Vezeték nélküli érzékelő hálózat

A vezeték nélküli szenzorhálózat vagy vezeték nélküli érzékelőhálózat egy elosztott, önszerveződő hálózat számos érzékelőből és működtetőből , amelyek rádiócsatornán keresztül kapcsolódnak egymáshoz .

Egy ilyen hálózat [1] lefedettsége több métertől több kilométerig terjedhet az üzenetek egyik csomópontról a másikra történő továbbításának képessége miatt, és függ a terjedési környezettől (erdő [2] , városfejlesztés, víztestek). és a terep.

Előzmények és terjedelem

Az érzékelőhálózat egyik első prototípusának tekinthető a SOSUS , amelyet tengeralattjárók észlelésére és azonosítására terveztek .

Az 1990-es évek közepén a vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák aktív fejlődésnek indultak, a 2000-es évek elején a mikroelektronika fejlődése lehetővé tette egy meglehetősen olcsó elemalap előállítását az ilyen eszközökhöz . A 2010-es évek elejének vezeték nélküli szenzorhálózatai főként a ZigBee szabványon alapulnak .

Számos ágazat és tevékenységi terület (ipar, közlekedés, közművek, biztonság) érdekelt a szenzorhálózatok megvalósításában, a fogyasztók száma folyamatosan növekszik [3] . A tendencia hátterében a technológiai folyamatok bonyolultsága, a termelés fejlődése, a biztonság, az erőforrás-ellenőrzés és a készlethasználat szegmensében az egyének bővülő igényei állnak. A mikroelektronikai technológiák fejlődésével új gyakorlati feladatok és elméleti problémák jelennek meg az érzékelőhálózatok ipari , lakás- és kommunális szolgáltatások, valamint háztartási alkalmazásával kapcsolatban . Az olcsó vezeték nélküli szenzorvezérlő eszközök használata új területeket nyit meg a telemetriai és vezérlőrendszerek [4] alkalmazásában , mint például:

• Az aktuátorok lehetséges meghibásodásának időbeni észlelése olyan paraméterek szabályozására, mint a rezgés, hőmérséklet, nyomás stb.;
• A megfigyelt objektum távoli rendszereihez való valós idejű hozzáférés szabályozása ;
  • a muzeális értékek védelmének biztosítása ;
  • kiállítások könyvelése;
  • a kiállítások automatikus felülvizsgálata;
• Ipari eszközök ellenőrzésének és karbantartásának automatizálása;
• Kereskedelmi vagyonkezelés;
• Alkalmazás elemként energia- és erőforrás-takarékos technológiákban;
• A környezet ökológiai paramétereinek ellenőrzése

Megjegyzendő, hogy a szenzorhálózatok hosszú története ellenére [3] a szenzorhálózat kiépítésének koncepciója még nem öltött végleges formát, és nem fejeződött ki bizonyos szoftveres és hardveres (platformos) megoldásokban. A szenzorhálózatok megvalósítása a jelenlegi szakaszban nagymértékben függ az ipari feladat konkrét követelményeitől. Az architektúra, a szoftver és a hardver megvalósítása az intenzív technológiai formáció szakaszában van, ami felhívja a fejlesztők figyelmét, hogy technológiai rést keressenek a jövő gyártói számára [3] .

Technológia

A vezeték nélküli szenzorhálózatok miniatűr számítástechnikai eszközökből - motesokból állnak , amelyek érzékelőkkel (például hőmérséklet, nyomás, megvilágítás, rezgésszint, hely stb.) és adott rádiótartományban működő adókkal vannak felszerelve. A rugalmas architektúra, a csökkentett telepítési költségek megkülönböztetik a vezeték nélküli intelligens szenzorhálózatokat a többi vezeték nélküli és vezetékes adatátviteli interfésztől, különösen, ha nagyszámú összekapcsolt eszközről van szó, az érzékelőhálózat akár 65 000 eszköz csatlakoztatását teszi lehetővé. A vezeték nélküli megoldások költségének folyamatos csökkenése, működési paramétereinek növekedése lehetővé teszi a vezetékes megoldásokról a telemetriai adatgyűjtő rendszerekben, távdiagnosztikai eszközökről, információcseréről fokozatosan áttérni a vezeték nélküli megoldásokra. Az „érzékelő hálózat” ma egy jól bevált kifejezés, amely az egyes csomópontok elosztott, önszerveződő, hibatűrő hálózatát jelöli, amely felügyelet nélküli, és nem igényel speciális eszközöket [5] . Az érzékelőhálózat minden csomópontja tartalmazhat különféle érzékelőket a külső környezet figyelésére, mikroszámítógépet és rádió adó-vevőt. Ez lehetővé teszi a készülék számára a mérések elvégzését, a kezdeti adatfeldolgozás önálló végrehajtását és a kommunikációt egy külső információs rendszerrel.

