Bevezetés

Vezeték nélküli érzékelő hálózat- elosztott, érzékelők (szenzorok) és aktuátorok halmaza, rádiócsatornával összekapcsolva. Egy ilyen hálózat lefedettsége több métertől több kilométerig terjedhet az üzenetek egyik elemről a másikra való továbbításának képessége miatt.

A vezeték nélküli szenzorhálózatok fő jellemzői a következők önszerveződés és alkalmazkodóképesség a működési feltételek változásaihoz, tehát megköveteli minimális költségek a hálózat létesítményben történő kiépítésekor és az üzem közbeni későbbi karbantartása során.

Elbeszélés

Az érzékelőhálózat egyik első prototípusának tekinthető a SOSUS rendszer, amelyet tengeralattjárók észlelésére és azonosítására terveztek. Az 1990-es évek közepén a vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák aktív fejlődésnek indultak, a 2000-es évek elején a mikroelektronika fejlődése lehetővé tette egy meglehetősen olcsó elemalap előállítását az ilyen eszközökhöz. A 2010-es évek elejének vezeték nélküli hálózatai főként a .

Célja

A fő cél nemcsak a csomópontok közötti adatcsere decentralizált önszerveződő hálózaton keresztül, hanem az érzékelőktől továbbított információk (főleg adatok) összegyűjtése (hőmérséklet, nyomás, páratartalom, sugárzási szint, akusztikus rezgések) egy központi csomópontba későbbi elemzése vagy feldolgozása céljából.

A vezeték nélküli szenzorhálózatok iránti kereslet a piacon szorosan összefügg az olyan tárgyak intellektualizálásának koncepciójával is, mint az otthoni, irodai és ipari helyiségek, ahol egy városi ember idejének 90%-át tölti, valamint a kibernetikus létesítés koncepciójával. iparágak (teljesen felszerelve robotokkal), amelyeknek elsődleges feladata a bemutatása vezeték nélküli technológiák APCS szinten.

A szenzorhálózati technológia az ipari felügyeleti és vezérlési feladatok legszélesebb körének megoldására készült, és az alábbiakkal rendelkezik tagadhatatlan előnyei más meglévő vezeték nélküli és vezetékes rendszerekkel szemben:

• az érzékelők telepítésének képessége egy meglévő és üzemeltetett létesítményre nélkül kiegészítő munka vezetékes hálózat lefektetéséhez;
• alacsony költségű külön vezérlőelem;
• alacsony költségű a rendszer telepítése, üzembe helyezése és karbantartása;
• minimális korlátozások a vezeték nélküli eszközök elhelyezésére vonatkozóan;
• magas hibatűrés szenzoros hálózat egésze.

Leírás

A vezeték nélküli csomópontok hardvere és a köztük lévő hálózati interakció protokollja az energiafogyasztásra optimalizálva van, így biztosítva a rendszer hosszú élettartamát. offline források táplálás. A működési módtól függően egy csomópont élettartama több évet is elérhet.

Minden érzékelő hálózati csomópont általában tartalmaz adatbeviteli/kimeneti portokat különféle érzékelők ellenőrzés külső környezet(vagy maguk az érzékelők), egy mikrokontroller és egy rádió adó-vevő, valamint egy autonóm vagy külső áramforrás. Ez lehetővé teszi a készülék számára a mérési eredmények fogadását, a kezdeti adatfeldolgozást, valamint a külső információs rendszerrel való kommunikációt. A mikrokontrollerrel intelligens elosztott adatfeldolgozás valósítható meg. Egy intelligens vezeték nélküli szenzorhálózatban az eszközök helyi szinten képesek információt cserélni, elemezni és feldolgozott információkat egy bizonyos mélységig továbbítani, nem pedig „nyers” adatokat. Ez jelentősen csökkentheti a követelményeket sávszélesség hálózatot, növelje a rendszer méretezhetőségét és élettartamát. Az "intelligencia" hálózathoz való hozzáadásához azonban figyelembe kell venni az alkalmazott feladat sajátosságait, így ez a megközelítés általában hatékony egy egyedi, magasan specializált rendszer fejlesztésekor.

Ily módon kulcs Az érzékelő hálózatok jellemzői:

• az információátviteli hálózat önszerveződési képessége és az eszközök számához való alkalmazkodása;
• üzenetek továbbításának képessége egyik elemről a másikra;
• annak lehetősége, hogy minden elemben érzékelők legyenek;
• hosszútávú elem élettartam(1 év vagy több)

A vezeték nélküli szenzorhálózatok technológiája ma az egyetlen, amellyel megoldható az eszközök akkumulátor-élettartamával, megbízhatóságával, mindegyik automatikus vagy félautomata konfigurálásával kapcsolatos követelmények szempontjából kritikus felügyeleti és vezérlési feladatok, egyszerű kiegészítés vagy az eszköz kizárása a hálózatból, jelek továbbítása falakon és mennyezeten keresztül alacsony rendszerköltséggel. A továbbított kis hatótávolságú rádiókommunikáció technológiája, az úgynevezett "Szenzorhálózatok" pedig az egyik modern irány az önszerveződő, hibatűrő elosztott rendszerek fejlesztésében az ipari felügyelethez, valamint az erőforrás- és folyamatvezérléshez.

A vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák előnyei hatékonyan használhatók fel az információk elosztott gyűjtésével, elemzésével és továbbításával kapcsolatos különféle alkalmazott problémák megoldására.

Épületautomatizálás

Egyes épületautomatizálási alkalmazásokban a hagyományos vezetékes kommunikációs rendszerek alkalmazása gazdasági okokból nem kivitelezhető.

Például újat kell bevezetnie vagy bővítenie kell meglévő rendszer használt épületben. Ebben az esetben a vezeték nélküli megoldások alkalmazása a legelfogadhatóbb lehetőség, mert. a helyiségek belső dekorációjának megsértése esetén nincs szükség további szerelési munkákra, gyakorlatilag nem okoznak kényelmetlenséget az épület alkalmazottai vagy lakói stb. Ennek eredményeként a rendszer bevezetésének költsége jelentősen csökken.

Egy másik példa a nyitott terű irodaházak, amelyeknél a tervezési és kivitelezési szakaszban nem lehet pontosan meghatározni az érzékelők helyét. Ugyanakkor az irodák elrendezése sokszor változhat az épület üzemeltetése során, ezért a rendszer újrakonfigurálására fordított idő és költség minimális legyen, ami vezeték nélküli megoldásokkal érhető el.

Ezenkívül a következő példák a vezeték nélküli szenzorhálózatokon alapuló rendszerekre:

• a hőmérséklet, a légáramlás, az emberek jelenlétének ellenőrzése és a fűtő-, szellőző- és légkondicionáló berendezések ellenőrzése a mikroklíma fenntartása érdekében;
• világításvezérlés;
• energia gazdálkodás;
• leolvasások gyűjtése lakásmérőkről gáz, víz, villany stb.;
• épületek, építmények teherhordó szerkezeti állapotának figyelemmel kísérése.

ipari automatizálás

Eddig a vezeték nélküli kommunikáció széles körű elterjedését az ipari automatizálás területén hátráltatta a rádiókapcsolatok gyenge megbízhatósága a zord környezetben működő vezetékes kapcsolatokhoz képest. ipari működés, de a vezeték nélküli szenzorhálózatok alapjaiban változtatják meg a jelenlegi helyzetet, mert eredendően ellenáll a különféle zavaroknak (például a csomópont fizikai károsodása, interferencia megjelenése, változó akadályok stb.). Sőt, bizonyos feltételek mellett a vezeték nélküli szenzorhálózat még nagyobb megbízhatóságot is nyújthat, mint egy vezetékes kommunikációs rendszer.

A vezeték nélküli szenzorhálózatokon alapuló megoldások teljes mértékben megfelelnek az iparág követelményeinek:

• hibatűrés;
• méretezhetőség;
• alkalmazkodóképesség a működési feltételekhez;
• energiahatékonyság;
• figyelembe véve az alkalmazott feladat sajátosságait;
• gazdasági jövedelmezőség.

A vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák a következő ipari automatizálási feladatokban használhatók:

• ipari berendezések távvezérlése és diagnosztikája;
• berendezések karbantartása az aktuális állapot szerint (a biztonsági ráhagyás előrejelzése);
• gyártási folyamatok nyomon követése;
• telemetria kutatáshoz és teszteléshez.

Egyéb alkalmazások

A vezeték nélküli szenzorhálózatok egyedi tulajdonságai és különbségei a hagyományos vezetékes és vezeték nélküli adatátviteli rendszerektől a leginkább hatékonyvá teszik alkalmazásukat különböző területeken. Például:

• biztonság és védelem:
  • az emberek és berendezések mozgásának ellenőrzése;
  • alapok operatív kommunikációés intelligencia;
  • kerület ellenőrzése és távfelügyelet;
  • segítségnyújtás a mentési műveletekben;
  • ingatlanok és értékek megfigyelése;
  • biztonsági és tűzjelző;
• monitoring környezet:
  • szennyezés ellenőrzése;
  • Mezőgazdaság;
• egészségügyi ellátás:
  • a betegek fiziológiai állapotának nyomon követése;
  • helymeghatározás és az egészségügyi személyzet értesítése.

A Dolgok Internete (IoT) technológia vállalati változatát ma aktívan használják az iparban. Az Enterprise Internet of Things (EIoT) vezeték nélküli szenzorhálózatokat és vezérlőket használ, hogy a vállalatok számára új módokat biztosítson a gépek és berendezések vezérlésére. A vezeték nélküli, kis akkumulátorral működő, vezetékes tápegységhez való csatlakoztatás nélkül működő vezeték nélküli érzékelők ipari környezetben olyan helyeken is elhelyezhetők, ahol az előző generációs vezérlők teljesen hozzáférhetetlenek.

