Langaton anturiverkko

Langaton anturiverkko tai langaton anturiverkko on hajautettu, itseorganisoituva verkko , jossa on monia antureita ja toimilaitteita , jotka on yhdistetty toisiinsa radiokanavan kautta .

Tällaisen verkon [1] peittoalue voi vaihdella useista metreistä useisiin kilometreihin johtuen kyvystä välittää viestejä solmusta toiseen ja riippuu leviämisympäristöstä (metsä [2] , kaupunkikehitys, vesistö). ja maasto.

Historia ja laajuus

Yksi ensimmäisistä sensoriverkon prototyypeistä on SOSUS , joka on suunniteltu havaitsemaan ja tunnistamaan sukellusveneitä .

1990-luvun puolivälissä langattomat anturiverkkotekniikat alkoivat kehittyä aktiivisesti, 2000-luvun alussa mikroelektroniikan kehitys mahdollisti melko halvan elementtipohjan valmistamisen tällaisille laitteille . 2010 - luvun alun langattomat anturiverkot perustuvat pääasiassa ZigBee - standardiin .

Monet sektorit ja toimialat (teollisuus, liikenne, laitokset, turvallisuus) ovat kiinnostuneita anturiverkkojen käyttöönotosta ja kuluttajien määrä kasvaa jatkuvasti [3] . Trendi johtuu teknisten prosessien monimutkaisuudesta, tuotannon kehityksestä, yksilöiden kasvavista tarpeista turvallisuuden, resurssien hallinnan ja varaston käytön segmenteissä. Mikroelektroniikan kehittyessä ilmaantuu uusia käytännön tehtäviä ja teoreettisia ongelmia anturiverkkojen soveltamiseen teollisuudessa , asunto- ja kunnallispalveluissa sekä kotitalouksissa . Edullisten langattomien anturiohjauslaitteiden käyttö avaa uusia alueita telemetrian ja ohjausjärjestelmien [4] sovelluksille , kuten:

• Toimilaitteiden mahdollisten vikojen oikea-aikainen havaitseminen sellaisten parametrien ohjaamiseksi kuin tärinä, lämpötila, paine jne.;
• Pääsyn valvonta valvottavan kohteen etäjärjestelmiin reaaliajassa ;
  • museoarvojen suojelun varmistaminen ;
  • Näyttelyiden kirjanpito;
  • näyttelyiden automaattinen tarkistus;
• Teollisuusomaisuuden tarkastuksen ja huollon automatisointi;
• Kaupallinen omaisuudenhoito;
• Sovellus komponentteina energiaa ja resursseja säästävissä teknologioissa;
• Ympäristön ekologisten parametrien valvonta

On huomattava, että huolimatta anturiverkkojen pitkästä historiasta [3] , anturiverkon rakentamisen käsite ei ole lopullisesti muotoutunut eikä sitä ole ilmaistu tietyissä ohjelmisto- ja laitteistoratkaisuissa. Anturiverkkojen toteutus nykyisessä vaiheessa riippuu pitkälti teollisen tehtävän erityisvaatimuksista. Arkkitehtuuri, ohjelmisto- ja laitteistototeutus on intensiivisessä teknologian muodostumisvaiheessa, mikä kiinnittää kehittäjien huomion etsimään teknologista markkinarakoa tuleville valmistajille [3] .

Tekniikka

Langattomat anturiverkot koostuvat miniatyyreistä tietokonelaitteista - moteista , jotka on varustettu antureilla (esim. lämpötila, paine, valaistus, tärinätaso, sijainti jne.) ja tietyllä radioalueella toimivilla lähettimillä . Joustava arkkitehtuuri, alhaisemmat asennuskustannukset erottavat langattomat älytunnistinverkot muista langattomista ja langallisista tiedonsiirtoliitännöistä, etenkin kun on kyse suuresta määrästä toisiinsa kytkettyjä laitteita, anturiverkko mahdollistaa jopa 65 000 laitteen yhdistämisen. Langattomien ratkaisujen jatkuva kustannusten aleneminen, niiden toimintaparametrien kasvu mahdollistavat asteittain siirtymisen langallisista ratkaisuista telemetrian tiedonkeruujärjestelmissä, etädiagnostiikkatyökaluissa ja tiedonvaihdossa langattomiin. "Anturiverkko" on nykyään vakiintunut termi, joka tarkoittaa hajautettua, itseorganisoituvaa, vikasietoista yksittäisten solmujen verkkoa, jota ei valvota ja joka ei vaadi erityisiä laitteiden asennusta [5] . Jokainen anturiverkon solmu voi sisältää erilaisia ​​antureita ulkoisen ympäristön valvontaan, mikrotietokoneen ja radiolähetin-vastaanottimen. Tämän ansiosta laite voi tehdä mittauksia, suorittaa itsenäisesti alkutietojen käsittelyn ja ylläpitää kommunikaatiota ulkoisen tietojärjestelmän kanssa.

