 
смузі вихідного сигналу [63]. 
 
2.3 Мережеві протоколи 
Стандарти IEEE 802.15.4 і ZigBee 2007 Specification визначають 
стандартизовані протоколи, які забезпечують мережеву інфраструктуру, 
необхідну для бездротових мережевих додатків з великим числом датчиків і 
виконавчих механізмів.IEEE 802.15.4 визначає фізичний і MAC рівні, а ZigBee 
визначає мережевий рівень і рівень додатків [55]. 
Специфікація ZigBee регламентує стек протоколів взаємодії вузлів мережі, в 
якому протоколи верхніх рівнів використовують сервіси, що надаються 
протоколами нижче лежачих рівнів. 
 
 
48 
 
 
Рис. 7 – Стек протоколів ZigBee 
 
Рівень додатків (APL) складається з ферми додатків (Application 
Framework), об'єкта пристрою ZigBee (ZD0) і підрівні підтримки додатків (APS). 
Ферма додатків (Application Framework) містить опис порядку створення 
профілів в стеці ZigBee, що гарантує їх сумісність, а також визначає: 
• стандартні типи даних для профілів, 
• дескриптори, які допомагають у виявленні служб, 
• формати кадрів для транспортування даних 
• значення пар ключів. 
Це дозволяє швидко розробляти прості профілі на основі атрибутів. 
Об'єкти додатків (Application Objects) - програмні модулі, що керують 
пристроями ZigBee в кінцевих точках. Одна базова станція ZigBee може 
підтримувати до 240 об'єктів додатків. Об'єкти додатків підтримують кінцеві 
 
49 
 
точки, пронумеровані від 1 до 240. Кінцева точка 0 зарезервована для об'єкта 
пристрою ZigBee (ZD0). 
Об'єкт пристрою ZigBee : 
• визначає роль пристрою ZigBee: координатор, маршрутизатор або 
кінцевий пристрій; 
• ініціює запити пошуку і приєднання і / або відповідає на такі запити; 
• встановлює безпечний зв'язок між пристроями ZigBee. 
План керування ZD0 (ZD0 Management Plane) підтримує зв'язок ZD0 з 
підрівнем підтримки додатків (APS) та мережевим рівнем (NWK). Дозволяє ZD0 
обробляти запити додатків на доступ до мережі і забезпечення безпеки, 
використовуючи повідомлення профілю пристрою ZigBee (ZigBee Device Profile - 
ZDP). 
Підрівень підтримки додатків (Application Support Sublayer - APS). 
Відповідає за надання даних додатків і профілів пристрою ZigBee. Підрівень 
також управляє приєднаннями в мережі ZigBee і зберігає дані про таких 
приєднання в своїй таблиці. 
Постачальник послуг безпеки (Security Service Provider - SSP) забезпечує 
механізми безпеки для рівнів, що використовують шифрування - NWK і APS. 
Ініціюється і конфігурується об'єктом пристрої ZD0. 
Мережевий рівень (Network Layer - NWK) обробляє мережеві адреси і 
маршрутизацію за викликами MAC рівня. У його завдання також входять: 
• запуск мережі (якщо пристрій є координатором); 
• привласнення мережевих адрес; 
• додавання і видалення мережевих пристроїв; 
• маршрутизація повідомлень; 
• застосування політики безпеки; 
• здійснення пошуку маршрутів. 
 
 
 
50 
 
2.4 Рівні стандарту IEEE 802.15.4 
Рівень управління доступом до середовища (Medium Access Control Layer - 
MAC) відповідає за надійний зв'язок пристрою з безпосередніми сусідами, 
допомагає вирішувати колізії і підвищувати ефективність. МАС рівень відповідає 
також за ассемблирование і декомпозицію кадрів і пакетів даних. 
Фізичний рівень (Physical Layer - PHY) забезпечує інтерфейс до фізичного 
середовища передачі - радіо. Фізичний рівень складається з двох рівнів, які 
працюють в різних діапазонах частот. Рівень, який працює при менших частотах, 
покриває діапазони 868 МГц для Європи і 915 МГц для таких країн, як США і 
Австралія. Високочастотний фізичний рівень працює на частоті 2,4 ГГц і 
застосовується практично у всьому світі. 
Точки доступу. Зв'язок між елементами стека протоколів ZigBee 
здійснюється через точки доступу до послуг (service access point - SAP): 
• APSDE-SAP - до даних підрівня підтримки додатків; 
• APSME-SAP - до управління підрівнем підтримки додатків; 
• APSSE-SAP - до управління безпекою підрівня підтримки додатків; 
• NLDE-SAP - до даних мережевого рівня; 
• NLME-SAP - до управління мережевим рівнем; 
• NLSE-SAP - до управління безпекою мережевого рівня; 
• MLDE-SAP - до даних підрівня МАС; 
• MLME-SAP - до управління підрівнем МАС; 
• PD-SAP - до даних фізичного рівня PHY; 
• PLME-SAP - до управління фізичним рівнем PHY; 
• RF-SAP - до трансмітеру 
Мережа ZigBee. Мережі ZigBee включають такі типи пристроїв (базових 
станцій): 
• координатори; 
• маршрутизатори; 
• кінцеві пристрої. 
 
51 
 
Координатор. Координатор відповідає за вибір каналу, ідентифікатора 
PAN, політики безпеки та профілю стека для мережі. Оскільки координатор - це 
єдиний тип пристрою, який може запустити мережу, кожна мережа Zigbee 
повинна мати одного координатора. Після того, як координатор запустив мережу, 
він може дозволити новим пристроям приєднуватися до мережі. Він також може 
маршрутизувати пакети даних і спілкуватися з іншими пристроями в мережі. 
Маршрутизатор. Маршрутизатор розширює область покриття мережі, 
здійснює динамічну маршрутизацію в обхід перешкод, відновлює маршрути у 
випадках перевантаження мережі або відмови будь-якого пристрою. 
Маршрутизатор можуть приєднуватися до координатора та інших 
маршрутизаторів, а також підтримувати дочірні пристрої. Маршрутизатори 
здійснюють маршрутизацію пакетів по мережі і повинні бути готові до передачі 
даних в будь-який момент часу. Тому ці вузли не використовують режимів 
зниженого енергоспоживання і мають стаціонарне харчування. Їх кількість в 
мережі має бути достатнім для обслуговування необхідної кількості сплячих 
вузлів. Максимальна кількість сплячих вузлів, що обслуговуються одним шлюзом 
– 32 
Кінцевий пристрій. Може приймати і відправляти повідомлення, але не 
може транслювати пакети і здійснювати маршрутизацію. Кінцеві пристрої 
підключаються до маршрутизатора або координатору і не можуть підтримувати 
дочірні пристрої. 
Як особливий тип пристроїв, в мережах ZigBee можна виділити так звані 
«сплячі пристрої». По суті це кінцеві пристрої, перекладені в сплячий режим. 
Сплячі пристрої використовують режими зниженого енергоспоживання. Як 
правило, це вузли на батарейках. Їх кількість визначається конкретним додатком. 
На час «сну» маршрутизатори, до яких ці пристрої підключені, «представляють» 
їх в мережі [56].  
 