Az EIoT javította a rendszerek és berendezések megbízhatóságát, biztonságát és interoperabilitását, hogy megfeleljen a vezeték nélküli technológiák megvalósításának legszigorúbb követelményeinek ezen a területen, nemcsak az iparban, hanem az egészségügyben, a pénzügyi szolgáltatásokban stb. területeken mi által specifikációkés ennek az új technológiának a tervezési elemei messze felülmúlják a kevésbé kritikus fogyasztói vagy kereskedelmi alkalmazásokhoz tervezett hagyományos eszközök hasonló IoT-technológiáit.

EIoT-problémák

Az EIoT-képes érzékelők és vezérlők ipari környezetben szinte bárhol működhetnek, de ez eddig inkább a szerencse dolga volt, hiszen nem minden ipari berendezés ideális vezeték nélküli használatra. Ennek az az oka, hogy az IoT-telepítésben két egymással összefüggő, de egymásnak ellentmondó elem van:

1. Maga az eszközök vezeték nélküli hálózata, amelyet a kis hatótávolságú technológiához kapcsolódó érzékelők és vezérlők segítségével telepítenek alacsony energiafogyasztással.
2. Az IoT-érzékelők hálózata, amelyek kölcsönhatásba lépnek más berendezésekkel, vezérlőkkel és a hálózat részeivel, amelyek már nagyobb távolságra vannak.

Rizs. 1. A városi központoktól távoli alkalmazások és a hagyományos távközlési szolgáltatások energiahatékony kommunikációs protokollt, például a LoRa-t használhatják globális hálózat megszervezésére

Az ipari környezetben gyakran a megbízható kommunikáció lehetetlensége jelenti a legnagyobb akadályt. Ennek a problémának egyszerű oka van: a távközlés, amely vezetékes kábelvonalakon vagy tornyokon keresztül történő jelátvitellel történik. sejtes kommunikáció, nem mindig elérhető az ipari berendezések helyszínein. Ezen túlmenően annak a költségének, hogy egy kommunikációs munkameneten belül több adatcsomagot szállítanak az érzékelőktől a mobilszolgáltatások használatának, nincs sok értelme sem gazdasági, sem pusztán technikai megfontolásokból. Emellett gyakran előfordul az érzékelők és kommunikációs eszközök tápellátásának problémája, amelyet nagyon nehéz megszervezni olyan távoli helyeken, ahol a berendezés vagy az infrastruktúra nem közvetlenül az ipari hálózatról kap áramellátást.

Annak ellenére, hogy a településeken a mobilkommunikáció széles lefedettsége van, helyenként nincs megbízható szolgáltatás a vezeték nélküli kommunikáció megszervezésére. Ez gyakori probléma a vidéki területeken és az ipari berendezések távoli helyein, mint például elszigetelt olaj- és gázberendezések vagy csővezetékes szállítás, vízellátó és szennyvízrendszerek (1. ábra), stb. Az ilyen telephelyek gyakran távol vannak a legközelebbi műszaki szolgálattól személyzet, aki ellenőrzi az eszközök megfelelő működését. Néha egy mérnöknek egy egész napba, vagy akár többbe is beletelik, mire eljut a berendezéshez és megvizsgálja azt. Gyakran nehéz és könnyű ilyen távoli területeken dolgozni hajlandó szakembereket találni. Mivel a korlátozott kommunikációs lefedettség miatt az EIoT-képes érzékelők és vezérlők meglehetősen ritkák a távoli helyeken, itt az alacsony fogyasztású nagy kiterjedésű hálózatok (LPWAN) segítenek.

BLE és LPWAN

A legszélesebb körben használt vezeték nélküli technológia Az EIoT rendszerekben a rövid hatótávolság a Bluetooth alacsony energiaigényű technológia - BLE (angol Bluetooth alacsony energia, más néven Bluetooth Smart). A BLE for EIoT nagy népszerűségének fő oka az energiahatékonysága, amely lehetővé teszi, hogy az érzékelők és vezérlők hosszú ideig működjenek nagyon alacsony akkumulátor-fogyasztás mellett. A BLE kezeli az alvási ciklusokat, a készenléti és az aktív ciklusokat. A BLE-t széles körben használják RF jelének erőssége miatt is, amely lehetővé teszi, hogy a technológia hatékonyan működjön még olyan nehéz környezetben is, ahol magas a magas frekvenciájú zaj, a számítógépes berendezések digitális jelei, és még akkor is, ha a terjedés fizikai akadályai vannak. rádióhullámok. De mint tudod, mindezek a tényezők ismerősek az ipari környezet számára.

Az EIoT megvalósítását célzó projektekben a BLE technológia az alapja a rövid távú kommunikáció megszervezésének. Sőt, mind a már működő, mind a még tervezés alatt álló ipari berendezés-komplexumokon egyaránt használható. A BLE-kompatibilis eszközök ilyen hálózatának azonban módot kell adnia az utasítások fogadására és az adatok továbbítására nagyobb távolságra. A hagyományos távközlési infrastruktúrára hagyatkozni, amely lehetővé teszi a kétirányú Wi-Fi- vagy mobiljeleket, nem lehetséges az érzékelő- és vezérlőhálózatok alkalmazását korlátozó akadály miatt. A BLE-t a LoRa technológia ultra-hatótávolságával és energiahatékonyságával kombinálva a vállalatok olyan helyeken is bevezethették az EIoT-t, ahol a távközlési infrastruktúra és az energiainfrastruktúra nem áll rendelkezésre, és ez pedig kiterjesztette az internet megvalósításának földrajzi területét. a dolgok technológiája.

Rizs. 2. Az érzékelők először a LoRa klienshez, majd a LoRa átjárón keresztül csatlakoznak

A LoRa WAN protokoll gyakran LPWAN, mert biztonságos kétirányú adatátvitelt és kommunikációt biztosít az IoT-hálózatokkal hosszú távolságokon keresztül, akkumulátorcsere nélkül. A LoRa technológia alkalmazásakor akár mintegy 16 km távolságból is lehet jeleket küldeni és fogadni, és szükség esetén az átjátszók (repeaterek) ezt a távolságot több száz kilométerre is növelhetik. ábrán. A 2. ábra a LoRa működését mutatja be. Az IoT-alkalmazások számára a LoRa számos előnnyel rendelkezik, éppen gazdasági jellemzői és képességei miatt:

• Mivel a LoRa a BLE-hez hasonlóan egy rendkívül alacsony fogyasztású technológia, képes akkumulátoros IoT-eszközhálózatokon is működni, és hosszú akkumulátor-élettartamot biztosít anélkül, hogy gyakori karbantartást igényelne.
• A LoRa csomópontok olcsók, és lehetővé teszik a vállalatok számára, hogy csökkentsék a cellás rendszereken keresztüli adatátvitel költségeit, valamint elkerüljék az optikai vagy rézkábelek telepítését. Ez megszünteti a távolról elhelyezett érzékelők és berendezések összekapcsolásának jelentős pénzügyi akadályait.
• A LoRa technológia jól működik hálózati eszközök beltéri elhelyezésre, beleértve az összetett ipari környezeteket is.
• A LoRa nagymértékben skálázható és együttműködő, mivel több millió csomópontot támogat, és csatlakoztatható nyilvános és magán adathálózatokhoz, valamint kétirányú kommunikációs rendszerekhez.

Míg tehát más LPWAN technológiák csak hosszú távon tudják megoldani a kommunikációs hatótávolságot az IoT megoldások megvalósításában, addig a LoRa technológia kétirányú kommunikációt, zavargátlást és magas információtartalmat kínál erre.

A LoRa-nak van egy jelentős hátránya is - alacsony sávszélesség. Ez alkalmatlanná teszi az adatfolyamot igénylő alkalmazásokhoz. Ez a korlátozás azonban nem akadályozza meg a használatát az IoT-alkalmazások széles körében, ahol időről időre csak kis adatcsomagokat továbbítanak.

Kölcsönhatás

Rizs. 3. A Laird RM1xx modulja, amely tartalmazza kommunikációs képességek LoRa és Bluetooth vezeték nélküli hálózati protokollokhoz

A LoRa potenciálja megduplázódik, ha olyan technológiával kombinálják, mint a BLE. Együtt rendkívül alacsony fogyasztású vezeték nélküli képességeket biztosítanak a rövid és nagy hatótávolságú kommunikációhoz, amelyek javítják az EIoT-hálózatok képességeit. Például a városi területek központi része lefedhető néhány LoRaWAN átjáróval, amelyek a hagyományos távközlési infrastruktúráktól ma már független BLE szenzorhálózatok alapját képezik. Így a LoRa és a BLE szimbiózisa számos akadályt eltávolít az IoT terjeszkedése elől mind a nagyvárosokban, mind az olyan kisvárosokban, amelyek akadályozzák a dolgok internetének széles körű bevezetését. A LoRA és a BLE kombinációjának legnagyobb haszonélvezői azonban a vezeték nélküli érzékelők, vezérlők és egyéb berendezések, amelyek immár minden korlátozás nélkül telepíthetők szó szerint bárhová (3. ábra). Ez a BLE külön érdeme. A BLE azt is lehetővé teszi, hogy ezek az eszközök integrált, rövid hatótávolságú hálózatban működjenek együtt, például okostelefonokról vagy táblagépekről, amelyeket ebben az esetben távoli vezeték nélküli kijelzőként használnak. Ebben a csomagban a BLE mobil képességein alapuló LoRa technológia egyfajta rádióközvetítő állomásként működik, amely nagy távolságra képes adatokat küldeni és fogadni. Ezen túlmenően ezek a távolságok növelhetők a jelátvitel egyszerű átjáróival.

