giriiş

Kablosuz sensör ağı- dağıtılmış, bir radyo kanalı aracılığıyla birbirine bağlı bir dizi sensör (sensör) ve aktüatör. Böyle bir ağın kapsama alanı, mesajları bir elemandan diğerine aktarma yeteneği nedeniyle birkaç metreden birkaç kilometreye kadar değişebilir.

Kablosuz algılayıcı ağların temel özellikleri şunlardır: kendi kendine organizasyon ve çalışma koşullarındaki değişikliklere uyum, bu yüzden gerektirir asgari maliyetler ağı tesiste dağıtırken ve işletme sırasında müteakip bakımı sırasında.

Kısa hikaye

Sensör ağının ilk prototiplerinden biri, denizaltıları tespit etmek ve tanımlamak için tasarlanmış SOSUS sistemi olarak kabul edilebilir. 1990'ların ortalarında, kablosuz sensör ağı teknolojileri aktif olarak gelişmeye başladı; 2000'lerin başında, mikroelektroniklerin gelişimi, bu tür cihazlar için oldukça ucuz bir eleman tabanı üretmeyi mümkün kıldı. 2010'ların başındaki kablosuz ağlar temel olarak .

Amaç

Ana amaç, yalnızca merkezi olmayan kendi kendini organize eden bir ağ aracılığıyla düğümler arasında veri alışverişi yapmak değil, aynı zamanda sensörlerden (sıcaklık, basınç, nem, radyasyon seviyeleri, akustik titreşimler) iletilen bilgileri (esas olarak veri) toplamaktır. sonraki analizinin veya işlenmesinin amacı.

Pazardaki kablosuz sensör ağlarına olan talep, kentsel bir insanın zamanının% 90'ını harcadığı ev, ofis ve endüstriyel tesisler gibi nesnelerin entelektüelleştirilmesi kavramının yanı sıra sibernetik oluşturma kavramıyla da yakından ilgilidir. birincil görevi tanıtmak olan endüstriler (tam donanımlı robotlar) APCS düzeyinde kablosuz teknolojiler.

Sensör ağı teknolojisi, en geniş endüstriyel izleme ve kontrol görevlerini çözmek için tasarlanmıştır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir: inkar edilemez avantajlar diğer mevcut kablosuz ve kablolu sistemlere göre:

  • Mevcut ve işletilen bir tesise sensör kurma yeteneği olmadan ek iş kablolu ağ kurmak için;
  • düşük maliyetli ayrı bir kontrol elemanı;
  • düşük maliyetli sistemin kurulumu, devreye alınması ve bakımı;
  • kablosuz cihazların yerleştirilmesiyle ilgili minimum kısıtlamalar;
  • yüksek hata toleransı bir bütün olarak duyusal ağ.

Tanım

Kablosuz düğümlerin donanımı ve aralarındaki ağ etkileşimi protokolleri, sistemin uzun hizmet ömrü sağlamak için güç tüketimi için optimize edilmiştir. çevrimdışı kaynaklar beslenme. Çalışma moduna bağlı olarak, bir düğümün ömrü birkaç yıla ulaşabilir.

Her algılayıcı ağ düğümü genellikle veri giriş/çıkış portlarını içerir. çeşitli sensörler kontrol dış ortam(veya sensörlerin kendileri), bir mikro denetleyici ve bir radyo alıcı-vericisinin yanı sıra özerk veya harici bir güç kaynağı. Bu, cihazın ölçüm sonuçlarını almasına, ilk veri işlemesini gerçekleştirmesine ve harici bir bilgi sistemi ile iletişim kurmasına olanak tanır. Mikrodenetleyici, akıllı dağıtılmış veri işlemeyi uygulamak için kullanılabilir. Akıllı bir kablosuz sensör ağında cihazlar, yerel düzeyde bilgi alışverişi yapabilir, bunları analiz edebilir ve işlenmiş bilgileri "ham" verilerden ziyade belirli bir derinliğe iletebilir. Bu, gereksinimleri önemli ölçüde azaltabilir Bant genişliği ağ, sistemin ölçeklenebilirliğini ve hizmet ömrünü artırın. Bununla birlikte, ağa "zeka" eklemek, uygulanan görevin özelliklerini dikkate almayı gerektirir, bu nedenle bu yaklaşım genellikle özel bir yüksek düzeyde uzmanlaşmış sistem geliştirirken etkilidir.

Böylece anahtar sensör ağlarının özellikleri şunlardır:

  • bilgi iletim ağının kendi kendini organize etme yeteneği ve cihaz sayısına adaptasyonu;
  • mesajları bir elemandan diğerine aktarma yeteneği;
  • her elemanda sensör bulunma olasılığı;
  • uzun vadeli pil ömrü(1 yıl veya daha fazla)

Bugün, kablosuz sensör ağlarının teknolojisi, cihazların pil ömrü gereksinimleri, güvenilirlikleri, her birinin otomatik veya yarı otomatik konfigürasyonu, olasılık için kritik olan izleme ve kontrol görevlerini çözmek için kullanılabilecek tek teknolojidir. basit ekleme veya cihazın ağdan çıkarılması, sinyallerin duvarlar ve tavanlar boyunca düşük bir sistem maliyetiyle yayılması. Ve "Sensör ağları" olarak bilinen röleli kısa menzilli radyo iletişimi teknolojisi, endüstriyel izleme ve kaynak ve süreç kontrolü için kendi kendini organize eden hataya dayanıklı dağıtılmış sistemlerin geliştirilmesinde modern yönlerden biridir.

Kablosuz algılayıcı ağ teknolojilerinin avantajları, dağıtılmış bilgi toplama, analiz etme ve iletme ile ilgili çeşitli uygulamalı problemleri çözmek için etkin bir şekilde kullanılabilir.

Bina otomasyonu

Bazı bina otomasyon uygulamalarında geleneksel kablolu iletişim sistemlerinin kullanımı ekonomik nedenlerle mümkün olmamaktadır.

Örneğin, yeni bir tanıtmanız veya genişletmeniz gerekir. mevcut sistem kullanılmış bir binada. Bu durumda, kablosuz çözümlerin kullanılması en kabul edilebilir seçenektir, çünkü. binaların iç dekorasyonunun ihlali ile ek kurulum çalışması gerekmez, çalışanlara veya bina sakinlerine pratikte hiçbir rahatsızlık verilmez. Sonuç olarak, sistemi uygulama maliyeti önemli ölçüde azalır.

Diğer bir örnek, tasarım ve yapım aşamasında sensörlerin tam yerlerini belirlemenin mümkün olmadığı açık plan ofis binaları olabilir. Aynı zamanda, ofislerin yerleşimi binanın işletilmesi sırasında birçok kez değişebilir, bu nedenle, sistemi yeniden yapılandırmak için harcanan zaman ve para, kablosuz çözümler kullanılarak elde edilebilecek minimum düzeyde olmalıdır.

Ayrıca kablosuz algılayıcı ağlara dayalı sistemlere aşağıdaki örnekler verilebilir:

  • mikro iklimi korumak için sıcaklığın, hava akışının, insanların varlığının ve ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme ekipmanının kontrolünün izlenmesi;
  • aydınlatma kontrolü;
  • enerji yönetimi;
  • gaz, su, elektrik vb. için apartman sayaçlarından okumaların toplanması;
  • bina ve yapıların taşıyıcı yapılarının durumunun izlenmesi.

endüstriyel Otomasyon

Şimdiye kadar, endüstriyel otomasyon alanında kablosuz iletişimin yaygın kullanımı, zorlu ortamlarda kablolu bağlantılara kıyasla radyo bağlantılarının zayıf güvenilirliği nedeniyle geride kaldı. endüstriyel operasyon, ancak kablosuz sensör ağları mevcut durumu temelden değiştiriyor, çünkü çeşitli bozulma türlerine doğal olarak dirençlidir (örneğin, düğümde fiziksel hasar, parazit görünümü, değişen engeller, vb.). Ayrıca, bazı durumlarda kablosuz bir sensör ağı, kablolu bir iletişim sisteminden daha fazla güvenilirlik sağlayabilir.

Kablosuz sensör ağlarına dayalı çözümler, endüstrinin gereksinimlerini tam olarak karşılar:

  • hata toleransı;
  • ölçeklenebilirlik;
  • çalışma koşullarına uyarlanabilirlik;
  • enerji verimliliği;
  • uygulanan görevin özelliklerini dikkate alarak;
  • ekonomik karlılık.

Kablosuz sensör ağ teknolojileri aşağıdaki endüstriyel otomasyon görevlerinde kullanılabilir:

  • endüstriyel ekipmanın uzaktan kontrolü ve teşhisi;
  • mevcut duruma göre ekipmanın bakımı (güvenlik marjının tahmini);
  • üretim süreçlerinin izlenmesi;
  • araştırma ve test için telemetri.

Diğer uygulamalar

Kablosuz algılayıcı ağların geleneksel kablolu ve kablosuz veri iletim sistemlerinden benzersiz özellikleri ve farklılıkları, uygulamalarını en etkin hale getirir. çeşitli alanlar. Örneğin:

  • güvenlik ve savunma:
    • insanların ve ekipmanın hareketi üzerinde kontrol;
    • para kaynağı operasyonel iletişim ve zeka;
    • çevre kontrolü ve uzaktan izleme;
    • kurtarma operasyonlarında yardım;
    • mülk ve değerli eşyaların izlenmesi;
    • güvenlik ve yangın alarmı;
  • izleme çevre:
    • kirlilik izleme;
    • Tarım;
  • sağlık hizmeti:
    • hastaların fizyolojik durumunun izlenmesi;
    • sağlık personelinin konum kontrolü ve bildirimi.

Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojisinin kurumsal versiyonu günümüzde endüstride aktif olarak kullanılmaktadır. Kurumsal Nesnelerin İnterneti (EIoT), işletmelere makine ve ekipmanı kontrol etmek için yeni yollar sağlamak için kablosuz sensör ağları ve kontrolleri kullanır. Küçük bir pille çalışan ve kablolu bir güç kaynağına bağlı olmayan kablosuz sensörler, önceki nesil kontrollerin tamamen erişemeyeceği yerlerde endüstriyel ortamlara yerleştirilebilir.

