Rețea de senzori fără fir

Rețeaua de senzori fără fir , sau rețeaua de senzori fără fir , este o rețea distribuită, auto-organizată, formată din mulți senzori și dispozitive de acționare , interconectate printr-un canal radio .

Aria de acoperire a unei astfel de rețele [1] poate varia de la câțiva metri la câțiva kilometri datorită capacității de a transmite mesaje de la un nod la altul și depinde de mediul de propagare (pădure [2] , dezvoltare urbană, corpuri de apă) si terenul.

Istorie și domeniu de aplicare

Unul dintre primele prototipuri ale rețelei de senzori poate fi considerat SOSUS , conceput pentru a detecta și identifica submarinele .

La mijlocul anilor 1990 , tehnologiile de rețea cu senzori fără fir au început să se dezvolte activ; la începutul anilor 2000, dezvoltarea microelectronicii a făcut posibilă producerea unei baze de elemente destul de ieftine pentru astfel de dispozitive . Rețelele de senzori fără fir de la începutul anilor 2010 se bazează în principal pe standardul ZigBee .

Multe sectoare și domenii de activitate (industrie, transport, utilități, securitate) sunt interesate de implementarea rețelelor de senzori, iar numărul consumatorilor este în continuă creștere [3] . Tendința se datorează complicației proceselor tehnologice, dezvoltării producției, nevoilor în creștere ale indivizilor în segmentele de securitate, controlul resurselor și utilizarea inventarului. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor microelectronice, apar noi sarcini practice și probleme teoretice legate de aplicarea rețelelor de senzori în industrie , locuințe și servicii comunale și gospodării . Utilizarea dispozitivelor de control cu ​​senzori fără fir cu costuri reduse deschide noi domenii pentru aplicarea sistemelor de telemetrie și control [4] , cum ar fi:

• Detectarea în timp util a posibilelor defecțiuni ale actuatoarelor, pentru a controla parametri precum vibrația, temperatura, presiunea etc.;
• Controlul accesului la sistemele de la distanță ale obiectului monitorizat în timp real ;
  • asigurarea protecției valorilor muzeale ;
  • Contabilitatea exponatelor;
  • revizuirea automată a exponatelor;
• Automatizarea inspectiei si intretinerii activelor industriale;
• Managementul activelor comerciale;
• Aplicare ca componente în tehnologii de economisire a energiei și a resurselor;
• Controlul parametrilor ecologici ai mediului

Trebuie remarcat faptul că, în ciuda istoriei lungi a rețelelor de senzori [3] , conceptul de construire a unei rețele de senzori nu a prins în cele din urmă contur și nu a fost exprimat în anumite soluții software și hardware (platformă). Implementarea rețelelor de senzori în stadiul actual depinde în mare măsură de cerințele specifice sarcinii industriale. Implementarea arhitecturii, software și hardware se află în stadiul de formare intensivă a tehnologiei, ceea ce atrage atenția dezvoltatorilor pentru a căuta o nișă tehnologică pentru viitorii producători [3] .

Tehnologie

Rețelele de senzori fără fir constau din dispozitive de calcul miniaturale - moți , echipate cu senzori (de exemplu, temperatură, presiune, iluminare, nivel de vibrații, locație etc.) și transmițătoare care funcționează într-un interval radio dat. Arhitectura flexibilă, costurile reduse de instalare disting rețelele wireless de senzori inteligenți de alte interfețe de transmisie de date fără fir și cu fir, mai ales când vine vorba de un număr mare de dispozitive interconectate, rețeaua de senzori vă permite să conectați până la 65.000 de dispozitive. Reducerea constantă a costurilor soluțiilor wireless, creșterea parametrilor operaționali ai acestora fac posibilă trecerea treptat de la soluțiile cu fir în sistemele de colectare a datelor de telemetrie, instrumente de diagnosticare la distanță și schimbul de informații la cele wireless. „Rețea de senzori” este astăzi un termen bine stabilit care desemnează o rețea distribuită, auto-organizată, tolerantă la erori, de noduri individuale, nesupravegheate și care nu necesită instalarea specială a dispozitivelor [5] . Fiecare nod al rețelei de senzori poate conține diverși senzori pentru monitorizarea mediului extern, un microcomputer și un transceiver radio. Acest lucru permite dispozitivului să efectueze măsurători, să efectueze în mod independent prelucrarea inițială a datelor și să mențină comunicarea cu un sistem de informații extern.