Már sok van jó példák, amely bemutatja, hogy a LoRa és a BLE párosítás hogyan teszi lehetővé az EIoT-hálózatok számára, hogy egészen mást érjenek el technikai szintenés növelje a terjeszkedését.

Vezeték nélküli szenzorhálózatok: áttekintés

Akuldiz I.F.

Fordítás angolból: Levzhinsky A.S.

annotáció

A cikk ismerteti a szenzorhálózatok koncepcióit, amelyek megvalósítása a mikroelektromechanikai rendszerek, a vezeték nélküli kommunikáció és a digitális elektronika ötvözésének eredményeként vált lehetővé. Tanulmányozzuk a szenzorhálózatok feladatait, lehetőségeit, áttekintjük a fejlődésüket befolyásoló tényeket. Figyelembe veszik az épületérzékelő hálózatok architektúráját, az architektúra egyes rétegeihez kidolgozott algoritmusokat és protokollokat. A cikk az érzékelőhálózatok megvalósításával kapcsolatos kérdéseket feszegeti.

1. Bemutatkozás

A mikroelektro-mechanikus rendszerek (MEMS) technológiáiban, a vezeték nélküli kommunikációban és a digitális elektronikában a közelmúltban elért fejlődés lehetővé tette alacsony költségű, kis fogyasztású, többfunkciós csomópontok (csomópontok) létrehozását, ezek kicsik és közvetlenül "beszélnek" egymással . Nagyszámú apró csomópont közös munkáján alapuló szenzorhálózatok, amelyek adatgyűjtő és -feldolgozó modulokból, adóból állnak. Egy ilyen hálózatnak jelentős előnyei vannak a hagyományos érzékelőkkel szemben. Íme a hagyományos érzékelők két fő jellemzője: Az érzékelők távol helyezkedhetnek el a megfigyelt jelenségtől. Ehhez a megközelítéshez sok olyan érzékelőre van szükség, amelyek bizonyos kifinomult technikákat használnak a zajból a célpontok kiválasztására.
Több érzékelőt is telepíthet, amelyek csak adatokat gyűjtenek. Gondosan tervezze meg az érzékelő pozícióit és topológiáját. A megfigyeléseket továbbítják a központi csomópontokhoz, ahol adatgyűjtést és adatfeldolgozást végeznek.
A szenzorhálózat nagyszámú csomópontból (mote) áll, amelyek sűrűn helyezkednek el a megfigyelt jelenség közelében. A motes helyzetét nem kell előre kiszámítani. Ez lehetővé teszi, hogy véletlenszerűen helyezzék el őket nehezen elérhető helyekre, vagy olyan segélyműveletekhez használják, amelyek gyors reagálást igényelnek. Másrészt ez azt jelenti, hogy a hálózati protokolloknak és a mot algoritmusoknak önszerveződőnek kell lenniük. A szenzorhálózatok másik egyedi jellemzője az egyes csomópontok együttműködése. A Motes processzorral van felszerelve. Ezért az eredeti adatok átadása helyett egyszerű számítások elvégzésével feldolgozhatják azokat, és csak a szükséges és részben feldolgozott adatokat adhatják tovább. A fent ismertetett funkciók széles körű alkalmazást tesznek lehetővé az érzékelő hálózatok számára. Az ilyen hálózatok az egészségügyben, a katonaságban és a biztonságban használhatók. Például egy páciens élettani adatait az orvos távolról is figyelemmel kísérheti. Ez kényelmes a páciens számára, és lehetővé teszi az orvos számára, hogy megértse aktuális állapotát. Az érzékelő hálózatok segítségével idegen vegyi anyagokat lehet kimutatni levegőben és vízben. Segíthetnek meghatározni a szennyeződések típusát, koncentrációját és helyét. A szenzorhálózatok lényegében lehetővé teszik a környezet jobb megértését. Arra számítunk, hogy a jövőben a vezeték nélküli szenzorhálózatok szerves részei lesznek életünknek, sokkal inkább, mint a mai személyi számítógépek. Ezen és más, vezeték nélküli szenzorhálózatok használatát igénylő projektek megvalósítása speciális módszereket igényel. Számos protokollt és algoritmust fejlesztettek ki a hagyományos vezeték nélküli peer-to-peer hálózatokhoz, így ezek nem megfelelőek egyedi tulajdonságokés a szenzorhálózatokkal szemben támasztott követelmények. Íme a különbségek az érzékelő és a peer-to-peer hálózatok között: Az érzékelőhálózat csomópontjainak száma több nagyságrenddel nagyobb lehet, mint egy peer-to-peer hálózatban.
A csomópontok sűrűn helyezkednek el.
A csomópontok hajlamosak a meghibásodásra.
Az érzékelő hálózatok topológiája gyakran változhat
A csomópontok elsősorban broadcast üzeneteket használnak, míg a legtöbb peer-to-peer hálózat pont-pont kommunikáción alapul.
A csomópontok teljesítménye, feldolgozási teljesítménye és memóriája korlátozott.
A csomópontoknak nem lehet globálisuk egy azonosító számot(IN) a nagy mennyiségű rezsi és az érzékelők nagy száma miatt.
Mivel a hálózat csomópontjai sűrűn vannak felszerelve, a szomszédos csomópontok nagyon közel lehetnek egymáshoz. Ezért a többugrásos kapcsolatok az érzékelőhálózatokban kevesebb energiát fogyasztanak, mint a közvetlen kapcsolatok. Emellett alacsony adatjelteljesítmény is használható, ami hasznos a rejtett megfigyelés során. A többugrásos kommunikáció hatékonyan leküzdheti a jelek nagy távolságokon történő terjedésének nehézségeit a vezeték nélküli kommunikációban. A csomópontok egyik legfontosabb korlátozása az alacsony energiafogyasztás. A motes korlátozott energiaforrásokkal rendelkezik. Tehát míg a hagyományos hálózatok a jó jelminőség elérésére összpontosítanak, addig a mot hálózati protokolloknak főként az energiamegtakarításra kell összpontosítaniuk. Olyan mechanizmusokkal kell rendelkezniük, amelyek lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy meghosszabbítsa a mote élettartamát az átviteli sebesség csökkentésével vagy az adatátviteli késleltetés növelésével. Jelenleg sok kutató foglalkozik olyan áramkörök fejlesztésével, amelyek megfelelnek ezeknek a követelményeknek. Ebben a cikkben áttekintjük az érzékelőhálózatokhoz jelenleg létező protokollokat és algoritmusokat. Célunk, hogy jobban megértsük az aktuális kutatási kérdéseket ezen a területen. Megpróbáljuk feltárni a tervezési korlátokat is, és azonosítani a tervezési problémák megoldására használható eszközöket. A cikk a következőképpen épül fel: a második részben az érzékelőhálózatokban rejlő lehetőségeket és hasznosságokat ismertetjük. A 3. részben az ilyen hálózatok kialakítását befolyásoló tényezőket tárgyaljuk. Az ezen a területen létező módszerek részletes tanulmányozását a 4. szakasz tárgyalja. Az 5. részben pedig összefoglaljuk.

2. Vezeték nélküli szenzorhálózatok alkalmazása

Az érzékelőhálózatok különböző típusú érzékelőkből állhatnak, mint például szeizmikus, mágneses mező, termikus, infravörös, akusztikus, amelyek a környezeti feltételek legkülönfélébb mérésére képesek. Például, mint például:
hőfok,
páratartalom,
autóforgalom,
villám állapot,
nyomás,
talaj összetétele,
zajszint,
bizonyos tárgyak jelenléte vagy hiánya,
mechanikai terhelés
dinamikus jellemzők, mint például az objektum sebessége, iránya és mérete.
A motes folyamatos szondázásra, eseményérzékelésre és azonosításra használható. A mikroérzékelés fogalma és vezetéknélküli kapcsolat sok új alkalmazást ígér az ilyen hálózatokhoz. A főbb területek szerint kategorizáltuk őket: katonai alkalmazások, környezetkutatás, egészségügy, otthoni felhasználás és egyéb kereskedelmi területek. De ez a besorolás bővíthető, és további kategóriák adhatók hozzá, például űrkutatás, vegyi feldolgozás és katasztrófaelhárítás.

2.1. Katonai alkalmazás

A vezeték nélküli szenzorhálózatok a katonai vezetési, kommunikációs, hírszerzési, megfigyelési és orientációs rendszerek (C4ISRT) szerves részét képezhetik. A gyors telepítés, az önszerveződés és a hibatűrés az érzékelőhálózatok jellemzői, amelyek ígéretes eszközzé teszik őket a problémák megoldásában. Mivel a szenzorhálózatok az eldobható és olcsó csomópontok sűrű telepítésén alapulhatnak, ezek egy részének megsemmisítése ellenségeskedés során nem lesz olyan hatással a katonai műveletre, mint a hagyományos érzékelők megsemmisítése. Ezért a szenzorhálózatok használata jobban megfelel a csatáknak. Sorolunk még néhány módot az ilyen hálózatok használatára: a baráti erők fegyvereinek és lőszereinek megfigyelése, a csata megfigyelése; tájékozódás a talajon; harci károk felmérése; nukleáris, biológiai és vegyi támadások felderítése. Baráti erők, fegyverek és lőszerek monitorozása: a vezetők és parancsnokok szenzorhálózatok segítségével folyamatosan figyelemmel kísérhetik csapataik állapotát, a harctéren a felszerelések és lőszerek állapotát és elérhetőségét. Minden járműhöz, felszereléshez és fontos hadianyaghoz érzékelők csatlakoztathatók, amelyek jelzik állapotukat. Ezeket az adatokat együtt gyűjtjük kulcscsomópontokés elküldték a vezetőknek. Az adatok a parancshierarchia magasabb szintjeire is átirányíthatók, és más részekből származó adatokkal kombinálhatók. Harci megfigyelések: A kritikus területek, ösvények, útvonalak és szorosok gyorsan lefedhetők szenzorhálózatokkal, hogy tanulmányozhassák az ellenséges erők tevékenységét. A hadműveletek során vagy új tervek kidolgozása után az érzékelőhálózatok bármikor bevethetők a harc megfigyelésére. Ellenséges erők és terepfelderítés: Az érzékelőhálózatok bevethetők a kritikus területeken, és értékes, részletes és időszerű adatok gyűjthetők az ellenséges erőkről és a terepről perceken belül, mielőtt az ellenség elfogná. Tájolás: Az érzékelő hálózatok használhatók intelligens hadianyag-irányító rendszerekben. Harc utáni sebzésértékelés: Közvetlenül a támadás előtt vagy után szenzorhálózatokat lehet telepíteni a célterületre a kárfelmérés adatainak gyűjtésére. Nukleáris, biológiai és vegyi támadások felderítése: A nullához közeli vegyi vagy biológiai fegyverek alkalmazásakor fontos a vegyi anyagok időben történő és pontos azonosítása. Az érzékelőhálózatok figyelmeztető rendszerként használhatók vegyi vagy biológiai támadásokra, illetve a begyűjtött adatokra rövid idő segít az áldozatok számának drasztikus csökkentésében. Az ilyen támadások észlelése után az érzékelő hálózatok is használhatók részletes felderítésre. Például lehetséges a felderítés sugárszennyezés esetén anélkül, hogy az embereket sugárzásnak tennénk ki.