EIoT, kablosuz teknolojilerin yalnızca endüstride değil, aynı zamanda sağlık, finansal hizmetlerde vb. alanlarda uygulanması için en katı gereksinimleri karşılamak üzere sistemlerin ve ekipmanların güvenilirliğini, güvenliğini ve birlikte çalışabilirliğini artırdı. bu alanlar neye göre özellikler ve bu yeni teknolojinin tasarım öğeleri, daha az kritik tüketici veya ticari uygulamalar için tasarlanmış geleneksel cihazların benzer IoT teknolojilerinden çok daha üstündür.

EIoT sorunları

EIoT özellikli sensörler ve kontroller, endüstriyel bir ortamda hemen hemen her yerde çalışabilir, ancak şu ana kadar her endüstriyel ekipman kablosuz ağlarda kullanım için ideal olmadığı için daha çok şans meselesi olmuştur. Bunun nedeni, bir IoT dağıtımında birbiriyle ilişkili ancak görünüşte çelişkili iki öğenin olmasıdır:

  1. Düşük güç tüketimi ile kısa menzilli teknoloji ile ilişkili sensörler ve kontroller kullanılarak kurulan kablosuz cihazların kendisi.
  2. Halihazırda daha uzak bir mesafede bulunan diğer ekipmanlar, kontrolörler ve ağın parçaları ile etkileşime giren bir IoT sensörleri ağı.

Pirinç. 1. Şehir merkezlerinden ve geleneksel telekomünikasyon hizmetlerinden uzaktaki uygulamalar, küresel bir ağ düzenlemek için LoRa gibi enerji verimli iletişim protokolünü kullanabilir

Endüstriyel bir ortamda genellikle en önemli engel olan, uzun mesafelerde güvenilir iletişimin imkansızlığıdır. Bu sorunun basit bir nedeni vardır: kablolu kablo hatları üzerinden veya kuleler aracılığıyla sinyal iletimi kullanılarak gerçekleştirilen telekomünikasyon. hücresel iletişim, endüstriyel ekipman konumlarında her zaman mevcut değildir. Ek olarak, hücresel hizmetleri yalnızca bir iletişim oturumunda sensörlerden gelen birkaç veri paketini teslim etmek için kullanmanın maliyeti, hem ekonomik açıdan hem de tamamen teknik hususlar açısından pek bir anlam ifade etmemektedir. Ek olarak, sensörler ve iletişim cihazları için, ekipmanın veya altyapının doğrudan endüstriyel ağdan beslenmediği uzak yerlerde organize edilmesi çok zor olan bir güç kaynağı sorunu oldukça sık görülür.

Yerleşim yerlerinde geniş hücresel iletişim kapsamına rağmen, bazı yerlerde kablosuz iletişimin düzenlenmesi için güvenilir bir hizmet yoktur. Bu, kırsal alanlarda ve izole edilmiş petrol ve gaz ekipmanı veya boru hattı taşımacılığı, su temini ve atık su sistemleri gibi endüstriyel ekipmanın uzak konumlarında yaygın bir sorundur (Şekil 1). Bu tür yerler de genellikle en yakın teknik servisten uzaktır. cihazların düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol eden personel. Bazen bir mühendisin ekipmana ulaşması ve onu incelemesi bütün bir gün, hatta birkaç gün sürebilir. Bu tür uzak bölgelerde çalışmaya istekli uzmanlar bulmak genellikle zor ve kolaydır. Sınırlı iletişim kapsamı nedeniyle, uzak bölgelerde EIoT özellikli sensörler ve kontroller oldukça nadir olduğundan, düşük güçlü geniş alan ağları (LPWAN) burada kurtarmaya gelir.

BLE ve LPWAN

En çok kullanılan kablosuz teknoloji EIoT sistemlerinde kısa menzil, Bluetooth düşük enerji teknolojisidir - BLE (İngilizce Bluetooth düşük enerji, Bluetooth Smart olarak da bilinir). EIoT için BLE'nin yüksek popülaritesinin ana nedeni, sensörlerin ve kontrollerin çok düşük pil tüketimi ile uzun süre çalışmasına izin veren enerji verimliliğidir. BLE uyku döngülerini, bekleme ve aktif döngüleri yönetir. BLE ayrıca, yüksek frekanslı gürültü seviyelerinin arttığı zorlu ortamlarda, bilgisayar ekipmanından gelen dijital sinyallerde ve hatta fiziksel engellerin varlığında bile bu teknolojinin etkin bir şekilde çalışmasına izin veren RF sinyalinin gücü nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. radyo dalgalarının yayılması. Ancak, bildiğiniz gibi, tüm bu faktörler endüstriyel ortama aşinadır.

EIoT'nin uygulanmasına yönelik projelerde, kısa mesafeli iletişimleri organize etmenin temeli BLE teknolojisidir. Ayrıca, hem halihazırda çalıştırılan hem de halen tasarlanmakta olan endüstriyel ekipman komplekslerinde kullanılabilir. Bununla birlikte, böyle bir BLE özellikli cihaz ağı, talimatları almak ve verileri daha uzun mesafelerde iletmek için bir yola ihtiyaç duyar. Çift yönlü Wi-Fi veya hücresel sinyallere izin veren geleneksel bir telekomünikasyon altyapısına güvenmek, bu sensör ve kontrol ağlarının uygulamasını sınırlayan bariyer nedeniyle mümkün değildir. BLE'yi LoRa teknolojisinin ultra menzili ve enerji verimliliği ile birleştirerek şirketler, telekomünikasyon altyapısının ve güç altyapısının bulunmadığı yerlerde EIoT'yi dağıtabildi ve bu da İnternet uygulama coğrafyasını genişletti. şeyler teknolojisi.

Pirinç. 2. Sensörler önce LoRa istemcisine ve ardından LoRa ağ geçidi aracılığıyla bağlanır

LoRa WAN protokolü genellikle LPWAN'dır, çünkü uzun yıllar boyunca pil değiştirmeden güvenli çift yönlü veri iletimi ve IoT ağları ile uzun mesafeler üzerinden iletişim sağlar. LoRa teknolojisini kullanırken yaklaşık 16 km mesafeye kadar sinyal göndermek ve almak mümkündür ve gerekirse kurulan tekrarlayıcılar (tekrarlayıcılar) bu mesafeyi yüzlerce kilometreye kadar çıkarabilir. Şek. Şekil 2, LoRa'nın nasıl çalıştığını gösterir. IoT uygulamaları için, ekonomik özellikleri ve yetenekleri nedeniyle LoRa'nın birçok avantajı vardır:

  • LoRa, BLE gibi ultra düşük güç teknolojisi olduğundan, pille çalışan IoT cihaz ağlarında çalışabilir ve sık bakım gerektirmeden uzun pil ömrü sağlayabilir.
  • LoRa düğümleri ucuzdur ve şirketlerin hücresel sistemler üzerinden veri iletiminin maliyetini düşürmesine ve ayrıca fiber optik veya bakır kablo kurulumunu ortadan kaldırmasına olanak tanır. Bu, uzaktaki sensörleri ve ekipmanı birbirine bağlamanın önündeki büyük bir finansal engeli ortadan kaldırır.
  • LoRa teknolojisi şunlarla iyi çalışır: ağ cihazları karmaşık endüstriyel ortamlar da dahil olmak üzere iç mekanlara yerleştirilir.
  • LoRa, milyonlarca düğümü destekleyerek yüksek düzeyde ölçeklenebilir ve birlikte çalışabilir ve genel ve özel veri ağlarına ve çift yönlü iletişim sistemlerine bağlanabilir.

Yani diğer LPWAN teknolojileri uzun vadede sadece IoT çözümlerinin uygulanmasında iletişim menzili sorununu çözebilecekken, LoRa teknolojisi bunun için çift yönlü iletişim, anti-jamming ve yüksek bilgi içeriği sunuyor.

LoRa'nın ayrıca önemli bir dezavantajı var - düşük bant genişliği. Bu, veri akışı gerektiren uygulamalar için uygun değildir. Ancak bu sınırlama, zaman zaman yalnızca küçük veri paketlerinin iletildiği çok çeşitli IoT uygulamaları için kullanımını engellemez.

Etkileşim

Pirinç. 3. Laird'den RM1xx modülü, şunları içerir: iletişim yetenekleri LoRa ve Bluetooth kablosuz ağ protokolleri için

LoRa'nın potansiyeli, BLE gibi teknolojilerle birleştirildiğinde ikiye katlanır. Birlikte, EIoT ağlarının yeteneklerini geliştiren kısa ve uzun menzilli iletişimler için bir dizi ultra düşük güçlü kablosuz yetenek sağlarlar. Örneğin, kentsel alanların merkezi kısmı, artık geleneksel telekomünikasyon altyapılarından bağımsız olan BLE sensör ağlarının temeli olan sadece birkaç LoRaWAN ağ geçidi ile kaplanabilir. Böylece, LoRa ve BLE'nin simbiyozu, Nesnelerin İnterneti'nin yaygın olarak uygulanmasına engel olan hem mega şehirlerde hem de küçük kasabalarda IoT'nin genişlemesinin önündeki bir dizi engeli ortadan kaldırır. Ancak, LoRA ve BLE kombinasyonunun en büyük faydalanıcıları, artık herhangi bir kısıtlama olmaksızın kelimenin tam anlamıyla her yere kurulabilen kablosuz sensörler, kontroller ve diğer ekipmanlardır (Şekil 3). Bu, BLE'nin özel bir değeridir. BLE ayrıca bu cihazların, örneğin akıllı telefonlardan veya tabletlerden kontrol edilen, bu durumda uzak kablosuz ekranlar olarak kullanılan entegre bir kısa menzilli ağda birlikte çalışmasına izin verir. Bu pakette, BLE'nin mobil özelliklerine dayanan LoRa teknolojisi, uzun mesafelerde veri gönderip alabilen bir tür radyo röle istasyonu görevi görür. Ayrıca, bu mesafeler, sinyal iletimi için basit ağ geçitleri ile artırılabilir.

zaten çok var iyi örnekler LoRa ve BLE eşleştirmesinin EIoT ağlarının tamamen farklı bir teknik seviye ve genişlemenizi artırın.

