Kireev A.O.، Svetlov A.V. شبکه‌های حسگر بی‌سیم در حوزه فناوری‌های حفاظتی

اصطلاح به خوبی تثبیت شده "شبکه حسگر بی سیم" (WSN) دسته جدیدی از سیستم های بی سیم را نشان می دهد که یک شبکه توزیع شده، خودسازمانده و مقاوم به خطا از دستگاه های الکترونیکی مینیاتوری هستند. منابع خودمختارتغذیه. گره‌های هوشمند چنین شبکه‌ای قادرند پیام‌ها را در طول زنجیره ارسال کنند و منطقه پوشش قابل توجهی از سیستم را با توان فرستنده کم و در نتیجه بازده انرژی بالا سیستم فراهم کنند.

در حال حاضر، توجه زیادی به سازماندهی نظارت خودکار مناطق به منظور به دست آوردن اطلاعات عملیاتی در مورد حضور یک متجاوز، حرکت و اقدامات غیرمجاز وی در مناطق مجاور تاسیسات ویژه مهم (هسته ای، دولتی، نظامی) به دولت معطوف شده است. مرزی یا واقع در منطقه مسئولیت زیربخش های شناسایی (نظارت بخش های جلویی، ارتباطات عقب دشمن). برای حل منطقی این مشکلات، لازم است از نسل جدیدی از ابزارها و الگوریتم‌های فنی استفاده شود که اساساً با آنچه در حال حاضر استفاده می‌شود متفاوت است. امیدوار کننده ترین جهت در این زمینه را باید ایجاد شبکه های حسگر بی سیم دانست. آنها امکان نظارت کامل و هدفمند از مناطق وسیع را فراهم می کنند.

با توجه به سیستم های امنیتی اشیاء، WSS باید متجاوز را شناسایی و طبقه بندی کند، مختصات را تعیین کند و مسیر حرکت او را پیش بینی کند. با داشتن اطلاعات توزیع شده، سیستم به طور مستقل تغییری در جهت جریان اطلاعات ایجاد می کند، به عنوان مثال، با دور زدن گره های شکست خورده یا موقتاً غیرفعال، انتقال قابل اعتماد اطلاعات را در سراسر قلمرو کنترل شده و به نقطه مرکزی سازماندهی می کند.

WSN ها نیز امیدوارکننده هستند، که در آنها فرستنده گیرنده هر سنسور در واقع یک سنسور تشخیص شی خواهد بود (اثر کاهش سطح حامل در کانال رادیویی به دلیل ظاهر شدن یک شی در منطقه تحت پوشش شبکه).

برای اطمینان از قابلیت اطمینان بالا و حفاظت از اطلاعات ارسال شده در WSN، لازم است پروتکل های رادیویی خود را توسعه دهیم که در برابر تغییرات در ویژگی های کانال ارتباطی، پارازیت رادیویی، رهگیری و تقلید داده مقاوم باشند. در این مورد، استفاده از فناوری های طیف گسترده - روش های DSSS (توالی عددی مستقیم) و FHSS (پرش فرکانس) توصیه می شود.

در مورد مکانیسم های دسترسی به رسانه انتقال داده، به نظر می رسد الزامات متقابل منحصر به فرد برای بهره وری انرژی بالا سیستم و حداقل تاخیر زمانی برای انتشار داده ها در WSN وجود دارد. استفاده از CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Media Access with Collision Avoidance) به عنوان الگوریتم اصلی دارای اشکالاتی است - دستگاه های شبکه باید در حالت گوش دادن مداوم به هوا باشند که منجر به افزایش مصرف انرژی می شود. در شبکه های کاملا ناهمزمان، این الگوریتم ناکارآمد است.

قابل قبول ترین در چنین شرایطی الگوریتم "اسلات" CSMA / CA است که اصول دسترسی همزمان (تقسیم زمانی TDMA) و دسترسی را بر اساس رقابت ترکیب می کند.

در بین استانداردهای باز در زمینه شبکه‌های حسگر بی‌سیم، تا به امروز تنها استاندارد ZigBee بر اساس استاندارد قبلی 802.15.4 تصویب شده است که لایه فیزیکی (PHY) و لایه دسترسی رسانه (MAC) را برای بی‌سیم توصیف می‌کند. شبکه های شخصی (WPAN). این فناوری در ابتدا برای کارهایی که نیازی به آن ندارند توسعه داده شد سرعت های بالاانتقال اطلاعات دستگاه های چنین شبکه هایی باید تا حد امکان ارزان و با مصرف برق بسیار کم باشند.

در میان مزایای بدون شک راه حل های ZigBee، باید به معایب قابل توجهی نیز اشاره کرد. به عنوان مثال، وجود سه کلاس مختلف از دستگاه ها (هماهنگ کننده ها، روترها و دستگاه های ترمینال) به طور قابل توجهی تحمل خطای شبکه را در صورت خرابی عناصر منفرد آن کاهش می دهد. علاوه بر این، چنین ساخت و ساز مستلزم برنامه ریزی برای قرار دادن دستگاه ها در مرحله طراحی سیستم است؛ بر این اساس، مقاومت شبکه در برابر تغییرات در توپولوژی به شدت کاهش می یابد.

همه این کاستی ها از شبکه های Mesh محروم هستند - شبکه های چند سلولی همتا به همتا که در آن هر گره می تواند بسته ها را در طول فرآیند تحویل رله کند. گره های چنین شبکه ای برابر و قابل تعویض هستند - در نتیجه مقیاس پذیری سیستم بهبود می یابد و تحمل خطا افزایش می یابد.

شبکه حسگر بی سیم سیستم امنیتیباید تا آنجا که ممکن است قلمرو را کنترل کند. در این راستا، یکی از الزامات اصلی برای انتخاب پایه عنصر برای ایجاد یک کانال رادیویی بین گره های شبکه، حداکثر برد ارتباطی است. عملکرد در باند فرکانس 433 مگاهرتز (برای استفاده رایگان در روسیه باز است) در مقایسه با کارکرد در باند مایکروویو 2.4 گیگاهرتز (که طیف اصلی دستگاه های ZigBee برای آن تولید می شود) مزایای زیادی دارد. بنابراین، در باند 433 مگاهرتز، محدوده ارتباط قابل اعتماد چندین برابر بیشتر از باند 2.4 گیگاهرتز با همان قدرت فرستنده است. علاوه بر این، دستگاه هایی که در باند 433 مگاهرتز کار می کنند، مقاومت نسبتاً خوبی در برابر عملکرد موانع در مسیر امواج رادیویی مانند بارش، تغییرات زمین، درختان و غیره دارند. امواج رادیویی 433 مگاهرتز در فضاهای محدود بسیار بهتر منتشر می شوند، مانند به عنوان تونل های مترو، خیابان های شهر، و غیره از امواج رادیویی 2.4 گیگاهرتز. مزیت باند 2.4 گیگاهرتز در سرعت انتقال داده در زمینه فناوری های امنیتی حیاتی نیست، زیرا مقدار اطلاعات ارسالی معمولاً ناچیز و محدود به ده ها بایت است (به استثنای تله متری).

بنابراین، انتخاب یک فرستنده گیرنده برای سایت WSN برای محافظت از اشیاء در باند 433 مگاهرتز انجام می شود. فرستنده و گیرنده باید بازده انرژی بالایی داشته باشند (ولتاژ تغذیه بیش از

3.3 ولت، جریان های کم مصرف)، در محدوده دمایی منفی 40 ... +85 درجه سانتیگراد کار می کنند.