 
 
52 
 
2.5 Профіль стека 
Стандарт ZigBee описує профіль стека, який визначає мережу, служби 
додатків і параметри безпеки для всієї мережі. Профіль стека для конкретної 
ZigBee мережі вибирається мережевим адміністратором (проектувальником), 
виходячи з області застосування (автоматизація будівлі, управління техпроцесом, 
позиціонування). Кожен такий профіль стека потім буде визначати параметри 
мережі, такі як: 
• загальні розміри мережі, 
• підтримувані алгоритми маршрутизації, 
• розміри таблиць маршрутизації і прив'язки додатків, 
• характер служби безпеки для цієї мережі. 
Особливий інтерес з точки зору топології мережі являє специфікація трьох 
параметрів: максимальна глибина мережі (nwkMaxDepth), максимальна кількість 
дочірніх зв'язків маршрутизатора (nwkMaxChildren), і максимальна кількість 
зв'язків з дочірніми маршрутизаторами (nwkMaxRouters). Разом вони визначають 
загальну структуру мережі [57]. 
Відповідно до стандарту IEEE 802.15.4 кожне мережеве пристрій має 64-
розрядний (довгий) IEEE адрес, який унікально ідентифікує цей пристрій. Для 
продовження часу експлуатації акумуляторних батарей, скорочення розмірів 
пакетів, і відповідно часу активної взаємодії пристроїв використовуються більш 
короткі адреси. Стандарт ZigBee вимагає, щоб обмін повідомленнями після 
приєднання до мережі виконувався з 16-бітними (короткими) мережевими 
адресами. 16-бітний мережеву адресу присвоюється знову приєднуваним 
пристроїв під час обміну повідомленнями в процесі приєднання. 
ZigBee кординатор в мережі завжди має адресу 0000. Координатор за 
встановленим стандартом ZigBee алгоритму визначає, виходячи з параметрів 
профілю стека, діапазони адрес, які присвоюються приєднуваним пристроям 
відповідно до їх розташування в мережевий ієрархії. Хоча ці діапазони адресів 
розрізняються, від різних параметрів профілю стека, для конкретного набору 
 
53 
 
параметрів профілю стека діапазони адрес завжди однакові. Наприклад, мережеві 
адреси, які виділяються в мережі на рисунку 10, відображають значення 
параметрів профілю стека nwkMaxDepth = 7, nwkMaxChildren = 5 і 
nwkMaxRouters = 3. Для цих же трьох значень параметрів перший маршрутизатор, 
що приєднується координатором буде завжди отримувати мережеву адресу 0001 
другий 071e і так далі. 
 
2.6 Типи мереж 
Однією з важливих особливостей мереж ZigBee є можливість вибору 
топології мережі, в найбільшій мірі відповідає конкретному застосуванню. Точна 
структура мережі ZigBee в більшості випадків не може бути заздалегідь 
визначена, так як залежить від взаємного розташування пристроїв і проходження 
радіохвиль під час формування мережі. Однак три згаданих параметра профілю 
стека будуть диктувати загальну структуру (топологію) мережі [58]. 
Наприклад, якщо програма має пристрої, фізично розташовані в лінію 
(наприклад, уздовж конвеєра), установка параметрів nwkMaxChildren = 1 і 
nwkMaxRouters = 1 створить лінійну структуру, як показано на рисунку 8. 
 
 
Рис. 8 – Лінійна топологія мережі 
 
Параметри профілю стека для деревовидної мережі, зображеної на рисунку 
10. Топологія «зірка» може бути досягнута шляхом установки nwkMaxDepth = 1 і 
nwkMaxRouters = 0. 
 
54 
 
Гнучкість мережевих структур ZigBee, що настроюються відповідно до 
галузі застосування, найкращим чином проявляється в ситуаціях, коли більшість 
інших мереж виявляються непридатні. 
 
2.7 Топологія комірчастої (Mesh) мережі 
Найбільш перспективною топологією в мережі ZigBee є mesh-топологія. 
Коміркова мережа - це мережа взаємопов'язаних маршрутизаторів і 
кінцевих пристроїв, в якій кожен маршрутизатор має, принаймні, два зв'язки і 
може транслювати повідомлення своїх сусідів. Як показано на рисунку 9, 
коміркова мережа складається з одного координатора і декількох 
маршрутизаторів і кінцевих пристроїв [13]. 
У такій мережі кожен пристрій може зв'язуватися з будь-яким іншим 
пристроєм як безпосередньо, так і через проміжні вузли мережі. Mesh-мережа 
підтримує «багатокроковий» (multi-hop) зв'язок, при якому дані проходять 
кроками від одного пристрою до іншого, використовуючи найбільш надійні лінії 
зв'язку і найбільш ефективні маршрути, поки не досягнуть мети [59]. 
Здатність до багатокрокової передачі допомагає забезпечити живучість 
мережі (здатність до самовідновлення). Якщо один з пристроїв відмовляє, або 
виявляється під впливом перешкод, мережа здатна перемаршрутізіроваться, 
використовуючи інші пристрої. 
Принципова відмінність мереж ZigBee від інших бездротових мереж, таких 
як IEEE 802.11 / WiFi, в тому, що замість централізованої зіркоподібній структури 
мережі ZigBee допускають ієрархію приєднання до мережі. В результаті може 
бути досягнуто кілька рівнів приєднання. Така ієрархія пристроїв служить для 
створення істинно бездротових мереж. 
Для порівняння, IEEE 802.11 / WiFi пропонує технологію точки бездротового 
доступу: бездротове підключення проводиться між, скажімо, ноутбуком або 
телевізором і точкою доступу, яка не є бездротовим маршрутизатором. Тому далі 
потік даних направляється на дроти (наприклад, по провідній мережі до інших 
 
55 
 
провідним пристроям або до іншої точки бездротового доступу). Мережа ZigBee 
здатна доставляти пакети повністю по бездротовій мережі через кілька проміжних 
бездротових пристроїв.  
 
 
Рис. 9 –Mesh-мережа ZigBee 
 
Переваги: 
• Mesh-мережі має високу живучістю і надійністю. Якщо який-небудь 
маршрутизатор стає недоступним, можуть бути знайдені і використані 
альтернативні маршрути. 
• Використання проміжних пристроїв при передачі даних робить mesh-
мережу широко масштабованої. 
• Слабкі сигнали і мертві зони можуть бути легко виключені простим 
додаванням додаткових маршрутів. 
 
2.8 Формування мережі ZigBee 
Будь-яка мережа ZigBee починається з її формування. Пристрій, здатний 
бути координатором (воно призначається при проектуванні мережі), визначає 
вільний від перешкод канал і налаштовує себе в якості координатора. У ZigBee 
 
56 
 
цей пристрій називається PAN координатором - координатором персональної (на 
відміну від локальної - LAN) мережі. 
Пристрої, які хотіли б приєднатися до мережі (підключитися, увійти до 
складу мережі), розсилають циркулярний запит. Спочатку на цей запит відповідає 
лише PAN координатор. Надалі крім PAN координатора надати приєднання до 
мережі можуть маршрутизатори ZigBee, які вже приєдналися до PAN 
координатору безпосередньо або через інші маршрутизатори. Після того, як 
пристрій, який бажає приєднатися до мережі, отримує відповідь на циркулярний 
запит, далі відбуваеться обмін повідомленнями, які визначають, чи може пристрій 
приєднатися до мережі. Ключовим фактором визначення можливості є здатність 
маршрутизатора обслужити нові пристрої разом з підключеними раніше. 
Вступ в мережу. Існує два шляхи вступу пристроїв в мережу ZigBee: МАС 
асоціація і повторне мережеве приєднання (NWK rejoin). 
МАС асоціація. Як очевидно з назви, МАС асоціація здійснюється на МАС 
рівні. Здатністю до МАС асоціацію має за замовчуванням володіти кожен 
пристрій ZigBee. Механізм МАС асоціації наступний: 
• Координатор або маршрутизатор, який збирається дозволити іншим 
пристроям приєднатися до нього, повинен виставити на свій МАС рівень дозвіл 
на приєднання NLME-PERMIT-JOINING.request. 
• У свою чергу, пристрій, який бажає вступити в мережу, виставляє на 
свій МАС рівень запит на приєднання NLME-NETWORK-DISCOVERY.request. 
• Після цього вступаючий в мережу пристрій передає в ефір 
циркулярний запит маячка і отримує цей маячок від маршрутизатора (ів), 
готового (их) підключити новий пристрій. 
• Отримавши маячок (маячки), пристрій визначає, в яку мережу він 
бажає вступити і до якого конкретно пристрою приєднатися, після чого виставляє 
на свій МАС рівень вимогу NLME-JOIN.request з встановленим в значення FALSE 
прапорцем «повторне приєднання» (rejoin). 
 