Kablosuz sensör ağları: genel bakış


Akuldız I.F.


İngilizce'den çeviri: Levzhinsky A.S.



dipnot

Makale, mikroelektromekanik sistemler, kablosuz iletişim ve dijital elektroniklerin birleştirilmesi sonucunda uygulanması mümkün olan sensör ağlarının kavramlarını açıklamaktadır. Sensör ağlarının görevleri ve potansiyeli incelenir, gelişimlerini etkileyen gerçekler gözden geçirilir. Bina sensör ağlarının mimarisi, mimarinin her katmanı için geliştirilen algoritmalar ve protokoller de dikkate alınır. Makale, sensör ağlarının uygulanmasıyla ilgili soruları araştırıyor.

1. Giriş

Mikro-elektro-mekanik sistemler (MEMS) teknolojilerindeki, kablosuz iletişimdeki ve dijital elektronikteki son gelişmeler, düşük maliyetli, düşük güçlü, çok işlevli noktalar (düğümler) oluşturmayı mümkün kılmıştır, bunlar küçüktür ve doğrudan birbirleriyle "konuşabilirler". . Veri toplama ve işleme modüllerinden oluşan çok sayıda küçük düğümün ortak çalışmasına dayanan sensör ağları, bir verici. Böyle bir ağ, bir dizi geleneksel sensöre göre önemli avantajlara sahiptir. İşte geleneksel sensörlerin iki temel özelliği: Sensörler, gözlemlenen fenomenden uzağa yerleştirilebilir. Bu yaklaşım, gürültüden hedefleri seçmek için bazı karmaşık teknikler kullanan birçok sensör gerektirir.
Yalnızca veri toplayan birden fazla sensör dağıtabilirsiniz. Sensör konumlarını ve topolojiyi dikkatlice tasarlayın. Gözlemleri, veri toplama ve işlemenin gerçekleştirileceği merkezi düğümlere ileteceklerdir.
Algılayıcı ağ, gözlemlenen fenomene yoğun bir şekilde yakın yerleştirilmiş çok sayıda düğümden (motlardan) oluşur. Motların konumunun önceden hesaplanmasına gerek yoktur. Bu, ulaşılması zor alanlara rastgele yerleştirilmelerine veya hızlı yanıt gerektiren kurtarma operasyonları için kullanılmalarına olanak tanır. Öte yandan bu, ağ protokollerinin ve mot algoritmalarının kendi kendini organize etmesi gerektiği anlamına gelir. Algılayıcı ağların bir diğer benzersiz özelliği, bireysel düğümlerin işbirliğidir. Motes bir işlemci ile donatılmıştır. Bu nedenle orijinal verileri aktarmak yerine basit hesaplamalar yaparak işleyebilir ve sadece gerekli ve kısmen işlenmiş verileri aktarabilirler. Yukarıda açıklanan özellikler, sensör ağları için çok çeşitli uygulamalar sağlar. Bu tür ağlar sağlık, askeri ve güvenlikte kullanılabilir. Örneğin bir hastayla ilgili fizyolojik veriler bir doktor tarafından uzaktan izlenebilir. Bu hem hasta için uygundur hem de doktorun mevcut durumunu anlamasını sağlar. Sensör ağları, hava ve sudaki yabancı kimyasal maddeleri tespit etmek için kullanılabilir. Kirleticilerin türünü, konsantrasyonunu ve yerini belirlemeye yardımcı olabilirler. Özünde, sensör ağları çevrenin daha iyi anlaşılmasını sağlar. Gelecekte kablosuz sensör ağlarının, günümüzün kişisel bilgisayarlarından çok daha fazla hayatımızın ayrılmaz bir parçası olacağını tahmin ediyoruz. Kablosuz algılayıcı ağların kullanımını gerektiren bu ve diğer projelerin uygulanması özel yöntemler gerektirir. Geleneksel kablosuz eşler arası ağlar için birçok protokol ve algoritma geliştirilmiştir, bu nedenle bunlar için pek uygun değildirler. benzersiz özellikler ve sensör ağlarının gereksinimleri. Algılayıcı ve eşler arası ağlar arasındaki farklar şunlardır: Bir algılayıcı ağdaki düğüm sayısı, eşler arası ağdaki düğümlerden birkaç kat daha fazla olabilir.
Düğümler yoğun aralıklıdır.
Düğümler başarısızlığa eğilimlidir.
Sensör ağlarının topolojisi sık sık değişebilir
Düğümler öncelikle yayın mesajlarını kullanırken, eşler arası ağların çoğu noktadan noktaya iletişime dayanır.
Düğümler güç, işlem gücü ve bellek açısından sınırlıdır.
Düğümler global olamaz kimlik numarası(IN) büyük miktarda ek yük ve çok sayıda sensör nedeniyle.
Ağdaki düğümler yoğun bir şekilde paketlendiğinden komşu düğümler birbirine çok yakın olabilir. Bu nedenle, sensör ağlarındaki çoklu atlama bağlantıları, doğrudan bağlantılardan daha az güç tüketecektir. Ek olarak, gizli gözetimde faydalı olan düşük bir veri sinyal gücü kullanılabilir. Çok sekmeli iletişim, kablosuz iletişimde uzun mesafelerde sinyal yayılımının bazı zorluklarını etkili bir şekilde aşabilir. Düğümler için en önemli sınırlamalardan biri düşük güç tüketimidir. Motes sınırlı enerji kaynaklarına sahiptir. Bu nedenle, geleneksel ağlar yüksek sinyal kalitesi elde etmeye odaklanırken, mot ağ protokolleri esas olarak enerji tasarrufuna odaklanmalıdır. Veri aktarım hızını azaltarak veya veri aktarımının gecikmesini artırarak kullanıcının mote'un ömrünü uzatmasına izin veren mekanizmalara sahip olmaları gerekir. Birçok araştırmacı şu anda bu gereksinimleri karşılayan devrelerin geliştirilmesine katılmaktadır. Bu yazımızda sensör ağları için halihazırda var olan protokolleri ve algoritmaları inceleyeceğiz. Amacımız, bu alandaki güncel araştırma konularının daha iyi anlaşılmasını sağlamaktır. Ayrıca tasarım kısıtlamalarını keşfetmeye ve tasarım problemlerini çözmek için kullanılabilecek araçları belirlemeye çalışacağız. Makale şu şekilde düzenlenmiştir: ikinci bölümde, sensör ağlarının potansiyelini ve kullanışlılığını açıklıyoruz. Bölüm 3'te, bu tür ağların tasarımını etkileyen faktörleri tartışıyoruz. Bu alandaki mevcut yöntemlerin ayrıntılı bir incelemesi 4. Bölümde ele alınacaktır ve Bölüm 5'te özetleyeceğiz.

2. Kablosuz sensör ağlarının uygulanması

Sensör ağları, sismik, manyetik alan, termal, kızılötesi, akustik gibi çok çeşitli çevresel koşullar ölçümlerini gerçekleştirebilen çeşitli sensör türlerinden oluşabilir. Örneğin, örneğin:
sıcaklık,
nem,
araç trafiği,
yıldırım durumu,
baskı yapmak,
toprak bileşimi,
gürültü seviyesi,
belirli nesnelerin varlığı veya yokluğu,
mekanik yük
nesnenin hızı, yönü ve boyutu gibi dinamik özellikler.
Motes, sürekli problama, olay algılama ve tanımlama için kullanılabilir. Mikro algılama kavramı ve kablosuz bağlantı bu tür ağlar için birçok yeni uygulama vaat ediyor. Bunları ana alanlara göre kategorize ettik: askeri, çevresel araştırma, sağlık, ev kullanımı ve diğer ticari uygulamalar. Ancak bu sınıflandırmayı genişletmek ve uzay araştırmaları, kimyasal işleme ve afet yardımı gibi daha fazla kategori eklemek mümkündür.

2.1. Askeri uygulama

Kablosuz sensör ağları, askeri komuta, iletişim, istihbarat, gözetleme ve yönlendirme sistemlerinin (C4ISRT) ayrılmaz bir parçası olabilir. Hızlı dağıtım, kendi kendine organizasyon ve hata toleransı, sensör ağlarının, onları sorunları çözmek için umut verici bir araç haline getiren özellikleridir. Algılayıcı ağlar, tek kullanımlık ve ucuz düğümlerin yoğun bir şekilde konuşlandırılmasına dayanabileceğinden, düşmanlıklar sırasında bunlardan bazılarının yok edilmesi, askeri operasyonu geleneksel sensörleri yok etmekle aynı şekilde etkilemeyecektir. Bu nedenle, sensör ağlarının kullanımı savaşlar için daha uygundur. Bu tür ağları kullanmanın birkaç yolunu daha listeliyoruz: silahların ve dost kuvvetlerin mühimmatının izlenmesi, savaşın gözlemlenmesi; yerde yönlendirme; savaş hasarı değerlendirmesi; nükleer, biyolojik ve kimyasal saldırıların tespiti. Dost kuvvetlerin, silahların ve mühimmatın izlenmesi: liderler ve komutanlar, sensör ağlarını kullanarak birliklerinin durumunu, savaş alanındaki ekipman ve mühimmatın durumunu ve mevcudiyetini sürekli olarak izleyebilirler. Her araç, ekipman ve önemli mühimmat, durumlarını bildirmek için sensörlere sahip olabilir. Bu veriler birlikte toplanır anahtar düğümler ve liderlere gönderildi. Veriler, diğer bölümlerden gelen verilerle birleştirilmek üzere komut hiyerarşisinin daha yüksek seviyelerine de yönlendirilebilir. Savaş Gözlemleri: Düşman kuvvetlerinin faaliyetlerini incelemek için kritik alanlar, yollar, rotalar ve boğazlar sensör ağları ile hızla kapatılabilir. Operasyonlar sırasında veya yeni planlar geliştirildikten sonra, muharebeyi izlemek için herhangi bir zamanda sensör ağları kurulabilir. Düşman Kuvvetleri ve Arazi Keşfi: Algılayıcı ağlar kritik alanlarda konuşlandırılabilir ve düşman kuvvetleri ve arazi hakkında değerli, ayrıntılı ve zamanında veriler, düşman onu durdurana kadar dakikalar içinde toplanabilir. Oryantasyon: Akıllı mühimmat yönlendirme sistemlerinde sensör ağları kullanılabilir. Savaş Sonrası Hasar Değerlendirmesi: Bir saldırıdan hemen önce veya sonra, hasar değerlendirme verilerini toplamak için sensör ağları hedef alana konuşlandırılabilir. Nükleer, biyolojik ve kimyasal saldırıların tespiti: Kullanımı sıfıra yakın olan kimyasal veya biyolojik silahlar kullanılırken, kimyasal ajanların zamanında ve doğru bir şekilde tanımlanması önemlidir. Sensör ağları, kimyasal veya biyolojik saldırılar için uyarı sistemleri olarak kullanılabilir ve kısa zaman kurbanların sayısını önemli ölçüde azaltmaya yardımcı olur. Bu tür saldırılar tespit edildikten sonra detaylı keşif için sensör ağları kullanmak da mümkündür. Örneğin radyasyon bulaşması durumunda insanları radyasyona maruz bırakmadan keşif yapmak mümkündür.