در میان بسیاری از آی سی های فرستنده گیرنده ISM، فرستنده گیرنده های XE-MICS جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده اند. برای استفاده در شبکه های حسگر بی سیم 2 تراشه این شرکت مناسب است: XE1203F و

اینها فرستنده های نیمه دوبلکس تک تراشه یکپارچه هستند که طبق طرح تبدیل مستقیم (Zero-IF) ساخته شده اند و کلیدهای تغییر فرکانس 2 سطحی را بدون شکست فاز (CPFSK) و کد NRZ ارائه می دهند. بنابراین، نوع مدولاسیون حامل اجرا شده در فرستنده گیرنده XEMICS، استفاده منطقی از باند فرکانس کاری را ممکن می سازد.

مشترک برای فرستنده گیرنده های XE1203F و XE1205F مصرف برق بسیار کم است: عملکرد در محدوده ولتاژ تغذیه 2.4 ... 3.6 ولت، جریان های مصرف:

0.2 μA در حالت خواب.

14 میلی آمپر در حالت دریافت؛

62 میلی آمپر در حالت انتقال (+15 dBm).

باند فرکانس کاری: 433-435 مگاهرتز. محدوده دما: منفی 40. +85°С. گیرنده های فرستنده و گیرنده

باورها با یکدیگر یکسان هستند و بر اساس یک طرح تبدیل فرکانس مستقیم ساخته شده اند. در این ماژول ها یک سینت سایزر فرکانس بر اساس PLL سیگما-دلتا با مراحل 500 هرتز تعبیه شده است.

گیرنده ها دارای نشانگر سطح سیگنال دریافتی RSSI (نشانگر قدرت سیگنال دریافتی) هستند که همراه با قابلیت برنامه ریزی توان خروجی، به شما اجازه می دهد تا ایده مدیریت توان تطبیقی ​​را پیاده سازی کنید. فرستنده و گیرنده شامل یک دستگاه کنترل فرکانس FEI (نمایشگر خطای فرکانس) است که به شما امکان می دهد اطلاعاتی در مورد افست فرکانس نوسانگر محلی گیرنده به دست آورید و AFC را سازماندهی کنید.

فرستنده و گیرنده ها همچنین دارای ویژگی تشخیص الگو هستند که به فرستنده و گیرنده اجازه می دهد یک کلمه قابل برنامه ریزی (حداکثر 4 بایت) را در جریان داده دریافتی تشخیص دهد. آخرین ویژگیمی تواند برای شناسایی ماژول ها در WSN استفاده شود که باعث کاهش تعداد بایت های سربار در بسته ارسالی می شود.

تفاوت های اصلی بین این دو ماژول در استفاده آشکار می شود روش های مختلفگسترش طیف

فرستنده گیرنده XE1203F دارای یک بلوک سخت افزاری Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) است. هنگامی که حالت DSSS فعال می شود، هر بیت داده با یک کد بارکر 11 بیتی کدگذاری می شود: 1011011 1000 یا 0x5B8h. تابع همبستگی خودکار کد بارکر دارای یک اوج خود همبستگی مشخص است.

برخلاف XE1203F، فرستنده گیرنده XE1205F (و ماژول DP1205F مبتنی بر آن) یک دستگاه باند باریک است. کوچکترین مقدار فیلتر باند عبور داخلی که می تواند توسط رجیستر پیکربندی 2 بیتی تنظیم شود 10 کیلوهرتز است (با استفاده از ویژه تنظیمات اضافی، این مقدار را حتی می توان به 7 کیلوهرتز کاهش داد!). تعداد کانال های ممکن در این مورد

این قابلیت به XE1205F اجازه می دهد تا برای کاربردهای باند باریک خاص استفاده شود. در صورتی که نرخ داده و انحراف فرکانس به ترتیب از 4800 بیت و 5 کیلوهرتز تجاوز نکند و به شرطی که فرکانس ساعت نوسانگر مرجع توسط تشدید کننده ای با ثبات بالا تثبیت شود یا از تصحیح فرکانس استفاده شود، می توان از باریک شدن باند استفاده کرد.

فرستنده و گیرنده از یک FIFO 16 بایتی برای ذخیره بایت های داده ارسال شده یا دریافت شده استفاده می کند. بایت های داده از بافر FIFO روی یک استاندارد خارجی 3 سیم منتقل و دریافت می شوند رابط سریال SPI.

باند باریک و همچنین زمان بازیابی فرستنده کم هنگام سوئیچینگ بین کانال ها (~ 150 میکرو ثانیه)، استفاده از فرستنده گیرنده XE1205F را برای ساخت سیستم های رادیویی با استفاده از روش پرش فرکانس (FHSS) ممکن می سازد. روش پرش فرکانس به این معنی است که کل پهنای باند اختصاص داده شده برای انتقال به تعداد معینی کانال فرکانس تقسیم می شود. جهش ها از کانالی به کانال دیگر به صورت همزمان و در برخی توالی (مثلاً خطی یا شبه تصادفی) رخ می دهد.

XE1205F همچنین از حساسیت گیرنده 121-dBm پیشرو در کلاس بهره می برد.

در مورد نرخ انتقال داده، قابلیت های ماژول XE1203F هنگام استفاده از کدک Barker حتی برای سیستم های امنیتی - فقط 1.154 کیلوبیت در ثانیه - ناکافی به نظر می رسد. این شاخص اجازه اجرای یک WSN کارآمد را نمی دهد، زیرا زمان خواب ارائه شده توسط پروتکل CSMA/CA بسیار کوتاه خواهد بود.

فرستنده و گیرنده گره های شبکه حسگر بی سیم برای محافظت از اشیاء باید این توانایی را فراهم کنند:

ایجاد یک شبکه مش با برد افزایش یافته؛

پیاده سازی لایه فیزیکی فناوری های گسترش طیف FHSS.

پیاده سازی در سطح دسترسی به محیط - "اسلات" CSMA / CA با همگام سازی دسترسی.

با توجه به موارد فوق، می توان نتیجه گرفت که ترجیحاً از ماژول فرستنده گیرنده XE1205F برای سازماندهی سطوح فیزیکی و MAC یک شبکه حسگر بی سیم برای محافظت از اشیاء استفاده شود.

ادبیات

1. Varaguzin V. شبکه های رادیویی برای جمع آوری داده ها از حسگرها، نظارت و کنترل بر اساس استاندارد IEEE 802.15.4 // TeleMultiMedia. - 2005.-№6.- С23-27. - www.telemultimedia.ru

2. Vishnevsky V.M., Lyakhov A.I., Portnoy S.L., Shakhnovich I.V. شبکه های بی سیم پهن باند برای انتقال اطلاعات. - M.: Technosphere, 2005 - 592 p.

3. Baskakov S., Oganov V. شبکه های حسگر بی سیم مبتنی بر پلت فرم MeshLogic™ // Electronic

اجزاء. - 2006. - شماره 8. - ص 65-69.