57 
 
• Зробивши це, що вступаючий пристрій направляє на обраний 
маршрутизатор запит на приєднання і отримує відповідь, що містить присвоєний 
йому мережевий адрес. 
Відзначимо, що МАС асоціація не є безпечною, так як всі повідомлення 
передаються у відкритому (не зашифрованому) вигляді. 
Повторне мережеве приєднання (NWK rejoin). Повторне мережеве 
приєднання (NWK rejoin) всупереч назві може використовуватися і при першому 
підключенні пристрою до мережі. І, як зрозуміло з назви, здійснюється на 
мережевому рівні. Це означає, по-перше, що стандартний механізм МАС асоціації 
в цьому випадку може, або застосовуєьбся (в цьому випадку ZigBee 
маршрутизатор виставить дозвіл на приєднання NLME-PERMIT-
JOINING.request), або ні. По-друге, це означає, що обмін пакетами може бути 
безпечним, якщо вступаючий пристрій знає поточний мережевий ключ. Це 
можливо, якщо пристрій дійсно перепідключається, або якщо він включається 
вперше, але отримав мережевий ключ через якийсь сторонній механізм 
(наприклад, під час налаштування) [14]. 
При такому підключенні пристрій, який бажає вступити в мережу, 
виставляє на свій мережевий рівень (NWK) запит на приєднання NLME-
JOIN.request і обмінюється з підключаючим його маршрутизатором пакетами 
«запит підключення» - «відповідь на запит підключення». 
 
2.9Динаміка мережі 
Крім процесу підключення нових пристроїв до зміни структури мережі 
можуть привести інші процеси. Пристрої можуть, наприклад, покидати мережу, 
або повторно підключатися до мережі в інших місцях (наприклад, при 
перезавантаженні пристрою) [60]. 
Рисунок 10 показує приклад перепідключення. У цьому прикладі пристрій з 
короткою адресою «0E3B» перепідключається до мережі, як «097D» і згодом як 
 
58 
 
«0260». На кожному етапі цей пристрій приєднується до іншого маршрутизатора, 
який виділяє адресу з наявного в його розпорядженні діапазону адрес. 
Одне з важливих переваг мережі ZigBee - здатність відстежувати пристрою і 
топологію мережі в режимі частих включень, відключень і перепідключення 
пристроїв. 
 
 
Рис. 10 – Перепідключення кінцевого пристрою в деревовидній мережі 
 
Маршрутизація в мережах ZigBee 
Основний алгоритм маршрутизації в мережах ZigBee - «Ad hoc On Demand 
Distance Vector» (AODV) заснований на понятті «вектор відстані» Маршрутизація 
за протоколом AODV використовує таблиці в кожному вузлі, які зберігають 
наступний стрибок (проміжний вузол між вузлами джерела та призначення) для 
вузла призначення. Якщо наступний стрибок невідомий, відбувається пошук 
маршруту для пошуку шляху. Оскільки на маршрутизаторі можна зберігати лише 
обмежену кількість маршрутів, виявлення маршрутів частіше відбувається у 
великій мережі із зв'язком між різними вузлами. 
Алгоритм працює наступним чином: 
• Коли пристрою «джерело» (И) необхідно відправити пакет на 
пристрій «адресат» (А), джерело ініціює процес виявлення маршруту шляхом 
 
59 
 
розсилки широкомовного пакета «запит маршруту», запитуючи маршрут до 
пристрою А зображено на рисунку 11 ; 
• Кожен пристрій, який отримав цей запит маршруту, вносить свій 
запис в таблицю маршрутизації і може транслювати цей запит, включивши в 
нього таблицю зі своїм записом зображено на рисунку 12 ; 
• Такі пристрої, які отримали ретрансльований запит, транслюють його 
далі, і з кожним кроком «логічна відстань», пройдена запитом, збільшується на 
величину, що залежить від якості зв'язку на черговій ділянці; 
• Процес триває поки запит не досягає пристрою А, причому зазвичай 
пристрої А досягає кілька ретрансльованих запитів (від різних маршрутизаторів) і 
«логічні відстані» (ЛР) маршрутів цих пакетів різні; 
 
 
Рис. 11 – Пошук маршруту. Крок1 
 
• Пристрій А відправляє відповідь по маршруту, що має мінімальну 
«логічну відстань»; 
• Відповідь буде повертатися віпдовідно з таблицею маршруту по 
шляху, пройденого попередніми запитом, поки не прибуде на пристрій И 
зображено на рисунку 13. 
 
60 
 
Ця серія переданих в зворотному напрямку відповідей формує прямий 
маршрут для майбутньої передачі пакетів від И до А зображено на рисунку 14.  
 
 
Рис. 12 – Пошук маршруту.Крок 2 (ЛВ- Логічна відстань) 
 
Механізм «логічного відстані» дозволяє джерелу та вузлам, розташованим 
на шляху запиту, вибрати мінімальну «логічну відстань» маршруту від джерела до 
місця призначення. 
Описаний базовий алгоритм ефективний і універсальний, однак вимагає 
значного обсягу пам'яті для зберігання маршрутів, що ускладнює і здорожує 
пристрою.  
 
 
61 
 
 
Рис. 13 –Пошук маршруту. Крок 3 
 
Тому в мережах ZigBee реалізований і інший алгоритм, який дозволяє 
знизити вимоги до обсягу пам'яті, а іноді і зменшити мережевий трафік, 
необхідний для пошуку маршрутів.  
 
 
Рис. 14 – Пошук маршруту. Крок 4 
 
Дія алгоритму заснована на тому, що адреси в ZigBee мережі 
розподіляються ієрархічно, починаючи з координатора. Пристрій, що не має 
 
62 
 
можливостей маршрутизації або пристрій, можливості маршрутизації якого 
вичерпані, може скористатися ієрархічної маршрутизацією - менш ефективною, 
але, тим не менш, цілком практичною. 
 
2.10 Ієрархічна маршрутизація 
У процесі формування ZigBee мережі алгоритм розподілу адрес задає 
діапазони адрес мережевим пристроям в ієрархічному порядку, починаючи з 
координатора. В результаті будь-який пристрій в мережі, знаючи свою адресу і 
адресу одержувача пакета, може визначити, чи належить конкретний мережевий 
адрес до «низхідної» гілки (і до якої саме), або знаходиться в іншому місці в 
ієрархії пристроїв. Виходячи з цього, будь-який пристрій може прийняти просте 
рішення маршрутизації: передавати пакет «вгору» - в напрямку координатора або 
«вниз» - до дочірнього пристрою [15] . 
Приклад ієрархічної маршрутизації представлений на рисунку 15. 
 
 
Рис. 15 – Ієрархічна маршрутизація 
 
Як у випадку на рисунку 13 , пакет, відправлений пристроєм И, 
призначений для пристрою А. Однак пристрій 4 вичерпав свої можливості 
 
63 
 
маршрутизації, тому воно не може транслювати пакет безпосередньо на пристрій 
А, а замість цього, використовуючи ієрархічну маршрутизацію, направляє цей 
пакет «вгору» по ієрархічній драбині - на пристрій 2. Далі пакет транслюється на 
координатор К, який передає його на шукану адресу А. 
Переваги ієрархічної маршрутизації полягають в її простоті і меншому 
використанні ресурсів, що дозволяє створювати дуже недорогі пристрої без 
можливостей маршрутизації, які, тим не менш, можуть брати участь в будь-якій 
ZigBee сумісній мережі. Недолік алгоритму в тому, що пакети будуть рухатися 
вгору і вниз до координатора і назад навіть в тому випадку, коли між джерелом і 
приймачем можливий прямий зв'язок. 
2.11 Безпека ZigBee 
Система безпеки ZigBee заснована на 128-бітному AES алгоритмі, який 
доповнює модель безпеки, що надається IEEE 802.15.4. Служби безпеки ZigBee 
включають методи створення ключів і транспорту, управління пристроями і 
захисту пакетів даних [16]. 
Специфікація ZigBee визначає безпеку для MAC, NWK і APS рівнів. 
Безпека додатків зазвичай забезпечується через профілі додатків. 
Центр управління безпекою. Центр управління безпекою визначає, чи слід 
дозволяти чи забороняти підключення нових пристроїв до вашої мережі. 
Центр управління безпекою може періодично оновлювати мережевий ключ 
і переходити на новий ключ.  
Центр управління безпекою може періодично оновлювати мережевий ключ 
і переходити на новий ключ. Спочатку передається новий ключ, зашифрований 
старим мережевим ключем. Потім він повідомляє всі пристрої про перехід на 
новий ключ. Центром управління безпекою, як првило,  є координатор мережі, але 
він також може бути спеціальним пристроєм. 
Центр управління відіграє наступні ролі в забезпеченні безпеки: 
• Довірений менеджер для автентифікації пристроїв, які хочуть 
приєднатися до мережі. 
 