2.2. Çevresel uygulama

Ekolojide algılayıcı ağların kullanıldığı alanlardan bazıları şunlardır: kuşların, küçük hayvanların ve böceklerin hareketlerinin izlenmesi; mahsuller ve hayvanlar üzerindeki etkisini belirlemek için çevrenin durumunu izlemek; sulama; büyük ölçekli dünya izleme ve gezegen keşfi; kimyasal / biyolojik tespit; orman yangınlarının tespiti; meteorolojik veya jeofizik araştırma; taşkın algılama; ve kirlilik araştırması. Orman Yangını Tespiti: Tozlar ormanda stratejik ve sıkı bir şekilde yerleştirilebildiğinden, yangın kontrolden çıkmadan önce yangının tam kaynağını bildirebilirler. Milyonlarca sensör kalıcı olarak yerleştirilebilir. Düğümler aylarca hatta yıllarca gözetimsiz bırakılabileceğinden güneş panelleri ile donatılabilirler. Motes, dağıtılmış algılama görevlerini gerçekleştirmek ve kablolu sensörleri engelleyen ağaçlar ve kayalar gibi engellerin üstesinden gelmek için birlikte çalışacak. Çevrenin biyo-durumunu haritalamak: Bilgiyi zaman ve uzay ölçekleri arasında bütünleştirmek için karmaşık yaklaşımlar gerektirir. Uzaktan algılama teknolojisindeki ve otomatik veri toplamadaki gelişmeler, araştırma maliyetlerini büyük ölçüde azaltmıştır. Bu ağların avantajı, düğümlerin internete bağlanabilmesidir, bu da uzak kullanıcıların çevreyi kontrol etmesine, izlemesine ve gözlemlemesine olanak tanır. Uydu ve hava sensörleri, baskın bitki türlerinin uzaysal karmaşıklığı gibi büyük çeşitliliğini gözlemlemede faydalı olsalar da, bir ekosistemin çoğunluğunu oluşturan küçük unsurların gözlemlenmesine izin vermezler. Sonuç olarak, sahada kablosuz algılayıcı ağ düğümlerinin konuşlandırılmasına ihtiyaç vardır. Uygulamaya bir örnek, Güney Kaliforniya'daki bir rezervdeki çevrenin biyolojik haritalanmasıdır. Her biri 25-100 düğüm içeren ve çevrenin durumunu sürekli olarak izlemek için kullanılan bir ağ tarafından üç site kapsanmaktadır. Sel algılama: Sel algılamanın bir örneği, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki genel seslendirme sistemidir. Uyarı sistemine yerleştirilen çeşitli sensörler, yağış seviyesini, su seviyesini ve hava durumunu belirler. Cornell Üniversitesi'ndeki COUGAR Cihaz Veritabanı Projesi ve Rutgers Üniversitesi'ndeki DataSpace Projesi gibi araştırma projeleri, anlık görüntüler ve uzun vadeli veri toplama elde etmek için bir ağdaki bireysel düğümlerle etkileşime girmek için farklı yaklaşımlar araştırıyor. Tarım: Sensör ağlarının avantajı, sudaki pestisit seviyelerini, toprak erozyon seviyelerini ve hava kirliliği seviyelerini gerçek zamanlı olarak izleme yeteneğidir.

2.3. Tıpta uygulama

Tıpta bir uygulama engellilere yönelik cihazlarda; hasta izleme; teşhis; hastanelerde ilaç kullanımının izlenmesi; insan fizyolojik verilerinin toplanması; ve hastanelerdeki doktorları ve hastaları izlemek. İnsan fizyolojik durumunun izlenmesi: Sensör ağları tarafından toplanan fizyolojik veriler uzun süre saklanabilir ve tıbbi araştırmalar için kullanılabilir. Kurulu ağ düğümleri ayrıca yaşlıların hareketlerini takip edebilir ve örneğin düşmeleri önleyebilir. Bu düğümler küçüktür ve hastaya daha fazla hareket özgürlüğü sağlarken aynı zamanda doktorların hastalığın semptomlarını önceden tanımlamasına izin verir. Ayrıca hastaların hastane tedavisine göre daha konforlu bir yaşam sürmelerine katkı sağlarlar. Böyle bir sistemin uygulanabilirliğini test etmek için Grenoble-Fransa Tıp Fakültesi “Sağlıklı akıllı ev"". . Hastanedeki doktorları ve hastaları izleme: Her hastanın küçük ve hafif bir ağ düğümü vardır. Her düğümün kendine özgü görevi vardır. Örneğin, biri kalp atış hızınızı izlerken diğeri kan basıncınızı ölçebilir. Doktorların da böyle bir düğümü olabilir, diğer doktorların onları hastanede bulmasını sağlar. Hastanelerde ilaçların izlenmesi: İlaçlara düğümler eklenebilir, böylece yanlış ilacın dağıtılma şansı en aza indirilebilir. Böylece hastaların alerjilerini ve gerekli ilaçları belirleyen düğümleri olacaktır. Açıklandığı gibi bilgisayarlı sistemler, ilaçların hatalı dağıtımının yan etkilerini en aza indirmeye yardımcı olabileceklerini göstermiştir.

2.4. Evde uygulama

Ev otomasyonu: Akıllı düğümler, elektrikli süpürgeler, mikrodalga fırınlar, buzdolapları ve VCR'ler gibi ev aletlerine entegre edilebilir. İnternet veya uydu aracılığıyla birbirleriyle ve harici bir ağ ile iletişim kurabilirler. Bu, son kullanıcıların evdeki cihazları hem yerel olarak hem de uzaktan kolayca yönetmesine olanak tanır. Akıllı çevre: Akıllı çevre tasarımı, insan merkezli veya teknoloji merkezli olmak üzere iki farklı yaklaşım alabilir. İlk yaklaşım durumunda, akıllı ortam, onlarla etkileşim açısından son kullanıcıların ihtiyaçlarına uyum sağlamalıdır. Teknoloji merkezli sistemler için yeni donanım teknolojileri geliştirilmeli, ağ çözümleri, ve ara uygulamalar. Akıllı bir ortam oluşturmak için düğümlerin nasıl kullanılabileceğine ilişkin örnekler . Düğümler mobilya ve cihazlara yerleştirilebilir, birbirleriyle ve oda sunucusuyla iletişim kurabilirler. Oda sunucusu, yazdırma, tarama ve faks gönderme gibi sunabilecekleri hizmetler hakkında bilgi edinmek için diğer oda sunucularıyla da iletişim kurabilir. Bu sunucular ve sensör düğümleri, mevcut gömülü cihazlara entegre edilebilir ve .

3. Algılayıcı ağ modellerinin gelişimini etkileyen faktörler.

Sensör ağlarının gelişimi, hata toleransı, ölçeklenebilirlik, üretim maliyetleri, işletim ortamının türü, sensör ağı topolojisi, donanım sınırlamaları, iletişim modeli ve güç tüketimi gibi birçok faktöre bağlıdır. Bu faktörler birçok araştırmacı tarafından dikkate alınmaktadır. Ancak, bu çalışmaların hiçbiri ağ tasarımını etkileyen tüm faktörleri tam olarak açıklamamaktadır. Algılayıcı ağların çalışması için bir protokol veya algoritmaların geliştirilmesi için bir kılavuz olarak hizmet ettikleri için önemlidirler. Ayrıca, bu faktörler farklı modelleri karşılaştırmak için kullanılabilir.

3.1. hata toleransı

Bazı düğümler, güç eksikliği, fiziksel hasar veya üçüncü taraf müdahalesi nedeniyle başarısız olabilir. Düğüm arızası, sensör ağının çalışmasını etkilememelidir. Bu bir güvenilirlik ve hata toleransı meselesidir. Hata toleransı - bir düğüm arızalandığında sensör ağının işlevselliğini hatasız sürdürme yeteneği. Güvenilirlik Rk(t) veya düğüm hata toleransı, zaman aralığında (0; t) düğüm hatası olmaması olasılığını belirlemek için bir Poisson dağılımı kullanılarak modellenir. sensör ağları oluşturmak için gereklidir. Düğümlerin yerleştirildiği ortam girişime daha az yatkınsa, protokoller daha az hataya dayanıklı olabilir. Örneğin, nem ve sıcaklık seviyelerini izlemek için bir eve düğümler eklenirse, bu tür sensör ağları başarısız olamayacağından ve ortamın “gürültüsü” çalışmalarını etkilemediğinden hata toleransı gereksinimleri düşük olabilir. Öte yandan, düğümler savaş alanında gözlem için kullanılıyorsa, gözlem kritik olduğundan ve düğümler askeri operasyonlar sırasında imha edilebildiğinden hata toleransı yüksek olmalıdır. Sonuç olarak, hata toleransının seviyesi sensör ağlarının uygulanmasına bağlıdır ve modeller bu akılda tutularak geliştirilmelidir.