4. Goryunov G. یکپارچه گیرنده مایکروویو XE1203. // جهان قطعات الکترونیکی. - 2004. - №1. -

نسخه شرکتی فناوری اینترنت اشیا (IoT) امروزه به طور فعال در صنعت استفاده می شود. اینترنت اشیاء سازمانی (EIoT) از شبکه‌های حسگر بی‌سیم و کنترل‌ها برای ارائه راه‌های جدید برای کنترل ماشین‌ها و تجهیزات شرکت‌ها استفاده می‌کند. حسگرهای بی‌سیم، که توسط یک باتری کوچک بدون اتصال به منبع تغذیه سیمی تغذیه می‌شوند، می‌توانند در محیط‌های صنعتی در مکان‌هایی قرار بگیرند که کاملاً برای کنترل‌های نسل قبلی غیرقابل دسترس هستند.

EIoT قابلیت اطمینان، امنیت و قابلیت همکاری سیستم‌ها و تجهیزات را افزایش داده است تا سخت‌گیرانه‌ترین الزامات برای اجرای فناوری‌های بی‌سیم در این زمینه را برآورده کند، نه تنها در صنعت، بلکه در مراقبت‌های بهداشتی، خدمات مالی و غیره. EIoT نیازهای این مناطق توسط چه مشخصات فنیو عناصر طراحی این فناوری جدید بسیار برتر از فناوری‌های مشابه اینترنت اشیا دستگاه‌های سنتی هستند که برای کاربردهای مصرف‌کننده یا تجاری کمتر طراحی شده‌اند.

مسائل EIoT

سنسورها و کنترل‌های دارای EIoT می‌توانند تقریباً در هر مکانی کار کنند محیط صنعتی، اما تا به حال بیشتر یک موضوع شانس بوده است، زیرا هر تجهیزات صنعتی برای استفاده در شبکه های بی سیم ایده آل نیستند. این به این دلیل است که دو عنصر مرتبط اما به ظاهر متناقض در استقرار اینترنت اشیا وجود دارد:

1. خود شبکه بی سیم دستگاه ها که با استفاده از سنسورها و کنترل های مرتبط با فناوری برد کوتاه با مصرف انرژی کم نصب می شود.
2. شبکه‌ای از حسگرهای اینترنت اشیا که با تجهیزات، کنترل‌کننده‌ها و بخش‌هایی از شبکه در حال حاضر در فاصله‌ای بیشتر در تعامل هستند.

برنج. 1. برنامه های کاربردی دور از مراکز شهری و خدمات مخابراتی سنتی می توانند از پروتکل ارتباطی کم مصرف مانند LoRa برای سازماندهی یک شبکه جهانی استفاده کنند.

این عدم امکان ارتباط قابل اعتماد در فواصل طولانی است که اغلب مهمترین مانع در یک محیط صنعتی است. این مشکل یک دلیل ساده دارد: مخابرات، که از طریق خطوط کابلی سیمی یا با استفاده از انتقال سیگنال از طریق دکل ها انجام می شود. ارتباط سلولی، همیشه در مکان های تجهیزات صنعتی موجود نیست. علاوه بر این، هزینه استفاده از خدمات سلولی تنها برای تحویل چندین بسته داده از حسگرها در یک جلسه ارتباطی، هم از نظر اقتصادی و هم از لحاظ فنی کاملاً منطقی نیست. علاوه بر این، اغلب مشکل تامین برق برای سنسورها و دستگاه های ارتباطی وجود دارد که سازماندهی آن در مکان های دوردست که تجهیزات یا زیرساخت مستقیماً از شبکه صنعتی تغذیه نمی شود بسیار دشوار است.

علیرغم پوشش گسترده ارتباطات سلولی در شهرک ها، در برخی مکان ها خدمات قابل اعتمادی برای سازماندهی وجود ندارد ارتباطات بی سیم. این یک مشکل رایج در مناطق روستایی و مکان‌های دور از تجهیزات صنعتی است، مانند تجهیزات جدا شده نفت و گاز یا حمل و نقل خط لوله، سیستم‌های تامین آب و فاضلاب (شکل 1) و غیره. چنین مکان‌هایی نیز اغلب از نزدیکترین خدمات فنی دور هستند. پرسنلی که عملکرد صحیح دستگاه ها را بررسی می کنند. گاهی اوقات یک مهندس یک روز کامل یا حتی چندین روز طول می کشد تا به تجهیزات برسد و آنها را بررسی کند. پیدا کردن متخصصانی که مایل به کار در چنین مناطق دوردستی هستند، اغلب دشوار و آسان است. از آنجایی که به دلیل پوشش محدود ارتباطی، سنسورها و کنترل‌های دارای EIoT در سایت‌های راه دور بسیار نادر هستند، شبکه‌های کم مصرف (LPWAN) در اینجا به کمک می‌آیند.

BLE و LPWAN

پرکاربردترین فناوری بی سیمبرد کوتاه در سیستم های EIoT فناوری کم انرژی بلوتوث است - BLE (eng. بلوتوث کم استانرژی که با نام بلوتوث هوشمند نیز شناخته می شود). دلیل اصلی محبوبیت بالای BLE برای EIoT بهره وری انرژی آن است که به سنسورها و کنترل ها اجازه می دهد تا برای مدت طولانی با مصرف باتری بسیار کم کار کنند. BLE چرخه های خواب، آماده به کار و چرخه های فعال را مدیریت می کند. BLE همچنین به دلیل قدرت سیگنال RF خود به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، که به این فناوری اجازه می دهد حتی در محیط های دشوار با افزایش سطوح نویز فرکانس بالا به طور موثر کار کند. سیگنال های دیجیتالاز تجهیزات کامپیوتری و حتی در صورت وجود موانع فیزیکی برای انتشار امواج رادیویی. اما همانطور که می دانید همه این عوامل برای محیط صنعتی آشنا هستند.

در پروژه های پیاده سازی EIoT، این فناوری BLE است که اساس سازماندهی ارتباطات کوتاه برد است. علاوه بر این، می توان از آن هم در مجتمع های تجهیزات صنعتی که هنوز در حال طراحی هستند استفاده کرد. با این حال، چنین شبکه‌ای از دستگاه‌های دارای BLE به راهی برای دریافت دستورالعمل‌ها و انتقال داده‌ها در فواصل طولانی‌تر نیاز دارد. تکیه بر یک زیرساخت مخابراتی سنتی که امکان سیگنال های Wi-Fi یا سلولی دوطرفه را فراهم می کند، به دلیل مانعی که کاربرد این شبکه های حسگر و کنترل را محدود می کند، امکان پذیر نیست. با ترکیب BLE با فوق برد و بهره وری انرژی فناوری LoRa، شرکت ها توانسته اند EIoT را در مکان هایی که زیرساخت های مخابراتی و زیرساخت های برق در دسترس نیستند، مستقر کنند و این به نوبه خود، جغرافیای پیاده سازی اینترنت را گسترش داده است. فناوری چیزها

برنج. 2. سنسورها ابتدا به مشتری LoRa و سپس از طریق دروازه LoRa متصل می شوند

پروتکل LoRa WAN اغلب LPWAN است زیرا انتقال داده و ارتباط دو طرفه ایمن را با شبکه های IoT در فواصل طولانی برای سال های طولانی بدون تعویض باتری فراهم می کند. هنگام استفاده از فناوری LoRa امکان ارسال و دریافت سیگنال تا فاصله حدود 16 کیلومتری وجود دارد و در صورت نیاز ریپیترها (تکرار کننده ها) می توانند این فاصله را تا صدها کیلومتر افزایش دهند. روی انجیر شکل 2 نحوه عملکرد LoRa را نشان می دهد. برای کاربردهای اینترنت اشیا، LoRa دقیقاً به دلیل ویژگی‌ها و قابلیت‌های اقتصادی آن مزایای زیادی دارد:

