Bezdrátová senzorová síť

Bezdrátová senzorová síť nebo bezdrátová senzorová síť je distribuovaná, samoorganizující se síť mnoha senzorů a akčních členů , vzájemně propojených rádiovým kanálem .

Oblast pokrytí takové sítě [1] se může pohybovat od několika metrů do několika kilometrů díky schopnosti přenášet zprávy z jednoho uzlu do druhého a závisí na prostředí šíření (les [2] , městská zástavba, vodní útvary) a terénem.

Historie a rozsah

Za jeden z prvních prototypů senzorové sítě lze považovat SOSUS , určený k detekci a identifikaci ponorek .

V polovině 90. let se začaly aktivně rozvíjet technologie bezdrátových senzorových sítí, na počátku 20. století vývoj mikroelektroniky umožnil vyrobit poměrně levnou základnu prvků pro taková zařízení . Bezdrátové senzorové sítě z počátku roku 2010 jsou založeny především na standardu ZigBee .

O implementaci senzorových sítí má zájem mnoho odvětví a oblastí činnosti (průmysl, doprava, utility, bezpečnost) a počet spotřebitelů se neustále zvyšuje [3] . Trend je dán komplikovaností technologických procesů, rozvojem výroby, rozšiřujícími se potřebami jednotlivců v segmentech zabezpečení, řízení zdrojů a využívání zásob. S rozvojem mikroelektronických technologií se objevují nové praktické úkoly a teoretické problémy související s aplikací senzorových sítí v průmyslu , bydlení a komunálních službách a domácnostech . Použití levných bezdrátových senzorových řídicích zařízení otevírá nové oblasti pro aplikaci telemetrických a řídicích systémů [4] , jako jsou:

• Včasná detekce možných poruch akčních členů pro řízení takových parametrů, jako jsou vibrace, teplota, tlak atd.;
• Řízení přístupu ke vzdáleným systémům sledovaného objektu v reálném čase ;
  • zajištění ochrany muzejních hodnot;
  • evidence exponátů;
  • automatická revize exponátů;
• Automatizace inspekce a údržby průmyslových aktiv;
• Správa komerčních aktiv;
• Aplikace jako součást technologií šetřících energii a zdroje;
• Kontrola ekologických parametrů prostředí

Je třeba poznamenat, že navzdory dlouhé historii senzorových sítí [3] se koncept budování senzorové sítě nakonec nezformoval a nebyl vyjádřen v určitých softwarových a hardwarových (platformových) řešeních. Implementace senzorových sítí v současné fázi do značné míry závisí na konkrétních požadavcích průmyslové úlohy. Implementace architektury, softwaru a hardwaru je ve fázi intenzivního formování technologie, což přitahuje pozornost vývojářů, aby hledali technologickou mezeru pro budoucí výrobce [3] .

Technologie

Bezdrátové senzorové sítě se skládají z miniaturních výpočetních zařízení - motes , vybavených senzory (například teploty, tlaku, osvětlení, úrovně vibrací, polohy atd.) a vysílačů pracujících v daném rádiovém dosahu. Flexibilní architektura, snížené náklady na instalaci odlišují bezdrátové sítě chytrých senzorů od jiných bezdrátových a kabelových rozhraní pro přenos dat, zejména pokud jde o velký počet vzájemně propojených zařízení, senzorová síť umožňuje připojit až 65 000 zařízení. Neustálé zlevňování bezdrátových řešení, zvyšování jejich provozních parametrů umožňuje postupný přechod od drátových řešení v systémech telemetrického sběru dat, vzdálených diagnostických nástrojích a výměně informací k bezdrátovým. „Síť senzorů“ je dnes zažitý pojem označující distribuovanou, samoorganizující se síť jednotlivých uzlů odolnou vůči poruchám, bez obsluhy a nevyžadující žádnou speciální instalaci zařízení [5] . Každý uzel senzorové sítě může obsahovat různé senzory pro monitorování vnějšího prostředí, mikropočítač a rádiový transceiver. To umožňuje zařízení provádět měření, samostatně provádět počáteční zpracování dat a udržovat komunikaci s externím informačním systémem.