64 
 
• Менеджер мережі, який підтримує та розподіляє мережеві ключі. 
• Диспетчер конфігурації, який забезпечує безпеку взаємодії пристроїв. 
Ключі контролю доступу.ZigBee використовує три типи ключів для 
управління безпекою: головний ключ, мережевий ключ і ключ каналу зв'язку. 
Головні ключі.Ці додаткові ключі не використовуються для шифрування 
пакетів. Вони використовуються як початковий розділяється двома пристроями 
секретний код, коли пристрої виконують процедуру генерації ключа каналу 
зв'язку [61]. 
Основні ключі, що складають центр управління безпекою, називаються 
основними ресурсами центру безпеки, тоді як усі інші ключі називаються 
головними ключами на рівні програми. 
Мережеві ключі. Ці ключі забезпечують захист мережевого рівня в мережі 
ZigBee. Ключ мережі мають всі пристрої в мережі ZigBee. 
Мережеві ключі високої безпеки повинні відправлятися по бездротових 
каналах тільки в зашифрованому вигляді, в той час як стандартні мережеві ключі 
безпеки можуть відправлятися як зашифрованими, так і не зашифрованими. 
Ключі каналів зв'язку. Ці додаткові ключі забезпечують безпеку 
одноадресної передачі повідомлень між двома пристроями на рівні додатків. 
Режим стандартної безпеки.У режимі стандартної безпеки перелік 
пристроїв, головних ключів, ключів каналів зв'язку і мережевих ключів можна 
зберігати як в центрі управління безпекою, так і в самих пристроях. Центр 
управління безпекою відповідає за підтримання стандартного мережевого ключа і 
контролює політику прийому в мережу. В цьому режимі вимоги до ресурсів 
пам'яті центру управління безпекою набагато нижче, ніж для режиму підвищеної 
безпеки. 
Режим підвищеної безпеки. У режимі підвищеної безпеки центр 
управління безпекою веде список пристроїв, головних ключів, ключів каналів 
зв'язку і мережевих ключів, необхідних для контролю і застосування політики 
поновлення мережевих ключів і доступу в мережу. В цьому режимі по мірі 
 
65 
 
зростання кількості пристроїв в мережі швидко зростає необхідний центру 
управління безпекою обсяг пам'яті [64]. 
Додаткові можливості безпеки, які забезпечує ZigBee PRO, надзвичайно 
важливі, тому що мережі ZigBee використовуються в відповідальних додатках. 
Мережі ZigBee, на відміну від інших бездротових мереж передачі даних, 
повністю задовольняють перераховані вище вимоги, а саме: 
а) завдяки комірчастої (mesh) топології мережі і використання спеціальних 
алгоритмів маршрутизації мережу ZigBee забезпечує самовідновлення і 
гарантовану доставку пакетів у випадках обриву зв'язку між окремими вузлами 
(появи перешкоди), перевантаження або відмови якогось елементу; 
б) специфікація ZigBee передбачає криптографічний захист даних, що 
передаються по бездротових каналах, і гнучку політику безпеки; 
в) пристрої ZigBee відрізняються низьким електроспоживанням, особливо 
кінцеві пристрої, для яких передбачений режим «сну», що дозволяє цим 
пристроям працювати до трьох років від однієї звичайної батарейки АА і навіть 
ААА; 
г) мережа ZigBee - самоорганізована, її структура задається параметрами 
профілю стека конфігуратора і формується автоматично шляхом приєднання 
(повторного приєднання) до мережі її пристроїв, що забезпечує простоту 
розгортання і легкість масштабування шляхом простого приєднання додаткових 
пристроїв; 
д) пристрої ZigBee компактні і мають відносно невисоку вартість. 
Зв'язок в мережі ZigBee здійснюється шляхом послідовної ретрансляції 
пакетів від вузла джерела до вузла адресата. У мережі ZigBee передбачено кілька 
альтернативних алгоритмів маршрутизації, вибір яких відбувається автоматично 
[64]. 
Стандарт передбачає можливість використання каналів в декількох 
частотних діапазонах. Найбільша швидкість передачі і найкраща стійкість 
 
66 
 
досягається в діапазоні від 2,4 до 2,48 ГГц. У цьому діапазоні передбачено 16 
каналів по 5 МГц. 
 «Брутто» швидкість (включаючи службову інформацію) становить 250 кбіт 
/ c. Середня швидкість передачі корисних даних, в залежності від завантаження 
мережі і числа ретрансляції, становить від 5 до 40 кбіт / с. 
Відстань між робочими станціями мережі становить десятки метрів 
всередині приміщень і сотні метрів на відкритому повітрі. За рахунок ретрансляції 
покривається мережею зона може бути досить значною: до кількох тисяч 
квадратних метрів в приміщенні і до декількох гектар на відкритому просторі. 
Більш того, мережа ZigBee в будь-який момент може бути розширена додаванням 
нових елементів або навпаки розбита на кілька зон простим призначенням 
відповідного числа нових конфігуратор мережі. Це буває корисно для зниження 
навантаження і відповідно підвищення швидкості передачі даних. 
  
 
67 
 
3 СИНТЕЗ ПРОГРАМНО-АПАРАТНОГО КОМПЛЕКСУ 
 
3.1 Технологія вимірювання відстані, яка не потребує синхронізації: 
Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging (SDS-TWR) 
 
У відповідності зі стандартами ISO / IEC 24730-5 і IEEE 802.15.4-2011 
процес вимірювання відстані між двома RTLS трансиверами за методом TWR 
здійснюється парами переданих в зустрічному напрямку пакетів: запит - 
відповідь. 
Термін SymmetricalDouble-SidedTwo-WayRanging (SDS-TWR) стосовно 
систем позиціонування РТЛС означає: 
Double-Sided (двостороння) означає, що для вимірювання відстані 
використовуються два пристрої - мітка і анкер. 
• Two-Way - означає, що для вимірювання відстані використовується 
двонаправлений зв'язок. Тобто, використовуються два пакети: пакет запит в 
прямому напрямку і пакет підтвердження - в зворотному. 
• Symmetrical - означає, що вимірювання відстані здійснюється в обох 
напрямках: від мітки до анкера і від анкера до мітки, що дозволяє практично 
виключити помилку, пов'язану з відсутністю синхронізації. 
Ця технологія використовує два періоди часу, які природним чином 
присутні при передачі сигналу для визначення відстані між двома станціями. Це 
time of flight - час поширення сигналу (ТРС) між двома бездротовими пристроями 
і відоме, програмно встановлюється час відгуку (Тоткліка) - затримка 
відправлення підтвердження бездротовому пристрої. Час (затримка) відгуку 
визначається необхідністю обробки пакета запиту, довжина якого може складати 
декілька мілісекунд. Затримка відгуку завжди багато більше часу поширення 
сигналу (Тоткліка >> ТРС), зазвичай становить кілька (до п'яти) мілісекунд і є 
основним джерелом похибки, пов'язаної з відхиленнями частоти тактових 
генераторів пристроїв. 
 