• از آنجایی که LoRa، مانند BLE، یک فناوری بسیار کم مصرف است، می‌تواند بر روی شبکه‌های دستگاه اینترنت اشیا با باتری کار کند و می‌تواند عمر باتری طولانی را بدون نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر فراهم کند.
• گره های LoRa ارزان هستند و به شرکت ها این امکان را می دهند که هزینه انتقال داده ها را از طریق سیستم های سلولی کاهش دهند و همچنین نصب فیبر نوری یا کابل های مسی را حذف کنند. این یک مانع مالی بزرگ برای اتصال سنسورها و تجهیزات از راه دور را از بین می برد.
• فناوری LoRa به خوبی با آن کار می کند دستگاه های شبکهدر داخل ساختمان، از جمله در محیط های پیچیده صنعتی قرار می گیرد.
• LoRa با پشتیبانی از میلیون ها گره بسیار مقیاس پذیر و قابل همکاری است و می تواند به شبکه های داده عمومی و خصوصی و سیستم های ارتباطی دو جهته متصل شود.

بنابراین، در حالی که سایر فناوری‌های LPWAN تنها قادر به حل مشکل محدوده ارتباطی در پیاده‌سازی راه‌حل‌های IoT در دراز مدت خواهند بود، فناوری LoRa ارتباطات دو جهته، ضد پارازیت و محتوای اطلاعاتی بالایی را برای این کار ارائه می‌دهد.

LoRa همچنین دارای یک اشکال قابل توجه است - کم توان عملیاتی. این باعث می شود برای برنامه هایی که نیاز به جریان داده دارند نامناسب باشد. با این حال، این محدودیت مانع استفاده از آن برای طیف گسترده ای از برنامه های IoT نمی شود که در آن تنها بسته های داده کوچک هر از گاهی منتقل می شوند.

اثر متقابل

برنج. 3. ماژول RM1xx از Laird که شامل قابلیت های ارتباطیبرای پروتکل های شبکه بی سیم LoRa و بلوتوث

پتانسیل LoRa زمانی دو برابر می شود که با فناوری هایی مانند BLE ترکیب شود. آنها با هم مجموعه ای از قابلیت های بی سیم بسیار کم توان را برای ارتباطات کوتاه و بلند ارائه می کنند که قابلیت های شبکه های EIoT را افزایش می دهد. به عنوان مثال، بخش مرکزی مناطق شهری را می توان تنها با چند دروازه LoRaWAN پوشش داد، که اساس شبکه های حسگر BLE هستند، که اکنون مستقل از زیرساخت های مخابراتی سنتی هستند. بنابراین، همزیستی LoRa و BLE تعدادی از موانع گسترش اینترنت اشیا را هم در کلان شهرها و هم در شهرهای کوچک که موانعی برای اجرای گسترده اینترنت اشیا دارند، از بین می برد. با این حال، بزرگترین ذینفعان از ترکیب LoRA و BLE سنسورهای بی سیم، کنترل ها و سایر تجهیزات هستند که اکنون می توانند بدون هیچ محدودیتی به معنای واقعی کلمه در هر جایی نصب شوند (شکل 3). این یک امتیاز ویژه BLE است. BLE همچنین به این دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا در یک شبکه یکپارچه و با برد کوتاه با هم کار کنند، مثلاً از تلفن‌های هوشمند یا تبلت‌ها که در این مورد به عنوان نمایشگرهای بی‌سیم از راه دور استفاده می‌شوند. در این باندل، فناوری LoRa بر اساس قابلیت های موبایل BLE، به عنوان نوعی ایستگاه رله رادیویی، که می تواند داده ها را در فواصل طولانی ارسال و دریافت کند. علاوه بر این، این فاصله ها را می توان با دروازه های ساده برای انتقال سیگنال افزایش داد.

در حال حاضر بسیاری وجود دارد نمونه های خوب، نشان می دهد که چگونه جفت شدن LoRa و BLE به شبکه های EIoT اجازه می دهد تا به یک مسیر کاملاً متفاوت برسند سطح فنیو گسترش خود را افزایش دهید.

تقریباً تمام حوزه های زندگی در قرن بیست و یکم به فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) وابسته است. داده ها نه تنها توسط افراد، بلکه توسط انواع سیستم های هوشمند رد و بدل می شود. تلفن های همراه، دستگاه های پوشیدنی، دستگاه های خودپرداز، سنسورها. حداقل 5 میلیارد دستگاه در حال حاضر به اینترنت اشیا متصل هستند. عملکرد هر مجتمع بزرگ - شرکت های صنعت، انرژی، کشاورزی، مراکز خرید، موزه ها، دفاتر، ساختمان های مسکونی - با نظارت مداوم بر وضعیت در قلمرو آنها همراه است. سنسورهای حساس در زمان واقعی بر سلامت تجهیزات، سازماندهی تعامل دستگاه ها با یکدیگر نظارت می کنند، در مورد نیاز به تعویض آنها یا در مورد آنها هشدار می دهند. موقعیت های اضطراری. با افزایش سریع حجم داده ها، یک راه آسان و راحت برای به اشتراک گذاری آنها بین دستگاه ها و مراکز داده مورد نیاز است.

نسخه چاپی:

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN، شبکه‌های حسگر بی‌سیم)، متشکل از حسگرهای بی‌سیم و دستگاه‌های کنترلی و قادر به خودسازماندهی با استفاده از الگوریتم‌های هوشمند، چشم‌اندازی در مقیاس بزرگ برای نظارت بر سلامت انسان نشان می‌دهند. محیط، عملکرد سیستم های تولید و حمل و نقل، حسابداری منابع مختلف و غیره. این شماره از خبرنامه روندهای فن آوری در زمینه WSN مربوط به اطمینان از عملکرد مداوم سنسورهای بی سیم و کاربرد آنها در دو حوزه اقتصاد مدرن را ارائه می دهد. تولید پیشرفته (تولید پیشرفته) و انرژی «هوشمند» (شبکه هوشمند).

دستگاه های لمسی خود بارگذاری شونده

برای توسعه شبکه های حسگر بی سیم، حل مشکل منبع تغذیه آنها مهم است. یک روند امیدوار کننده ایجاد دستگاه های مستقل با دوام با حداقل مصرف انرژی - تبدیل شده از منابع خارجی است.

برای مثال، دستگاه‌های لمسی بی‌سیم می‌توانند با انرژی رادیویی که از فرستنده به آن‌ها ارسال می‌شود (مانند دستگاه‌های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) یا کارت‌های هوشمند بدون تماس) تغذیه شوند. این انرژی توسط دستگاه هم برای شارژ مجدد حسگر و هم برای تولید یک سیگنال پاسخ با اطلاعات مربوط به وضعیت فعلی جسم کنترل شده استفاده می شود.

راه دیگر تبدیل انرژی غیرفعال از محیط خارجی(برداشت انرژی): خورشیدی (خارج از محل در هوای نسبتاً صاف)، حرارتی، انرژی ارتعاشات مکانیکی (از دستگاه های مجاور - ماشین های مونتاژ، نوار نقاله ها و غیره)، انرژی ارتعاشات خود سنسور (در مورد دستگاه های پوشیدنی) ، انتشار رادیویی پس زمینه از وسایل الکتریکی اطراف (از جمله Wi-Fi).