3.2. ölçeklenebilirlik

Olguyu incelemek için dağıtılan düğüm sayısı yüzlerce veya binlerce olabilir. Uygulamaya bağlı olarak sayı uç değerlere (milyonlarca) ulaşabilmektedir. Yeni modeller bu sayıda düğümü işleyebilmelidir. Ayrıca, çapı 10 m'den az olabilen bir alanda birkaç düğümden birkaç yüze kadar değişebilen yüksek yoğunluklu sensör ağları kullanmaları gerekir. Yoğunluk şu şekilde hesaplanabilir,

3.3. Üretim maliyeti

Algılayıcı ağlar çok sayıda düğümden oluştuğundan, düğüm başına maliyet, ağın toplam maliyetini haklı çıkaracak şekilde olmalıdır. Ağın maliyeti, geleneksel sensörlerin yerleştirilmesinden daha yüksekse, ekonomik olarak uygun değildir. Sonuç olarak, her bir düğümün maliyeti düşük olmalıdır. Artık Bluetooth vericisi kullanan bir düğümün maliyeti 10 dolardan az. PicoNode'un fiyatı yaklaşık 1 dolar. Bu nedenle, bir algılayıcı ağ düğümünün maliyeti, kullanımlarının ekonomik gerekçesi için 1 dolardan çok daha az olmalıdır. Ucuz bir cihaz olarak kabul edilen bir Bluetooth düğümünün maliyeti, algılayıcı ağ düğümlerinin ortalama fiyatından 10 kat daha fazladır. Düğümün ayrıca veri toplama modülü ve veri işleme modülü (bölüm 3.4'te açıklanmıştır) gibi bazı ek modüllere de sahip olduğunu lütfen unutmayın. Ek olarak, sensör uygulamasına bağlı olarak bir konumlandırma sistemi veya bir güç jeneratörü ile donatılabilirler. ağlar. Sonuç olarak, bir düğümün maliyeti, sayı göz önüne alındığında karmaşık bir konudur. işlevsellik fiyat 1 dolardan az olsa bile.

3.4. Donanım Özellikleri

Bir algılayıcı ağ düğümü, Şekil 2'de gösterildiği gibi dört ana bileşenden oluşur. 1: veri toplama birimi, işlem birimi, verici ve güç kaynağı. Ek modüllerin varlığı ağ uygulamasına bağlıdır, örneğin konum modülleri, bir güç jeneratörü ve bir mobilizatör (MAC) olabilir. Veri toplama modülü genellikle iki bölümden oluşur: sensörler ve analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler). Gözlemlenen fenomene dayalı olarak sensör tarafından üretilen analog sinyal, dijital sinyal ADC'yi kullanarak ve ardından işlem ünitesine beslenir. Entegre belleği kullanan işleme modülü, diğer düğümlerle birlikte atanan izleme görevlerini gerçekleştirmeye izin veren prosedürleri kontrol eder. Verici birim (alıcı-verici), düğümü ağa bağlar. Düğümün en önemli bileşenlerinden biri güç kaynağıdır. Güç kaynağı, örneğin güneş panelleri kullanılarak yeniden şarj edilebilir.

Veri ileten ve veri toplayan çoğu düğüm, konumlarını yüksek doğrulukla bilmelidir. Bu nedenle, genel şemaya bir konum modülü dahil edilmiştir. Bazen görevleri tamamlamak için gerektiğinde düğümü hareket ettiren bir harekete geçiriciye ihtiyacınız olabilir. Tüm bu modüllerin kibrit kutusu boyutunda bir muhafaza içine yerleştirilmesi gerekebilir. Düğüm boyutu bir santimetre küpten daha küçük olabilir ve havada kalacak kadar hafif olabilir. Boyut dışında, düğümler için başka bazı katı sınırlar da vardır. Yapmalılar :
çok az enerji tüketmek
kısa mesafelerde çok sayıda düğümle çalışın,
düşük üretim maliyetine sahip olmak
özerk olmak ve denetimsiz çalışmak,
ortama uyum sağlayın.
Düğümler kullanılamaz hale gelebileceğinden, sensör ağının ömrü, bireysel düğümlerin gücüne bağlıdır. Gıda sınırlı kaynak ve boyut kısıtlamaları nedeniyle. Örneğin, bir akıllı düğümün toplam enerji depolaması 1 J mertebesindedir. Kablosuz Entegre Sensör Ağı (WINS) için, uzun çalışma süresi sağlamak için ortalama şarj seviyesi 30 LA'dan az olmalıdır. Sensör ağlarının ömrünü şarj edilebilir piller kullanarak, örneğin ortamdan enerji elde ederek uzatmak mümkündür. Güneş panelleri, şarj kullanımının en iyi örneğidir. Düğüm iletişim modülü, bir akıllı düğümde olduğu gibi pasif veya aktif bir optik cihaz veya bir radyo frekansı (RF) vericisi olabilir. RF iletimi, belirli bir bant genişliği kullanan bir modülasyon modülüne, bir filtreleme modülüne, bir demodülasyon modülüne ihtiyaç duyar, bu da onları daha karmaşık ve pahalı hale getirir. Ayrıca antenlerin yere yakın olması nedeniyle iki düğüm arasındaki veri iletiminde kayıplar olabilir. Ancak, veri hızlarının düşük olması (tipik olarak 1 Hz'den az) ve kısa mesafeler nedeniyle iletim çevrim hızlarının yüksek olması nedeniyle, mevcut algılayıcı ağ tasarımlarının çoğunda radyo iletişimi tercih edilir. Bu özellikler, düşük radyo frekanslarının kullanımına izin verir. Bununla birlikte, enerji verimli ve düşük frekanslı radyo vericileri tasarlamak hala teknik bir zorluktur ve Bluetooth cihazlarının üretiminde kullanılan mevcut teknolojiler, çok fazla enerji tükettikleri için sensör ağları için yeterince verimli değildir. İşlemciler sürekli olarak boyut olarak küçülüyor ve güç olarak artıyor olsa da, verilerin düğüm tarafından işlenmesi ve depolanması hala zayıf noktasıdır. Örneğin, akıllı düğüm işleme modülü, 4 MHz Atmel AVR8535 işlemci, talimatlar için 8 KB'lık bir mikro denetleyici, flash bellek, 512 bayt RAM ve 512 bayt EEPROM'dan oluşur. İşletim sistemi için 3500 bayt ve kod için 4500 bayt boş belleğe sahip olan bu modül, TinyOS işletim sistemini kullanmaktadır. Başka bir lAMPS düğüm prototipinin işleme modülü, 59-206 MHz SA-1110 işlemciye sahiptir. IAMPS düğümleri, çok iş parçacıklı bir işletim sistemi kullanır. L-OS sistemi. Çoğu veri toplama görevi, düğümün konumu hakkında bilgi gerektirir. Düğümler genellikle rastgele ve denetimsiz olarak yerleştirildiğinden, bir konumlandırma sistemi kullanarak işbirliği yapmaları gerekir. Konum belirleme, birçok sensör ağı yönlendirme protokolünde kullanılır (daha fazla ayrıntı bölüm 4'te). Bazıları, her düğümün 5 metre içinde çalışan bir Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) modülüne sahip olması gerektiğini önerdi. Makale, sensör ağlarının çalışması için tüm düğümlerin GPS ile donatılmasının gerekli olmadığını savunuyor. Yalnızca bazı düğümlerin GPS kullandığı ve diğer düğümlerin yerdeki konumlarını belirlemelerine yardımcı olduğu alternatif bir yaklaşım vardır.

3.5. Ağ topolojisi

Düğümlerin kullanılamaz hale gelmesi ve sık sık arızalara maruz kalması, ağ bakımını zorlu bir görev haline getirir. Sensör ağının bölgesine yüzlerce ila birkaç bin düğüm yerleştirilebilir. On metre arayla açılırlar. Düğüm yoğunluğu metreküp başına 20 düğümden daha yüksek olabilir. Birçok düğümün yoğun düzenlenmesi, ağın dikkatli bakımını gerektirir. Ağın topolojisini koruma ve değiştirme ile ilgili konuları üç aşamada ele alacağız:

3.5.1. Düğümlerin önceden konuşlandırılması ve konuşlandırılması, düğümlerin toplu olarak dağıtılmasından veya her birinin ayrı ayrı kurulmasından oluşabilir. Yerleştirilebilirler:

Uçaktan saçılmış,
bir rokete veya mermiye yerleştirerek
mancınık ile fırlatılan (örneğin, bir gemiden vb.),
fabrikaya yerleştirme
her düğüm, bir insan veya robot tarafından ayrı ayrı yerleştirilir.
Rağmen büyük miktar sensörler ve bunların otomatik konuşlandırılması genellikle onları dikkatlice tasarlanmış bir plana göre yerleştirmeyi engeller, ilk devreye alma şemaları şunları yapmalıdır:
kurulum maliyetlerini azaltmak
Önceden herhangi bir organizasyona ve önceden planlamaya olan ihtiyacı ortadan kaldırmak,
yerleştirme esnekliğini artırmak,
kendi kendine örgütlenmeyi ve hata toleransını teşvik edin.

3.5.2. Ağ dağıtımından sonraki aşama

Ağ dağıtıldıktan sonra, topolojisindeki değişiklik, düğümlerin özelliklerindeki bir değişiklikle ilişkilendirilir. Bunları sıralayalım:
durum,
erişilebilirlik (parazit, gürültü, hareketli engeller vb. nedeniyle),
pil şarjı,
arızalar
değişen görevler.
Düğümler statik olarak dağıtılabilir. Ancak, pilin bitmesi veya tahrip olması nedeniyle cihaz arızası yaygındır. Yüksek düğüm hareketliliğine sahip sensör ağları mümkündür. Ek olarak, düğümler ve ağlar farklı görevler gerçekleştirir ve kasıtlı müdahaleye maruz kalabilir. Bu nedenle, sensör ağının yapısı, dağıtımdan sonra sık sık değişikliklere eğilimlidir.