68 
 
Інтервали часу вимірюються двома учасниками в процесі вимірювання 
пристроями незалежно один від одного (пристрої не синхронізовані). У системах 
РТЛС відстань вимірюється між міткою і анкером. 
Процес двостороннього двонаправленого вимірювання відстані 
ілюструється на рисунку 16. На рисунку кожен з учасників в процесі вимірювання 
пристроїв - мітка і анкер має свою вісь часу. Для першого циклу вимірювання 
відзначені моменти відправлення запиту міткою (tМО), прийому запиту анкером 
(tАП), відправлення підтвердження анкером (tАО) і прийому підтвердження міткою 
(tМП). 
Щоб зрозуміти механізм утворення похибки, розглянемо процес 
двонаправленого вимірювання відстані (TWR) на прикладі першого циклу обміну 
пакетами на рисунку 16. 
Мітка починає цикл вимірювання відправкою запиту анкера в момент tМО. 
Анкер фіксує момент отримання пакета tАП, однак не може визначити час 
поширення сигналу ТРС, так як не знає час його відправлення. Замість цього 
анкер, почекавши час затримки Тоткліка А, в момент tАО відправляє мітці 
підтвердження. Після цього мітка, отримавши в момент tМП підтвердження, може 
визначити час циклу вимірювання: 
 
ТциклуМ = tМП - tМО 
 
Тепер, знаючи час циклу і час відгуку, здавалося б, легко визначити 
подвійний час поширення сигналу між міткою і анкером: 
 
2 ТРС = ТциклуМ – ТвідгукуА 
 
Але проблема в тому, що ТциклуМ і ТвідгукуА виміряні різними пристроями, 
кожен з яких має свою похибку опорного генератора (еМ і еА). Примітка: 
відповідно до ISO 24730-5 похибка опорного генератора RTLS пристрою не 
 
69 
 
повинна перевищувати 80 ppm (часток на мільйон). Тому з урахуванням похибок 
опорних генераторів вираз можна переписати так: 
 
2 ŤРС = ТциклуМ × (1 + еМ) - ТвідгукуА × (1 + еА), 
 
де ŤРС - фактичний час поширення сигналу.  
Легко визначити, що різниця між виміряним і фактичним часом поширення 
сигналу складе: 
 
ŤРС - ТРС = (ТвідгукуА × ЕА - ТвідгукуА × еМ + 2 ТРС × еМ) / 2 
 
Або, враховуючи, що Твідгуку >> ТРС: 
 
ŤРС - ТРС = Твідгуку × (ЕА - еМ) / 2 
 
Типові величини помилок двонаправленого вимірювання відстані (TWR) 
при різних величинах різниці похибок опорних генераторів (ЕА - еМ) і затримки 
відгуку Твідгуку наведені в таблиці 2. 
 
Таблиця 2 
Типові величини помилок двонаправленого вимірювання 
Твідгуку \ (еА – еМ) 2 ppm 20 ppm 40 ppm 80 ppm 
100 мкс 0.1 нс 1 нс 2 нс 4 нс 
5 мс 5 нс 50 нс 100 нс 200 нс 
 
Якщо врахувати, що радіосигнал за одну наносекунду поширюється на 30 
сантиметрів, очевидно, що для вимірювання відстаней з точністю до метра метод 
TWR непридатний. 
 
70 
 
 
Рис. 16 – Обмін пакетами в процесі вимірювання відстані методом SDS-TWR 
 
Як працює SDS-TWR.Як згадувалося вище, вимірювання відстані між 
міткою і анкером здійснюється в процесі обміну парами пакетів запит - 
підтвердження. Тобто пристрій, що ініціює зв'язок, направляє запит, а у відповідь 
отримує підтвердження. Безпосередній процес вимірювання методом SDS-TWR 
складається з двох симетричних зустрічно спрямованих (дзеркальних) циклів [17]. 
У першому циклі мітка направляє анкера пакет-запит. Анкер, отримавши 
запит, обробляє його і відправляє мітці пакет-підтвердження. При цьому анкер 
 
71 
 
відправляє підтвердження з затримкою (ТвідгукуА). Мітка, отримавши 
підтвердження, визначає час циклу вимірювання (ТциклуМ). Цей час дорівнює 
подвоєному часу поширення сигналу (ТРС) плюс ТвідгукуА. На цьому перший цикл 
вимірювання завершується. 
Другий цикл вимірювання починається з того, що вже анкер, почекавши 
після відправки підтвердження часу, необхідний для завершення першого циклу 
(Тзатримки), направляє мітці пакет-запит, включивши в нього в якості корисного 
навантаження значення ТвідгукуА. Метка, отримавши запит, так само, як анкер в 
першому циклі, обробляє запит і повертає підтвердження анкера, запам'ятовуючи 
ТвідгукуМ. анкер, отримавши підтвердження від мітки, визначає значення ТциклуА і 
відправляє це значення мітці з наступним запитом. 
В результаті мітка отримує всю необхідну для визначення часу поширення 
сигналу інформацію, яку згодом передає на сервер для обробки. З діаграми на 
рис.16 видно, що: 
ТРС = (ТциклуМ + ТциклуА - ТвідгукуА - ТвідгукуМ) / 4 
З урахуванням похибок опорних генераторів виміряний час поширення 
сигналу складе: 
ŤРС = (ТциклуМ - ТвідгукуМ) × (1 + еМ) / 4 + (ТциклуА - ТвідгукуА) × (1 + еА) / 4 
Якщо тепер ТвідгукуМ і ТвідгукуА замінити на 
ТвідгукуМ = Твідгуку 
ТвідгукуА = Твідгуку + Δвідгуку, 
а модуль максимальної похибки еА і еМ позначити Емакс, то після 
нескладних перетворень отримаємо такий вираз для модуля похибки: 
| ŤРС - ТРС | = | Δвідгуку | × емакс / 2 
Оскільки Δвідгуку при дотриманні вимог стандарту ISO24730-5 не перевищує 
однієї мікросекунди, очевидно, що похибка вимірювання часу поширення 
сигналу, пов'язана з відсутністю синхронізації, в разі використання методу SDS-
TWR неймовірно мала. Типові значення похибки вимірювання, в залежності від 
реальних значень емакс наведені в таблиці 3:  
 
72 
 
 
Таблиця 3 
Типові значення похибки вимірювання 
емакс 
Δвідгуку 
2 ppm 20 ppm 40 ppm 80 ppm 
1 мкс 1 пс 10 пс 20 пс 40 пс 
 
З таблиці видно, що навіть при максимально допустимій похибці опорної 
частоти, похибка вимірювання не перевищує 40 пикосекунд. За цей час 
радіосигнал поширюється на 12 міліметрів. 
 
3.2 Розробка проекту в Home Assistant 
Home Assistant – це популярний додаток з відкритим вихідним кодом для 
організації розумного будинку. Цю програму можна завантажити та 
використовувати безкоштовно. 
На сьогодні це програмне забезпечення використовують понад 80 тисяч 
любителів IoT (інтернет речей) для управління своїми розумними домашніми 
гаджетами. 
Понад 1000 сервісів та апаратних засобів підтримують Home Assistant , 
серед яких WeMo, Philips Hue, Nest, Sonos,Dyson, Ikea, Ecobee, Arlo, Xiaomi та 
August. Програма являється концентратором для пристроїв, що дозволяє 
контролювати все, чим можна керувати з одного місця. При цьому можна 
запрограмувати логічні послідовності виконання конкретних задач. Наприклад, ви 
можете створити процедуру, коли ваш маршрутизатор  помітить, що ви 
повернулися додому. Тоді програма налаштує температуру в приміщені та 
засвітить лампи Philips Hue у вашому передпокої [18]. 
Home Assistant - це програмне забезпечення з відкритим кодом для 
автоматизації розумних будинків, орієнтується на локальне управління та 
 
73 
 
конфіденційність. Проєкт є відносно молодим , існує більше семи років, він 
використовує Python та ліцензію Apache 2.0. 
Цю програму можна встановити на мікрокомп’ютер Raspberry Pi або на 
персональний комп’ютер. Звичайно, практичне значення має використання її на 
Raspberry Pi. 
Raspberry Pi – це компактний комп’ютер на одній платі розміром з 
банківську карту, який має багато виходів для підключення різних периферійних 
пристроїв [19]. 
Для керування пристроями існують окремі модулі (integrations або 
components). Створити такий досить просто. На сайті проекту , в каталогі модулів, 
можна знайти каталог основних (схвалених і підтримуваних спільнотою) модулів. 
Серед загальної їх кількості трапляються абсолютно різноманітні, в каталозі 
значиться імена Amazon, Google, Xiaomi та інші. 
Для встановлення Home Assistant в віртуальне оточення на Linux, вам 
необхіден Python 3 і менеджер пакетів pip. 
В Home Assistant є графічний інтерфейс користувача, з допомогою якого 
можна підібрати потрібні налаштування. Програма може працювати  на кількох 
платформах, а саме : на персональному комп’ютері, та на телефоні. В вікні 
програми можна налаштувати та показати різні пристрої у вашому розумному 
будинку, такі як вимикачі світла, датчики руху, датчики температури, регулятори 
температури, відеокамери, охоронну сигналізацію та ін. При цьому, пристроями 
зручно керувати як віддалено з телефона, так і з персонального комп’ютера. 
Графічний інтерфейс можна побачити на рисунку 17 . 
 