اثرات با کاهش ضایعات بسیار سمی منابع انرژی مصرف شده، تأثیر منفی بر محیط زیست کاهش می یابد. استفاده از خود بارگذاری دستگاه های لمسیبه توسعه کمک خواهد کرد دستگاه های بی سیم"اینترنت اشیا"، پزشکی شخصی (دستگاه های پوشیدنی و کاشتنی که شاخص های سلامت انسان را نظارت می کنند)، و همچنین فناوری های سازگار با محیط زیست (فناوری های سبز) در انرژی، صنعت (به ویژه در صنایع خطرناک) و سایر زمینه ها.

برآوردهای بازار 30.1 میلیارد تا سال 2020، 30.1 میلیارد دستگاه بی سیم در جهان وجود خواهد داشت. سهم بالقوه دستگاه های خود بارگیری به 30-65٪ خواهد رسید. حداکثر تجلی روند در سال های 2020-2030 پیش بینی می شود.

رانندگان و موانع ارتباط این روند به دلیل کوچک شدن دستگاه های بی سیم و کاهش هزینه آنها به طور مداوم در حال افزایش است. توسعه جهت توسط مقدار ناکافی انرژی در مدل های فعلی حسگرهای بی سیم تبدیل شده از محیط خارجی، که برای نظارت بر وضعیت تجهیزات پیچیده و ارسال دوره ای اطلاعات به مرکز پردازش داده ضروری است، مانع می شود.

تحقق تولید پیشرفته مبتنی بر شبکه های حسگر بی سیم

استفاده غیرمنطقی از منابع و ظرفیت های تولید، تولید مقدار زیادی زباله آلاینده، عدم نظارت مداوم بر وضعیت تأسیسات در شرکت ها - این و سایر مشکلات صنعت مدرن انتقال به یک مدل تولید پیشرفته را تحریک می کند. با استفاده از مواد جدید و فن آوری های سازگار با محیط زیست (فناوری های سبز)، و همچنین استفاده گسترده از فناوری اطلاعات و ارتباطات و سیستم های هوشمند، به ویژه رباتیک و شبکه های حسگر بی سیم مشخص می شود.

شبکه‌های حسگر بی‌سیم صنعتی (IBSS، شبکه‌های حسگر بی‌سیم صنعتی) - مهمترین عامل در اجرای تولید پیشرفته. مجموعه ای از حسگرهای بی سیم متصل به هم و سیستم های اطلاعاتی، که داده های حسگرها را پردازش می کند و با استفاده از دستگاه های کنترلی با اشیاء کنترل شده تعامل می کند. چنین سیستم خودکاری به هرگونه تغییر در شاخص ها در شرکت پاسخ می دهد ، پرسنل را در مورد حوادث و موقعیت های مشکل آگاه می کند ، کارایی استفاده از تجهیزات را تجزیه و تحلیل می کند ، سطح آلودگی محیطی و حجم زباله تولید شده را ارزیابی می کند.

اثرات اجرای تولید پیشرفته باعث افزایش کارایی، دقت و انعطاف پذیری کنترل فرآیند در شرکت های بزرگ و کیفیت محصولات، حل مسائل بهینه سازی منابع و شناسایی تنگناها می شود. به حداقل رساندن خطرات در تولید (به دلیل اتوماسیون بیشتر) و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به طور قابل توجهی بار صنعتی را بر محیط زیست کاهش می دهد.

برآوردهای بازار 3.8 میلیارد دلار در سال 2017 به اندازه بازار شبکه های حسگر بی سیم صنعتی می رسد. توزیع انبوه IBSS در سال های 2017-2020 پیش بینی شده است.

رانندگان و موانع توسعه دستگاه های حسگر خود بارگذاری، انتقال به کنترل دیجیتال تجهیزات تولید، معرفی انبوه سیستم های رباتیک باعث تحریک توسعه این روند می شود. استاندارد نبودن شبکه‌های حسگر بی‌سیم و زیرساخت‌های قدیمی فناوری اطلاعات و ارتباطات در بسیاری از شرکت‌های صنعتی، انتقال به مدل‌های پیشرفته تولید را کند می‌کند.

شبکه های "هوشمند".

مشکل جهانی استفاده غیرمنطقی از برق به ویژه برای روسیه مهم است. هزینه های بالای تولید برق باعث افزایش هزینه تولید می شود که باری مضاعف بر دوش مصرف کننده نهایی وارد می کند. برای بهبود کارایی و قابلیت اطمینان سیستم های انرژی، بسیاری از کشورها به سمت مفهوم شبکه های انرژی "هوشمند" (شبکه هوشمند) حرکت می کنند.

چنین شبکه ای تمام منابع مولد متصل به آن، شبکه های اصلی و توزیع و اشیایی که برق مصرف می کنند را به صورت بلادرنگ مدیریت می کند. برای مدیریت شبکه «هوشمند» از شبکه های حسگر بی سیم استفاده می شود که حجم تولید انرژی و مصرف انرژی در بخش های مختلف آن را کنترل می کند. با کمک سیستم های اطلاعاتی توزیع بهینه انرژی در شبکه محاسبه می شود، پیش بینی ها برای فصول و بازه های مختلف شبانه روز انجام می شود، تولید و تحویل انرژی همگام می شود و ایمنی خطوط برق پایش می شود. برای افزایش کارایی شبکه برق، عناصر غیر بحرانی آن برای دوره کاهش فعالیت خاموش می شوند.

اثرات نظارت و کنترل مستمر دستگاه ها در سیستم برق باعث کاهش قطعی برق می شود. صرفه جویی قابل توجه در هزینه در تولید آن منجر به اثرات مثبت برای صنعت، حوزه اجتماعی و محیط زیست می شود (در حال حاضر در روسیه سهم انرژی در آلودگی هوا 26.8٪ است - حداکثر مقدار در مقایسه با سایر مناطق).

برآوردهای بازار 63 میلیارد دلار تا سال 2020 به اندازه بازار جهانی فناوری‌های شبکه هوشمند با میانگین نرخ رشد سالانه بیش از 8 درصد خواهد بود. 2018–2025 - دوره حداکثر تجلی روند.

رانندگان و موانع معرفی مقررات و استانداردهای زیست محیطی سختگیرانه تر این روند را تسریع می کند. لحظه مناسب برای معرفی شبکه هوشمند در روسیه، تجدید برنامه ریزی شده تأسیسات زیرساختی صنعت برق است. انتقال به مفهوم شبکه هوشمند به دلیل مقیاس بزرگ صنعت، هزینه بالا و زمان قابل توجهی که برای تجدید فناوری آن صرف می شود، پیچیده است. تعطیلی دوره ای نیروگاه ها در طول نوسازی شبکه های برق مشکلی برای شرکت های مصرف کننده است.

نظارت بر روندهای فناوری جهانی توسط مؤسسه تحقیقات آماری و اقتصاد دانش دانشکده عالی اقتصاد () به عنوان بخشی از برنامه تحقیقات پایه دانشکده عالی اقتصاد دانشگاه تحقیقات ملی انجام می شود.