3.5.3. Ek Düğüm Dağıtım Aşaması

Hatalı düğümleri değiştirmek veya değişen görevler nedeniyle herhangi bir zamanda ek düğümler eklenebilir. Yeni düğümler eklemek, ağı yeniden düzenleme ihtiyacını yaratır. Çok sayıda düğüm içeren ve çok sıkı güç sınırlarına sahip olan eşler arası bir ağın topolojisindeki sık değişikliklerle uğraşmak, özel yönlendirme protokolleri gerektirir. Bu konu Bölüm 4'te daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

3.6. Çevre

Düğümler, gözlemlenen fenomenin çok yakınında veya doğrudan içinde yoğun bir şekilde yer almaktadır. Böylece uzak coğrafi bölgelerde denetimsiz çalışırlar. Çalışabilirler
yoğun kavşaklarda
büyük arabaların içinde
okyanusun dibinde
bir kasırga içinde
bir kasırga sırasında okyanusun yüzeyinde,
biyolojik ve kimyasal olarak kirlenmiş alanlarda
savaş alanında
bir evde veya büyük bir binada,
büyük bir depoda
hayvanlara bağlı
hızlı hareket eden araçlara bağlı
su akışı ile birlikte bir kanalizasyon veya nehirde.
Bu liste, düğümlerin çalışabileceği koşullar hakkında bir fikir verir. Okyanus tabanında, zorlu ortamlarda, enkaz arasında veya savaş alanında, bir uçak motorunun nozülü gibi aşırı sıcaklıklarda veya kutup bölgelerinde, çok fazla gürültünün olduğu çok gürültülü yerlerde yüksek basınç altında çalışabilirler. parazit yapmak.

3.7. Veri aktarım yöntemleri

Çok sekmeli bir sensör ağında, düğümler kablosuz olarak iletişim kurar. İletişim radyo, kızılötesi veya optik medya aracılığıyla olabilir. Bu yöntemleri global olarak kullanmak için, iletim ortamının dünya çapında mevcut olması gerekir. Radyo iletişimi için bir seçenek, çoğu ülkede lisanssız olarak bulunan Endüstriyel, Bilimsel ve Tıbbi (ISM) bantları kullanmaktır. Kullanılabilecek frekanslardan bazıları, Radyo Düzenlemeleri Madde S5'te (Cilt 1) yer alan uluslararası frekans tablosunda açıklanmıştır. Bu frekanslardan bazıları halihazırda kablosuz telefon ve kablosuz iletişimde kullanılmaktadır. yerel ağlar(WLAN). Küçük boyutlu ve düşük maliyetli sensör ağları için bir sinyal yükselticisi gerekli değildir. Buna göre, donanım sınırlamaları ve anten verimliliği ile güç tüketimi arasındaki uzlaşma, mikrodalga frekans aralığında iletim frekansı seçimine belirli kısıtlamalar getirir. Ayrıca Avrupa'da 433 MHz ISM ve Kuzey Amerika'da 915 MHz ISM sunarlar. Bu iki bölge için olası verici modelleri burada tartışılmaktadır. ISM radyo frekanslarını kullanmanın başlıca avantajları, geniş frekans yelpazesi ve dünya çapında kullanılabilirliğidir. Belirli bir standarda bağlı değildirler, bu nedenle sensör ağlarında enerji tasarrufu stratejileri uygulamak için daha fazla özgürlük sağlarlar. Öte yandan, çeşitli yasalar ve mevcut uygulamalardan müdahale gibi çeşitli kurallar ve kısıtlamalar vardır. Bu frekans bantlarına düzensiz frekanslar da denir. Günümüzün düğüm ekipmanının çoğu, radyo vericilerinin kullanımına dayanmaktadır. IAMPS'nin içinde açıklanan kablosuz düğümleri, Bluetooth özellikli 2,4 GHz vericileri kullanır ve entegre bir frekans sentezleyiciye sahiptir. Düşük güçlü düğümlerin cihazı çalışmada açıklanmıştır, 916 MHz frekansında çalışan bir radyo iletim kanalı kullanırlar. WINS mimarisi ayrıca radyo kullanır. Bir diğer olası yol Algılayıcı ağlarda iletişim kızılötesidir. IR iletişimi lisanssız kullanılabilir ve elektriksel parazitlere karşı bağışıktır. IR vericileri daha ucuzdur ve üretimi daha kolaydır. Günümüzün dizüstü bilgisayarlarının, PDA'larının ve cep telefonlarının çoğu, veri aktarımı için bir IR arabirimi kullanır. Bu tür bir iletişimin ana dezavantajı, gönderici ve alıcı arasında doğrudan görünürlük gerekliliğidir. Bu, iletim ortamı nedeniyle IR iletişimini sensör ağlarında kullanım için istenmeyen hale getirir. İlginç bir aktarım yöntemi, otomatik izleme ve veri işleme için modüller olan akıllı düğümleri kullanmaktır. İletim için optik bir ortam kullanırlar. Köşe küp geri yansıtıcı (CCR) kullanan pasif ve lazer diyot ve kontrollü aynalar kullanan aktif olmak üzere iki iletim şeması vardır (bölümünde tartışılmıştır). İlk durumda, entegre bir ışık kaynağı gerekli değildir, sinyal iletimi için üç aynalı (CCR) bir konfigürasyon kullanılır. Aktif yöntem, amaçlanan alıcıya ışık demetleri göndermek için bir lazer diyotu ve aktif bir lazer iletişim sistemi kullanır. Algılayıcı ağların olağandışı uygulama gereksinimleri, aktarım ortamının seçimini zorlaştırmaktadır. Örneğin, denizcilik uygulamaları bir su iletim ortamının kullanılmasını gerektirir. Burada, suyun yüzeyine nüfuz edebilen uzun dalgalı radyasyon kullanmanız gerekir. Zorlu arazide veya savaş alanında hatalar ve daha fazla parazit oluşabilir. Ayrıca düğüm antenlerinin diğer cihazlarla iletişim için gerekli yükseklik ve radyasyon gücüne sahip olmadığı ortaya çıkabilir. Bu nedenle, iletim ortamının seçimine, iletim kanalının özelliklerine bağlı olan güvenilir modülasyon ve kodlama şemaları eşlik etmelidir.

3.8. Güç tüketimi

Mikroelektronik bir cihaz olan kablosuz düğüm, yalnızca sınırlı bir güç kaynağı ile donatılabilir (

3.8.1. Bağ

Bir düğüm, maksimum enerjisini hem veri iletmeyi hem de almayı içeren iletişim için harcar. denilebilir ki iletişim kurmak için kısa mesafeler düşük iletim gücü ile, iletim ve alım yaklaşık olarak aynı miktarda enerji gerektirir. Frekans sentezleyiciler, voltaj kontrol osilatörleri, faz engelleme (PLL) ve güç yükselticilerinin tümü sınırlı olan enerji gerektirir. Bu durumda, vericileri başlatırken sadece aktif gücü değil, aynı zamanda elektrik tüketimini de dikkate almamız önemlidir. Vericinin başlatılması bir saniyenin çok küçük bir kısmını alır, bu nedenle ihmal edilebilir miktarda güç tüketir. Bu değer, PLL kilit süresi ile karşılaştırılabilir. Ancak iletilen paket azaldıkça başlatma gücü, güç tüketimine hakim olmaya başlar. Sonuç olarak, vericiyi sürekli açıp kapatmak verimsizdir, çünkü enerjinin çoğu buna harcanacak. Şu anda düşük güçlü radyo vericileri, 20 dBm'lik standart Pt ve Pr değerlerine ve 0 dBm'ye yakın Pout'a sahiptir. Pc'ye yönlendirilen PicoRadio'nun -20dBm olduğunu unutmayın. Küçük boyutlu, ucuz, vericilerin tasarımı kaynakta tartışılmaktadır. Sonuçlarına dayanarak, bu makalenin yazarları, bütçe ve enerji tahminleri göz önüne alındığında, Pt ve Pr değerlerinin, yukarıda verilen değerlerden en az bir büyüklük sırası daha küçük olması gerektiğine inanmaktadır.

3.8.2. Veri işleme

Veri işlemenin güç tüketimi, veri iletimine kıyasla çok daha azdır. Makalede açıklanan örnek aslında bu tutarsızlığı göstermektedir. Rayleigh'nin iletim sırasında gücün dörtte birinin kaybolduğu teorisine dayanarak, 1 KB'yi 100 m'lik bir mesafeye iletmek için enerji tüketiminin, 3 milyon talimatın 100 milyon talimat hızında yürütülmesiyle yaklaşık olarak aynı olacağı sonucuna varabiliriz. işlemci tarafından saniye (MIPS )/W. Bu nedenle, çok sekmeli bir sensör ağında güç tüketimini en aza indirmek için yerel veri işleme kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, düğümlerin yerleşik bilgi işlem yeteneklerine sahip olması ve çevre ile etkileşime girebilmesi gerekir. Maliyet ve boyut kısıtlamaları, mikroişlemciler için ana teknoloji olarak yarı iletkenleri (CMOS) seçmemize neden olacaktır. Ne yazık ki, enerji verimliliği konusunda sınırları var. CMOS, durumu her değiştirdiğinde güç gerektirir. Durumları değiştirmek için gereken enerji, anahtarlama frekansı, kapasitans (alanına bağlı olarak) ve voltaj dalgalanmaları ile orantılıdır. Bu nedenle, besleme voltajını azaltmak, aktif durumda güç tüketimini azaltmanın etkili bir yoludur. 'de tartışılan dinamik voltaj ölçeklendirme, işlemcinin gücünü ve frekansını iş yüküne göre uyarlamayı amaçlar. Mikroişlemci üzerindeki işlem yükü azaltıldığında, frekansın basitçe düşürülmesi güç tüketiminde doğrusal bir azalma sağlar, ancak çalışma voltajını azaltmak bize güç maliyetlerinde ikinci dereceden bir azalma sağlar. Öte yandan, olası tüm işlemci performansı kullanılmayacaktır. Bu, en yüksek performansın her zaman gerekli olmadığını ve bu nedenle işlemcinin çalışma voltajı ve frekansının işlem gereksinimlerine dinamik olarak uyarlanabileceğini hesaba katarsak bir sonuç verecektir. Yazarlar, mevcut yük profillerinin uyarlanabilir işlenmesine ve önceden oluşturulmuş birkaç şemanın analizine dayanan iş yükü tahmin şemaları önermektedir. İşlemci gücünü azaltmak için diğer stratejiler . Verilerin kodlanması ve kod çözülmesi için ek şemaların kullanılabileceği belirtilmelidir. Entegre devreler bazı durumlarda da kullanılabilir. Tüm bu senaryolarda sensör ağının yapısı, çalışma algoritmaları ve protokolleri ilgili enerji maliyetlerine bağlıdır.