3.3 Приклади реалізації розумного освітлення 
Однією з найпоширеніших автоматизацій є управління освітленням по 
датчику руху, дуже зручно, коли при вході в приміщення включення світла 
відбувається автоматично, через якийсь час світло вимикається саме по собі. 
Розглянемо приклади її реалізації. 
 
74 
 
 
 
Рис.17 – Графічний інтерфейс Home Asistant 
 
Приклад 1 
Задіяні об'єкти: 
• Датчик руху - ID пристрою: 0x001 
• Керований вимикач фізично замикає / розмикає електричну лінію - ID 
пристрою: 0x002 
Описувані події: 
• Включення освітлення по датчику руху 
• Відключення освітлення через 3 хвилини після закінчення виявлення 
руху датчиком 
• Відключення освітлення через 3 хвилини після включення вимикача 
(на випадок якщо світло було включене з вимикача, але в приміщенні 
не було виявлено руху) 
Правимо файл automations.yaml або користуємося редактором 
автоматизацій Configuration -> Automations -> +. 
Крок 1. При переході сенсора руху в стан on перевіряється поточний стан 
вимикача, якщо вимикач знаходиться в стані off, то освітлення вмикається. 
 
75 
 
Крок 2. При переході сенсора руху в стан off через 3 хвилини перевіряється 
поточний стан вимикача, якщо вимикач знаходиться в стані on, то освітлення 
вимикається. 
- id: turn_off_light_after_3_min_when_switch_on 
 alias: Turn off light after 3 min when switch on 
 trigger: 
 - platform: state 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 to: 'on' 
 for: 00:03:00 
 condition: 
 - condition: state 
 entity_id: binary_sensor.0x001_occupancy 
 state: 'off' 
 action: 
 - service: switch.turn_off 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 data: {} 
Крок 3. При включенні освітлення через 3 хвилини перевіряється стан 
датчика на присутність руху, якщо воно не виявлено, то освітлення вимикається. 
Інакше, світло повинне відключитися, коли сенсор руху перейде в стан off - дія 2. 
 
Приклад 2 
Автоматичне включення і відключення освітлення - це відмінно, але 
бувають ситуації, коли це не потрібно і треба мати можливість вибору 
відключення даної функції. Можна відключити автоматизації в настройках, але 
буде зручніше створити перемикач, який буде відповідати за автоматичне 
включення і відключення освітлення. 
Створюємо вимикач автоматики тип Toggle з найменуванням 
auto_light_on_off в меню Configuration -> Helpers -> + або в файл 
configuration.yaml додаємо наступний запис: 
input_boolean: 
 auto_light_on_off: 
 name: Auto light on 
Кнопку зручно вивести на панель lovelace для швидкого доступу. 
 
76 
 
 
 
Рис. 18 – Кнопка швидкого доступу 
 
Задіяні об'єкти: 
• Вимикач автоматичного включення / відключення освітлення - ID: 
input_boolean.auto_light_on_off 
• Датчик руху - ID пристрою: 0x001 
• Керований вимикач фізично замикає / розмикає електричну лінію - ID 
пристрою: 0x002 
Описувані події: 
• Включення освітлення по датчику руху 
• Відключення освітлення через 3 хвилини після закінчення виявлення руху 
датчиком 
• Відключення освітлення через 3 хвилини після включення вимикача (на 
випадок якщо світло було включене з вимикача, але в приміщенні не було 
виявлено руху) 
• Відключення освітлення через 3 хвилини після включення вимикача 
автоматики 
Крок 1. При переході сенсора руху в стан on перевіряється поточний стан 
вимикача автоматики і вимикача освітлення, якщо перший перебуває в стані on, а 
другий вимикач знаходиться в стані off то освітлення вмикається. 
Крок 2. При переході сенсора руху в стан off через 3 хвилини перевіряється 
поточний стан вимикача автоматики і вимикача освітлення, якщо перший 
 
77 
 
перебуває в стані on і другий вимикач знаходиться в стані on, то освітлення 
вимикається. 
- id: turn_off_light_by_motion_sensor 
 alias: Turn off light by motion sensor 
 trigger: 
 - platform: state 
 entity_id: binary_sensor.0x001_occupancy 
 to: 'off' 
 for: 00:03:00 
 condition: 
 - condition: state 
 entity_id: input_boolean.auto_light_on_off 
 state: 'on' 
 - condition: and 
 conditions: 
 - condition: state 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 state: 'on' 
 action: 
 - service: switch.turn_off 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 data: {} 
 
Крок 3. При включенні освітлення через 3 хвилини перевіряється стан 
вимикача автоматики і датчика на присутність руху, якщо автоматика включена і 
рух не виявлено, то освітлення відключається. Інакше, світло повинне 
відключитися, коли сенсор руху перейде в стан off - дія 2. 
Крок 4. При включенні автоматичного включення освітлення через 3 хвилини 
перевіряється поточний стан вимикача автоматики (може бути вимкнено в період 
очікування), датчика руху і вимикача освітлення. Якщо автоматика on, рух off і 
світло увімкнено, то освітлення відключається. 
- id: turn_off_light_after_3_min_when_auto_on 
 alias: Turn off light after 3 min when switch on 
 trigger: 
 - platform: state 
 entity_id: input_boolean.auto_light_on_off 
 to: 'on' 
 for: 00:03:00 
 condition: 
 
78 
 
 - condition: state 
 entity_id: input_boolean.auto_light_on_off 
 state: 'on' 
 - condition: and 
 conditions: 
 - condition: state 
 entity_id: binary_sensor.0x001_occupancy 
 state: 'off' 
 - condition: and 
 conditions: 
 - condition: state 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 state: 'on' 
 action: 
 - service: switch.turn_off 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 data: {} 
 
Приклад 3 
У прикладі 2 є недолік в кроці 4, при закінченні виявлення руху до закінчення 
таймера відключення освітлення станеться раніше, ніж очікується, тому що стан 
пристроїв буде відповідати умовам. Вирішити проблему перехресних таймерів 
можна створивши свій таймер, по якому буде відбуватися відключення 
освітлення. У файлі configuration.yaml описуємо таймер, час відключення 180 
секунд: 
timer: 
 light_turn_off: 
 name: Light turn off timer 
 duration: 180 
Задіяні об'єкти: 
• Вимикач автоматичного включення / відключення освітлення - ID: 
input_boolean.auto_light_on_off 
• Таймер автоматичного відключення освітлення - ID: timer.light_turn_off 
• Датчик руху - ID пристрої: 0x001 
• Керований вимикач фізично замикаючий / розмикаючий електричну 
лінію - ID пристрою: 0x002 
 
79 
 
Описувані події: 
• Включення автоматичного освітлення 
• Вимкнення автоматичного освітлення 
• Включення освітлення з вимикача 
• Вимкнення освітлення з вимикача 
• Включення освітлення по датчику руху 
• Скасування таймера при виявленні руху 
• Датчик руху припинив виявлення дії 
• Таймер завершив відлік 
Крок 1. При включенні вимикача автоматики відбувається перезапуск таймера 
відключення освітлення, якщо датчик руху в стані off і освітлення включено. 
Крок 2. При відключенні вимикача автоматики якщо був запущений таймер 
відключення, то він скасовується. 
Крок 3. При включенні освітлення з вимикача відбувається перезапуск 
таймера відключення, якщо вимикач автоматики on і датчик руху off. 
Крок 4. При відключенні освітлення з вимикача якщо був запущений таймер 
відключення, то він скасовується. 
Крок 5. При виявленні руху вмикається освітлення, якщо вимикач 
автоматики on і освітлення на даний момент вимкнено. 
Крок 6. При виявленні руху відбувається скасування таймера відключення 
при його активному поточному стані. 
- id: 'cancel_timer_by_motion' 
 alias: Timer cancel by motion sensor  
 trigger: 
 - platform: state 
 entity_id: binary_sensor.0x001_occupancy 
 to: 'on' 
 condition: 
 - condition: state 
 entity_id: timer.light_turn_off 
 state: active 
 action: 
 - service: timer.cancel 
 
80 
 
 entity_id: timer.light_turn_off 
 data: {} 
 
Крок 7. При закінченні виявлення руху датчиком, включеному вимикачі 
автоматики і включеному світлі відбувається запуск таймера на відключення 
освітлення. 
Крок 8. При закінченні відліку таймера відбувається відключення 
освітлення, якщо вимикач автоматики on, датчик руху off і освітлення включено. 
- id: 'turn_off_light_by_timer' 
 alias: Timer finished 
 trigger: 
 - platform: event 
 event_type: timer.finished 
 event_data: 
 entity_id: timer.light_turn_off 
 condition: 
 - condition: state 
 entity_id: input_boolean.auto_light_on_off 
 state: 'on' 
 - condition: and 
 conditions: 
 - condition: state 
 entity_id: binary_sensor.0x001_occupancy 
 state: 'off' 
 - condition: and 
 conditions: 
 - condition: state 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 state: 'on' 
 action: 
 - service: switch.turn_off 
 entity_id: switch.0x002_switch 
 data: {} 
 
В данному розділі було описано технологію вимірювання відстані, яка не 
потребує синхронізації, а саме: Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging (SDS-
TWR) , в якій використовується двонаправлений зв’язок для вимірювання 
відстаней між пристроями (анкер і мітка) . Був описаний процес двостороннього 
двонаправленого вимірювання відстані, описана похибка опорного генератора, 
 
81 
 
приведена таблиця величин помилок двонаправленого вимірювання відстані 
(TWR), при різних велечинах різниці похибок опорних генераторів. Також, в 
розділі був розглянутий обмін пакетами в процесі вимірювання відстані методом 
SDS-TWR. 
У розділі розглядається додаток з відкритим вихідним кодом для організації 
розумного будинку Home Assistant. Описаний принцип роботи, наведений список 
апаратних засобів, з якими даний додаток вміє взаємодіяти. Також,зображено 
графічний інтерфейс додатку та його багатофункціональність. 
Основним результатом даного розділу є покрокове налаштування та опис 
налаштування управління освітленням, вдосконаленням його функцій та 
варіативності роботи. Було розглянуто роботу вимикача автоматики, таймерів 
датчиків руху. 
  
 
82 
 
ВИСНОВКИ 
 
В ході цієї роботи було проаналізовано найпопулярніші технології 
Інтернету речей, їх стандартизацію та вигідністі відносно одне одного. Була 
проаналізована робота системи РТЛС, описана робота стандарту ZigBee, 
швидкості, частоти, собівартість та автономність, надійність і самовідновлення 
комірчастої топології (mesh) мережі. 
Проведено аналіз стану предмету дослідження, що дало можливість 
порівняти малопотужні бездротові технології зв’зку та визначити найкращі, за 
рахунок порівняяня основних критеріїв. 
Визначено технологію віддаленого керування будинком шляхом визначення 
найбільшої відстані зв’язку з урахуванням відстані SDS-TWR згідно стандарту 
ISO / IEC 24730-5 і IEEE 802.15.4-2011. 
Розроблено програмно-апаратний комплекс, за рахунок створення 
алгоритму програмного коду для вдосконалення системи автоматизованого 
керування освітленням, структурня схеми модифікованої системи управління 
освітленням, що дало можливість створити схему взаємозв’язоку датчику з 
таймером. Були розглянуті методи керування освітленням за допомогою додатка 
Home Assistant, також, створено та модифіковано систему управління 
освітленням, налаштовано роботу датчику з таймером, вдосконалено для 
вимкнення освітлення за допомогою таймеру, автоматики, або зручного сценарію. 
  
 
83 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
 
1. Тонконоженко В.В. ZIGBEE СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО 
КЕРУВАННЯ ОСВІТЛЕННЯМ / Владислав Вікторович Тонконоженко. – 
Черкаси, 2021. – 88с. 
2. Початок IoT. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://gizmodo.com/nikola-teslas-incredible-predictions-for-our-connected-
1661107313 
3. Internet of thinks, IoT [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://www.it.ua/knowledge-base/technology-innovation/internet-veschej-
internet-of-things-iot 
4. Рішення на основі технологій PLC[Електронний ресурс] – Режим доступу 
до ресурсу: http://oniis.org/ukr/news-ukr/plc-technology 
5. Захист та безпека WLAN мереж. [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу : 
https://lantorg.com/article/zaschita_i_bezopasnost_wlan_cetej_wifi_pod_kontrol
em 
6. Bluetooth SIG. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу : 
https://www.researchgate.net/publication/322228703_Bluetooth_SIG_oversees_
development_of_the_specification_and_prediction_of_program_that_protects_B
luetooth_pin 
7. ZigBee альянс [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://zigbeealliance.org 
8. Z-wave [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://zwave.eu/wp-content/uploads/2022/02/Katalog_EN.pdf 
9. Технологія ZigBee [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://xterm.com.ua/novosti/chto-takoe-zigbee-i-pochemu-eto-vazhno-dlia-
vashego-umnogo-doma 
 
84 
 
10. Діапазони частот ZigBee. [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/ZigBee 
11. ZigBee альянс [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://zigbeealliance.org 
12. Система РТЛС. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
http://rfidukraine.com.ua/rtls-system/ 
13. Лінійна частотна модуляція. [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу:https://nanotron.com/EN/co_techn-css-
php/#:~:text=Chirp%20Spread%20Spectrum%20(CSS)%20is,consumption%20
are%20of%20special%20importance 
14. Mesh-мережа. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://uk.wikipedia.org/wiki/Mesh-мережі 
15. NWK(rejoin). [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://mcgrp.ua/article/5910-chto-takoe-seti-zigbee-i-kak-oni-rabotayut 
16. Ієрархічна маршрутизація. [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: http://www.crypto.pp.ua/2011/12/samoorganizaciya-zigbee-setej-i-
marshrutizaciya-soobshhenij-chast-1/ 
17. Система безпеки ZigBee [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: https://research.kudelskisecurity.com/2017/11/08/zigbee-security-
basics-part-2/ 
18. DWS TWR [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://pt.nure.ua/wp-content/uploads/2020/01/151_galkin_wsn.pdf 
19. Home assistant [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://oxorona.com/home-assistant/ 
20. Raspberry Pi. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://3d- 
https://www.tutorialspoint.com/raspberry_pi/raspberry_pi_tutorial.pdf  
21. Harper R. Inside the Smart Home. London: Springer, 2003.  
22. King R. Smart Home Automation with Linux. Birmingham: Packt Publishing, 
2010.  
 