2.2. Környezetvédelmi alkalmazás

Az ökológia néhány olyan területe, ahol szenzorhálózatokat használnak: a madarak, kis állatok és rovarok mozgásának nyomon követése; a környezet állapotának nyomon követése a növényekre és az állatállományra gyakorolt ​​hatásának azonosítása érdekében; öntözés; nagy léptékű földmegfigyelés és bolygókutatás; kémiai/biológiai kimutatás; erdőtüzek észlelése; meteorológiai vagy geofizikai kutatás; árvízészlelés; és a környezetszennyezés kutatása. Erdőtűz-észlelés: Mivel a mocskok stratégiailag és szorosan elhelyezhetők egy erdőben, képesek továbbítani a tűz pontos eredetét, mielőtt a tűz kicsúszik az irányítás alól. Szenzorok millióit lehet folyamatosan telepíteni. Felszerelhetők napelemekkel, mivel a csomópontok hónapokig, sőt évekig felügyelet nélkül maradhatnak. A Motes együtt fog működni, hogy elosztott érzékelési feladatokat hajtsanak végre, és leküzdjék az olyan akadályokat, mint a fák és sziklák, amelyek blokkolják a vezetékes érzékelőket. A környezet bioállapotának feltérképezése: Komplex megközelítéseket igényel az információ időbeli és térbeli léptékű integrálásához. A távérzékelési technológia fejlődése és az automatizált adatgyűjtés nagymértékben csökkentette a kutatási költségeket. E hálózatok előnye, hogy a csomópontok csatlakoztathatók az internethez, ami lehetővé teszi a távoli felhasználók számára a környezet vezérlését, megfigyelését és megfigyelését. Bár a műholdas és légi szenzorok hasznosak a nagy diverzitás, például a domináns növényfajok térbeli összetettségének megfigyelésében, nem teszik lehetővé az ökoszisztéma többségét alkotó kis elemek megfigyelését. Ennek eredményeként szükség van vezeték nélküli szenzorhálózati csomópontok telepítésére a területen. Az alkalmazás egyik példája a környezet biológiai feltérképezése egy dél-kaliforniai rezervátumban. Három telephelyet fed le hálózat, amelyek mindegyike 25-100 csomóponttal rendelkezik, amelyek a környezet állapotának folyamatos monitorozására szolgálnak. Árvízészlelés: Az árvízészlelésre példa az Egyesült Államok hangosbemondó rendszere. A figyelmeztető rendszerben elhelyezett többféle érzékelő határozza meg a csapadékszintet, a vízállást és az időjárást. Az olyan kutatási projektek, mint a Cornell Egyetemen működő COUGAR Device Database Project és a Rutgers Egyetem DataSpace Projectje a hálózat egyes csomópontjaival való interakció különböző megközelítéseit vizsgálják pillanatképek és hosszú távú adatok beszerzése érdekében. Mezőgazdaság: A szenzorhálózatok előnye az is, hogy valós időben tudják nyomon követni a peszticidek szintjét a vízben, a talajerózió szintjét és a légszennyezettség szintjét.

2.3. Alkalmazás az orvostudományban

Az egyik alkalmazás az orvostudományban a fogyatékkal élők számára készült eszközökben; beteg megfigyelése; diagnosztika; a gyógyszerek kórházi felhasználásának ellenőrzése; emberi élettani adatok gyűjtése; valamint az orvosok és a betegek megfigyelése a kórházakban. Az emberi fiziológiai állapot monitorozása: a szenzorhálózatok által gyűjtött élettani adatok hosszú ideig tárolhatók és felhasználhatók orvosi kutatásokhoz. A telepített hálózati csomópontok az idősek mozgását is nyomon tudják követni, és például megakadályozzák az eséseket. Ezek a csomópontok kicsik, és nagyobb mozgásszabadságot biztosítanak a páciens számára, ugyanakkor lehetővé teszik az orvosok számára, hogy előre azonosítsák a betegség tüneteit. Emellett hozzájárulnak a betegek kényelmesebb életéhez a kórházi kezeléshez képest. Egy ilyen rendszer megvalósíthatóságának tesztelésére a Grenoble-Francia Orvostudományi Kar létrehozta az „Egészséges okos Ház"". . Orvosok és betegek monitorozása a kórházban: minden betegnek van egy kis és könnyű hálózati csomópontja. Minden csomópontnak megvan a maga konkrét feladata. Például az egyik figyelheti a pulzusát, míg a másik méri a vérnyomását. Az orvosok is rendelkezhetnek ilyen csomóponttal, így más orvosok is megtalálhatják őket a kórházban. Gyógyszerek monitorozása a kórházakban: A gyógyszerekhez csomópontokat lehet rögzíteni, így minimálisra csökkenthető a rossz gyógyszer kiadásának esélye. Tehát a betegeknek csomópontjai lesznek, amelyek meghatározzák allergiájukat és a szükséges gyógyszereket. A leírt számítógépes rendszerek megmutatták, hogy segíthetnek minimalizálni a hibás gyógyszeradagolás mellékhatásait.

2.4. Alkalmazás otthon

Otthonautomatizálás: Az intelligens csomópontok olyan háztartási készülékekbe integrálhatók, mint a porszívók, mikrohullámú sütők, hűtőszekrények és videomagnók. Interneten vagy műholdon keresztül tudnak kommunikálni egymással és külső hálózattal. Ez lehetővé teszi a végfelhasználók számára az otthoni eszközök egyszerű kezelését mind helyben, mind távolról. Intelligens környezet: Az intelligens környezettervezés két különböző megközelítést alkalmazhat, azaz emberközpontú vagy technológia-központú. Az első megközelítés esetén az intelligens környezetnek a végfelhasználók igényeihez kell alkalmazkodnia a velük való interakció tekintetében. A technológiaközpontú rendszerekhez új hardvertechnológiákat kell kifejleszteni, hálózati megoldásokés köztes alkalmazások. Példákat ír le arra, hogy a csomópontok hogyan használhatók intelligens környezet létrehozására. A csomópontok bútorokba, készülékekbe építhetők, kommunikálhatnak egymással és a szobaszerverrel. A szobaszerver más szobaszerverekkel is kommunikálhat, hogy megismerje az általuk kínált szolgáltatásokat, például a nyomtatást, a szkennelést és a faxolást. Ezek a szerverek és szenzorcsomópontok integrálhatók a meglévő beágyazott eszközökbe, és önszerveződő, önszabályozó és adaptív rendszereket alkotnak a vezérléselméleti modell alapján, ahogy azt a -ban leírtuk.

3. Szenzorhálózati modellek kialakítását befolyásoló tényezők.

Az érzékelőhálózatok fejlődése számos tényezőtől függ, beleértve a hibatűrést, a méretezhetőséget, a gyártási költségeket, a működési környezet típusát, a szenzorhálózat topológiáját, a hardver korlátait, az információátviteli modellt és az energiafogyasztást. Ezeket a tényezőket sok kutató figyelembe veszi. E tanulmányok egyike sem veszi azonban teljes mértékben figyelembe a hálózattervezést befolyásoló összes tényezőt. Ezek azért fontosak, mert iránymutatásul szolgálnak a szenzorhálózatok működéséhez szükséges protokoll vagy algoritmusok kidolgozásához. Ezenkívül ezek a tényezők felhasználhatók a különböző modellek összehasonlítására.

3.1. hibatűrés

Egyes csomópontok meghibásodhatnak áramhiány, fizikai sérülés vagy harmadik fél által okozott interferencia miatt. A csomópont meghibásodása nem befolyásolhatja az érzékelőhálózat működését. Ez a megbízhatóság és a hibatűrés kérdése. Hibatűrés – az érzékelőhálózat funkcionalitásának meghibásodás nélküli fenntartásának képessége, ha egy csomópont meghibásodik. Megbízhatóság Az Rk(t) vagy a csomóponti hibatűrés modellezése Poisson-eloszlás segítségével történik, hogy meghatározzuk annak valószínűségét, hogy a (0; t) időtartamon belül nincs csomópont meghibásodása. Érdemes megjegyezni, hogy a protokollok és algoritmusok a hibatűrés szintjéhez igazíthatók szenzorhálózatok kiépítéséhez szükséges . Ha a környezet, amelyben a csomópontok vannak, kevésbé hajlamos az interferenciára, akkor a protokollok kevésbé hibatűrőek lehetnek. Például, ha csomópontokat vezetnek be egy lakásba a páratartalom és a hőmérséklet figyelésére, akkor a hibatűrési követelmények alacsonyak lehetnek, mivel az ilyen szenzorhálózatok nem tudnak meghibásodni, és a környezet „zaja” nem befolyásolja működésüket. Másrészt, ha a csomópontokat a csatatéren használják megfigyelésre, akkor a hibatűrésnek magasnak kell lennie, mivel a megfigyelés kritikus, és a csomópontok megsemmisülhetnek az ellenségeskedés során. Ebből adódóan a hibatűrés mértéke az érzékelőhálózatok alkalmazásától függ, és ennek figyelembevételével kell modelleket fejleszteni.