در تهیه نامه ترند از منابع زیر استفاده شده است: پیش بینی توسعه علمی و فناوری فدراسیون روسیه تا سال 2030(prognoz2030.hse.ru)، مطالب مجلات علمی "آینده نگری"(foresight-journal.hse.ru)، داده ها وب علم, مدار، idc.com، marketsandmarkets.com، wintergreenresearch.com، greentechmedia.com، greenpatrol.ru، و غیره.

معماری یک شبکه حسگر بی سیم معمولی

شبکه حسگر بی سیمیک شبکه توزیع شده و خودسازمانده از بسیاری از حسگرها (حسگرها) و محرک ها است که از طریق یک کانال رادیویی به هم متصل شده اند. علاوه بر این، منطقه تحت پوشش چنین شبکه ای به دلیل توانایی انتقال پیام از یک عنصر به عنصر دیگر می تواند از چندین متر تا چندین کیلومتر متغیر باشد.

تاریخچه و دامنه

یکی از اولین نمونه های اولیه شبکه حسگر را می توان سیستم SOSUS در نظر گرفت که برای شناسایی و شناسایی زیردریایی ها طراحی شده است. فن آوری های شبکه های حسگر بی سیم نسبتاً اخیراً - در اواسط دهه 1990 - به طور فعال شروع به توسعه کردند. با این حال، تنها در آغاز قرن بیست و یکم، توسعه میکروالکترونیک امکان تولید یک پایه عنصر نسبتاً ارزان را برای چنین دستگاه هایی فراهم کرد. شبکه های بی سیم مدرن عمدتا بر اساس استاندارد ZigBee هستند. تعداد قابل توجهی از صنایع و بخش های بازار (تولید، انواع مختلفحمل و نقل، پشتیبانی حیات، امنیت) آماده اجرای شبکه های حسگر است و این تعداد به طور مداوم در حال افزایش است. این روند به دلیل پیچیدگی فرآیندهای تکنولوژیکی، توسعه تولید، نیازهای روزافزون افراد در بخش‌های امنیت، کنترل منابع و استفاده از موجودی است. با توسعه فن آوری های نیمه هادی، وظایف عملی جدید و مشکلات نظری مربوط به کاربردهای شبکه های حسگر در صنعت، مسکن و خدمات عمومی و خانوارها ظاهر می شود. استفاده از دستگاه‌های کنترل حسگر بی‌سیم کم‌هزینه، زمینه‌های جدیدی را برای استفاده از تله‌متری و سیستم‌های کنترل باز می‌کند، مانند:

• تشخیص به موقع خرابی های احتمالی محرک ها، برای کنترل پارامترهایی مانند لرزش، دما، فشار و غیره.
• کنترل دسترسی بلادرنگ به سیستم های راه دور شی مورد نظارت؛
  • تضمین حفاظت از ارزش های موزه
  • حسابداری نمایشگاه ها
  • بازبینی خودکار نمایشگاه ها
• اتوماسیون بازرسی و نگهداری دارایی های صنعتی؛
• مدیریت دارایی های تجاری؛
• کاربرد به عنوان اجزاء در فن آوری های صرفه جویی در انرژی و منابع؛
• کنترل پارامترهای اکولوژیکی محیط

لازم به ذکر است که با وجود سابقه طولانی شبکه های حسگر، مفهوم ساخت شبکه حسگر در نهایت شکل نگرفته و در راه حل های نرم افزاری و سخت افزاری (پلتفرمی) خاصی بیان نشده است. اجرای شبکه های حسگر در مرحله فعلی تا حد زیادی به الزامات خاص کار صنعتی بستگی دارد. پیاده‌سازی معماری، نرم‌افزار و سخت‌افزار در مرحله شکل‌گیری فناوری فشرده است که توجه توسعه‌دهندگان را به منظور جستجوی یک جایگاه فناوری برای تولیدکنندگان آینده جلب می‌کند.

فن آوری

شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) از دستگاه‌های محاسباتی مینیاتوری - موت‌ها، مجهز به حسگرها (حسگرهای دما، فشار، نور، سطح ارتعاش، مکان و غیره) و فرستنده‌های سیگنال که در یک محدوده رادیویی معین کار می‌کنند، تشکیل شده‌اند. معماری انعطاف‌پذیر، کاهش هزینه‌های نصب، شبکه‌های حسگر هوشمند بی‌سیم را از سایر رابط‌های انتقال داده بی‌سیم و سیمی متمایز می‌کند، به خصوص وقتی صحبت از تعداد زیادی دستگاه متصل به هم باشد، شبکه حسگر به شما امکان می‌دهد تا ۶۵۰۰۰ دستگاه را متصل کنید. کاهش مداوم هزینه راه حل های بی سیم، افزایش پارامترهای عملیاتی آنها، امکان تغییر تدریجی راه حل های سیمی در سیستم های جمع آوری داده های تله متری، تشخیص از راه دور و تبادل اطلاعات را فراهم می کند. «شبکه حسی» امروزه یک اصطلاح جا افتاده است. شبکه های حسگر) که یک شبکه توزیع شده، خودسازمانده و مقاوم در برابر خطا از عناصر منفرد بدون مراقبت و بدون نیاز به نصب خاص دستگاه است. هر گره شبکه حسگر می تواند شامل باشد سنسورهای مختلفبرای کنترل محیطی، میکرو کامپیوتر و فرستنده رادیویی. این به دستگاه اجازه می دهد تا اندازه گیری کند، به طور مستقل پردازش داده های اولیه را انجام دهد و ارتباط با یک سیستم اطلاعات خارجی را حفظ کند.

فناوری رله برد کوتاه 802.15.4/ZigBee، معروف به "شبکه های حسگر" WSN - شبکه حسگر بی سیم) یکی از جهت گیری های مدرن در توسعه سیستم های توزیع شده متحمل خطا خود سازماندهی برای نظارت و مدیریت منابع و فرآیندها است. امروزه، فناوری شبکه حسگر بی‌سیم تنها فناوری بی‌سیمی است که می‌تواند وظایف نظارت و کنترل را که برای زمان عملکرد حسگرها حیاتی هستند، حل کند. حسگرها که در یک شبکه حسگر بی سیم ترکیب شده اند، یک سیستم خودسازماندهی توزیع شده در منطقه را برای جمع آوری، پردازش و انتقال اطلاعات تشکیل می دهند. حوزه اصلی کاربرد، کنترل و نظارت بر پارامترهای اندازه گیری شده رسانه ها و اشیاء فیزیکی است.

استاندارد پذیرفته شده IEEE 802.15.4 کنترل دسترسی به کانال بی سیم و لایه فیزیکی را برای شبکه های شخصی بی سیم با سرعت کم، یعنی دو لایه پایین مطابق با مدل شبکه OSI توصیف می کند. معماری شبکه حسگر "کلاسیک" بر اساس یک گره معمولی است که شامل نمونه ای از یک گره معمولی RC2200AT-SPPIO است:

• مسیر رادیویی؛
• ماژول پردازنده؛
• باتری؛
• سنسورهای مختلف

یک گره معمولی را می توان با سه نوع دستگاه نشان داد:

• هماهنگ کننده شبکه (FFD - دستگاه کاملاً عملکردی)؛
  • هماهنگی جهانی، سازماندهی و تنظیم پارامترهای شبکه را انجام می دهد.
  • پیچیده ترین از سه نوع دستگاه که به بیشترین حافظه و منبع تغذیه نیاز دارد.