Tehnologia de comunicație radio cu rază scurtă de acțiune transmisă 802.15.4 / ZigBee , cunoscută sub numele de „rețele de senzori”, este una dintre direcțiile moderne în dezvoltarea sistemelor distribuite cu toleranță la erori, auto-organizate, pentru monitorizarea și gestionarea resurselor și proceselor. Astăzi, tehnologia rețelelor de senzori fără fir este singura tehnologie fără fir care poate fi utilizată pentru a rezolva sarcinile de monitorizare și control, care sunt esențiale pentru funcționarea senzorilor. Senzorii integrați într-o rețea fără fir formează un sistem de auto-organizare distribuit teritorial pentru colectarea, procesarea și transmiterea informațiilor. Domeniul principal de aplicare este controlul și observarea parametrilor măsurați ai mediilor și obiectelor fizice [6] .

Standardul IEEE 802.15.4 adoptat descrie controlul accesului legăturii fără fir și stratul fizic pentru rețelele personale fără fir de viteză redusă, adică cele două straturi inferioare conform modelului de rețea OSI . Arhitectura de rețea de senzori „clasică” se bazează pe un nod tipic care include [7] , un exemplu de nod tipic RC2200AT-SPPIO [8] :

• cale radio;
• modul procesor;
• baterie;
• diverși senzori.

Utilizarea unui al doilea transmițător într-un nod tipic de rețea de senzori, care respectă standardul ISO 24730-5, ca senzor, face posibilă utilizarea rețelei de senzori nu numai pentru a observa parametrii media și a obiectelor, ci și pentru a localiza și observați mișcările obiectelor echipate cu etichete speciale de frecvență radio . O rețea de senzori construită din astfel de noduri formează o infrastructură RTLS fără fir .

Tipuri de noduri

Un nod tipic poate fi reprezentat de trei tipuri de dispozitive [9] :

• Coordonator de rețea (NCD - Network Coordination Device);
  • realizează coordonarea globală, organizarea și setarea parametrilor rețelei;
  • cel mai complex dintre cele trei tipuri de dispozitive, care necesită cea mai mare memorie și alimentare;
• Dispozitiv complet funcțional (FFD)
  • suport pentru 802.15.4;
  • memorie suplimentară și consumul de energie vă permit să acționați ca coordonator de rețea;
  • suport pentru toate tipurile de topologii ("point-to-point", " stea ", "tree", " mesh network ");
  • capacitatea de a acționa ca coordonator de rețea;
  • capacitatea de a accesa alte dispozitive din rețea;
• RFD - Dispozitiv cu funcții reduse;
  • acceptă un set limitat de caracteristici 802.15.4;
  • suport pentru topologii punct la punct, stea;
  • nu acționează ca coordonator;
  • apelează coordonatorul de rețea și routerul;

Vezi și

• Rețea wireless ad-hoc
• Lista protocoalelor de rutare în rețele ad-hoc
• IEEE 802.15.4

Note

1. ↑ | Ivanova I. A. Determinarea perimetrului zonei de acoperire a rețelelor de senzori fără fir // ACS industriale și controlere. – 2010. – nr. 10. - S. 25-30.
2. ↑ | Galkin P. V., Golovkina L. V., Borisenko A. S. Study of the influence of forests on communication range in ZigBee networks // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2011. - T. 3. - Nr. 2 (51). - P. 4-9. . Preluat la 28 noiembrie 2020. Arhivat din original la 8 decembrie 2020. (nedefinit)
3. ↑ 1 2 3 Ragozin DV Simularea rețelelor de senzori sincronizați. Probleme de programare. 2008. Nr 2-3. Număr special - 721-729 p.
4. ↑ Baranova E. IEEE 802.15.4 și suplimentul său software ZigBee. // Telemultimedia, 8 mai 2008.
5. ↑ Levis P., Madden S., Polastre J. și dr. „TinyOS: Un sistem de operare pentru rețelele de senzori fără fir” // W. Weber, JM Rabaey, E. Aarts (eds.) // În Ambient Intelligence. — New York, NY: Springer-Verlag, 2005. — 374 p.
6. ↑ Acceptări algoritmice ale rețelelor de senzori fără fir. // Miroslaw Kutulowski, Jacek Cichon, Przemislaw Kubiak, Eds. — Polonia, Wrozlaw: Springer, 2007.
7. ↑ Sisteme inteligente bazate pe rețele de senzori. Copie de arhivă din 10 august 2011 la Wayback Machine // Institute of Precision Mechanics and Computer Engineering. S. A. Lebedeva RAN, 2009.
8. ↑ Module ZigBee complet completate de la RadioCrafts. Arhivat 28 iunie 2010 la Wayback Machine // Componente și tehnologii.
9. ↑ Stiva de protocol ZigBee/802.15.4 pe Freescale Semiconductor Arhivat 24 martie 2012 la Wayback Machine , 2004