A 802.15.4 / ZigBee közvetített kis hatótávolságú rádiókommunikációs technológia , az úgynevezett "Sensor networks" az egyik modern irány az önszerveződő, hibatűrő elosztott rendszerek fejlesztésében az erőforrások és folyamatok figyelésére és kezelésére. A vezeték nélküli szenzorhálózatok technológiája ma az egyetlen vezeték nélküli technológia, amellyel megoldhatóak az érzékelők működése szempontjából kritikus felügyeleti és vezérlési feladatok. A vezeték nélküli hálózatba integrált érzékelők egy területileg elosztott önszerveződő rendszert alkotnak az információk gyűjtésére, feldolgozására és továbbítására. A fő alkalmazási terület a fizikai adathordozók és tárgyak mért paramétereinek ellenőrzése és megfigyelése [6] .

Az elfogadott IEEE 802.15.4 szabvány leírja a vezeték nélküli kapcsolat hozzáférés-vezérlését és a fizikai réteget a kis sebességű vezeték nélküli személyi hálózatokhoz, vagyis a két alsó réteget az OSI hálózati modelljének megfelelően . A "klasszikus" szenzorhálózat architektúrája egy tipikus csomóponton alapul, amely magában foglalja a [7] , egy tipikus RC2200AT-SPPIO [8] csomópont példáját :

• rádióút;
• processzor modul;
• akkumulátor;
• különféle érzékelők.

Egy tipikus, az ISO 24730-5 szabványnak megfelelő szenzorhálózati csomópontban egy második adó alkalmazása érzékelőként lehetővé teszi, hogy a szenzorhálózatot ne csak a médiák és tárgyak paramétereinek megfigyelésére, hanem a helymeghatározásra, ill. figyelje meg a speciális rádiófrekvenciás címkékkel ellátott tárgyak mozgását . Az ilyen csomópontokból felépített szenzorhálózat vezeték nélküli RTLS infrastruktúrát alkot .

Csomóponttípusok

Egy tipikus csomópont háromféle eszközzel ábrázolható [9] :

• Hálózati koordinátor (NCD - Network Coordination Device);
  • globális koordinációt, rendszerezést, hálózati paraméterek beállítását végzi;
  • a három eszköztípus közül a legösszetettebb, a legtöbb memóriát és tápegységet igénylő;
• Teljesen működőképes eszköz (FFD)
  • 802.15.4 támogatása;
  • a további memória és az energiafogyasztás lehetővé teszi, hogy hálózati koordinátorként működjön;
  • minden típusú topológia támogatása ("pont-pont", " csillag ", "fa", " hálós hálózat ");
  • a hálózati koordinátori tevékenység képessége;
  • a hálózat más eszközeinek elérése;
• RFD - Csökkentett funkciójú eszköz;
  • támogatja a 802.15.4 funkciók korlátozott készletét;
  • pont-pont, csillag topológiák támogatása;
  • nem jár el koordinátorként;
  • felhívja a hálózati koordinátort és az útválasztót;

Lásd még

• Vezeték nélküli ad hoc hálózat
• Az ad-hoc hálózatok útválasztási protokolljainak listája
• IEEE 802.15.4

Jegyzetek

1. ↑ | Ivanova I. A. A vezeték nélküli érzékelőhálózatok lefedettségi területének kerületének meghatározása // Ipari ACS és vezérlők. – 2010. – sz. 10. - S. 25-30.
2. ↑ | Galkin P. V., Golovkina L. V., Borisenko A. S. Az erdők hatásának vizsgálata a ZigBee hálózatok kommunikációs tartományára // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2011. - T. 3. - Nem. 2 (51). - P. 4-9. . Letöltve: 2020. november 28. Az eredetiből archiválva : 2020. december 8. (határozatlan)
3. ↑ 1 2 3 Ragozin DV Szinkronizált szenzorhálózatok szimulációja. Programozási problémák. 2008. 2-3. Különszám - 721-729 p.
4. ↑ Baranova E. IEEE 802.15.4 és a ZigBee szoftverbővítmény. // Telemultimédia, 2008. május 8.
5. ↑ Levis P., Madden S., Polastre J. és dr. "TinyOS: Operációs rendszer vezeték nélküli érzékelőhálózatokhoz" // W. Weber, JM Rabaey, E. Aarts (szerk.) // In Ambient Intelligence. – New York, NY: Springer-Verlag, 2005. – 374 p.
6. ↑ Vezeték nélküli érzékelőhálózatok algoritmikus elfogadása. // Miroslaw Kutulowski, Jacek Cichon, Przemislaw Kubiak, szerk. – Lengyelország, Wrozlaw: Springer, 2007.
7. ↑ Szenzorhálózatokon alapuló intelligens rendszerek. Archív másolat 2011. augusztus 10-én a Wayback Machine -nél // Precíziós Mechanikai és Számítástechnikai Intézet. S. A. Lebedeva RAN, 2009.
8. ↑ Teljesen elkészült ZigBee modulok a RadioCrafts-tól. Archivált : 2010. június 28. a Wayback Machine -nél // Komponensek és technológiák.
9. ↑ ZigBee/802.15.4 protokollverem a Freescale Semiconductor -on Archiválva : 2012. március 24., a Wayback Machine , 2004