• دستگاه با مجموعه کاملی از عملکردها (FFD - دستگاه کاملاً عملکردی)؛
  • پشتیبانی از 802.15.4؛
  • حافظه اضافی و مصرف انرژی به شما امکان می دهد به عنوان هماهنگ کننده شبکه عمل کنید.
  • پشتیبانی از انواع توپولوژی ها ("نقطه به نقطه"، "ستاره"، "درخت"، "شبکه مش")؛
  • توانایی عمل به عنوان هماهنگ کننده شبکه؛
  • امکان دسترسی به دستگاه های دیگر در شبکه؛
• (RFD - دستگاه عملکرد کاهش یافته)؛
  • از مجموعه محدودی از ویژگی های 802.15.4 پشتیبانی می کند.
  • پشتیبانی از توپولوژی های نقطه به نقطه، ستاره.
  • به عنوان هماهنگ کننده عمل نمی کند.
  • با هماهنگ کننده شبکه و روتر تماس می گیرد.

یادداشت

1. 1 2 3 Ragozin DV مدل سازی شبکه های حسگر همگام. مشکلات برنامه نویسی 2008. شماره 2-3. ویژه نامه - 721-729 ص.
2. Baranova E. IEEE 802.15.4 و نرم افزار افزونه آن ZigBee. // Telemultimedia، 8 مه 2008.
3. Levis P.، Madden S.، Polastre J. و Dr. "TinyOS: یک سیستم عامل برای شبکه های حسگر بی سیم" // W. Weber, J.M. Rabaey, E. Aarts (Eds.) // In Ambient Intelligence. - New York, NY: Springer-Verlag, 2005. - 374 p.
4. الگوریتمی شبکه های حسگر بی سیم را می پذیرد. // میروسلاو کوتولوفسکی، ژاک سیچون، پرزمیسلاو کوبیاک، ویرایش. – لهستان، وروزلاو: اسپرینگر، 2007.
5. سیستم های هوشمند مبتنی بر شبکه های حسگر - www.ipmce.ru/img/release/is_sensor.pdf // موسسه مکانیک ظریف و مهندسی کامپیوتر به نام A.I. S.A. لبدف RAN، 2009.
6. ماژول های ZigBee به طور کامل از RadioCrafts تکمیل شده است. - kit-e.ru/articles/wireless/2006_3_138.php // اجزاء و فن آوری ها.
7. پشته پروتکل ZigBee/802.15.4 در پلت فرم نیمه هادی Freescale - www.freescale.com/files/abstract/global/RUSSIA_STKARCH_OV.ppt، 2004

دانلود
این چکیده بر اساس

نزدیک است روزی که صدها میلیون حسگر نیمه هادی در هر چیزی که ممکن است، از جا کلیدی گرفته تا کالسکه کودک، ادغام شوند. و همه آنها می توانند نه تنها به عنوان حسگرهای هوشمند عمل کنند، بلکه پردازش اطلاعات اولیه و همچنین تعامل با یکدیگر را نیز انجام می دهند و یک شبکه حسگر بی سیم واحد را تشکیل می دهند. در عین حال ، چنین سنسورهایی عملاً برق مصرف نمی کنند ، زیرا باتری های مینیاتوری داخلی چندین سال ، یعنی برای کل عمر سنسورها دوام می آورند. این یک نوع مفهومی جدید خواهد بود سیستم کامپیوتریکار با یک شبکه حسگر بی سیم چنین شبکه ای Ad-hoc Wireless Sensor Networks نامیده می شود. اصطلاح Ad-hoc از شبکه های بی سیم مدرن مانند استاندارد IEEE 802.11b وام گرفته شده است. چنین شبکه های بی سیم دارای دو حالت تعامل هستند: حالت زیرساخت و Ad-hoc. در حالت زیرساخت، گره‌های شبکه مستقیماً با یکدیگر تعامل نمی‌کنند، بلکه از طریق یک Access Point که به عنوان نوعی هاب در یک شبکه بی‌سیم عمل می‌کند (مشابه آنچه در شبکه‌های کابلی سنتی اتفاق می‌افتد) عمل می‌کند. در حالت Ad-hoc که به آن Peer-to-Peer نیز می گویند، ایستگاه ها مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. بر این اساس، در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، حالت Ad-hoc به این معنی است که همه حسگرها مستقیماً با یکدیگر تعامل دارند و نوعی شبکه سلولی ایجاد می‌کنند.

شبکه‌های حسگر بی‌سیم نوعی گام به سوی عصر بعدی هستند - زمانی که رایانه‌ها مستقیماً به دنیای فیزیکی متصل می‌شوند و می‌توانند خواسته‌های کاربران را حدس بزنند و همچنین برای آنها تصمیم بگیرند.
بیایید کمی رویاپردازی کنیم که چنین شبکه های حسگر در آینده چه چیزی برای ما به ارمغان خواهند آورد. تصور کنید گهواره هایی که به تنفس نوزادان گوش می دهند. دستبندهایی که وضعیت بیماران را در کلینیک نظارت می کنند. آشکارسازهای دود، که نه تنها می توانند در صورت لزوم با آتش نشانان تماس بگیرند، بلکه از قبل منبع آتش و میزان پیچیدگی آتش را به آنها اطلاع دهند. دستگاه های الکترونیکی می توانند یکدیگر را تشخیص دهند، به منابع برق یادآوری می شود که باید "تغذیه" کنند.

صدها هزار حسگر لمسی را تصور کنید که در آنها ادغام شده است شبکه مشترکدر جنگل. در چنین جنگلی گم شدن به سادگی غیرممکن خواهد بود، زیرا حرکت یک فرد توسط حسگرها ثبت و تجزیه و تحلیل می شود. مثال دیگر، حسگرهایی در مزرعه است که برای نظارت بر وضعیت خاک تنظیم شده و بسته به شرایط متغیر، آبیاری و میزان کود مصرفی را تنظیم می‌کنند.
شبکه های حسگر در جاده ها کمتر مفید نیستند. با برقراری ارتباط با یکدیگر، آنها قادر خواهند بود جریان خودروها را تنظیم کنند. این رویای هر راننده است - جاده های بدون ترافیک! چنین شبکه هایی می توانند بسیار موثرتر از هر آژانس دیگری با این وظیفه کنار بیایند. مشکل کنترل
تخلفات در جاده ها خود به خود حل می شود.