Reléová radiokomunikační technologie krátkého dosahu 802.15.4 / ZigBee , známá jako „Sítě senzorů“, je jedním z moderních směrů ve vývoji samoorganizujících se distribuovaných systémů odolných proti chybám pro monitorování a řízení zdrojů a procesů. Technologie bezdrátových senzorových sítí je dnes jedinou bezdrátovou technologií, kterou lze použít k řešení úkolů monitorování a řízení, které jsou kritické pro provoz senzorů. Senzory integrované do bezdrátové sítě tvoří územně distribuovaný samoorganizační systém pro sběr, zpracování a přenos informací. Hlavní oblastí použití je kontrola a sledování měřených parametrů fyzických médií a objektů [6] .

Přijatý standard IEEE 802.15.4 popisuje řízení přístupu k bezdrátovému spoji a fyzickou vrstvu pro nízkorychlostní bezdrátové osobní sítě, tedy dvě nižší vrstvy podle modelu sítě OSI . „Klasická“ architektura senzorové sítě je založena na typickém uzlu, který zahrnuje [7] , příklad typického uzlu RC2200AT-SPPIO [8] :

• rádiová cesta;
• modul procesoru;
• baterie;
• různé senzory.

Použití druhého vysílače v typickém uzlu senzorové sítě, který odpovídá normě ISO 24730-5, jako senzoru umožňuje využít senzorovou síť nejen k pozorování parametrů médií a objektů, ale také k lokalizaci a pozorovat pohyby předmětů vybavených speciálními radiofrekvenčními štítky . Senzorová síť vybudovaná z takových uzlů tvoří bezdrátovou infrastrukturu RTLS .

Typy uzlů

Typický uzel může být reprezentován třemi typy zařízení [9] :

• Síťový koordinátor (NCD - Network Coordination Device);
  • provádí globální koordinaci, organizaci a nastavení parametrů sítě;
  • nejsložitější ze tří typů zařízení, vyžadující nejvíce paměti a napájení;
• Plně funkční zařízení (FFD)
  • podpora pro 802.15.4;
  • přídavná paměť a spotřeba energie vám umožňuje působit jako síťový koordinátor;
  • podpora všech typů topologií ("bod-bod", " hvězda ", "strom", " síťová síť ");
  • schopnost působit jako síťový koordinátor;
  • možnost přístupu k dalším zařízením v síti;
• RFD - Zařízení se sníženou funkcí;
  • podporuje omezenou sadu funkcí 802.15.4;
  • podpora bod-bod, hvězdicové topologie;
  • nevystupuje jako koordinátor;
  • zavolá síťovému koordinátorovi a routeru;

Viz také

• Bezdrátová síť ad hoc
• Seznam směrovacích protokolů v ad-hoc sítích
• IEEE 802.15.4

Poznámky

1. ↑ | Ivanova I. A. Určení obvodu oblasti pokrytí bezdrátových senzorových sítí // Průmyslové ACS a regulátory. – 2010. – č. 10. - S. 25-30.
2. ↑ | Galkin P. V., Golovkina L. V., Borisenko A. S. Studie vlivu lesů na komunikační dosah v sítích ZigBee // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2011. - T. 3. - No. 2 (51). - str. 4-9. . Získáno 28. listopadu 2020. Archivováno z originálu dne 8. prosince 2020. (neurčitý)
3. ↑ 1 2 3 Ragozin DV Simulace synchronizovaných senzorových sítí. Problémy s programováním. 2008. č. 2-3. Zvláštní vydání - 721-729 s.
4. ↑ Baranova E. IEEE 802.15.4 a jeho softwarový doplněk ZigBee. // Telemultimedia, 8. května 2008.
5. ↑ Levis P., Madden S., Polastre J. a dr. "TinyOS: Operační systém pro bezdrátové senzorové sítě" // W. Weber, JM Rabaey, E. Aarts (Eds.) // In Ambient Intelligence. — New York, NY: Springer-Verlag, 2005. — 374 s.
6. ↑ Algoritmické akcepty bezdrátových senzorových sítí. // Miroslaw Kutulowski, Jacek Cichon, Przemislaw Kubiak, Eds. — Polsko, Wrozlaw: Springer, 2007.
7. ↑ Inteligentní systémy založené na sítích senzorů. Archivní kopie ze dne 10. srpna 2011 na Wayback Machine // Institute of Precision Mechanics and Computer Engineering. S. A. Lebedeva RAN, 2009.
8. ↑ Kompletně dokončené moduly ZigBee od RadioCrafts. Archivováno 28. června 2010 na Wayback Machine // Komponenty a technologie.
9. ↑ Zásobník protokolů ZigBee/802.15.4 na Freescale Semiconductor Archivováno 24. března 2012 na Wayback Machine , 2004