3.2. Skálázhatóság

A jelenség tanulmányozására telepített csomópontok száma több száz vagy ezer nagyságrendű lehet. Az alkalmazástól függően a szám elérheti a szélsőséges értékeket (milliókat). Az új modelleknek képesnek kell lenniük ennyi csomópont kezelésére. Ezenkívül nagy sűrűségű szenzorhálózatokat kell használniuk, amelyek néhány csomóponttól több százig terjedhetnek egy 10 méternél kisebb átmérőjű területen. A sűrűséget a következőképpen lehet kiszámítani,

3.3. Gyártási költségek

Mivel az érzékelőhálózatok nagyszámú csomópontból állnak, a csomópontonkénti költségnek olyannak kell lennie, hogy igazolja a hálózat teljes költségét. Ha a hálózat költsége magasabb, mint a hagyományos szenzorok telepítése, akkor az gazdaságilag nem életképes. Ennek eredményeként az egyes csomópontok költségének alacsonynak kell lennie. Most egy Bluetooth-adót használó csomópont ára kevesebb, mint 10 dollár. A PicoNode ára körülbelül 1 dollár. Ezért egy szenzorhálózati csomópont költségének jóval kevesebbnek kell lennie, mint 1 USD használatuk gazdasági indokoltsága miatt. Az olcsó eszköznek számító Bluetooth csomópont ára tízszer magasabb, mint a szenzorhálózati csomópontok átlagos ára. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a csomópont további modulokkal is rendelkezik, mint például egy adatgyűjtő modul és egy adatfeldolgozó modul (leírása a 3.4. fejezetben található). Ezen kívül felszerelhetők pozícionáló rendszerrel vagy áramfejlesztővel, az érzékelő alkalmazásától függően hálózatok. Ennek eredményeként egy csomópont költsége összetett kérdés, tekintettel a számra funkcionalitás még akkor is, ha az ár kevesebb, mint 1 dollár.

3.4. Hardver jellemzői

Egy szenzorhálózati csomópont négy fő összetevőből áll, amint az az ábrán látható. 1: adatgyűjtő egység, feldolgozó egység, adó és tápegység. A további modulok jelenléte a hálózati alkalmazástól függ, lehetnek például helymodulok, áramfejlesztő és mobilizáló (MAC). Az adatgyűjtő modul általában két részből áll: érzékelőkből és analóg-digitális átalakítókból (ADC). A szenzor által a megfigyelt jelenség alapján generált analóg jelet alakítjuk át digitális jel az ADC használatával, majd betáplálják a feldolgozó egységbe. Az integrált memóriát használó feldolgozó modul kezeli azokat az eljárásokat, amelyek más csomópontokkal együtt lehetővé teszik a hozzárendelt megfigyelési feladatok végrehajtását. Az adóegység (adó-vevő) köti össze a csomópontot a hálózattal. A csomópont egyik legfontosabb eleme a tápegység. A tápegység lehet újratölthető, például napelemekkel.

A legtöbb adatátvitelt és adatgyűjtést végző csomópontnak nagy pontossággal kell tudnia a helyét. Ezért az általános sémában egy helymodul is szerepel. Néha szükség lehet egy mobilizálóra, amely szükség esetén mozgatja a csomópontot, amikor a feladatok elvégzéséhez szükséges. Lehetséges, hogy ezeket a modulokat egy gyufásdoboz méretű házban kell elhelyezni. A csomó mérete kisebb lehet egy köbcentiméternél, és elég könnyű ahhoz, hogy a levegőben maradjon. A méreten kívül a csomópontokra más szigorú korlátozások is vonatkoznak. Nekik muszáj :
nagyon kevés energiát fogyasztanak
nagy számú csomóponttal dolgozni rövid távolságon,
alacsony előállítási költséggel rendelkeznek
legyen önálló és felügyelet nélkül dolgozzon,
alkalmazkodni a környezethez.
Mivel a csomópontok elérhetetlenné válhatnak, az érzékelőhálózat élettartama az egyes csomópontok teljesítményétől függ. Étel korlátozott erőforrásés méretkorlátozások miatt. Például egy intelligens csomópont teljes energiatárolása 1 J nagyságrendű. A Wireless Integrated Sensor Network (WINS) esetében az átlagos töltési szintnek 30 LA-nál kisebbnek kell lennie a hosszú üzemidő biztosítása érdekében. Az érzékelőhálózatok élettartama meghosszabbítható újratölthető akkumulátorok használatával, például a környezetből nyert energiával. A napelemek kiváló példái az újratöltés használatának. A csomóponti kommunikációs modul lehet passzív vagy aktív optikai eszköz, például egy intelligens csomópontban, vagy rádiófrekvenciás (RF) adó. Az RF átvitelhez szükség van egy bizonyos sávszélességet használó modulációs modulra, egy szűrőmodulra, egy demodulációs modulra, ami bonyolultabbá és drágábbá teszi őket. Ezenkívül adatvesztés léphet fel két csomópont között, amiatt, hogy az antennák a talajhoz közel helyezkednek el. Mindazonáltal a rádiókommunikációt részesítik előnyben a legtöbb létező szenzorhálózati kialakításban, mivel az adatátviteli sebességek alacsonyak (általában 1 Hz-nél kisebbek), az átviteli ciklussebességek pedig magasak a rövid távolságok miatt. Ezek a jellemzők lehetővé teszik az alacsony rádiófrekvenciák használatát. Az energiatakarékos és alacsony frekvenciájú rádióadók tervezése azonban továbbra is technikai kihívást jelent, a Bluetooth eszközök gyártása során alkalmazott meglévő technológiák pedig nem elég hatékonyak a szenzorhálózatokhoz, mivel sok energiát fogyasztanak. Bár a processzorok mérete folyamatosan csökken, teljesítményük pedig folyamatosan nő, az adatok csomópont általi feldolgozása és tárolása még mindig a gyenge pontja. Például az intelligens csomópont feldolgozó modul egy 4 MHz-es Atmel AVR8535 processzorból, egy 8 KB-os utasításokkal rendelkező mikrokontrollerből, flash memóriából, 512 bájt RAM-ból és 512 bájt EEPROM-ból áll. Ez a modul, amely 3500 bájttal rendelkezik az operációs rendszer számára és 4500 bájt szabad memóriával rendelkezik a kód számára, a TinyOS operációs rendszert használja. Egy másik lAMPS csomópont prototípus feldolgozó modulja 59-206 MHz-es SA-1110 processzorral rendelkezik. Az IAMPS csomópontok többszálú operációs rendszert használnak. L-OS rendszer. A legtöbb adatgyűjtési feladat a csomópont pozíciójának ismeretét igényli. Mivel a csomópontok általában véletlenszerűen és felügyelet nélkül helyezkednek el, helymeghatározó rendszer segítségével kell együttműködniük. A helymeghatározást számos szenzorhálózati útválasztási protokoll használja (további részletek a 4. részben). Egyesek azt javasolták, hogy minden csomóponton legyen egy globális helymeghatározó rendszer (GPS) modul, amely 5 méteren belül működik. A cikk azzal érvel, hogy az érzékelőhálózatok működéséhez nem szükséges minden csomópontot GPS-szel ellátni. Létezik egy alternatív megközelítés, amikor csak néhány csomópont használja a GPS-t, és segít más csomópontoknak meghatározni a helyzetüket a földön.

3.5. Hálózati topológia

Az a tény, hogy a csomópontok elérhetetlenné válhatnak, és gyakori meghibásodásoknak vannak kitéve, a hálózat karbantartása kihívást jelent. A szenzorhálózat területén több száztól több ezer csomópontig lehet elhelyezni. Tíz méterre helyezkednek el egymástól. A csomók sűrűsége köbméterenként 20 csomónál is nagyobb lehet. A sok csomópont sűrű elrendezése megköveteli a hálózat gondos karbantartását. A hálózat topológiájának karbantartásával és megváltoztatásával kapcsolatos kérdéseket három szakaszban tárgyaljuk:

3.5.1. Maga a csomópontok elő- és telepítése állhat a csomópontok tömeges szétszórásával vagy mindegyik külön-külön történő telepítésével. Telepíthetők:

Repülőgépről szórva,
rakétába vagy lövedékbe helyezve
katapulttal dobva (például hajóról stb.),
elhelyezés a gyárban
minden csomópontot egyenként helyez el egy ember vagy egy robot.
Habár nagy mennyiség Az érzékelők és azok automatikus üzembe helyezése általában kizárja a gondosan megtervezett terv szerinti elhelyezésüket, a kezdeti telepítési sémáknak:
csökkenti a telepítési költségeket
szükségtelenné válik minden előzetes szervezés és előzetes tervezés,
az elhelyezés rugalmasságának növelése,
elősegíti az önszerveződést és a hibatűrést.