استفاده از شبکه های حسگر برای مدیریت توان باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. چنین شبکه کنترلی را در آپارتمان خود تصور کنید. با ردیابی موقعیت مکانی شما، حسگرها قادر خواهند بود چراغ های پشت سر شما را در همه جا خاموش کرده و در صورت نیاز آنها را روشن کنند. خوب، اگر از چنین شبکه هایی برای کنترل روشنایی خیابان ها و جاده ها استفاده کنید، مشکل کمبود برق خود به خود برطرف می شود. برای اینکه شبکه های حسگر به واقعیت فردا تبدیل شوند، تحقیقات در این راستا در حال انجام است. و پیشرو در این زمینه شرکت اینتل است که از تمام فناوری های کامپیوتری پیشرفته آینده پشتیبانی می کند. توجه ویژه ای به توسعه شبکه های حسگر چند گره بی سیم می شود که قادر به تشکیل و پیکربندی خودکار در صورت نیاز هستند. اجرای این فناوری امکان استقرار شبکه ای از دستگاه های حسگر نیمه هادی ارزان قیمت، اما در عین حال بسیار پیچیده را فراهم می کند که می توانند به طور مستقل با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و تغییرات خاصی را در محیط گزارش دهند. به عنوان مثال، سنسور Mica به 128 کیلوبایت نرم افزار فلش مموری، 256 کیلوبایت حافظه فلش برای ذخیره سازی داده ها و یک فرستنده رادیویی با فرکانس 900 مگاهرتز مجهز شده است.
برخی از این دستگاه ها در حال اجرا هستند سیستم عامل
TinyOS، کد این سیستم عامل متن باز است و فقط شامل
8.5 کیلوبایت

چنین دستگاه‌هایی در زمینه‌های جدید انقلابی، مانند توسعه لباس‌های هوشمند، پتوهای متصل که سلامت نوزاد را نظارت می‌کنند و علائم حیاتی زندگی او را گزارش می‌کنند، مزارع هوشمند، که در آن حسگرهای نیمه‌رسانا نصب شده در خاک کنترل می‌کنند، کاربرد پیدا خواهند کرد. آبیاری
سیستم و لقاح تحقیقات شبکه حسگر در اینتل است
آزمایشگاه تحقیقاتی معروف آزمایشگاه تحقیقاتی اینتل برکلی، واقع در کالیفرنیا. شبکه‌های حسگر تجربی که امروزه وجود دارند فقط تا حدی الزامات فوق را برآورده می‌کنند. بنابراین، تا به امروز، شبکه‌ها فقط از صدها حسگر با محدوده پوشش محدود تشکیل شده‌اند و تنها وظایف کاملاً تعریف شده را انجام می‌دهند. آنها قادرند تنها نوع خاصی از اطلاعات را از یک حسگر به حسگر دیگر و تنها در یک پهنای باند معین انتقال دهند. مصرف انرژی نیز قابل چشم پوشی نیست
- باتری فقط چند روز دوام می آورد. سنسورهای لمسی موجود هنوز کاملاً بی اثر هستند و قابلیت اطمینان و پنهان کاری بالا (حداقل به دلیل اندازه آنها) قابل بحث نیست. و البته، چنین حسگرهایی بسیار گران هستند، به طوری که شبکه ای متشکل از صدها حسگر ارزان نیست. اما باید به خاطر داشته باشیم که ما در مورد شبکه های آزمایشی و توسعه فناوری آینده صحبت می کنیم. در همان زمان، شبکه‌های حسگر تجربی در حال حاضر تفاوت ایجاد می‌کنند. یکی از این شبکه های حسگر که به طور مشترک توسط آزمایشگاه تحقیقاتی اینتل برکلی، موسسه آتلانتیک و دانشگاه کالیفرنیا توسعه یافته است، در جزیره گریت داک در مین فعالیت می کند.

هدف این شبکه بررسی ریزمحیط موجودات بیولوژیکی مختلف ساکن جزیره است.
هر گونه مداخله انسانی (حتی به منظور یادگیری) گاهی اوقات غیر ضروری است،
اینجاست که شبکه های حسگر به کمک می آیند و به شما امکان می دهند تمام اطلاعات لازم را بدون مشارکت مستقیم شخص جمع آوری کنید.

شبکه حسگر از دو تخته به عنوان عناصر گره استفاده می کند. اولین برد شامل یک سنسور دما، حسگر رطوبت و فشار هوا و یک سنسور مادون قرمز است. برد دوم شامل یک ریزپردازنده (فرکانس 4 مگاهرتز) است. رم 1 کیلوبایت، فلش مموری برای ذخیره برنامه ها و داده ها، منبع تغذیه (دو باتری AA) و فرستنده رادیویی/
گیرنده با فرکانس 900 مگاهرتز حسگرها به شما امکان می دهند تمام اطلاعات لازم را ثبت کرده و به پایگاه داده کامپیوتر میزبان منتقل کنید. همه سنسورها از قبل به طور کامل تست شده اند - برد دارای سنسور به مدت دو روز در آب غوطه ور می شود و عملکرد آن نظارت می شود. تمام گره های حسی یک واحد را تشکیل می دهند شبکه بی سیمو قادر به اشتراک گذاری اطلاعات است. در این حالت، انتقال اطلاعات از یک گره شبکه راه دور به دروازه (Gateway Sensor) به صورت زنجیره ای، یعنی از یک گره شبکه به گره دیگر، انجام می شود که به شما امکان می دهد یک منطقه تحت پوشش بزرگ ایجاد کنید.

از طریق دروازه، اطلاعات به کامپیوتر اصلی می رسد. دروازه از یک آنتن جهت دار استفاده می کند که به شما امکان می دهد فاصله انتقال را تا 300 متر افزایش دهید. از رایانه میزبان، اطلاعات با استفاده از ارتباطات ماهواره ایاز طریق اینترنت به یک مرکز تحقیقاتی واقع در کالیفرنیا منتقل می شود.

کارکنان آزمایشگاه کمتر به طور فعال روی زیست شناسی دقیق و ایجاد تراشه های زیستی کار می کنند. علاوه بر ادراک حسی از جهان چیزهای جامد، امکان "احساس" رسانه مایع و اشیاء بیولوژیکی و در حال توسعه نیز در حال بررسی است. چنین تحقیقاتی چشم انداز فوق العاده ای را برای توسعه پزشکی و دارویی، اجرای فرآیندهای شیمیایی و ساخت داروهای بیولوژیکی باز می کند. از آنجایی که هدف اصلی شبکه های حسگر ادراک و انتقال است اطلاعات مفیدکارشناسان آزمایشگاه اینتل برکلی در حال توسعه روشی برای ترکیب حسگرها با اشیایی هستند که مسئولیت نظارت بر آنها را بر عهده دارند، و همچنین در حال بررسی امکان ایجاد "محرک" هستند - دستگاه هایی مبتنی بر حسگرهایی که به شما امکان می دهد بر وضعیت تأثیر بگذارید و نه فقط ثبت کنید. وضعیت آن شبکه‌های حسگر آشکارا برای کاربردهای نظامی مفید هستند، یکی از انواع احتمالی شبکه «مبارزه» در افغانستان آزمایش شد، جایی که ارتش ایالات متحده چندین صد حسگر را برای ردیابی حرکات تجهیزات نظامی دشمن مستقر کرد. با این حال، در مورد اجرا
شبکه های واقعی در زندگی ما خیلی زود است که بگوییم، شبکه نسبت به تحمل خطا آسیب پذیر است. حمله انکار سرویس (DoS) به یک شبکه حسگر هر رویدادی است که توانایی شبکه را برای انجام عملکرد مورد انتظارش کاهش یا از بین می‌برد. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که پروتکل‌های شبکه حسگر را بر اساس معماری لایه‌ای قرار دهند، که می‌تواند به کارایی شبکه آسیب برساند، اما قابلیت اطمینان آن را افزایش می‌دهد. انواع حملات DoS معمولی برای هر سطح و روش های قابل قبول حفاظت مورد بحث قرار گرفته است. بنابراین، حتی امروزه، علیرغم ناقص بودن و دامنه استفاده نسبتاً کم، از شبکه های حسگر در علم و بعدها در زندگی استفاده می شود.

وب سایت های مورد استفاده: