Wstęp

Bezprzewodowa sieć czujników- rozproszony, zestaw czujników (czujników) i aktuatorów, połączonych kanałem radiowym. Zasięg takiej sieci może wynosić od kilku metrów do kilku kilometrów ze względu na możliwość przekazywania wiadomości z jednego elementu do drugiego.

Główne cechy bezprzewodowych sieci czujników to samoorganizacja i zdolność adaptacji do zmian warunków pracy, więc to wymaga minimalne koszty podczas rozmieszczania sieci w obiekcie oraz podczas późniejszej jej konserwacji w trakcie eksploatacji.

Krótka historia

Za jeden z pierwszych prototypów sieci czujników można uznać system SOSUS, przeznaczony do wykrywania i identyfikacji okrętów podwodnych. W połowie lat 90. technologie bezprzewodowych sieci czujników zaczęły się aktywnie rozwijać, a na początku XXI wieku rozwój mikroelektroniki umożliwił wyprodukowanie dość taniej bazy elementów dla takich urządzeń. Sieci bezprzewodowe z początku 2010 roku opierają się głównie na .

Zamiar

Głównym celem jest nie tylko wymiana danych między węzłami za pośrednictwem zdecentralizowanej sieci samoorganizującej się, ale także zbieranie przesyłanych informacji (głównie danych) z czujników (temperatury, ciśnienia, wilgotności, poziomów promieniowania, wibracji akustycznych) do centralnego węzła dla celem jego późniejszej analizy lub przetwarzania.

Zapotrzebowanie na rynku na bezprzewodowe sieci sensorowe jest również ściśle związane z koncepcją intelektualizacji takich obiektów jak dom, biuro i pomieszczenia przemysłowe, w których osoba miejska spędza do 90% czasu, a także z koncepcją tworzenia cybernetyki. branże (w pełni wyposażone w roboty), których podstawowym zadaniem jest wprowadzenie technologie bezprzewodowe na poziomie APCS.

Technologia sieci czujników została zaprojektowana do rozwiązywania najszerszego zakresu zadań monitorowania i sterowania w przemyśle i ma następujące cechy niezaprzeczalne zalety nad innymi istniejącymi systemami bezprzewodowymi i przewodowymi:

  • możliwość zainstalowania czujników na istniejącym i eksploatowanym obiekcie, bez dodatkowa praca do układania sieci przewodowej;
  • niska cena oddzielny element sterujący;
  • niska cena instalacja, uruchomienie i konserwacja systemu;
  • minimalne ograniczenia dotyczące umieszczania urządzeń bezprzewodowych;
  • wysoka odporność na uszkodzenia sieć sensoryczna jako całość.

Opis

Sprzęt węzłów bezprzewodowych i protokoły interakcji sieciowej między nimi są zoptymalizowane pod kątem zużycia energii, aby zapewnić długą żywotność systemu z źródła offline odżywianie. W zależności od trybu pracy żywotność węzła może sięgać kilku lat.

Każdy węzeł sieci czujników zwykle zawiera porty wejścia/wyjścia danych z różne czujniki kontrola otoczenie zewnętrzne(lub same czujniki), mikrokontroler i nadajnik-odbiornik radiowy, a także autonomiczne lub zewnętrzne źródło zasilania. Dzięki temu urządzenie może odbierać wyniki pomiarów, dokonywać wstępnej obróbki danych oraz komunikować się z zewnętrznym systemem informatycznym. Mikrokontroler może być wykorzystany do realizacji inteligentnego przetwarzania rozproszonych danych. W inteligentnej bezprzewodowej sieci czujników urządzenia są w stanie wymieniać informacje na poziomie lokalnym, analizować je i przesyłać przetworzone informacje na określoną głębokość, a nie „surowe” dane. Może to znacznie zmniejszyć wymagania dotyczące pasmo sieci, zwiększyć skalowalność i żywotność systemu. Jednak dodanie „inteligencji” do sieci wymaga uwzględnienia specyfiki zastosowanego zadania, więc takie podejście jest zwykle skuteczne przy tworzeniu niestandardowego, wysokospecjalistycznego systemu.

W ten sposób klucz cechy sieci czujników to:

  • umiejętność samodzielnej organizacji sieci transmisji informacji i jej dostosowania do ilości urządzeń;
  • możliwość przekazywania wiadomości z jednego elementu do drugiego;
  • możliwość posiadania czujników w każdym elemencie;
  • długoterminowy żywotność baterii(1 rok lub więcej)

Obecnie technologia bezprzewodowych sieci czujników jest jedyną, która może być wykorzystana do rozwiązywania zadań monitorowania i sterowania, które są krytyczne dla wymagań dotyczących żywotności baterii urządzeń, ich niezawodności, automatycznej lub półautomatycznej konfiguracji każdego z nich, możliwości prosty dodatek lub wykluczenie urządzenia z sieci, propagacja sygnałów przez ściany i sufity niskim kosztem systemu. A technologia przekaźnikowej komunikacji radiowej krótkiego zasięgu, znana jako „Sieci czujnikowe”, jest jednym z nowoczesnych kierunków rozwoju samoorganizujących się, odpornych na awarie rozproszonych systemów monitorowania przemysłowego oraz sterowania zasobami i procesami.

Zalety technologii bezprzewodowych sieci czujnikowych można skutecznie wykorzystać do rozwiązywania różnych problemów aplikacyjnych związanych z rozproszonym gromadzeniem, analizą i przesyłaniem informacji.

Automatyka budynkowa

W niektórych aplikacjach automatyki budynkowej zastosowanie tradycyjnych systemów komunikacji przewodowej nie jest możliwe ze względów ekonomicznych.

Na przykład musisz wprowadzić nowy lub rozwinąć istniejący system w używanym budynku. W tym przypadku zastosowanie rozwiązań bezprzewodowych jest najbardziej akceptowalną opcją, ponieważ. nie są wymagane żadne dodatkowe prace instalacyjne z naruszeniem wystroju wnętrza lokalu, praktycznie nie powodują niedogodności dla pracowników lub mieszkańców budynku itp. Dzięki temu koszt wdrożenia systemu zostaje znacznie obniżony.

Innym przykładem mogą być biurowce na planie otwartym, dla których nie jest możliwe określenie dokładnej lokalizacji czujników na etapie projektowania i budowy. Jednocześnie układ biur może wielokrotnie zmieniać się w trakcie eksploatacji budynku, dlatego czas i pieniądze poświęcone na rekonfigurację systemu powinny być minimalne, co można osiągnąć stosując rozwiązania bezprzewodowe.

Dodatkowo można podać następujące przykłady systemów opartych na bezprzewodowych sieciach sensorowych:

  • monitorowanie temperatury, przepływu powietrza, obecności ludzi oraz sterowanie urządzeniami grzewczymi, wentylacyjnymi i klimatyzacyjnymi w celu utrzymania mikroklimatu;
  • sterowanie oświetleniem;
  • zarządzanie energią;
  • zbieranie odczytów z liczników mieszkań dla gazu, wody, prądu itp.;
  • monitoring stanu konstrukcji nośnych budynków i budowli.

automatyka przemysłowa

Do tej pory powszechne stosowanie komunikacji bezprzewodowej w dziedzinie automatyki przemysłowej było powstrzymywane przez słabą niezawodność łączy radiowych w porównaniu z połączeniami przewodowymi w trudnych warunkach. operacja przemysłowa, ale bezprzewodowe sieci czujników zasadniczo zmieniają obecną sytuację, ponieważ z natury odporny na różnego rodzaju zakłócenia (na przykład fizyczne uszkodzenie węzła, pojawienie się zakłóceń, zmieniające się przeszkody itp.). Co więcej, w pewnych warunkach bezprzewodowa sieć czujników może zapewnić jeszcze większą niezawodność niż przewodowy system komunikacyjny.

Rozwiązania oparte na bezprzewodowych sieciach sensorowych w pełni spełniają wymagania branży:

  • odporność na uszkodzenia;
  • skalowalność;
  • przystosowanie do warunków pracy;
  • efektywności energetycznej;
  • biorąc pod uwagę specyfikę zastosowanego zadania;
  • opłacalność ekonomiczna.

Technologie bezprzewodowych sieci czujnikowych mogą być wykorzystywane w następujących zadaniach automatyki przemysłowej:

  • zdalne sterowanie i diagnostyka urządzeń przemysłowych;
  • konserwacja sprzętu zgodnie z aktualnym stanem (przewidywanie marginesu bezpieczeństwa);
  • monitorowanie procesów produkcyjnych;
  • telemetria do badań i testów.

Inne aplikacje

Unikalne cechy i różnice bezprzewodowych sieci sensorowych od tradycyjnych przewodowych i bezprzewodowych systemów transmisji danych sprawiają, że ich zastosowanie jest skuteczne w większości różne obszary. Na przykład:

  • bezpieczeństwo i obrona:
    • kontrola ruchu ludzi i sprzętu;
    • fundusze komunikacja operacyjna i inteligencja;
    • kontrola obwodowa i zdalne monitorowanie;
    • pomoc w akcjach ratowniczych;
    • monitorowanie mienia i kosztowności;
    • alarm bezpieczeństwa i przeciwpożarowy;
  • monitorowanie środowisko:
    • monitorowanie zanieczyszczeń;
    • Rolnictwo;
  • opieka zdrowotna:
    • monitorowanie stanu fizjologicznego pacjentów;
    • kontrola lokalizacji i powiadamianie personelu medycznego.

Korporacyjna wersja technologii Internetu rzeczy (IoT) jest obecnie aktywnie wykorzystywana w przemyśle. Enterprise Internet of Things (EIoT) wykorzystuje bezprzewodowe sieci czujników i elementy sterujące, aby zapewnić przedsiębiorstwom nowe sposoby kontrolowania maszyn i sprzętu. Czujniki bezprzewodowe, zasilane małą baterią bez podłączenia do przewodowego źródła zasilania, mogą być umieszczane w środowiskach przemysłowych w miejscach całkowicie niedostępnych dla sterowników poprzedniej generacji.

EIoT zwiększył niezawodność, bezpieczeństwo i interoperacyjność systemów i sprzętu, aby spełnić najbardziej rygorystyczne wymagania dotyczące wdrażania technologii bezprzewodowych w tym obszarze, nie tylko w przemyśle, ale także w opiece zdrowotnej, usługach finansowych itp. EIoT odpowiada na potrzeby te obszary przez co? specyfikacje a elementy konstrukcyjne tej nowej technologii znacznie przewyższają podobne technologie IoT w tradycyjnych urządzeniach zaprojektowanych do mniej krytycznych zastosowań konsumenckich lub komercyjnych.

Problemy z EIoT

Czujniki i sterowniki z obsługą EIoT mogą pracować niemal w dowolnym miejscu w środowisku przemysłowym, ale do tej pory była to raczej kwestia szczęścia, ponieważ nie każdy sprzęt przemysłowy jest idealny do zastosowania w sieciach bezprzewodowych. Dzieje się tak, ponieważ we wdrożeniu IoT występują dwa powiązane, ale pozornie sprzeczne elementy:

  1. Sama bezprzewodowa sieć urządzeń, która jest instalowana za pomocą czujników i sterowników związanych z technologią bliskiego zasięgu o niskim zużyciu energii.
  2. Sieć czujników IoT wchodzących w interakcję z innymi urządzeniami, sterownikami i częściami sieci już na większą odległość.

Ryż. 1. Aplikacje oddalone od ośrodków miejskich i tradycyjnych usług telekomunikacyjnych mogą wykorzystywać energooszczędny protokół komunikacyjny, taki jak LoRa, do organizowania globalnej sieci

To właśnie niemożność niezawodnej komunikacji na duże odległości jest często najpoważniejszą przeszkodą w środowisku przemysłowym. Problem ten ma prostą przyczynę: telekomunikację, która odbywa się za pomocą przewodowych linii kablowych lub z wykorzystaniem transmisji sygnału przez wieże. komunikacja komórkowa, nie zawsze jest dostępny w lokalizacjach urządzeń przemysłowych. Ponadto koszt korzystania z usług komórkowych tylko w celu dostarczenia kilku pakietów danych z czujników w jednej sesji komunikacyjnej nie ma większego sensu zarówno z ekonomicznego punktu widzenia, jak i ze względów czysto technicznych. Ponadto dość często pojawia się problem zasilania czujników i urządzeń komunikacyjnych, co bardzo trudno zorganizować w odległych miejscach, gdzie sprzęt lub infrastruktura nie jest zasilana bezpośrednio z sieci przemysłowej.

Pomimo szerokiego zasięgu komunikacji komórkowej w osadach, w niektórych miejscach nie ma niezawodnej usługi organizowania komunikacji bezprzewodowej. Jest to powszechny problem na obszarach wiejskich i odległych lokalizacjach urządzeń przemysłowych, takich jak izolowane urządzenia naftowe i gazowe lub transport rurociągowy, systemy wodociągowe i ściekowe (rys. 1) itp. Takie lokalizacje są również często oddalone od najbliższego serwisu technicznego personel, który sprawdza poprawność działania urządzeń. Czasami dotarcie do sprzętu i sprawdzenie go zajmuje inżynierowi cały dzień, a nawet kilka. Często trudno i łatwo znaleźć specjalistów chętnych do pracy w tak odległych obszarach. Ponieważ ze względu na ograniczony zasięg komunikacji czujniki i elementy sterujące obsługujące technologię EIoT są dość rzadkie w odległych lokalizacjach, na ratunek przychodzą sieci rozległe o niskim poborze mocy (LPWAN).

BLE i LPWAN

Najbardziej powszechnie stosowany technologia bezprzewodowa krótki zasięg w systemach EIoT to technologia Bluetooth low energy - BLE (angielski Bluetooth niski poziom energii, znany również jako Bluetooth Smart). Głównym powodem dużej popularności BLE dla EIoT jest jego energooszczędność, która pozwala na długą pracę czujników i sterowników przy bardzo niskim zużyciu baterii. BLE zarządza cyklami uśpienia, czuwania i aktywnymi cyklami. BLE jest również szeroko stosowany ze względu na siłę sygnału RF, który pozwala tej technologii działać skutecznie nawet w trudnych środowiskach ze zwiększonym poziomem szumów o wysokiej częstotliwości, sygnałami cyfrowymi ze sprzętu komputerowego, a nawet w obecności fizycznych przeszkód propagacja fal radiowych. Ale, jak wiadomo, wszystkie te czynniki są znane w środowisku przemysłowym.

W projektach dotyczących wdrożenia EIoT to właśnie technologia BLE jest podstawą organizacji komunikacji krótkiego zasięgu. Co więcej, może być stosowany zarówno na już eksploatowanych, jak i na kompleksach urządzeń przemysłowych, które są jeszcze w fazie projektowania. Jednak taka sieć urządzeń obsługujących BLE wymaga sposobu na odbieranie instrukcji i przekazywanie danych na większe odległości. Poleganie na tradycyjnej infrastrukturze telekomunikacyjnej, która pozwala na dwukierunkowe Wi-Fi lub sygnały komórkowe, nie jest możliwe ze względu na barierę ograniczającą zastosowanie tych sieci czujników i sterowania. Łącząc BLE z ultrazasięgową i energooszczędnością technologii LoRa, firmom udało się wdrożyć EIoT w miejscach, gdzie nie jest dostępna infrastruktura telekomunikacyjna i energetyczna, a to z kolei rozszerzyło geografię wdrożenia Internetu technologii rzeczy.

Ryż. 2. Czujniki są najpierw podłączane do klienta LoRa, a następnie przez bramkę LoRa

Protokół LoRa WAN to często LPWAN, ponieważ zapewnia bezpieczną dwukierunkową transmisję danych i komunikację z sieciami IoT na duże odległości przez wiele lat bez wymiany baterii. Przy wykorzystaniu technologii LoRa możliwe jest wysyłanie i odbieranie sygnałów na odległość do około 16 km, a w razie potrzeby repeatery (repeatery) mogą zwiększyć tę odległość do setek kilometrów. Na ryc. Rysunek 2 pokazuje, jak działa LoRa. W zastosowaniach IoT LoRa ma wiele zalet właśnie ze względu na swoje cechy ekonomiczne i możliwości:

  • Ponieważ LoRa, podobnie jak BLE, jest technologią o bardzo niskim poborze mocy, może działać w sieciach urządzeń IoT zasilanych bateryjnie i zapewnia długą żywotność baterii bez konieczności częstej konserwacji.
  • Węzły LoRa są niedrogie i pozwalają firmom obniżyć koszty transmisji danych w systemach komórkowych, a także wyeliminować instalację kabli światłowodowych lub miedzianych. Eliminuje to poważną barierę finansową w łączeniu zdalnie zlokalizowanych czujników i sprzętu.
  • Technologia LoRa dobrze współpracuje urządzenia sieciowe umieszczone w pomieszczeniach, w tym w złożonych środowiskach przemysłowych.
  • LoRa jest wysoce skalowalny i interoperacyjny dzięki obsłudze milionów węzłów i może być podłączony do publicznych i prywatnych sieci danych oraz dwukierunkowych systemów komunikacyjnych.

Tak więc, podczas gdy inne technologie LPWAN będą w stanie rozwiązać problem zasięgu komunikacji tylko przy wdrażaniu rozwiązań IoT w dłuższej perspektywie, technologia LoRa oferuje do tego komunikację dwukierunkową, przeciwzakłóceniową i wysoką zawartość informacyjną.

LoRa ma też sporą wadę - niską przepustowość. To sprawia, że ​​nie nadaje się do aplikacji wymagających przesyłania strumieniowego danych. Jednak to ograniczenie nie uniemożliwia jego wykorzystania w szerokim zakresie aplikacji IoT, w których od czasu do czasu przesyłane są tylko małe pakiety danych.

Interakcja

Ryż. 3. Moduł RM1xx firmy Laird, który zawiera możliwości komunikacyjne dla protokołów sieci bezprzewodowej LoRa i Bluetooth

Potencjał LoRa jest podwojony w połączeniu z technologią taką jak BLE. Razem zapewniają zestaw funkcji bezprzewodowych o bardzo niskim poborze mocy do komunikacji krótkiego i dalekiego zasięgu, które zwiększają możliwości sieci EIoT. Przykładowo, centralną część obszarów miejskich można pokryć zaledwie kilkoma bramkami LoRaWAN, które są podstawą dla sieci sensorowych BLE, które są obecnie niezależne od tradycyjnych infrastruktur telekomunikacyjnych. Tym samym symbioza LoRa i BLE usuwa szereg barier dla ekspansji IoT zarówno w megamiastach, jak i małych miastach, które mają bariery dla powszechnego wdrażania Internetu Rzeczy. Jednak największymi beneficjentami połączenia LoRA i BLE są bezprzewodowe czujniki, sterowniki i inne urządzenia, które teraz można zainstalować bez żadnych ograniczeń dosłownie w dowolnym miejscu (rys. 3). To szczególna zasługa BLE. BLE pozwala również tym urządzeniom na współpracę w zintegrowanej sieci krótkiego zasięgu sterowanej np. ze smartfonów czy tabletów, które w tym przypadku służą jako zdalne wyświetlacze bezprzewodowe. W tym pakiecie technologia LoRa, oparta na mobilnych możliwościach BLE, działa jako rodzaj stacji radiowej, która może wysyłać i odbierać dane na duże odległości. Ponadto odległości te można zwiększyć za pomocą prostych bramek do transmisji sygnału.

Jest już wiele dobre przykłady, pokazując, w jaki sposób parowanie LoRa i BLE umożliwia sieciom EIoT osiągnięcie zupełnie innych celów poziom techniczny i zwiększ swoją ekspansję.

Bezprzewodowe sieci czujników: przegląd


Akuldiz IF


Tłumaczenie z języka angielskiego: Levzhinsky A.S.



adnotacja

W artykule opisano koncepcje sieci sensorowych, których realizacja stała się możliwa dzięki połączeniu systemów mikroelektromechanicznych, komunikacji bezprzewodowej i elektroniki cyfrowej. Badane są zadania i potencjał sieci sensorowych, dokonuje się przeglądu faktów wpływających na ich rozwój. Uwzględniono również architekturę budowy sieci czujników, opracowane algorytmy i protokoły dla każdej warstwy architektury. Artykuł porusza pytania dotyczące implementacji sieci czujników.

1. Wstęp

Ostatnie postępy w technologiach systemów mikroelektromechanicznych (MEMS), komunikacji bezprzewodowej i elektronice cyfrowej umożliwiły tworzenie tanich, energooszczędnych, wielofunkcyjnych motków (węzłów), które są małe i „komunikują się” bezpośrednio ze sobą . Sieci sensorowe oparte na wspólnej pracy dużej liczby maleńkich węzłów, na które składają się moduły do ​​zbierania i przetwarzania danych, nadajnik. Taka sieć ma znaczną przewagę nad zestawem tradycyjnych czujników. Oto dwie kluczowe cechy tradycyjnych czujników: Czujniki mogą być umieszczone daleko od obserwowanego zjawiska. Takie podejście wymaga wielu czujników, które wykorzystują wyrafinowane techniki do wykrywania celów z szumu.
Możesz wdrożyć wiele czujników, które zbierają tylko dane. Starannie zaprojektuj pozycje i topologię czujników. Będą przekazywać obserwacje do węzłów centralnych, gdzie będzie dokonywane gromadzenie i przetwarzanie danych.
Sieć czujników składa się z dużej liczby węzłów (motylek), które są gęsto zlokalizowane blisko obserwowanego zjawiska. Pozycja drobinek nie musi być wcześniej obliczona. Dzięki temu można je losowo umieszczać w trudno dostępnych miejscach lub wykorzystywać do operacji ratunkowych, które wymagają szybkiej reakcji. Z drugiej strony oznacza to, że protokoły sieciowe i algorytmy mot muszą być samoorganizujące się. Kolejną unikalną cechą sieci czujników jest współpraca poszczególnych węzłów. Moty są wyposażone w procesor. Dlatego zamiast przekazywać oryginalne dane, mogą je przetwarzać wykonując proste obliczenia i przekazywać tylko niezbędne i częściowo przetworzone dane. Opisane powyżej cechy zapewniają szeroki zakres zastosowań dla sieci czujników. Takie sieci mogą być wykorzystywane w służbie zdrowia, wojsku i bezpieczeństwie. Na przykład dane fizjologiczne o pacjencie mogą być zdalnie monitorowane przez lekarza. Jest to wygodne zarówno dla pacjenta, jak i pozwala lekarzowi zrozumieć jego aktualny stan. Sieci czujników mogą służyć do wykrywania obcych środków chemicznych w powietrzu i wodzie. Mogą pomóc określić rodzaj, stężenie i lokalizację zanieczyszczeń. Zasadniczo sieci czujników pozwalają na lepsze zrozumienie środowiska. Przewidujemy, że w przyszłości bezprzewodowe sieci czujników będą integralną częścią naszego życia, bardziej niż dzisiejsze komputery osobiste. Realizacja tych i innych projektów wymagających zastosowania bezprzewodowych sieci sensorowych wymaga specjalnych metod. Wiele protokołów i algorytmów zostało opracowanych dla tradycyjnych bezprzewodowych sieci peer-to-peer, więc nie są one dobrze przystosowane do unikalne funkcje i wymagania sieci czujników. Oto różnice między sieciami czujników a sieciami peer-to-peer: Liczba węzłów w sieci czujników może być o kilka rzędów wielkości wyższa niż węzłów w sieci peer-to-peer.
Węzły są gęsto rozmieszczone.
Węzły są podatne na awarie.
Topologia sieci czujników może się często zmieniać
Węzły używają głównie komunikatów rozgłoszeniowych, podczas gdy większość sieci peer-to-peer opiera się na komunikacji punkt-punkt.
Węzły mają ograniczoną moc, moc obliczeniową i pamięć.
Węzły nie mogą mieć globalnego numer identyfikacyjny(IN) ze względu na duże obciążenie i dużą liczbę czujników.
Ponieważ węzły w sieci są gęsto upakowane, sąsiednie węzły mogą znajdować się bardzo blisko siebie. Dlatego połączenia z wieloma przeskokami w sieciach czujników będą zużywać mniej energii niż połączenia bezpośrednie. Ponadto można wykorzystać niską moc sygnału danych, co jest przydatne w niejawnym nadzorze. Komunikacja wieloskokowa może skutecznie przezwyciężyć niektóre trudności związane z propagacją sygnału na duże odległości w komunikacji bezprzewodowej. Jednym z najważniejszych ograniczeń węzłów jest niski pobór mocy. Moty mają ograniczone źródła energii. Tak więc, podczas gdy tradycyjne sieci koncentrują się na osiągnięciu wysokiej jakości sygnału, protokoły sieciowe mot powinny skupiać się głównie na oszczędzaniu energii. Muszą posiadać mechanizmy, które pozwolą użytkownikowi wydłużyć czas życia mote'a poprzez zmniejszenie przepustowości lub zwiększenie opóźnienia przesyłania danych. Wielu badaczy jest obecnie zaangażowanych w rozwój obwodów spełniających te wymagania. W tym artykule omówimy protokoły i algorytmy, które obecnie istnieją dla sieci czujników. Naszym celem jest lepsze zrozumienie aktualnych problemów badawczych w tym obszarze. Postaramy się również zbadać ograniczenia projektowe i zidentyfikować narzędzia, które można wykorzystać do rozwiązywania problemów projektowych. Artykuł jest zorganizowany w następujący sposób: w drugiej części opisujemy potencjał i użyteczność sieci czujników. W rozdziale 3 omówimy czynniki wpływające na projektowanie takich sieci. Szczegółowe badanie istniejących metod w tym obszarze zostanie omówione w sekcji 4. Podsumujemy je w sekcji 5.

2. Zastosowanie bezprzewodowych sieci czujników

Sieci czujnikowe mogą składać się z różnego rodzaju czujników, takich jak czujniki sejsmiczne, pola magnetycznego, termiczne, podczerwone, akustyczne, zdolne do wykonywania różnorodnych pomiarów warunków środowiskowych. Na przykład takie jak:
temperatura,
wilgotność,
ruch samochodowy,
stan piorunowy,
nacisk,
skład gleby,
poziom hałasu,
obecność lub brak niektórych przedmiotów,
obciążenie mechaniczne
cechy dynamiczne, takie jak prędkość, kierunek i wielkość obiektu.
Motes mogą być używane do ciągłego sondowania, wykrywania zdarzeń i identyfikacji. Pojęcie mikrodetekcji i połączenie bezprzewodowe obiecuję wiele nowych zastosowań dla takich sieci. Sklasyfikowaliśmy je według głównych obszarów: zastosowania wojskowe, badania środowiskowe, opieka zdrowotna, zastosowanie w domach i innych obszarach komercyjnych. Ale możliwe jest rozszerzenie tej klasyfikacji i dodanie większej liczby kategorii, takich jak eksploracja kosmosu, przetwarzanie chemiczne i pomoc w przypadku katastrof.

2.1. Aplikacja wojskowa

Bezprzewodowe sieci czujników mogą stanowić integralną część wojskowych systemów dowodzenia, łączności, wywiadu, obserwacji i orientacji (C4ISRT). Szybkie wdrażanie, samoorganizacja i odporność na uszkodzenia to cechy sieci czujników, które czynią je obiecującym narzędziem do rozwiązywania problemów. Ponieważ sieci czujników mogą opierać się na gęstym rozmieszczeniu jednorazowych i tanich węzłów, zniszczenie niektórych z nich podczas działań wojennych nie wpłynie na operację wojskową w taki sam sposób, jak zniszczenie tradycyjnych czujników. Dlatego korzystanie z sieci czujników lepiej nadaje się do bitew. Wymieniamy jeszcze kilka sposobów wykorzystania takich sieci: monitorowanie broni i amunicji sił sojuszniczych, obserwacja bitwy; orientacja na ziemi; ocena uszkodzeń w bitwie; wykrywanie ataków nuklearnych, biologicznych i chemicznych. Monitorowanie sił sojuszniczych, broni i amunicji: dowódcy i dowódcy mogą stale monitorować stan swoich wojsk, stan i dostępność sprzętu i amunicji na polu bitwy za pomocą sieci czujników. Do każdego pojazdu, wyposażenia i ważnej amunicji można podłączyć czujniki informujące o ich stanie. Dane te są gromadzone razem w kluczowe węzły i wysłany do przywódców. Dane można również przekierować na wyższe poziomy hierarchii poleceń, aby połączyć je z danymi z innych części. Obserwacje walki: Krytyczne obszary, ścieżki, trasy i cieśniny można szybko pokryć sieciami czujników w celu zbadania działań sił wroga. Podczas operacji lub po opracowaniu nowych planów sieci czujników mogą być rozmieszczone w dowolnym momencie w celu monitorowania walki. Wrogie siły i rozpoznanie terenu: Sieci czujników można rozmieszczać w krytycznych obszarach, a cenne, szczegółowe i aktualne dane na temat sił wroga i terenu można zebrać w ciągu kilku minut, zanim wróg zdoła je przechwycić. Orientacja: sieci czujników mogą być wykorzystywane w systemach naprowadzania inteligentnej amunicji. Ocena szkód po walce: Tuż przed atakiem lub po nim sieci czujników mogą zostać rozmieszczone w obszarze docelowym w celu zbierania danych oceny szkód. Wykrywanie ataków nuklearnych, biologicznych i chemicznych: Używając broni chemicznej lub biologicznej, której użycie jest bliskie zeru, ważne jest, aby mieć terminową i dokładną identyfikację środków chemicznych. Sieci czujników mogą być wykorzystywane jako systemy ostrzegania przed atakami chemicznymi lub biologicznymi oraz danymi gromadzonymi w krótki czas pomagają drastycznie zmniejszyć liczbę ofiar. Możliwe jest również wykorzystanie sieci czujników do szczegółowego rozpoznania po wykryciu takich ataków. Na przykład możliwe jest przeprowadzenie rozpoznania w przypadku skażenia radiacyjnego bez narażania ludzi na promieniowanie.

2.2. Aplikacja środowiskowa

Niektóre z obszarów ekologii, w których wykorzystywane są sieci czujników, to: śledzenie ruchu ptaków, małych zwierząt i owadów; monitorowanie stanu środowiska w celu określenia jego wpływu na uprawy i zwierzęta gospodarskie; nawadnianie; monitorowanie Ziemi na dużą skalę i eksploracja planet; wykrywanie chemiczne/biologiczne; wykrywanie pożarów lasów; badania meteorologiczne lub geofizyczne; wykrywanie powodzi; i badania zanieczyszczeń. Wykrywanie pożaru: Ponieważ drobinki mogą być strategicznie i ściśle rozmieszczone w lesie, mogą przekazywać dokładne pochodzenie pożaru, zanim pożar wymknie się spod kontroli. Miliony czujników mogą być wdrażane w sposób ciągły. Mogą być wyposażone w panele słoneczne, ponieważ węzły można pozostawić bez opieki na miesiące, a nawet lata. Motes będą współpracować, aby wykonywać rozproszone zadania wykrywania i pokonywać przeszkody, takie jak drzewa i skały, które blokują czujniki przewodowe. Mapowanie stanu biologicznego środowiska: Wymaga złożonego podejścia do integracji informacji w skali czasu i przestrzeni. Postępy w technologii teledetekcji i zautomatyzowanemu gromadzeniu danych znacznie obniżyły koszty badań. Zaletą tych sieci jest to, że węzły mogą być podłączone do Internetu, co pozwala zdalnym użytkownikom kontrolować, monitorować i obserwować środowisko. Chociaż czujniki satelitarne i powietrzne są przydatne w obserwowaniu wielkiej różnorodności, takiej jak złożoność przestrzenna, dominujących gatunków roślin, nie pozwalają na obserwację małych elementów, które stanowią większość ekosystemu. W rezultacie istnieje potrzeba rozmieszczenia w terenie węzłów sieci czujników bezprzewodowych. Jednym z przykładów zastosowania jest mapowanie biologiczne środowiska w rezerwacie w południowej Kalifornii. Trzy lokalizacje objęte są siecią, z których każda ma 25-100 węzłów, które służą do ciągłego monitorowania stanu środowiska. Wykrywanie powodzi: Przykładem wykrywania powodzi jest system nagłośnieniowy w Stanach Zjednoczonych. Kilka rodzajów czujników umieszczonych w systemie ostrzegania określa poziom opadów, poziom wody i pogodę. Projekty badawcze, takie jak COUGAR Device Database Project na Cornell University i DataSpace Project na Rutgers University, badają różne podejścia do interakcji z poszczególnymi węzłami w sieci w celu uzyskania migawek i długoterminowego gromadzenia danych. Rolnictwo: Zaletą sieci czujników jest również możliwość monitorowania w czasie rzeczywistym poziomu pestycydów w wodzie, poziomu erozji gleby i poziomu zanieczyszczenia powietrza.

2.3. Zastosowanie w medycynie

Jedno zastosowanie w medycynie dotyczy urządzeń dla osób niepełnosprawnych; monitorowanie pacjenta; diagnostyka; monitorowanie stosowania leków w szpitalach; gromadzenie danych fizjologicznych człowieka; oraz monitorowanie lekarzy i pacjentów w szpitalach. Monitorowanie stanu fizjologicznego człowieka: dane fizjologiczne gromadzone przez sieci czujników mogą być przechowywane przez długi czas i mogą być wykorzystywane do badań medycznych. Zainstalowane węzły sieciowe mogą również śledzić ruchy osób starszych i np. zapobiegać upadkom. Węzły te są małe i zapewniają pacjentowi większą swobodę ruchów, a jednocześnie pozwalają lekarzom z wyprzedzeniem identyfikować objawy choroby. Ponadto przyczyniają się do bardziej komfortowego życia pacjentów w porównaniu z leczeniem szpitalnym. Aby przetestować wykonalność takiego systemu, Wydział Lekarski Grenoble-France stworzył „Zdrowy inteligentny dom„”. . Monitorowanie lekarzy i pacjentów w szpitalu: każdy pacjent ma mały i lekki węzeł sieci. Każdy węzeł ma swoje specyficzne zadanie. Na przykład jeden może monitorować tętno, podczas gdy inny odczytuje ciśnienie krwi. Lekarze mogą również mieć taki węzeł, pozwoli to innym lekarzom znaleźć ich w szpitalu. Monitorowanie leków w szpitalach: Węzły mogą być dołączone do leków, dzięki czemu można zminimalizować szanse wydania niewłaściwego leku. Tak więc pacjenci będą mieli węzły, które określają ich alergie i niezbędne leki. Systemy komputerowe, jak opisano w, wykazały, że mogą pomóc zminimalizować skutki uboczne błędnego dozowania leków.

2.4. Aplikacja w domu

Automatyka domowa: Inteligentne węzły można zintegrować z urządzeniami gospodarstwa domowego, takimi jak odkurzacze, kuchenki mikrofalowe, lodówki i magnetowidy. Mogą komunikować się ze sobą oraz z siecią zewnętrzną za pośrednictwem Internetu lub satelity. Umożliwi to użytkownikom końcowym łatwe zarządzanie urządzeniami w domu zarówno lokalnie, jak i zdalnie. Inteligentne środowisko: Projektowanie inteligentnego środowiska może przyjmować dwa różne podejścia, tj. skoncentrowane na człowieku lub skoncentrowane na technologii. W przypadku pierwszego podejścia, inteligentne środowisko musi dostosować się do potrzeb użytkowników końcowych w zakresie interakcji z nimi. W przypadku systemów skoncentrowanych na technologii należy opracować nowe technologie sprzętowe, rozwiązanie sieciowe oraz aplikacje pośrednie. Przykłady wykorzystania węzłów do tworzenia inteligentnego środowiska opisano w . Węzły mogą być wbudowane w meble i urządzenia, mogą komunikować się ze sobą i serwerem pokojowym. Serwer pokojowy może również komunikować się z innymi serwerami pokojowymi, aby dowiedzieć się o oferowanych przez nich usługach, takich jak drukowanie, skanowanie i faksowanie. Te serwery i węzły czujników można zintegrować z istniejącymi urządzeniami wbudowanymi i stanowić samoorganizujące się, samoregulujące i adaptacyjne systemy oparte na modelu teorii sterowania opisanym w .

3. Czynniki wpływające na rozwój modeli sieci sensorowych.

Rozwój sieci czujników zależy od wielu czynników, takich jak odporność na awarie, skalowalność, koszty produkcji, rodzaj środowiska operacyjnego, topologia sieci czujników, ograniczenia sprzętowe, model komunikacji i zużycie energii. Czynniki te są rozważane przez wielu badaczy. Jednak żadne z tych badań nie uwzględnia w pełni wszystkich czynników wpływających na projektowanie sieci. Są ważne, ponieważ służą jako wytyczne do opracowania protokołu lub algorytmów działania sieci czujników. Ponadto czynniki te można wykorzystać do porównania różnych modeli.

3.1. tolerancja błędów

Niektóre węzły mogą ulec awarii z powodu braku zasilania, uszkodzeń fizycznych lub ingerencji osób trzecich. Awaria węzła nie powinna wpływać na działanie sieci czujników. To kwestia niezawodności i odporności na awarie. Odporność na awarie - możliwość utrzymania funkcjonalności sieci czujników bez awarii, gdy węzeł ulegnie awarii. Niezawodność Rk(t) lub tolerancja na uszkodzenia węzła jest modelowana przy użyciu rozkładu Poissona do określenia prawdopodobieństwa braku uszkodzenia węzła w okresie czasu (0; t) Warto zauważyć, że protokoły i algorytmy mogą być zorientowane na poziom odporności na uszkodzenia wymagane do budowy sieci czujników. Jeśli środowisko, w którym znajdują się węzły, jest mniej podatne na zakłócenia, protokoły mogą być mniej odporne na błędy. Na przykład, jeśli węzły są wprowadzane do domu w celu monitorowania poziomu wilgotności i temperatury, wymagania dotyczące odporności na awarie mogą być niskie, ponieważ takie sieci czujników nie mogą zawieść, a „hałas” otoczenia nie wpływa na ich działanie. Z drugiej strony, jeśli węzły są wykorzystywane na polu walki do obserwacji, to odporność na uszkodzenia powinna być wysoka, ponieważ obserwacja jest krytyczna i węzły mogą zostać zniszczone podczas działań wojennych. W rezultacie poziom odporności na uszkodzenia zależy od zastosowania sieci czujników, a modele muszą być opracowywane z uwzględnieniem tego.

3.2. Skalowalność

Liczba węzłów rozmieszczonych w celu zbadania zjawiska może być rzędu setek lub tysięcy. W zależności od zastosowania liczba ta może osiągnąć ekstremalne wartości (miliony). Nowe modele powinny być w stanie obsłużyć taką liczbę węzłów. Muszą również korzystać z sieci czujników o dużej gęstości, które mogą obejmować od kilku węzłów do kilkuset na obszarze o średnicy mniejszej niż 10 metrów. Gęstość można obliczyć zgodnie z ,

3.3. Koszty produkcji

Ponieważ sieci czujników składają się z dużej liczby węzłów, koszt na węzeł musi być taki, aby uzasadniać całkowity koszt sieci. Jeśli koszt sieci jest wyższy niż rozmieszczenie tradycyjnych czujników, to nie jest to opłacalne ekonomicznie. W rezultacie koszt każdego węzła musi być niski. Teraz koszt węzła korzystającego z nadajnika Bluetooth wynosi mniej niż 10 USD. Cena za PicoNode wynosi około 1 USD. Dlatego koszt węzła sieci sensorowej powinien być znacznie niższy niż 1 USD z ekonomicznego uzasadnienia ich użycia. Koszt węzła Bluetooth, który jest uważany za tanie urządzenie, jest 10 razy wyższy niż średnia cena węzłów sieci czujników. Należy pamiętać, że węzeł posiada również dodatkowe moduły, takie jak moduł akwizycji danych oraz moduł przetwarzania danych (opisany w punkcie 3.4.) Dodatkowo mogą być wyposażone w system pozycjonowania lub agregat prądotwórczy, w zależności od zastosowania czujnika sieci. W rezultacie koszt węzła jest kwestią złożoną, biorąc pod uwagę liczbę funkcjonalność nawet jeśli cena jest niższa niż 1 USD.

3.4. Funkcje sprzętowe

Węzeł sieci czujników składa się z czterech głównych elementów, jak pokazano na rys. 1: jednostka akwizycji danych, jednostka przetwarzająca, nadajnik i zasilacz. Obecność dodatkowych modułów zależy od aplikacji sieciowej, na przykład mogą to być moduły lokalizacyjne, generator mocy i mobilizator (MAC). Moduł akwizycji danych składa się zwykle z dwóch części: czujników i przetworników analogowo-cyfrowych (ADC). Sygnał analogowy generowany przez czujnik na podstawie obserwowanego zjawiska jest zamieniany na sygnał cyfrowy za pomocą ADC, a następnie podawane do jednostki przetwarzającej. Moduł przetwarzania, który wykorzystuje zintegrowaną pamięć, zarządza procedurami, które umożliwiają, w połączeniu z innymi węzłami, wykonywanie przydzielonych zadań monitorowania. Jednostka nadajnika (nadajnik-odbiornik) łączy węzeł z siecią. Jednym z najważniejszych elementów węzła jest zasilacz. Zasilacz może być ładowany, na przykład za pomocą paneli słonecznych.

Większość węzłów przesyłających dane i zbierających dane musi znać swoje położenie z dużą dokładnością. Dlatego w ogólnym schemacie zawarty jest moduł lokalizacji. Czasami możesz potrzebować mobilizatora, który w razie potrzeby przesunie węzeł, gdy jest to konieczne do wykonania zadań. Wszystkie te moduły mogą wymagać umieszczenia w obudowie wielkości pudełka zapałek. Rozmiar węzła może być mniejszy niż centymetr sześcienny i wystarczająco lekki, aby utrzymać się w powietrzu. Oprócz rozmiaru istnieją inne sztywne ograniczenia dla węzłów. Oni muszą :
zużywają bardzo mało energii
praca z dużą liczbą węzłów na krótkich dystansach,
mają niski koszt produkcji
być autonomicznym i pracować bez nadzoru,
dostosować się do środowiska.
Ponieważ węzły mogą stać się niedostępne, żywotność sieci czujników zależy od mocy poszczególnych węzłów. Żywność ograniczony zasób oraz ze względu na ograniczenia rozmiaru. Na przykład całkowite magazynowanie energii w inteligentnym węźle jest rzędu 1 J. W przypadku bezprzewodowej zintegrowanej sieci czujników (WINS) średni poziom naładowania powinien wynosić mniej niż 30 LA, aby zapewnić długi czas pracy. Możliwe jest wydłużenie żywotności sieci sensorowych poprzez zastosowanie akumulatorów, na przykład poprzez pozyskiwanie energii z otoczenia. Panele słoneczne są doskonałym przykładem zastosowania ładowania. Moduł komunikacyjny węzła może być pasywnym lub aktywnym urządzeniem optycznym, jak w węźle inteligentnym, lub nadajnikiem częstotliwości radiowej (RF). Transmisja RF wymaga modułu modulacji wykorzystującego określone pasmo, modułu filtrującego, modułu demodulacji, co czyni je bardziej złożonymi i kosztowniejszymi. Ponadto mogą wystąpić straty w transmisji danych między dwoma węzłami ze względu na fakt, że anteny znajdują się blisko ziemi. Jednak komunikacja radiowa jest preferowana w większości istniejących projektów sieci czujników, ponieważ szybkości transmisji danych są niskie (zwykle mniej niż 1 Hz), a szybkości cykli transmisji są wysokie z powodu krótkich odległości. Te cechy pozwalają na wykorzystanie niskich częstotliwości radiowych. Jednak projektowanie energooszczędnych i niskoczęstotliwościowych nadajników radiowych wciąż stanowi wyzwanie techniczne, a istniejące technologie wykorzystywane w produkcji urządzeń Bluetooth nie są wystarczająco wydajne dla sieci czujników, ponieważ zużywają dużo energii. Chociaż procesory stale się kurczą i zwiększają moc, przetwarzanie i przechowywanie danych przez węzeł jest nadal jego słabym punktem. Na przykład moduł przetwarzania inteligentnego węzła składa się z procesora Atmel AVR8535 4 MHz, mikrokontrolera z 8 kB na instrukcje, pamięci flash, 512 bajtów pamięci RAM i 512 bajtów EEPROM. Ten moduł, który ma 3500 bajtów na system operacyjny i 4500 bajtów wolnej pamięci na kod, wykorzystuje system operacyjny TinyOS. Moduł przetwarzania innego prototypu węzła lAMPS ma procesor 59-206 MHz SA-1110. Węzły IAMPS używają wielowątkowego systemu operacyjnego. System L-OS. Większość zadań związanych z gromadzeniem danych wymaga znajomości położenia węzła. Ponieważ węzły są zwykle lokalizowane losowo i bez nadzoru, muszą współpracować za pomocą systemu pozycjonowania. Określanie lokalizacji jest używane w wielu protokołach routingu sieci czujników (więcej szczegółów w rozdziale 4). Niektórzy sugerują, że każdy węzeł powinien mieć moduł globalnego systemu pozycjonowania (GPS), który działa z dokładnością do 5 metrów. W artykule argumentowano, że wyposażenie wszystkich węzłów w GPS nie jest konieczne do działania sieci sensorowych. Istnieje alternatywne podejście, w którym tylko niektóre węzły używają GPS i pomagają innym węzłom określić ich pozycję na ziemi.

3.5. Topologia sieci

Fakt, że węzły mogą stać się niedostępne i podlegać częstym awariom, sprawia, że ​​utrzymanie sieci jest trudnym zadaniem. Na terenie sieci czujników można umieścić od setek do kilku tysięcy węzłów. Rozstawiają się w odległości dziesięciu metrów. Gęstość sęków może przekraczać 20 węzłów na metr sześcienny. Gęste rozmieszczenie wielu węzłów wymaga starannej konserwacji sieci. Zagadnienia związane z utrzymaniem i zmianą topologii sieci omówimy w trzech etapach:

3.5.1. Samo wstępne rozmieszczenie i rozmieszczenie węzłów może polegać na rozproszeniu masy węzłów lub instalacji każdego z osobna. Można je wdrożyć:

Rozrzuceni z samolotu,
przez umieszczenie w rakiecie lub pocisku
rzucane za pomocą katapulty (np. ze statku itp.),
umieszczenie w fabryce
każdy węzeł jest umieszczany indywidualnie przez człowieka lub robota.
Mimo że duża ilość czujniki i ich automatyczne rozmieszczenie zwykle uniemożliwia umieszczenie ich według starannie opracowanego planu, schematy wstępnego rozmieszczenia powinny:
zmniejszyć koszty instalacji
wyeliminować potrzebę wcześniejszej organizacji i wcześniejszego planowania,
zwiększyć elastyczność rozmieszczenia,
promować samoorganizację i tolerancję błędów.

3.5.2. Faza po wdrożeniu sieci

Po wdrożeniu sieci zmiana jej topologii wiąże się ze zmianą charakterystyk węzłów. Wymieńmy je:
pozycja,
dostępność (ze względu na zakłócenia, hałas, ruchome przeszkody itp.),
ładowanie baterii,
awarie
zmieniające się zadania.
Węzły mogą być wdrażane statycznie. Jednak awaria urządzenia jest częsta z powodu rozładowania baterii lub zniszczenia. Możliwe są sieci czujników o wysokiej mobilności węzłów. Ponadto węzły i sieci wykonują różne zadania i mogą podlegać celowym zakłóceniom. W ten sposób struktura sieci sensorów jest podatna na częste zmiany po wdrożeniu.

3.5.3. Dodatkowa faza wdrażania węzła

Dodatkowe węzły można dodać w dowolnym momencie, aby zastąpić węzły wadliwe lub ze względu na zmieniające się zadania. Dodanie nowych węzłów stwarza potrzebę reorganizacji sieci. Radzenie sobie z częstymi zmianami topologii sieci peer-to-peer, która zawiera wiele węzłów i ma bardzo wąskie limity mocy, wymaga specjalnych protokołów routingu. Zagadnienie to omówiono bardziej szczegółowo w rozdziale 4.

3.6. Środowisko

Węzły są gęsto zlokalizowane bardzo blisko lub bezpośrednio w obrębie obserwowanego zjawiska. W ten sposób działają bez nadzoru na odległych obszarach geograficznych. Mogą pracować
na ruchliwych skrzyżowaniach
wewnątrz dużych samochodów
na dnie oceanu
wewnątrz tornada
na powierzchni oceanu podczas tornada,
w obszarach skażonych biologicznie i chemicznie
na polu bitwy
w domu lub dużym budynku,
w dużym magazynie
przywiązany do zwierząt
przymocowane do szybko poruszających się pojazdów
w kanalizacji lub rzece wraz z przepływem wody.
Ta lista daje wyobrażenie o warunkach, w jakich mogą działać węzły. Mogą pracować pod wysokim ciśnieniem na dnie oceanu, w trudnych warunkach, wśród gruzu lub na polu bitwy, w ekstremalnych temperaturach, takich jak dysza silnika lotniczego lub w rejonach arktycznych, w bardzo hałaśliwych miejscach, gdzie jest dużo ingerencja.

3.7. Metody przesyłania danych

W sieci czujników z wieloma przeskokami węzły komunikują się bezprzewodowo. Komunikacja może odbywać się przez radio, podczerwień lub media optyczne. Aby móc korzystać z tych metod na całym świecie, medium transmisyjne musi być dostępne na całym świecie. Jedną z opcji komunikacji radiowej jest wykorzystanie pasm przemysłowych, naukowych i medycznych (ISM), które są dostępne bez licencji w większości krajów. Niektóre częstotliwości, które mogą być używane, są opisane w międzynarodowej tabeli częstotliwości zawartej w Artykule S5 Regulaminu Radiokomunikacyjnego (Tom 1). Niektóre z tych częstotliwości są już używane w telefonii bezprzewodowej i bezprzewodowej sieci lokalne(WLAN). W przypadku sieci czujników o niewielkich rozmiarach i niskich kosztach wzmacniacz sygnału nie jest wymagany. Według , ograniczenia sprzętowe i kompromis między wydajnością anteny a zużyciem energii nakładają pewne ograniczenia na wybór częstotliwości transmisji w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Oferują również ISM 433 MHz w Europie i ISM 915 MHz w Ameryce Północnej. Możliwe modele nadajników dla tych dwóch stref omówiono w. Główne zalety korzystania z częstotliwości radiowych ISM to szerokie spektrum częstotliwości i ogólnoświatowa dostępność. Nie są one związane z konkretnym standardem, co daje większą swobodę we wdrażaniu strategii oszczędzania energii w sieciach czujników. Z drugiej strony istnieją różne zasady i ograniczenia, takie jak różne prawa i ingerencje z istniejących aplikacji. Te pasma częstotliwości są również nazywane częstotliwościami nieregulowanymi. Większość dzisiejszych urządzeń węzłowych opiera się na wykorzystaniu nadajników radiowych. Węzły bezprzewodowe IAMPS, opisane w , wykorzystują nadajniki 2,4 GHz obsługujące technologię Bluetooth i mają zintegrowany syntezator częstotliwości. W pracy opisano urządzenia węzłów małej mocy, które wykorzystują jeden kanał transmisji radiowej, który działa na częstotliwości 916 MHz. Architektura WINS również wykorzystuje radio. Inne możliwy sposób komunikacja w sieciach sensorowych to podczerwień. Komunikacja IR jest dostępna bez licencji i jest odporna na zakłócenia elektryczne. Nadajniki IR są tańsze i łatwiejsze w produkcji. Wiele współczesnych laptopów, palmtopów i telefonów komórkowych wykorzystuje interfejs IR do przesyłania danych. Główną wadą takiej komunikacji jest wymóg bezpośredniej widoczności między nadawcą a odbiorcą. To sprawia, że ​​komunikacja w podczerwieni jest niepożądana do stosowania w sieciach czujników ze względu na medium transmisyjne. Ciekawą metodą transmisji jest wykorzystanie inteligentnych węzłów, czyli modułów do automatycznego monitorowania i przetwarzania danych. Do transmisji używają medium optycznego. Istnieją dwa schematy transmisji, pasywny przy użyciu retroreflektora narożnego (CCR) i aktywny przy użyciu diody laserowej i kontrolowanych luster (opisany w ). W pierwszym przypadku zintegrowane źródło światła nie jest wymagane, do transmisji sygnału wykorzystywana jest konfiguracja z trzema lustrami (CCR). Metoda aktywna wykorzystuje diodę laserową i aktywny system komunikacji laserowej do wysyłania wiązek światła do zamierzonego odbiornika. Nietypowe wymagania aplikacyjne sieci sensorowych utrudniają wybór medium transmisyjnego. Na przykład zastosowania morskie wymagają użycia wodnego medium transmisyjnego. Tutaj musisz użyć promieniowania długofalowego, które może przenikać przez powierzchnię wody. W trudnym terenie lub na polu bitwy mogą wystąpić błędy i więcej zakłóceń. Dodatkowo może się okazać, że anteny węzłowe nie mają niezbędnej wysokości i mocy promieniowania do komunikacji z innymi urządzeniami. Dlatego wyborowi medium transmisyjnego muszą towarzyszyć niezawodne schematy modulacji i kodowania, które zależą od charakterystyki kanału transmisyjnego.

3.8. Pobór energii

Węzeł bezprzewodowy, będący urządzeniem mikroelektronicznym, może być wyposażony jedynie w ograniczone zasilanie (

3.8.1. Połączenie

Węzeł zużywa maksymalną energię na komunikację, która obejmuje zarówno przesyłanie, jak i odbieranie danych. Można powiedzieć, że w celu komunikowania się krótkie odległości przy małej mocy nadawczej nadawanie i odbiór wymagają w przybliżeniu takiej samej ilości energii. Syntezatory częstotliwości, oscylatory kontroli napięcia, blokowanie fazy (PLL) i wzmacniacze mocy wymagają energii, która jest ograniczona. Ważne jest, że w tym przypadku przy uruchamianiu nadajników bierzemy pod uwagę nie tylko moc czynną, ale także zużycie energii elektrycznej. Uruchomienie nadajnika zajmuje ułamek sekundy, więc zużywa znikome ilości energii. Wartość tę można porównać z czasem blokady PLL. Jednak wraz ze spadkiem przesyłanego pakietu moc startowa zaczyna dominować nad zużyciem energii. W rezultacie nieefektywne jest ciągłe włączanie i wyłączanie nadajnika, ponieważ większość energii zostanie wydana na to. Obecnie nadajniki radiowe małej mocy mają standardowe wartości Pt i Pr na poziomie 20 dBm, a Pout bliskie 0 dBm. Zauważ, że PicoRadio skierowane na PC ma -20dBm. W źródle omówiono konstrukcję niewielkich, niedrogich nadajników. Na podstawie uzyskanych wyników autorzy tego artykułu, biorąc pod uwagę szacunki budżetowe i energetyczne, uważają, że wartości Pt i Pr powinny być co najmniej o rząd wielkości mniejsze niż wartości podane powyżej.

3.8.2. Przetwarzanie danych

Pobór mocy przetwarzania danych jest znacznie mniejszy w porównaniu z transmisją danych. Przykład opisany w artykule faktycznie ilustruje tę rozbieżność. W oparciu o teorię Rayleigha, że ​​jedna czwarta mocy jest tracona podczas transmisji, możemy wywnioskować, że zużycie energii na przesłanie 1 KB na odległość 100 m będzie mniej więcej takie samo, jak wykonanie 3 milionów instrukcji z szybkością 100 milionów instrukcji na sekunda (MIPS )/W przez procesor. Dlatego lokalne przetwarzanie danych ma kluczowe znaczenie dla minimalizacji zużycia energii w sieci czujników o wielu przeskokach. Dlatego węzły muszą mieć wbudowane możliwości obliczeniowe i być w stanie współdziałać ze środowiskiem. Ograniczenia dotyczące kosztów i rozmiaru skłonią nas do wyboru półprzewodników (CMOS) jako głównej technologii mikroprocesorów. Niestety mają ograniczenia dotyczące efektywności energetycznej. CMOS wymaga zasilania za każdym razem, gdy zmienia stan. Energia potrzebna do zmiany stanów, proporcjonalna do częstotliwości przełączania, pojemności (w zależności od obszaru) i wahań napięcia. Dlatego zmniejszenie napięcia zasilania jest skutecznym sposobem na zmniejszenie zużycia energii w stanie aktywnym. Dynamiczne skalowanie napięcia, omówione w , ma na celu dostosowanie mocy i częstotliwości procesora do obciążenia. Gdy obciążenie przetwarzania mikroprocesora jest zmniejszone, zwykłe zmniejszenie częstotliwości daje liniową redukcję zużycia energii, jednak zmniejszenie napięcia roboczego daje nam kwadratową redukcję kosztów energii. Z drugiej strony nie zostanie wykorzystana cała możliwa wydajność procesora. Daje to wynik, jeśli weźmiemy pod uwagę, że szczytowa wydajność nie zawsze jest wymagana, a zatem napięcie i częstotliwość pracy procesora można dynamicznie dostosowywać do wymagań przetwarzania. Autorzy proponują schematy przewidywania obciążenia oparte na adaptacyjnym przetwarzaniu istniejących profili obciążenia oraz na analizie kilku już stworzonych schematów. Inne strategie zmniejszania mocy procesora są omówione w . Należy zauważyć, że można zastosować dodatkowe schematy kodowania i dekodowania danych. układy scalone może być również używany w niektórych przypadkach. We wszystkich tych scenariuszach struktura sieci czujników, algorytmy działania i protokoły zależą od odpowiednich kosztów energii.

4. Architektura sieci sensorowych

Węzły są zwykle rozmieszczone losowo na całym obszarze obserwacji. Każdy z nich może zbierać dane i zna trasę przesyłania danych z powrotem do węzła centralnego, czyli użytkownika końcowego. Dane przesyłane są w architekturze sieci wieloskokowej. Węzeł centralny może komunikować się z menedżerem zadań za pośrednictwem Internetu lub satelity. Stos protokołów używany przez węzeł centralny i wszystkie inne węzły pokazano na rys. 3. Stos protokołów zawiera informacje o zasilaniu i informacje o trasie, zawiera informacje o protokole sieciowym, pomaga skutecznie komunikować się w środowisku bezprzewodowym i promuje współpracę węzłów. Stos protokołów składa się z warstwy aplikacji, warstwy transportowej, warstwy sieciowej, warstwy łącza danych, warstwy fizycznej, warstwy zarządzania energią, warstwy zarządzania mobilnością i warstwy planowania zadań. W zależności od zadania zbierania danych, Różne rodzaje oprogramowanie aplikacyjne można zbudować na poziomie aplikacji. warstwa transportowa pomaga w razie potrzeby utrzymać przepływ danych. Warstwa sieciowa obsługuje routing danych dostarczanych przez warstwę transportową. Ponieważ środowisko ma obcy hałas a węzły mogą być przemieszczane, protokół MAC musi minimalizować występowanie kolizji podczas przesyłania danych między sąsiednimi węzłami. Warstwa fizyczna odpowiada za możliwość przesyłania informacji. Protokoły te pomagają hostom wykonywać zadania przy jednoczesnym oszczędzaniu energii. Warstwa zarządzania energią określa, w jaki sposób węzeł powinien wykorzystywać energię. Na przykład węzeł może wyłączyć odbiornik po odebraniu wiadomości od jednego z sąsiadów. Pomoże to uniknąć otrzymania zduplikowanej wiadomości. Ponadto, gdy w węźle jest niski poziom naładowania baterii, komunikuje się on swoim sąsiadom, że nie może uczestniczyć w routingu wiadomości. Całą pozostałą energię wykorzysta do zebrania danych. Warstwa kontroli mobilności (MAC) wykrywa i rejestruje ruch węzłów, dzięki czemu zawsze istnieje trasa przesyłania danych do węzła centralnego, a węzły mogą określić swoich sąsiadów. Znając swoich sąsiadów, węzeł może zrównoważyć zużycie energii, współpracując z nimi. Menedżer zadań planuje i planuje zbieranie informacji dla każdego regionu osobno. Nie wszystkie węzły w tym samym regionie muszą jednocześnie uruchamiać zadania sondowania. W rezultacie niektóre węzły wykonują więcej zadań niż inne, w zależności od ich pojemności. Wszystkie te warstwy i moduły są niezbędne do współpracy węzłów i dążenia do maksymalnej efektywności energetycznej, optymalizacji trasy transmisji danych w sieci, a także współdzielenia zasobów. Bez nich każdy węzeł będzie działał indywidualnie. Z punktu widzenia całej sieci sensorowej bardziej efektywne jest, gdy węzły współpracują ze sobą, co pomaga przedłużyć żywotność samych sieci. Zanim omówimy potrzebę włączenia modułów i warstw kontrolnych do protokołu, rozważymy trzy istniejące prace na stosie protokołów, co pokazano na rysunku 3. Model WINS omówiony w źródle, w którym węzły są połączone w sieci rozproszonej i mieć dostęp do Internetu. Ponieważ duża liczba węzłów sieci WINS znajduje się w niewielkiej odległości od siebie, komunikacja wieloskokowa zmniejsza zużycie energii do minimum. Informacje o środowisku odbierane przez węzeł są sekwencyjnie wysyłane do węzła centralnego lub bramy WINS przez inne węzły, jak pokazano na rysunku 2 dla węzłów A, B, C, D i E. Brama WINS komunikuje się z użytkownikiem za pośrednictwem wspólnych protokołów sieciowych, takich jak jako Internet. Stos protokołów sieciowych WINS składa się z warstwy aplikacji, warstwy sieciowej, warstwy MAC i warstwy fizycznej. Inteligentne węzły (lub drobinki kurzu). Węzły te mogą być przyczepiane do obiektów lub nawet unosić się w powietrzu ze względu na ich mały rozmiar i wagę. Wykorzystują technologię MEMS do komunikacji optycznej i zbierania danych. Pył kurzu może mieć panele słoneczne do ładowania w ciągu dnia. Wymagają linii wzroku, aby komunikować się z optycznym nadajnikiem stacji bazowej lub inną drobinką kurzu. Porównując architekturę sieci pyłowej z tą pokazaną na rysunku 2 można stwierdzić, że inteligentne węzły zazwyczaj komunikują się bezpośrednio z nadajnikiem stacji bazowej, ale możliwa jest również komunikacja jeden-do-jednego. Inne podejście do rozwoju protokołów i algorytmów dla sieci czujników wynika z wymagań warstwy fizycznej. Protokoły i algorytmy muszą być zaprojektowane zgodnie z doborem komponentów fizycznych, takich jak typ mikroprocesorów i typ odbiorników. To podejście oddolne jest stosowane w modelu IAMPS i uwzględnia również zależność warstwy aplikacji, warstwy sieci, warstwy MAC i warstwy fizycznej od sprzętu hosta. Węzły IAMPS współdziałają z użytkownikiem końcowym w dokładnie taki sam sposób, jak w architekturze pokazanej na rysunku 2. Różne schematy, na przykład podział czasu (TDMA) lub podział częstotliwości kanały (FDMA) i modulacja binarna lub modulacja M są porównywane w źródle. Podejście oddolne oznacza, że ​​algorytmy węzła muszą znać sprzęt i wykorzystywać możliwości mikroprocesorów i nadajników, aby zminimalizować zużycie energii. Może to prowadzić do opracowania różnych projektów węzłów. ALE różne wzory węzły doprowadzą do różnych typów sieci czujników. Co z kolei doprowadzi do opracowania różnych algorytmów do ich pracy.

Literatura

  1. B.D. Abowd, J.P.G. Sterbenz, Raport końcowy z międzyagencyjnych warsztatów na temat zagadnień badawczych dotyczących inteligentnych środowisk, IEEE Personal Communications (październik 2000) 36-40.
  2. J. Agre, L. Clare, Zintegrowana architektura dla kooperatywnych sieci wykrywania , IEEE Computer Magazine (maj 2000) 106-108.
  3. JEŚLI. Akyildiz, W. Su, Protokół PAER (ang. Power-Aware Enhanced Routing Protocol) dla sieci czujników, Georgia Tech Technical Report, styczeń 2002, przesłany do publikacji.
  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, maj 1995, s. 136–143.
  5. P. Bauer, M. Sichitiu, R. Istepanian, K. Premaratne, The mobile patient: wireless rozproszone sieci czujników do monitorowania i opieki nad pacjentem, Proceedings 2000 IEEE EMBS International Conference on Information Technology Applications in Biomedicine, 2000, s. 17-21.
  6. M. Bhardwaj, T. Garnett, A.P. Chandrakasan, Upper bounds on the life of sensor networks, IEEE International Conference on Communications ICC’01, Helsinki, Finlandia, czerwiec 2001.
  7. P. Bonnet, J. Gehrke, P. Seshadri, Zapytanie świata fizycznego, IEEE Personal Communications (październik 2000) 10-15.

Rozproszone sieci czujników

Co to są bezprzewodowe sieci czujników?

Czujniki i urządzenie odbiorcze

Sieci czujników bezprzewodowych są zbudowane z węzłów zwanych Moty (pyłek) - małe autonomiczne urządzenia zasilane bateriami i mikroprocesorami z komunikacją radiową na częstotliwości - np. 2,4 GHz. Specjalny oprogramowanie pozwala motom organizować się w rozproszone sieci, komunikować się ze sobą, odpytywać i wymieniać dane z najbliższymi węzłami, do których odległość zwykle nie przekracza 100 metrów.

W literaturze angielskiej taka sieć nazywa się sieć czujników bezprzewodowych(WSN) to sieć bezprzewodowa składająca się z geograficznie rozproszonych autonomicznych urządzeń, które wykorzystują czujniki do wspólnego monitorowania warunków fizycznych lub środowiskowych w różnych obszarach.

Mogą mierzyć takie parametry jak temperatura, dźwięk, wibracje, ciśnienie, ruch obiektów czy powietrza. Rozwój bezprzewodowych sieci czujników był początkowo motywowany zadaniami wojskowymi, takimi jak obserwacja pola bitwy. Obecnie bezprzewodowe sieci czujników są coraz częściej wykorzystywane w wielu dziedzinach życia obywatelskiego, w tym w monitoringu przemysłowym i środowiskowym, opiece zdrowotnej i kontroli ruchu obiektów. Zakres się poszerza.

Podstawowe zasady pracy

3-poziomowy schemat sieci. I poziom czujników i bramki. Drugi poziom serwera. Cienki klient poziomu 3

Każdy węzeł sieci: mot wyposażony w nadajnik-odbiornik radiowy lub inne urządzenie do komunikacji bezprzewodowej, mały mikrokontroler oraz źródło zasilania, zwykle baterię. Może być używany z panelami słonecznymi lub innymi alternatywnymi źródłami energii

Dane z odległych elementów przesyłane są siecią pomiędzy najbliższymi z węzła do węzła za pośrednictwem kanału radiowego. W rezultacie pakiet danych jest przesyłany z najbliższego mote do bramy. Brama jest połączona z reguły kablem USB z serwerem. Na serwerze – zebrane dane są przetwarzane, przechowywane i mogą być udostępniane poprzez powłokę WEB szerokiemu gronu użytkowników.

Koszt węzła czujnika waha się od setek dolarów do kilku centów, w zależności od wielkości sieci czujników i jej złożoności.

Sprzęt i standardy

Gateway (2szt), podłączany do laptopa kablem USB. Laptop jest podłączony do Internetu przez UTP i pełni rolę serwera

Urządzenia czujnikowe z anteną radiową

Sprzęt węzła bezprzewodowego i protokoły interakcji sieciowej między węzłami są zoptymalizowane pod kątem zużycia energii, aby zapewnić długą żywotność systemu z autonomicznymi zasilaczami. W zależności od trybu pracy żywotność węzła może sięgać kilku lat.

Szereg norm jest obecnie ratyfikowanych lub opracowywanych dla bezprzewodowych sieci czujników. ZigBee to standard dla takich rzeczy, jak sterowanie przemysłowe, wbudowane wykrywanie, zbieranie danych medycznych, automatyzacja budynków. Rozwój Zigbee ułatwia duże konsorcjum firm przemysłowych.

  • WirelessHART jest rozszerzeniem protokołu HART dla automatyki przemysłowej. WirelessHART został dodany do ogólnego protokołu HART jako część specyfikacji HART 7, która została zatwierdzona przez HART Communications Foundation w czerwcu 2007 roku.
  • 6lowpan jest deklarowanym standardem dla warstwy sieciowej, ale nie został jeszcze przyjęty.
  • ISA100 to kolejna praca próbująca wejść do technologii WSN, ale jest budowana szerzej, aby uwzględnić informacja zwrotna kontroli w swojej dziedzinie. Oczekuje się, że wdrożenie ISA100 opartego na standardach ANSI zostanie zakończone do końca 2008 roku.

WirelessHART, ISA100, ZigBee i wszystkie są oparte na tym samym standardzie: IEEE 802.15.4 - 2005.

Oprogramowanie sieci czujników bezprzewodowych

System operacyjny

Systemy operacyjne dla bezprzewodowych sieci czujników są mniej złożone niż ogólne systemy operacyjne ze względu na ograniczone zasoby w sprzęt komputerowy sieć czujników. Z tego powodu system operacyjny nie musi zawierać obsługi interfejsów użytkownika.

Sprzęt sieci bezprzewodowych czujników nie różni się od tradycyjnych systemów wbudowanych, dlatego wbudowany system operacyjny może być używany w sieciach czujników

Aplikacje do wizualizacji

Oprogramowanie do wizualizacji i raportowania wyników pomiarów MoteView v1.1

Dane z bezprzewodowych sieci czujników są zwykle przechowywane jako dane cyfrowe w centralnej stacji bazowej. Istnieje wiele standardowych programów, takich jak TosGUI MonSense, GNS, które ułatwiają przeglądanie tak dużych ilości danych. Ponadto Open Consortium (OGC) określa standardy interoperacyjności i interoperacyjności kodowania metadanych, które umożliwią monitorowanie lub sterowanie siecią czujników bezprzewodowych w czasie rzeczywistym przez dowolną osobę za pośrednictwem przeglądarki internetowej.

Do pracy z danymi pochodzącymi z węzłów bezprzewodowej sieci czujników wykorzystywane są programy ułatwiające przeglądanie i ocenę danych. Jednym z takich programów jest MoteView. Program ten pozwala na przeglądanie danych w czasie rzeczywistym i ich analizę, budowanie wszelkiego rodzaju wykresów, generowanie raportów w różnych sekcjach.

Korzyści z używania

  • Brak konieczności układania kabli do zasilania i transmisji danych;
  • Niski koszt komponentów, instalacji, uruchomienia i utrzymania systemu;
  • Szybkie i łatwe wdrażanie sieci;
  • Niezawodność i odporność na awarie całego systemu jako całości w przypadku awarii poszczególnych węzłów lub komponentów;
  • Możliwość implementacji i modyfikacji sieci na dowolnym obiekcie bez ingerencji w proces funkcjonowania samych obiektów
  • Możliwość szybkiego i w razie potrzeby ukrytego montażu całego systemu jako całości.

Każdy czujnik ma wielkość nasadki do piwa (ale w przyszłości może być zmniejszony setki razy) i zawiera procesor, pamięć i nadajnik radiowy. Takie osłony mogą być rozproszone na dowolnym terytorium, a one same nawiążą ze sobą komunikację, utworzą jedną sieć bezprzewodową i zaczną przesyłać dane do najbliższego komputera.

Połączone w sieć bezprzewodową, czujniki mogą śledzić parametry środowiskowe: ruch, światło, temperaturę, ciśnienie, wilgotność itp. Monitoring może być prowadzony na bardzo dużym obszarze, ponieważ czujniki przesyłają informacje wzdłuż łańcucha od sąsiada do sąsiada. Technologia pozwala im pracować przez lata (nawet dekady) bez wymiany baterii. Sieci czujników są uniwersalnymi narządami zmysłów dla komputera, a wszystkie fizyczne obiekty na świecie wyposażone w czujniki mogą być rozpoznawane przez komputer. W przyszłości każdy z miliardów czujników otrzyma adres IP i mogą nawet utworzyć coś w rodzaju globalnej sieci czujników. Dotychczas możliwościami sieci sensorowych interesowało się tylko wojsko i przemysł. Według najnowszego raportu ON World, specjalisty w zakresie badań rynku sieci czujników, w tym roku rynek przeżywa znaczne ożywienie. Kolejnym ważnym wydarzeniem w tym roku było wydanie pierwszego na świecie jednoukładowego systemu ZigBee (wykonanego przez Ember). Wśród dużych amerykańskich firm przemysłowych ankietowanych przez ON World około 29% już korzysta z sieci czujników, a kolejne 40% planuje wdrożyć je w ciągu 18 miesięcy. W Ameryce pojawiło się ponad sto firm komercyjnych, które zajmują się tworzeniem i utrzymaniem sieci czujników.

Do końca tego roku liczba czujników na świecie przekroczy 1 mln. Teraz rośnie nie tylko liczba sieci, ale także ich wielkość. Po raz pierwszy stworzono i pomyślnie eksploatowano kilka sieci liczących ponad 1000 węzłów, w tym jedną na 25 000 węzłów.

Źródło: Sieć PLANET

Obszar zastosowań

Zastosowania WSN są liczne i zróżnicowane. Stosowane są w systemach komercyjnych i przemysłowych do monitorowania danych, których sterowanie za pomocą czujników przewodowych jest trudne lub kosztowne. Sieci WSN mogą być stosowane w trudno dostępnych miejscach, gdzie mogą pozostawać przez wiele lat (monitoring środowiska) bez konieczności wymiany zasilania. Mogą kontrolować działania naruszycieli chronionego obiektu

WSN służy również do monitorowania, śledzenia i kontroli. Oto kilka aplikacji:

  • Monitoring dymu i wykrywanie pożarów z dużych lasów i torfowisk
  • Dodatkowe źródło informacji dla Centrów Kryzysowych Administracji Podmiotów Federacji Rosyjskiej
  • Sejsmiczna detekcja potencjalnego napięcia
  • obserwacje wojskowe
  • Akustyczna detekcja ruchu obiektów w systemach bezpieczeństwa.
  • Ekologiczny monitoring przestrzeni i środowiska
  • Monitorowanie procesów przemysłowych, zastosowanie w systemach MES
  • Monitorowanie medyczne

Automatyka budynkowa:

monitorowanie temperatury, przepływu powietrza, obecności ludzi i sterowanie sprzętem w celu utrzymania mikroklimatu;
sterowanie oświetleniem;
zarządzanie energią;
zbieranie odczytów liczników mieszkań na gaz, wodę, prąd itp.;
alarm bezpieczeństwa i przeciwpożarowy;
monitoring stanu konstrukcji nośnych budynków i budowli.

Automatyka przemysłowa:

zdalne sterowanie i diagnostyka urządzeń przemysłowych;
konserwacja sprzętu zgodnie z aktualnym stanem (przewidywanie marginesu bezpieczeństwa);
monitorowanie procesów produkcyjnych;