3.5.2. A hálózat telepítését követő fázis

A hálózat üzembe helyezése után a topológiájában bekövetkezett változás a csomópontok jellemzőinek megváltozásához kapcsolódik. Soroljuk fel őket:
pozíció,
hozzáférhetőség (interferencia, zaj, mozgó akadályok stb. miatt),
akkumulátortöltő,
meghibásodások
változó feladatok.
A csomópontok statikusan telepíthetők. Az eszköz meghibásodása azonban gyakori az akkumulátor lemerülése vagy megsemmisülése miatt. Nagy csomóponti mobilitású szenzorhálózatok lehetségesek. Ezenkívül a csomópontok és hálózatok különböző feladatokat látnak el, és szándékos interferencia hatásának lehetnek kitéve. Így a szenzorhálózat felépítése hajlamos a gyakori változásokra a telepítés után.

3.5.3. További csomópont-telepítési fázis

További csomópontok bármikor hozzáadhatók a hibás csomópontok cseréjéhez vagy a változó feladatok miatt. Új csomópontok hozzáadása szükségessé teszi a hálózat átszervezését. A sok csomópontot tartalmazó és nagyon szigorú teljesítménykorlátokkal rendelkező peer-to-peer hálózat topológiájában bekövetkező gyakori változások kezelése speciális útválasztási protokollokat igényel. Ezt a kérdést részletesebben a 4. szakasz tárgyalja.

3.6. Környezet

A csomópontok sűrűn helyezkednek el, nagyon közel vagy közvetlenül a megfigyelt jelenséghez. Így felügyelet nélkül működnek távoli földrajzi területeken. Tudnak dolgozni
forgalmas kereszteződésekben
nagy autók belsejében
az óceán fenekén
egy tornádó belsejében
az óceán felszínén egy tornádó idején,
biológiailag és kémiailag szennyezett területeken
a csatatéren
házban vagy nagy épületben,
egy nagy raktárban
állatokhoz kötődik
gyorsan mozgó járművekhez rögzítve
csatornában vagy folyóban a víz áramlásával együtt.
Ez a lista képet ad arról, hogy a csomópontok milyen feltételek mellett működhetnek. Működhetnek nagy nyomás alatt az óceán fenekén, zord környezetben, törmelék között vagy csatatéren, szélsőséges hőmérsékleten, például repülőgép hajtóműveiben vagy sarkvidéki területeken, nagyon zajos helyeken, ahol sok interferencia.

3.7. Adatátviteli módszerek

A többugrásos szenzorhálózatban a csomópontok vezeték nélkül kommunikálnak. A kommunikáció történhet rádión, infravörösen vagy optikai adathordozón keresztül. Ahhoz, hogy ezeket a módszereket világszerte használhassuk, az átviteli közegnek világszerte elérhetőnek kell lennie. A rádiókommunikáció egyik lehetősége az ipari, tudományos és orvosi (ISM) sávok használata, amelyek a legtöbb országban engedély nélkül állnak rendelkezésre. A használható frekvenciák egy részét a rádiószabályzat S5 cikkében található nemzetközi frekvenciatáblázat (1. kötet) írja le. Ezen frekvenciák egy része már használatban van a vezeték nélküli telefonálásban és a vezeték nélküli hálózatokban helyi hálózatok(WLAN). Kis méretű és alacsony költségű érzékelőhálózatokhoz nincs szükség jelerősítőre. A szerint a hardveres korlátok és az antenna hatékonysága és az energiafogyasztás közötti kompromisszumok bizonyos korlátozásokat támasztanak az átviteli frekvencia kiválasztásában a mikrohullámú frekvenciatartományban. Európában 433 MHz-es, Észak-Amerikában pedig 915 MHz-es ISM-et kínálnak. A két zóna lehetséges távadó-modelljeit itt tárgyaljuk. Az ISM rádiófrekvenciák használatának fő előnyei a széles frekvenciaspektrum és a világszerte elérhető elérhetőség. Nincsenek meghatározott szabványhoz kötve, így nagyobb szabadságot adnak az energiatakarékossági stratégiák megvalósítására a szenzorhálózatokban. Másrészt vannak különféle szabályok és korlátozások, például különféle törvények és a meglévő alkalmazások által okozott interferencia. Ezeket a frekvenciasávokat szabályozatlan frekvenciáknak is nevezik. A mai csomóponti berendezések többsége rádióadók használatán alapul. Az IAMPS vezeték nélküli csomópontjai, amelyek leírása: , Bluetooth-kompatibilis 2,4 GHz-es adókat használnak, és beépített frekvenciaszintetizátorral rendelkeznek. A kis teljesítményű csomópontok eszközét a munka ismerteti, egy rádióátviteli csatornát használnak, amely 916 MHz-es frekvencián működik. A WINS architektúra rádiót is használ. Egy másik lehetséges módja az érzékelő hálózatokban a kommunikáció infravörös. Az infravörös kommunikáció engedély nélkül elérhető, és immunis az elektromos interferencia ellen. Az infravörös adók olcsóbbak és könnyebben gyárthatók. A mai laptopok, PDA-k és mobiltelefonok nagy része infravörös interfészt használ az adatátvitelre. Az ilyen kommunikáció fő hátránya a közvetlen láthatóság követelménye a küldő és a címzett között. Ez az átviteli közeg miatt nemkívánatossá teszi az infravörös kommunikációt a szenzorhálózatokban való használatra. Érdekes átviteli módszer az intelligens csomópontok alkalmazása, amelyek az automatikus felügyelet és adatfeldolgozás moduljai. Az átvitelhez optikai közeget használnak. Két átviteli séma létezik: passzív sarokkocka-visszaverővel (CCR) és aktív lézerdiódával és vezérelt tükrökkel (lásd: ). Az első esetben nincs szükség integrált fényforrásra, a jelátvitelhez három tükör (CCR) konfigurációt használnak. Az aktív módszer lézerdiódát és aktív lézeres kommunikációs rendszert használ, hogy fénysugarat küldjön a kívánt vevőhöz. A szenzorhálózatok szokatlan alkalmazási követelményei megnehezítik az átviteli közeg kiválasztását. Például a tengeri alkalmazásokhoz vízi átviteli közeg használatára van szükség. Itt hosszú hullámú sugárzást kell alkalmazni, amely áthatol a víz felszínén. Nehéz terepen vagy csatatéren hibák és több interferencia fordulhat elő. Ezenkívül kiderülhet, hogy a csomópontantennák nem rendelkeznek a szükséges magassággal és sugárzási teljesítménnyel a más eszközökkel való kommunikációhoz. Ezért az átviteli közeg kiválasztását megbízható modulációs és kódolási sémáknak kell kísérniük, amelyek az átviteli csatorna jellemzőitől függenek.

3.8. Energiafelhasználás

A vezeték nélküli csomópont mikroelektronikai eszközként csak korlátozott tápegységgel szerelhető fel (

3.8.1. Kapcsolat

Egy csomópont maximális energiáját a kommunikációra fordítja, amely magában foglalja az adatok továbbítását és fogadását is. Azt lehet mondani, hogy a kommunikáció érdekében rövid távolságok alacsony adási teljesítmény mellett az adás és a vétel megközelítőleg ugyanannyi energiát igényel. A frekvenciaszintetizátorok, a feszültségszabályozó oszcillátorok, a fázisblokkoló (PLL) és a teljesítményerősítők mind energiát igényelnek, amely korlátozott. Fontos, hogy ebben az esetben az adók indításakor ne csak az aktív teljesítményt vegyük figyelembe, hanem az áramfogyasztást is. Az adó beindítása a másodperc töredékét vesz igénybe, tehát elhanyagolható mennyiségű energiát fogyaszt. Ez az érték összehasonlítható a PLL záridővel. Azonban ahogy a továbbított csomag csökken, az indítási teljesítmény kezdi uralni az energiafogyasztást. Emiatt nem hatékony a jeladó állandó be- és kikapcsolása, mert a legtöbb energia erre fog fordítani. Jelenleg az alacsony teljesítményű rádióadók szabványos Pt és Pr értékei 20 dBm, a Pout pedig közel 0 dBm. Vegye figyelembe, hogy a PC-re irányított PicoRadio -20 dBm. A kis méretű, olcsó adók tervezését a forrás tárgyalja. Eredményeik alapján a cikk szerzői, figyelembe véve a költségvetési és energiabecsléseket, úgy vélik, hogy a Pt és Pr értékének legalább egy nagyságrenddel kisebbnek kell lennie a fent megadott értékeknél.

3.8.2. Adatfeldolgozás

Az adatfeldolgozás energiafogyasztása sokkal kisebb az adatátvitelhez képest. A cikkben leírt példa valójában ezt az eltérést illusztrálja. Rayleigh elmélete alapján, miszerint a teljesítmény negyede elvész az átvitel során, arra a következtetésre juthatunk, hogy 1 KB 100 m távolságra történő átvitelének energiafogyasztása körülbelül akkora lesz, mint 3 millió utasítás végrehajtása 100 millió utasítás/perc sebességgel. második (MIPS )/W a processzor által. Ezért a helyi adatfeldolgozás kritikus fontosságú az energiafogyasztás minimalizálása érdekében egy többugrásos szenzorhálózatban. Ezért a csomópontoknak beépített számítási képességekkel kell rendelkezniük, és képesnek kell lenniük a környezettel való interakcióra. A költség- és méretkorlátok miatt a félvezetőket (CMOS) választjuk a mikroprocesszorok fő technológiájaként. Sajnos az energiahatékonyság korlátai vannak. A CMOS áramellátást igényel minden állapotváltáskor. Az állapotváltáshoz szükséges energia, arányos a kapcsolási frekvenciával, a kapacitással (területtől függően) és a feszültségingadozásokkal. Ezért a tápfeszültség csökkentése hatékony eszköz az energiafogyasztás csökkentésére aktív állapotban. A ban tárgyalt dinamikus feszültségskálázás a processzor teljesítményét és frekvenciáját igyekszik a munkaterheléshez igazítani. Ha a mikroprocesszor feldolgozási terhelése csökken, a frekvencia egyszerű csökkentése lineárisan csökkenti az energiafogyasztást, azonban a működési feszültség csökkentése négyzetes energiaköltségek csökkenését eredményezi. Másrészt a processzor minden lehetséges teljesítménye nem kerül felhasználásra. Ez akkor adja meg az eredményt, ha figyelembe vesszük, hogy nem mindig van szükség csúcsteljesítményre, így a processzor üzemi feszültsége és frekvenciája dinamikusan igazítható a feldolgozási igényekhez. A szerzők a meglévő terhelési profilok adaptív feldolgozásán és több már létrehozott séma elemzésén alapuló terhelés-előrejelzési sémákat javasolnak. A processzorteljesítmény csökkentésére szolgáló egyéb stratégiákat a következő fejezet tárgyalja. Megjegyzendő, hogy további sémák is használhatók az adatok kódolására és dekódolására. integrált áramkörök bizonyos esetekben is használható. Mindezen forgatókönyvek esetében a szenzorhálózat felépítése, a működési algoritmusok és a protokollok az adott energiaköltségektől függenek.