4. Sensör ağlarının mimarisi

Düğümler genellikle gözlem alanı boyunca rastgele yerleştirilir. Her biri veri toplayabilir ve son kullanıcı olan merkezi düğüme geri veri aktarım yolunu bilir. Veriler, çok sekmeli bir ağ mimarisi kullanılarak iletilir. Merkezi düğüm, İnternet veya uydu aracılığıyla görev yöneticisi ile iletişim kurabilir. Merkezi düğüm ve diğer tüm düğümler tarafından kullanılan protokol yığını Şekil 2'de gösterilmektedir. 3. Protokol yığını, güç bilgilerini ve rota bilgilerini içerir, ağ protokolü bilgilerini içerir, kablosuz ortam üzerinden verimli bir şekilde iletişim kurmaya yardımcı olur ve düğüm işbirliğini destekler. Protokol yığını, bir uygulama katmanı, bir taşıma katmanı, bir ağ katmanı, bir veri bağlantı katmanı, bir fiziksel katman, bir güç yönetimi katmanı, bir mobilite yönetimi katmanı ve bir görev zamanlama katmanından oluşur. Veri toplama görevine bağlı olarak, Farklı çeşit uygulama yazılımı, uygulama düzeyinde oluşturulabilir. taşıma katmanı, gerekirse verilerin akmasını sağlar. Ağ katmanı, taşıma katmanı tarafından sağlanan verilerin yönlendirilmesini yönetir. çevre olduğundan yabancı gürültü ve düğümler taşınabilir, MAC protokolü, komşu düğümler arasında veri iletirken çarpışma oluşumunu en aza indirmelidir. Fiziksel katman, bilgi aktarma yeteneğinden sorumludur. Bu protokoller, ana bilgisayarların güç tasarrufu sağlarken görevleri gerçekleştirmesine yardımcı olur. Güç yönetimi katmanı, bir düğümün gücü nasıl kullanması gerektiğini belirler. Örneğin, bir düğüm, komşularından birinden bir mesaj aldıktan sonra alıcıyı kapatabilir. Bu, yinelenen bir mesaj almaktan kaçınmanıza yardımcı olacaktır. Ayrıca, bir düğümün pili azaldığında, komşularına mesaj yönlendirmeye katılamayacağını bildirir. Veri toplamak için kalan tüm enerjiyi kullanacaktır. Hareketlilik Kontrolü (MAC) katmanı, düğümlerin hareketini belirler ve kaydeder, böylece her zaman merkezi düğüme veri aktarımı için bir yol vardır ve düğümler komşularını belirleyebilir. Ve komşularını tanıyan düğüm, onlarla birlikte çalışarak güç tüketimini dengeleyebilir. Görev yöneticisi, her bölge için ayrı ayrı bilgi toplamayı planlar ve programlar. Aynı bölgedeki tüm düğümlerin aynı anda yoklama görevlerini çalıştırması gerekmez. Sonuç olarak, bazı düğümler kapasitelerine bağlı olarak diğerlerinden daha fazla görev gerçekleştirir. Tüm bu katmanlar ve modüller, düğümlerin birlikte çalışması ve maksimum enerji verimliliği için çabalaması, ağdaki veri iletim yolunu optimize etmesi ve ayrıca birbirlerinin kaynaklarını paylaşması için gereklidir. Onlar olmadan, her düğüm ayrı ayrı çalışacaktır. Tüm sensör ağının bakış açısından, düğümlerin birbirleriyle birlikte çalışması daha verimlidir, bu da ağların ömrünün uzamasına yardımcı olur. Protokole modülleri ve kontrol katmanlarını dahil etme ihtiyacını tartışmadan önce, Şekil 3'te gösterilen protokol yığını üzerinde mevcut üç çalışmayı ele alacağız. Kaynakta tartışılan, düğümlerin dağıtılmış bir ağda bağlı olduğu WINS modeli. ve internete erişiminiz var. Çok sayıda WINS ağ düğümü birbirinden küçük bir mesafede bulunduğundan, çok sekmeli iletişim güç tüketimini en aza indirir. Düğüm tarafından alınan çevresel bilgiler, A, B, C, D ve E düğümleri için Şekil 2'de gösterildiği gibi diğer düğümler aracılığıyla merkezi düğüme veya WINS ağ geçidine sırayla gönderilir. internet olarak.. WINS ağ protokolü yığını, uygulama katmanı, ağ katmanı, MAC katmanı ve fiziksel katmandan oluşur. Akıllı düğümler (veya toz lekeleri). Bu düğümler, küçük boyutları ve ağırlıkları nedeniyle nesnelere bağlanabilir veya havada yüzebilir. Optik iletişim ve veri toplama için MEMS teknolojisini kullanırlar. Toz zerreciklerinin gün içinde şarj olması için güneş panelleri olabilir. Bir optik baz istasyonu vericisi veya başka bir toz zerresi ile iletişim kurmak için bir görüş hattı gerektirirler. Toz ağının mimarisi Şekil 2'de gösterilenle karşılaştırıldığında, akıllı düğümlerin genellikle doğrudan baz istasyonu vericisi ile iletişim kurduğu, ancak bire bir iletişimin de mümkün olduğu söylenebilir. Sensör ağları için protokollerin ve algoritmaların geliştirilmesine yönelik diğer bir yaklaşım, fiziksel katmanın gereksinimlerinden kaynaklanmaktadır. Protokoller ve algoritmalar, mikroişlemci tipi ve alıcı tipi gibi fiziksel bileşenlerin seçimine göre tasarlanmalıdır. Bu aşağıdan yukarıya yaklaşım, IAMPS modelinde kullanılır ve ayrıca uygulama katmanının, ağ katmanının, MAC katmanının ve fiziksel katmanın ana bilgisayar donanımına bağımlılığını da dikkate alır. IAMPS düğümleri, son kullanıcı ile Şekil 2'de gösterilen mimariyle tamamen aynı şekilde etkileşime girer. Çeşitli şemalar, örneğin, zaman bölmeli bölme (TDMA) veya frekans bölümü kanallar (FDMA) ve ikili modülasyon veya M-modülasyonu kaynakta karşılaştırılır. Aşağıdan yukarıya yaklaşım, düğümün algoritmalarının donanımı bilmesi ve güç tüketimini en aza indirmek için mikroişlemcilerin ve vericilerin yeteneklerini kullanması gerektiği anlamına gelir. Bu, çeşitli düğüm tasarımlarının geliştirilmesine yol açabilir. ANCAK çeşitli tasarımlar düğümler farklı tipte sensör ağlarına yol açacaktır. Bu da çalışmaları için çeşitli algoritmaların geliştirilmesine yol açacaktır.

Edebiyat

  1. G.D. Abowd, J.P.G. Sterbenz, Akıllı ortamlar için araştırma konularına ilişkin kurumlar arası çalıştaya ilişkin nihai rapor, IEEE Kişisel İletişim (Ekim 2000) 36–40.
  2. J. Agre, L. Clare, İşbirliğine dayalı algılama ağları için tümleşik bir mimari, IEEE Computer Magazine (Mayıs 2000) 106-108.
  3. EĞER. Akyıldız, W. Su, Algılayıcı ağlar için bir güç farkında gelişmiş yönlendirme (PAER) protokolü, Georgia Tech Teknik Raporu, Ocak 2002, yayınlanmak üzere sunuldu.
  4. A. Bakre, B.R. Badrinath, I-TCP: mobil ana bilgisayarlar için dolaylı TCP, 15. Uluslararası Dağıtılmış Bilgi İşlem Sistemleri Konferansı Bildirileri, Vancouver, BC, Mayıs 1995, s. 136-143.
  5. P. Bauer, M. Sichitiu, R. Istepanian, K. Premaratne, Mobil hasta: hasta izleme ve bakım için kablosuz dağıtılmış sensör ağları, Proceedings 2000 IEEE EMBS Biomedicine'de Bilgi Teknolojisi Uygulamaları Uluslararası Konferansı, 2000, s. 17–21.
  6. M. Bhardwaj, T. Garnett, A.P. Chandrakasan, Algılayıcı ağların ömründe üst sınırlar, IEEE Uluslararası İletişim Konferansı ICC'01, Helsinki, Finlandiya, Haziran 2001.
  7. P. Bonnet, J. Gehrke, P. Seshadri, Fiziksel dünyayı sorgulamak, IEEE Kişisel İletişim (Ekim 2000) 10-15.

Dağıtılmış sensör ağları

Kablosuz algılayıcı ağlar nelerdir?

Sensörler ve alıcı cihaz

Kablosuz sensör ağları, adı verilen düğümlerden oluşturulur. moty (zerre) - bir frekansta radyo iletişimine sahip piller ve mikroçipler ile çalışan küçük otonom cihazlar - örneğin 2,4 GHz. Özel yazılım Mot'ların kendilerini dağıtık ağlar halinde organize etmelerine, birbirleriyle iletişim kurmalarına, genellikle 100 metreyi aşmayan en yakın düğümlerle sorgulama ve veri alışverişi yapmalarına izin verir.

İngiliz literatüründe böyle bir ağa denir kablosuz sensör ağı(WSN), farklı alanlardaki fiziksel veya çevresel koşulları ortaklaşa izlemek için sensörler kullanan, coğrafi olarak dağıtılmış otonom cihazlardan oluşan kablosuz bir ağdır.

Sıcaklık, ses, titreşim, basınç, nesnelerin veya havanın hareketi gibi parametreleri ölçebilirler. Kablosuz sensör ağlarının gelişimi, başlangıçta savaş alanı gözetimi gibi askeri görevlerle motive edildi. Şu anda kablosuz sensör ağları, endüstriyel ve çevresel izleme, sağlık hizmetleri ve nesne hareketi kontrolü dahil olmak üzere sivil yaşamın birçok alanında giderek daha fazla kullanılmaktadır. Kapsam genişliyor.

Temel çalışma prensipleri

3 seviyeli ağ şeması. 1. Seviye sensörler ve ağ geçidi. 2. sunucu seviyesi. Katman 3 ince istemci

Her ağ düğümü: mot bir radyo alıcı-vericisi veya başka bir kablosuz iletişim cihazı, küçük bir mikro denetleyici ve genellikle bir pil olan bir güç kaynağı ile donatılmış. Güneş panelleri veya diğer alternatif enerji kaynakları ile kullanılabilir

Uzak elemanlardan gelen veriler, bir radyo kanalı aracılığıyla, düğümden düğüme en yakın olanlar arasında ağ üzerinden iletilir. Sonuç olarak, bir veri paketi en yakın mote'dan ağ geçidine iletilir. Ağ geçidi, kural olarak, sunucuya bir USB kablosuyla bağlanır. Sunucuda - toplanan veriler işlenir, saklanır ve WEB kabuğu aracılığıyla çok çeşitli kullanıcılara erişilebilir.

Bir algılayıcı düğümün maliyeti, algılayıcı ağının boyutuna ve karmaşıklığına bağlı olarak yüzlerce dolardan birkaç kuruşa kadar değişir.

Donanım ve standartlar

Ağ geçidi (2 adet), bir USB kablosuyla dizüstü bilgisayara bağlı. Dizüstü bilgisayar internete UTP üzerinden bağlanır ve sunucu görevi görür

Radyo antenli sensör cihazları

Kablosuz düğümün donanımı ve düğümler arasındaki ağ etkileşimi protokolleri, sistemin otonom güç kaynaklarıyla uzun hizmet ömrü sağlamak için güç tüketimi için optimize edilmiştir. Çalışma moduna bağlı olarak, bir düğümün ömrü birkaç yıla ulaşabilir.

Kablosuz sensör ağları için şu anda bir dizi standart onaylanmıştır veya geliştirilmektedir. ZigBee, endüstriyel kontrol, gömülü algılama, tıbbi veri toplama, bina otomasyonu gibi şeyler için bir standarttır. Zigbee'nin gelişimi, büyük bir sanayi şirketleri konsorsiyumu tarafından kolaylaştırılmaktadır.

  • WirelessHART, endüstriyel otomasyon için HART protokolünün bir uzantısıdır. WirelessHART, Haziran 2007'de HART Communications Foundation tarafından onaylanan HART 7 spesifikasyonunun bir parçası olarak genel HART protokolüne eklendi.
  • 6lowpan, ağ katmanı için beyan edilen standarttır, ancak henüz benimsenmemiştir.
  • ISA100, WSN teknolojisine girme girişiminde bulunan başka bir çalışmadır, ancak geri bildirim kendi alanında kontrol. ANSI standartlarına dayalı ISA100'ün uygulanmasının 2008 yılı sonuna kadar tamamlanması bekleniyor.

WirelessHART, ISA100, ZigBee ve hepsi aynı standardı temel alır: IEEE 802.15.4 - 2005.

Kablosuz sensör ağı yazılımı

İşletim sistemi

Kablosuz sensör ağları için işletim sistemleri, sınırlı kaynaklar nedeniyle genel işletim sistemlerinden daha az karmaşıktır. donanım sensör ağı. Bu nedenle, işletim sisteminin kullanıcı arabirimleri için destek içermesi gerekmez.

Kablosuz sensör ağ donanımı, geleneksel gömülü sistemlerden farklı değildir ve bu nedenle sensör ağları için gömülü bir işletim sistemi kullanılabilir.

Görselleştirme Uygulamaları

Ölçüm sonuçları görselleştirme ve raporlama yazılımı MoteView v1.1

Kablosuz sensör ağlarından gelen veriler tipik olarak merkezi bir baz istasyonunda dijital veriler olarak depolanır. Bu büyük miktardaki verilerin görüntülenmesini kolaylaştıran TosGUI MonSense, GNS gibi birçok standart program bulunmaktadır. Ek olarak, Açık Konsorsiyum (OGC), kodlama meta verilerinin birlikte çalışabilirliği ve birlikte çalışabilirliği için standartlar belirler; bu, kablosuz sensör ağının bir Web Tarayıcısı aracılığıyla herkes tarafından gerçek zamanlı olarak izlenmesine veya kontrol edilmesine olanak tanır.

Kablosuz sensör ağının düğümlerinden gelen verilerle çalışmak için verilerin görüntülenmesini ve değerlendirilmesini kolaylaştıran programlar kullanılır. Böyle bir program MoteView'dir. Bu program, verileri gerçek zamanlı olarak görüntülemenize ve analiz etmenize, her türlü grafiği oluşturmanıza, çeşitli bölümlerde raporlar yayınlamanıza olanak tanır.

kullanmanın faydaları

  • Güç kaynağı ve veri iletimi için kablo döşemeye gerek yok;
  • Düşük bileşen maliyeti, sistemin kurulumu, devreye alınması ve bakımı;
  • Hızlı ve kolay ağ dağıtımı;
  • Tek tek düğümlerin veya bileşenlerin arızalanması durumunda tüm sistemin bir bütün olarak güvenilirliği ve hata toleransı;
  • Nesnelerin kendi işleyiş sürecine müdahale etmeden ağı herhangi bir nesnede uygulama ve değiştirme imkanı
  • Tüm sistemin bir bütün olarak hızlı ve gerekirse gizli kurulum imkanı.

Her sensör yaklaşık bir bira kapağı büyüklüğündedir (ancak gelecekte yüzlerce kez küçültülebilir) ve bir işlemci, bellek ve bir radyo vericisi içerir. Bu tür örtüler herhangi bir bölgeye dağılabilir ve kendileri birbirleriyle iletişim kuracak, tek bir kablosuz ağ oluşturacak ve en yakın bilgisayara veri iletmeye başlayacaktır.

Kablosuz bir ağda birleştirildiğinde sensörler çevresel parametreleri izleyebilir: hareket, ışık, sıcaklık, basınç, nem vb. Sensörler zincir boyunca komşudan komşuya bilgi ilettiği için izleme çok geniş bir alan üzerinde gerçekleştirilebilir. Teknoloji, pilleri değiştirmeden yıllarca (hatta onlarca yıl) çalışmalarına izin verir. Sensör ağları bir bilgisayar için evrensel duyu organlarıdır ve dünyadaki sensörlerle donatılmış tüm fiziksel nesneler bir bilgisayar tarafından tanınabilir. Gelecekte, milyarlarca sensörün her biri bir IP adresi alacak ve hatta Küresel Sensör Ağı gibi bir şey oluşturabilirler. Şimdiye kadar, sensör ağlarının yetenekleriyle yalnızca askeriye ve endüstri ilgilendi. Sensör ağı pazar araştırması uzmanı ON World'ün son raporuna göre, bu yıl pazar önemli bir toparlanma yaşıyor. Bu yıl bir başka kayda değer olay, dünyanın ilk tek çipli ZigBee sisteminin (Ember tarafından yapılmıştır) piyasaya sürülmesiydi. ON World tarafından araştırılan büyük ABD sanayi şirketleri arasında, yaklaşık %29'u halihazırda sensör ağları kullanıyor ve diğer bir %40'ı da bunları 18 ay içinde devreye almayı planlıyor. Amerika'da, sensör ağlarının oluşturulması ve bakımıyla uğraşan yüzden fazla ticari firma ortaya çıktı.

Bu yılın sonunda, gezegendeki sensör sayısı 1 milyonu aşacak.Artık sadece ağların sayısı değil, boyutları da artıyor. İlk kez, biri 25.000 düğüm için olmak üzere 1.000'den fazla düğümden oluşan birkaç ağ oluşturuldu ve başarıyla çalıştırıldı.

Kaynak: Web PLANET

Uygulama alanı

WSN uygulamaları çok ve çeşitlidir. Kablolu sensörler kullanarak kontrol edilmesi zor veya pahalı olan verileri izlemek için ticari ve endüstriyel sistemlerde kullanılırlar. WSN'ler, güç kaynaklarını değiştirmeye gerek kalmadan uzun yıllar (çevresel çevre izleme) kalabilecekleri, ulaşılması zor alanlarda kullanılabilir. Korunan bir tesisi ihlal edenlerin eylemlerini kontrol edebilirler

WSN ayrıca izleme, izleme ve kontrol için kullanılır. İşte bazı uygulamalar:

  • Büyük ormanlardan ve turbalıklardan kaynaklanan yangınların duman takibi ve tespiti
  • Rusya Federasyonu Federasyonu Konularının Yönetiminin Kriz Merkezleri için ek bir bilgi kaynağı
  • Potansiyel gerilimin sismik tespiti
  • Askeri gözlemler
  • Güvenlik sistemlerinde akustik nesne hareketi algılama.
  • Alan ve çevrenin ekolojik olarak izlenmesi
  • Endüstriyel süreçlerin izlenmesi, MES sistemlerinde kullanılması
  • Tıbbi izleme

Bina otomasyonu:

mikro iklimi korumak için sıcaklığın, hava akışının, insanların varlığının ve ekipmanın kontrolünün izlenmesi;
aydınlatma kontrolü;
enerji yönetimi;
gaz, su, elektrik vb. için apartman sayaçlarının okumalarının toplanması;
güvenlik ve yangın alarmı;
bina ve yapıların taşıyıcı yapılarının durumunun izlenmesi.

Endüstriyel Otomasyon:

endüstriyel ekipmanın uzaktan kontrolü ve teşhisi;
mevcut duruma göre ekipmanın bakımı (güvenlik marjının tahmini);
üretim süreçlerinin izlenmesi;