Välitetty lyhyen kantaman radioviestintätekniikka 802.15.4 / ZigBee , joka tunnetaan nimellä "Sensor Networks", on yksi nykyaikaisista suunnista itseorganisoituvien, vikasietoisten hajautettujen järjestelmien kehittämisessä resurssien ja prosessien valvontaan ja hallintaan. Langattomien anturiverkkojen tekniikka on nykyään ainoa langaton tekniikka, jolla voidaan ratkaista anturien toiminnan kannalta kriittisiä valvonta- ja ohjaustehtäviä. Langattomaan verkkoon integroidut anturit muodostavat alueellisesti hajautetun itseorganisoituvan järjestelmän tiedon keräämistä, käsittelyä ja välittämistä varten. Pääsovellusalue on fyysisten välineiden ja esineiden mitattujen parametrien ohjaus ja tarkkailu [6] .

Hyväksytty IEEE 802.15.4 -standardi kuvaa langattomien linkkien pääsynvalvontaa ja fyysistä kerrosta hitaille langattomille henkilökohtaisille verkkoille, eli kaksi alempaa kerrosta OSI-verkkomallin mukaisesti . "Klassinen" anturiverkkoarkkitehtuuri perustuu tyypilliseen solmuun, joka sisältää [7] , esimerkin tyypillisestä solmusta RC2200AT-SPPIO [8] :

• radiopolku;
• prosessori moduuli;
• akku;
• erilaisia ​​antureita.

Toisen lähettimen käyttö tyypillisessä ISO 24730-5 -standardin mukaisessa anturiverkkosolmussa anturina mahdollistaa sensoriverkon käytön paitsi median ja esineiden parametrien tarkkailuun, myös paikantamiseen ja tarkkaile erityisillä radiotaajuustunnisteilla varustettujen esineiden liikkeitä . Tällaisista solmuista rakennettu anturiverkko muodostaa langattoman RTLS -infrastruktuurin .

Solmutyypit

Tyypillinen solmu voidaan edustaa kolmentyyppisillä laitteilla [9] :

• Verkkokoordinaattori (NCD - Network Coordination Device);
  • suorittaa verkkoparametrien maailmanlaajuisen koordinoinnin, organisoinnin ja asettamisen;
  • monimutkaisin kolmesta laitetyypistä, joka vaatii eniten muistia ja virtalähdettä;
• Täysin toimiva laite (FFD)
  • tuki 802.15.4:lle;
  • lisämuistin ja virrankulutuksen ansiosta voit toimia verkon koordinaattorina;
  • tuki kaikentyyppisille topologioille ("pisteestä pisteeseen", " tähti ", "puu", " verkkoverkko ");
  • kyky toimia verkoston koordinaattorina;
  • mahdollisuus käyttää muita verkon laitteita;
• RFD - Reduced Function Device;
  • tukee rajoitettua joukkoa 802.15.4-ominaisuuksia;
  • tuki pisteestä pisteeseen, tähtitopologiat;
  • ei toimi koordinaattorina;
  • soittaa verkon koordinaattorille ja reitittimelle;

Katso myös

• Langaton ad hoc -verkko
• Luettelo reititysprotokollasta ad-hoc-verkoissa
• IEEE 802.15.4

Muistiinpanot

1. ↑ | Ivanova I. A. Langattomien anturiverkkojen peittoalueen kehän määrittäminen // Teollisuuden ACS ja ohjaimet. – 2010. – Ei. 10. - S. 25-30.
2. ↑ | Galkin P. V., Golovkina L. V., Borisenko A. S. Tutkimus metsien vaikutuksesta viestintäalueeseen ZigBee-verkoissa // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2011. - T. 3. - Ei. 2 (51). - s. 4-9. . Haettu 28. marraskuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 8. joulukuuta 2020. (määrätön)
3. ↑ 1 2 3 Ragozin DV Synkronoitujen anturiverkkojen simulointi. Ohjelmointiongelmia. 2008. Nro 2-3. Erikoisnumero - 721-729 s.
4. ↑ Baranova E. IEEE 802.15.4 ja sen ZigBee-ohjelmistolisäosa. // Telemultimedia, 8. toukokuuta 2008.
5. ↑ Levis P., Madden S., Polastre J. ja dr. "TinyOS: Käyttöjärjestelmä langattomille anturiverkkoille" // W. Weber, JM Rabaey, E. Aarts (Toim.) // In Ambient Intelligence. — New York, NY: Springer-Verlag, 2005. — 374 s.
6. ↑ Langattomien anturiverkkojen algoritmiset hyväksynnät. // Miroslaw Kutulowski, Jacek Cichon, Przemislaw Kubiak, toim. - Puola, Wrozlaw: Springer, 2007.
7. ↑ Anturiverkkoihin perustuvat älykkäät järjestelmät. Arkistokopio päivätty 10. elokuuta 2011 Wayback Machinessa // Tarkkuusmekaniikan ja tietokonetekniikan instituutti. S. A. Lebedeva RAN, 2009.
8. ↑ Täysin valmiit ZigBee-moduulit RadioCraftsilta. Arkistoitu 28. kesäkuuta 2010 Wayback Machinessa // Components and Technologies.
9. ↑ ZigBee/802.15.4 protokollapino Freescale Semiconductorissa Arkistoitu 24. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa , 2004