4. Szenzorhálózatok felépítése

A csomópontok általában véletlenszerűen helyezkednek el a megfigyelési területen. Mindegyik tud adatot gyűjteni, és ismeri az adatátvitel útvonalát a központi csomóponthoz, a végfelhasználóhoz. Az adatok továbbítása többugrásos hálózati architektúrával történik. A központi csomópont interneten vagy műholdon keresztül kommunikálhat a feladatkezelővel. ábrán látható a központi csomópont és az összes többi csomópont által használt protokollverem. 3. A protokoll verem tápellátási információkat és útvonalinformációkat tartalmaz, hálózati protokoll információkat tartalmaz, segíti a hatékony kommunikációt a vezeték nélküli környezetben, és elősegíti a csomópontok együttműködését. A protokoll verem egy alkalmazási rétegből, egy szállítási rétegből, egy hálózati rétegből, egy adatkapcsolati rétegből, egy fizikai rétegből, egy energiagazdálkodási rétegből, egy mobilitáskezelési rétegből és egy feladatütemezési rétegből áll. Az adatgyűjtési feladattól függően különböző fajták alkalmazási szoftverek alkalmazási szinten építhetők. a szállítási réteg szükség esetén segít megőrizni az adatok áramlását. A hálózati réteg kezeli a szállítási réteg által biztosított adatok útválasztását. Mivel a környezetnek van idegen zaj és a csomópontok mozgathatók, a MAC protokollnak minimálisra kell csökkentenie az ütközések előfordulását a szomszédos csomópontok közötti adatátvitel során. A fizikai réteg felelős az információátvitel képességéért. Ezek a protokollok segítik a gazdagépeket a feladatok végrehajtásában, miközben energiát takarítanak meg. Az energiagazdálkodási réteg határozza meg, hogy egy csomópont hogyan használja fel az energiát. Például egy csomópont kikapcsolhat egy vevőt, miután üzenetet kapott valamelyik szomszédjától. Ez segít elkerülni az ismétlődő üzeneteket. Ezenkívül, ha egy csomópont akkumulátora alacsony, közli a szomszédokkal, hogy nem tud részt venni az üzenettovábbításban. Az összes fennmaradó energiát adatgyűjtésre használja fel. A Mobility Control (MAC) réteg érzékeli és regisztrálja a csomópontok mozgását, így mindig van egy útvonal az adatátvitelhez a központi csomóponthoz, és a csomópontok meghatározhatják szomszédaikat. És ismerve szomszédait, a csomópont képes kiegyensúlyozni az energiafogyasztást, ha együttműködik velük. A feladatkezelő régiónként külön-külön tervezi és ütemezi az információgyűjtést. Az ugyanabban a régióban lévő összes csomópontnak nem kell egyidejűleg futtatnia a vizsgálati feladatokat. Ennek eredményeként egyes csomópontok kapacitásuktól függően több feladatot látnak el, mint mások. Mindezek a rétegek és modulok szükségesek ahhoz, hogy a csomópontok együttműködjenek és a maximális energiahatékonyságra törekedjenek, optimalizálják az adatátviteli útvonalat a hálózatban, és megosszák egymás erőforrásait. Ezek nélkül minden csomópont külön-külön fog működni. A teljes szenzorhálózat szempontjából hatékonyabb, ha a csomópontok egymással együttműködnek, ami segít meghosszabbítani maguknak a hálózatoknak az élettartamát. Mielőtt megvitatnánk a modulok és vezérlőrétegek protokollba való beépítésének szükségességét, megvizsgálunk három, a protokollveremen létező munkát, amelyet a 3. ábra mutat be A forrásban tárgyalt WINS modell, amelyben a csomópontok elosztott hálózatban kapcsolódnak, ill. hozzáférése van az internethez. Mivel sok WINS hálózati csomópont van egymástól kis távolságra, a többugrásos kommunikáció minimálisra csökkenti az energiafogyasztást. A csomópont által fogadott környezeti információkat egymás után küldik el a központi csomópontnak vagy a WINS-átjárónak más csomópontokon keresztül, ahogy az A, B, C, D és E csomópontok esetében a 2. ábrán látható. A WINS-átjáró közös hálózati protokollokon keresztül kommunikál a felhasználóval. mint például az Internet. A WINS hálózati protokoll verem az alkalmazási rétegből, a hálózati rétegből, a MAC rétegből és a fizikai rétegből áll. Intelligens csomópontok (vagy porszemek). Ezek a csomópontok kis méretük és súlyuk miatt tárgyakhoz rögzíthetők, vagy akár a levegőben is lebeghetnek. Optikai kommunikációhoz és adatgyűjtéshez MEMS technológiát használnak. A porszemek napkollektorral rendelkezhetnek a napközbeni feltöltéshez. Rálátás szükséges az optikai bázisállomás adójával vagy más porszemekkel való kommunikációhoz. A porhálózat architektúráját a 2. ábrán láthatóval összevetve elmondható, hogy az intelligens csomópontok általában közvetlenül kommunikálnak a bázisállomás adójával, de lehetőség van egy-egy kommunikációra is. A szenzorhálózatok protokolljainak és algoritmusainak fejlesztésének másik megközelítése a fizikai réteg követelményeinek köszönhető. A protokollokat és algoritmusokat a fizikai összetevők, például a mikroprocesszorok és a vevők típusa szerint kell megtervezni. Ezt az alulról felfelé irányuló megközelítést az IAMPS modell használja, és figyelembe veszi az alkalmazási réteg, a hálózati réteg, a MAC réteg és a fizikai réteg függőségét a gazdagép hardverétől. Az IAMPS csomópontok pontosan ugyanúgy kommunikálnak a végfelhasználóval, mint a 2. ábrán látható architektúrában. Különféle sémák, mint például az időosztásos osztás (TDMA) ill. frekvenciaosztás csatornák (FDMA) és bináris moduláció vagy M-moduláció összehasonlítása a forrásban történik. Az alulról felfelé irányuló megközelítés azt jelenti, hogy a csomópont algoritmusainak ismerniük kell a hardvert, és ki kell használniuk a mikroprocesszorok és adók képességeit az energiafogyasztás minimalizálása érdekében. Ez különféle csomópont-tervek kifejlesztéséhez vezethet. DE különféle kivitelek csomópontok különböző típusú szenzorhálózatokhoz vezetnek. Ez pedig különféle algoritmusok kidolgozásához vezet munkájukhoz.

Irodalom

1. G.D. Abowd, J.P.G. Sterbenz, Zárójelentés az intelligens környezetek kutatási kérdéseivel foglalkozó ügynökségközi műhelyről, IEEE Personal Communications (2000. október), 36–40.
2. J. Agre, L. Clare, Integrált architektúra kooperatív érzékelő hálózatokhoz, IEEE Computer Magazine (2000. május) 106–108.
3. HA. Akyildiz, W. Su, Power Aware Enhanced Routing (PAER) protokoll érzékelőhálózatokhoz, Georgia Tech Technical Report, 2002. január, közzétételre benyújtva.
4. A. Bakre, B.R. Badrinath, I-TCP: indirect TCP for mobile hosts, Proceedings of the 15th International Conference on Distributed Computing Systems, Vancouver, BC, May 1995, pp. 136–143.
5. P. Bauer, M. Sichitiu, R. Istepanian, K. Premaratne, A mobil páciens: vezeték nélküli elosztott szenzorhálózatok páciensek megfigyeléséhez és ellátásához, Proceedings 2000 IEEE EMBS International Conference on Information Technology Applications in Biomedicine, 2000, pp. 17–21.
6. M. Bhardwaj, T. Garnett, A.P. Chandrakasan, Upper bounds on the lifetime of sensor networks, IEEE International Conference on Communications ICC’01, Helsinki, Finnország, 2001. június.
7. P. Bonnet, J. Gehrke, P. Seshadri, Querying a fizikai világ, IEEE Personal Communications (2000. október) 10–15.

Elosztott szenzorhálózatok

Mik azok a vezeték nélküli szenzorhálózatok?

Érzékelők és vevőkészülék

A vezeték nélküli szenzorhálózatok az úgynevezett csomópontokból épülnek fel moty (mote) - kisméretű autonóm eszközök, amelyeket akkumulátorok és mikrochipek táplálnak rádiókommunikációval - például 2,4 GHz-es frekvencián. Különleges szoftver lehetővé teszi a mote-ok számára, hogy elosztott hálózatokba szervezzék magukat, kommunikáljanak egymással, lekérdezzenek és adatokat cseréljenek a legközelebbi csomópontokkal, amelyek távolsága általában nem haladja meg a 100 métert.

Az angol szakirodalomban egy ilyen hálózatot ún vezeték nélküli szenzorhálózat(WSN) egy vezeték nélküli hálózat, amely földrajzilag elosztott autonóm eszközökből áll, amelyek érzékelők segítségével közösen figyelik a különböző területek fizikai vagy környezeti feltételeit.