85 
 
23. Clements A. The Principles of Computer Hardware. Oxford: Oxford University 
Press, 2006. 
24. Андрійчук В.А. Світлотехніка й електротехніка: історія, проблеми й 
перспективи. Праці Ⅱ міжнародної науково-технічної конференції, 
приуроченої 160-річчю видатного українського фізика, піонера в галузі 
світлотехніки і електротехніки професора Івана Пулюя. . – Тернопіль.: 
2005. – 170с. 
25. ДП «НЕК»УКРЕНЕРГО» Досвід країн Євросоюзу з підвищення 
енергоефективності, енергоаудиту та енергоменеджменту з 
енергоощадності в економіці країн.Відокремлений підрозділ. – К.: 2017. – 
213с. 
26. Dr. Ovidiu Vermesan SINTEF, Norway, Dr. Peter FriessEU, Belgium, “Internet 
of Things: Converging Technologies for Smart Environments and Integrated 
Ecosystems”, river publishers’ series in communications, 2013. 
27. Dr. Ovidiu Vermesan SINTEF, Norway, Dr. Peter FriessEU, Belgium, “Internet 
of Things–From Research and Innovation to Market Deployment”, river 
publishers’ series in communications, 2014. 
28. O. Vermesan, P. Friess, P. Guillemin, S. Gusmeroli, et al., “Internet of Things 
Strategic Research Agenda”, Chapter 2 in Internet of Things -Global 
Technological and Societal Trends, River Publishers, 2011. 
29. Martin Serrano, Insight Centre for Data Analytics, Ireland ,Omar Elloumi, 
Alcatel Lucent, France, Paul Murdock, Landis+Gyr, Switzerland, “ALLIANCE 
FOR INTERNET OF THINGS INNOVATION, Semantic Interoperability” , 
Release 2.0, AIOTI WG03 – loT Standardisation,2015. 
30. Martín Serrano, Payam Barnaghi, Francois Carrez Philippe Cousin, Ovidiu 
Vermesan, Peter Friess, “Internet of Things Semantic Interoperability: Research 
Challenges, Best Practices, Recommendations and Next Steps”, European 
research cluster on the internet of things, IERC,2015. 
 
86 
 
31. Karen Rose, Scott Eldridge, Lyman Chapin, “The Internet of Things: An 
Overview Understanding the Issues and Challenges of a More Connected 
World”, The Internet Society (ISOC), 2015. 
32. Stearns, P.N. Reconceptualizing the Industrial Revolution. J. Interdiscip. Hist. 
2011, 42, 442–443. [CrossRef] 
33. Jensen, M. The Modern Industrial Revolution, Exit, and the Failure of Internal 
Control Systems. J. Financ. 1993, 48, 831–880. [CrossRef] 
34. Kagermann, H.; Helbig, J.; Hellinger, A.; Wahlster, W. Recommendations for 
Implementing the Strategic Initiative Industrie 4.0: Securing the Future of 
German Manufacturing Industry; Final Report of the Industrie 4.0 Working 
Group; Forschungsunion: Frankfurt/Main, Germany, 2013. 
35. Witchalls, C.; Chambers, J. The Internet of Things Business Index: A Quiet 
Revolution Gathers Pace; The Economist Intelligence Unit: London, UK, 2013; 
pp. 58–66. 
36. Datta, S.K.; Bonnet, C. MEC and IoT Based Automatic Agent Reconfiguration 
in Industry 4.0. In Proceedings of the 2018 IEEE International Conference on 
Advanced Networks and Telecommunications Systems (ANTS), Indore, India, 
16–19 December 2018; pp. 1–5. 
37. Shrouf, F.; Ordieres, J.; Miragliotta, G. Smart factories in Industry 4.0: A review 
of the concept and of energy management approached in production based on 
the Internet of Things paradigm. In Proceedings of the 2014 IEEE International 
Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 
Selangor Darul Ehsan, Malaysia, 9–12 December 2014; pp. 697–701. 
38. Bandyopadhyay, D.; Sen, J. Internet of Things: Applications and Challenges in 
Technology and Standardization. Wirel. Pers. Commun. 2011, 58, 49–69. 
39. Motlagh, N.H.; Khajavi, S.H.; Jaribion, A.; Holmstrom, J. An IoT-based 
automation system for older homes: A use case for lighting system. In 
Proceedings of the 2018 IEEE 11th Conference on Service-Oriented Computing 
and Applications (SOCA), Paris, France, 19–22 November 2018; pp. 1–6. 
 
87 
 
40. Da Xu, L.; He, W.; Li, S. Internet of Things in Industries: A Survey. IEEE 
Trans. Ind. Inform. 2014, 10, 2233–2243. 
41. Talari, S.; Shafie-Khah, M.; Siano, P.; Loia, V.; Tommasetti, A.; Catalão, J. A 
review of smart cities based on the internet of things concept. Energies 2017, 10, 
421. 
42. Ibarra-Esquer, J.; González-Navarro, F.; Flores-Rios, B.; Burtseva, L.; Astorga-
Vargas, M. Tracking the evolution of the internet of things concept across 
different application domains. Sensors 2017, 17, 1379. 
43. Swan, M. Sensor mania! the internet of things, wearable computing, objective 
metrics, and the quantified self 2.0. J. Sens. Actuator Netw. 2012, 1, 217–253. 
44. Gupta, A.; Jha, R.K. A survey of 5G network: Architecture and emerging 
technologies. IEEE Access 2015, 3, 1206–1232. 
45. Stojkoska, B.L.R.; Trivodaliev, K.V. A review of Internet of Things for smart 
home: Challenges and solutions. J. Clean. Prod. 2017, 140, 1454–1464. 
46. Hui, H.; Ding, Y.; Shi, Q.; Li, F.; Song, Y.; Yan, J. 5G network-based Internet 
of Things for demand response in smart grid: A survey on application potential. 
Appl. Energy 2020, 257, 113972. 
47. Petros, anu, D.M.; C ˘arut,as,u, G.; C ˘arut,as,u, N.L.; Pîrjan, A. A Review of 
the Recent Developments in Integrating Machine Learning Models with Sensor 
Devices in the Smart Buildings Sector with a View to Attaining Enhanced 
Sensing, Energy Efficiency, and Optimal Building Management. Energies 2019, 
12, 4745. 
48. Luo, X.G.; Zhang, H.B.; Zhang, Z.L.; Yu, Y.; Li, K. A New Framework of 
Intelligent Public Transportation System Based on the Internet of Things. IEEE 
Access 2019, 7, 55290–55304. 
49. Khatua, P.K.; Ramachandaramurthy, V.K.; Kasinathan, P.; Yong, J.Y.; 
Pasupuleti, J.; Rajagopalan, A. Application and Assessment of Internet of 
Things toward the Sustainability of Energy Systems: Challenges and Issues. 
Sustain. Cities Soc. 2019, 101957. 
 
88 
 
50. Haseeb, K.; Almogren, A.; Islam, N.; Ud Din, I.; Jan, Z. An Energy-Efficient 
and Secure Routing Protocol for Intrusion Avoidance in IoT-Based WSN. 
Energies 2019, 12, 4174. 
51. Zouinkhi, A.; Ayadi, H.; Val, T.; Boussaid, B.; Abdelkrim, M.N. Auto-
management of energy in IoT networks. Int. J. Commun. Syst. 2019, 33, e4168. 
52. Internet of Things [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://www.it.ua/knowledge-base/technology-innovation/internet-veschej-
internet-of-things-iot 
53. Internet of Things [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://www.researchgate.net/figure/Burst-Mode-Symmetrical-Double-Sided-
Two-way-Ranging_fig2_221366691 
54. Структура РТЛС [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://d3mm496e6885mw.cloudfront.net/manufacturer_product/5b6a20f23d75c
b0bdfa862c9/specsheet/specSheets/original/RTLSinProductionwp1018.pdf 
55. ZigBee [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://uk.wikiqube.net/wiki/Zigbee 
56. Компоненти мережі  ZigBee[Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: https://salus.ua/2021/11/21/protokol-zigbee/ . 
57. Стек протоколів ZigBee[Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу:http://www.rovdo.com/zigbee-stack 
58. ZigBee [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://uk.wikiqube.net/wiki/Zigbee 
59. Топологія мереж. [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
http://um.co.ua/8/8-13/8-137477.html 
60. Динамічна баєсова мережа. [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: 
https://uk.wikipedia.org/wiki/Динамічна_баєсова_мережа#:~:text=Dynamic%
20Bayesian%20Network%2C%20DBN)%20—
,собою%20через%20суміжні%20проміжки%20часу. 
 
89 
 
61. Криптоалгоритми [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: 
https://wiki.tntu.edu.ua/Класифікація_криптоалгоритмів 
62. Система безпеки ZigBee [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: https://research.kudelskisecurity.com/2017/11/08/zigbee-security-
basics-part-2/ 
63. Багатопроменеве загасання [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: https://uk.wikiqube.net/wiki/fading 
64. Система безпеки ZigBee [Електронний ресурс] – Режим доступу до 
ресурсу: https://research.kudelskisecurity.com/2017/11/08/zigbee-security-
basics-part-2/
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