Olyan paramétereket mérhetnek, mint a hőmérséklet, hang, rezgés, nyomás, tárgyak vagy levegő mozgása. A vezeték nélküli szenzorhálózatok fejlesztését kezdetben olyan katonai feladatok motiválták, mint a harctéri megfigyelés. Jelenleg a vezeték nélküli szenzorhálózatokat egyre gyakrabban használják a civil élet számos területén, ideértve az ipari és környezeti megfigyelést, az egészségügyet és a tárgyak mozgásának szabályozását. A hatókör egyre szélesebb.

A munka alapelvei

3 szintű hálózati diagram. Szenzorok és átjáró 1. szintje. 2. szerver szint. 3. szintű vékonykliens

Minden hálózati csomópont: mot rádió adó-vevővel vagy más vezeték nélküli kommunikációs eszközzel, kis mikrokontrollerrel és áramforrással, általában akkumulátorral felszerelt. Használható napelemekkel vagy más alternatív energiaforrásokkal

A távoli elemek adatai a hálózaton keresztül, a legközelebbiek között csomóponttól csomópontig, rádiócsatornán keresztül kerülnek továbbításra. Ennek eredményeként egy adatcsomag kerül továbbításra a legközelebbi ponttól az átjáróhoz. Az átjáró általában USB-kábellel csatlakozik a szerverhez. A szerveren - az összegyűjtött adatokat feldolgozzák, tárolják és a WEB shell-en keresztül a felhasználók széles köre elérheti.

Egy szenzorcsomópont költsége több száz dollártól néhány centig terjed, az érzékelőhálózat méretétől és összetettségétől függően.

Hardver és szabványok

Átjáró (2db), USB kábellel laptophoz csatlakoztatva. A laptop UTP-n keresztül kapcsolódik az internethez, és szerverként működik

Érzékelő készülékek rádióantennával

A vezeték nélküli csomópont hardvere és a csomópontok közötti hálózati interakció protokolljai az energiafogyasztásra optimalizáltak, hogy biztosítsák a rendszer hosszú élettartamát autonóm tápegységekkel. A működési módtól függően egy csomópont élettartama több évet is elérhet.

Jelenleg számos szabványt ratifikálnak, vagy fejlesztés alatt állnak a vezeték nélküli szenzorhálózatok számára. A ZigBee olyan szabvány, mint például az ipari vezérlés, a beágyazott érzékelés, az orvosi adatgyűjtés és az épületautomatizálás. A Zigbee fejlődését ipari vállalatok nagy konzorciuma segíti elő.

• A WirelessHART a HART protokoll kiterjesztése az ipari automatizáláshoz. A WirelessHART hozzáadásra került az általános HART protokollhoz a HART 7 specifikáció részeként, amelyet a HART Communications Foundation hagyott jóvá 2007 júniusában.
• A 6lowpan a deklarált szabvány a hálózati réteghez, de még nem fogadták el.
• Az ISA100 egy újabb munka a WSN technológiába való belépésre, de szélesebb körben készült, hogy magában foglalja Visszacsatolás ellenőrzést a saját területén. Az ANSI szabványokon alapuló ISA100 bevezetése várhatóan 2008 végére fejeződik be.

WirelessHART, ISA100, ZigBee, és mindegyik ugyanazon a szabványon alapul: IEEE 802.15.4 - 2005.

Vezeték nélküli érzékelő hálózati szoftver

Operációs rendszer

A vezeték nélküli szenzorhálózatok operációs rendszerei a korlátozott erőforrások miatt kevésbé bonyolultak, mint az általános operációs rendszerek hardverérzékelő hálózat. Emiatt az operációs rendszernek nem kell támogatnia a felhasználói felületeket.

A vezeték nélküli szenzorhálózati hardver nem különbözik a hagyományos beágyazott rendszerektől, ezért a beágyazott operációs rendszer használható érzékelőhálózatokhoz

Vizualizációs alkalmazások

Mérési eredményeket megjelenítő és jelentéskészítő szoftver MoteView v1.1

A vezeték nélküli szenzorhálózatokból származó adatokat általában digitális adatként tárolják egy központi bázisállomáson. Számos szabványos program létezik, például a TosGUI MonSense, a GNS, amelyek megkönnyítik a nagy mennyiségű adat megtekintését. Ezenkívül az Open Consortium (OGC) szabványokat határoz meg a kódolási metaadatok interoperabilitására és interoperabilitására vonatkozóan, amelyek lehetővé teszik a vezeték nélküli szenzorhálózat valós idejű megfigyelését vagy vezérlését bárki számára webböngészőn keresztül.

A vezeték nélküli szenzorhálózat csomópontjaiból származó adatokkal való munkavégzéshez olyan programokat használnak, amelyek megkönnyítik az adatok megtekintését és kiértékelését. Az egyik ilyen program a MoteView. Ez a program lehetővé teszi az adatok valós idejű megtekintését és elemzését, mindenféle grafikon felépítését, jelentések kiadását különböző szakaszokban.

A használat előnyei

• Nincs szükség kábelek lefektetésére az áramellátáshoz és az adatátvitelhez;
• Az alkatrészek alacsony költsége, a rendszer telepítése, üzembe helyezése és karbantartása;
• Gyors és egyszerű hálózati telepítés;
• A teljes rendszer egészének megbízhatósága és hibatűrése az egyes csomópontok vagy alkatrészek meghibásodása esetén;
• A hálózat bármely objektumnál történő megvalósításának és módosításának lehetősége anélkül, hogy az objektumok működési folyamatát megzavarná.
• Lehetőség a teljes rendszer egészének gyors és szükség esetén rejtett telepítésére.

Mindegyik érzékelő körülbelül akkora, mint egy sörös kupak (de a jövőben akár több százszor is kicsinyíthető), és processzort, memóriát és rádióadót tartalmaz. Az ilyen burkolatok bármely területen szétszórhatók, és maguk is kapcsolatot létesítenek egymással, egyetlen vezeték nélküli hálózatot alkotnak, és megkezdik az adatok továbbítását a legközelebbi számítógépre.

Vezeték nélküli hálózatba kapcsolva a szenzorok nyomon követhetik a környezeti paramétereket: mozgást, fényt, hőmérsékletet, nyomást, páratartalmat stb. A monitorozás nagyon nagy területen végezhető, mert a szenzorok a lánc mentén továbbítják az információkat a szomszédtól a szomszédig. A technológia lehetővé teszi, hogy évekig (akár évtizedekig) működjenek elemcsere nélkül. A szenzorhálózatok a számítógép univerzális érzékszervei, és a világ összes érzékelővel felszerelt fizikai tárgyát a számítógép felismeri. A jövőben a több milliárd érzékelő mindegyike kap egy IP-címet, és akár egy globális szenzorhálózatot is alkothatnak. A szenzorhálózatok képességei iránt eddig csak a katonaság és az ipar érdeklődött. A szenzorhálózatok piackutatásával foglalkozó ON World legfrissebb jelentése szerint idén jelentős fellendülés tapasztalható a piacon. Egy másik figyelemre méltó esemény ebben az évben a világ első egylapkás ZigBee rendszerének kiadása volt (Ember). Az ON World által megkérdezett nagy amerikai iparvállalatok 29%-a már használ szenzorhálózatokat, további 40%-uk pedig 18 hónapon belül tervezi ezek telepítését. Amerikában több mint száz kereskedelmi cég jelent meg, amelyek szenzorhálózatok létrehozásával és karbantartásával foglalkoznak.

Az idei év végére a szenzorok száma a bolygón meghaladja az 1 milliót.Most már nemcsak a hálózatok száma nő, hanem a méretük is. Ez az első alkalom, hogy több, több mint 1000 csomópontból álló hálózatot hoztak létre és üzemeltettek sikeresen, köztük egy 25 000 csomópontot.

Forrás: Web PLANET

Alkalmazási terület

A WSN alkalmazásai sokfélék és változatosak. Kereskedelmi és ipari rendszerekben használják olyan adatok monitorozására, amelyek vezetékes érzékelőkkel történő ellenőrzése nehéz vagy költséges. A WSN-ek nehezen megközelíthető területeken használhatók, ahol hosszú évekig megmaradhatnak (környezeti környezetvédelmi monitoring) anélkül, hogy tápegységet kellene cserélni. Ellenőrizhetik a védett létesítmény megsértőinek cselekedeteit

A WSN-t megfigyelésre, nyomon követésre és vezérlésre is használják. Íme néhány alkalmazás:

• Füstfigyelés és tüzek észlelése nagy erdőkből és tőzeges területekről
• Kiegészítő információforrás az Orosz Föderáció Alanyai Igazgatásának Válságközpontjai számára
• A potenciális feszültség szeizmikus kimutatása
• Katonai megfigyelések
• Akusztikus tárgymozgás érzékelés biztonsági rendszerekben.
• A tér és a környezet ökológiai monitorozása
• Ipari folyamatok monitorozása, felhasználás MES rendszerekben
• Orvosi megfigyelés

Épületautomatizálás:

	a hőmérséklet, a légáramlás, az emberek jelenléte és a mikroklíma fenntartását szolgáló berendezések ellenőrzése;
	világításvezérlés;
	energia gazdálkodás;
	lakásmérők leolvasásának gyűjtése gáz, víz, villany stb.;
	biztonsági és tűzjelző;
	épületek, építmények teherhordó szerkezeti állapotának figyelemmel kísérése.

Ipari automatizálás:

	ipari berendezések távvezérlése és diagnosztikája;
	berendezések karbantartása az aktuális állapot szerint (a biztonsági ráhagyás előrejelzése);
	gyártási folyamatok nyomon követése;