Беспроводная сенсорная сеть или беспроводная датчиковая сеть — распределённая, самоорганизующаяся сеть множества датчиков и исполнительных устройств, объединённых между собой посредством радиоканала. Область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счёт способности ретрансляции сообщений от одного узла к другому.
История и сфера использования
Одним из первых прообразов датчиковой сети можно считать систему СОСУС, предназначенную для обнаружения и идентификации подводных лодок. В середине 1990-х годов технологии беспроводных датчиковых сетей стали активно развиваться, в начале 2000-х годов развитие микроэлектроники позволило производить для таких устройств достаточно дешёвую элементную базу. Беспроводные сенсорные сети начала 2010-х годов в основном базируются на стандарте ZigBee.
Многие отрасли и сферы деятельности (промышленность, транспорт, коммунальное хозяйство, охрана) заинтересованы во внедрении датчиковых сетей, и число потребителей непрерывно увеличивается[1]. Тенденция обусловлена усложнением технологических процессов, развитием производства, расширяющимися потребностями частных лиц в сегментах безопасности, контроля ресурсов и использования товаро-материальных ценностей. С развитием микроэлектронных технологий появляются новые практические задачи и теоретические проблемы, связанные с применениями датчиковых сетей в промышленности, жилищно-коммунальном комплексе, домашних хозяйствах. Использование недорогих беспроводных датчиков контроля параметров открывает новые области для применения систем телеметрии и контроля[2], такие как:
- Своевременное выявление возможных отказов исполнительных механизмов, по контролю таких параметров, как вибрация, температура, давление и т. п.;
- Контроль доступа к удалённым системам объекта мониторинга в режиме реального времени;
- обеспечение охраны музейных ценностей;
- обеспечение учёта экспонатов;
- автоматическая ревизия экспонатов;
- Автоматизация инспекции и технического обслуживания промышленных активов;
- Управление коммерческими активами;
- Применение как компоненты в энерго- и ресурсосберегающих технологий;
- Контроль экологических параметров окружающей среды
Следует отметить, что несмотря на длительную историю датчиковых сетей[1], концепция построения датчиковой сети окончательно не оформилась и не выразилась в определенные программно-аппаратные (платформенные) решения. Реализация датчиковых сетей на текущем этапе во многом зависит от конкретных требований индустриальной задачи. Архитектура, программно-аппаратная реализация находится на этапе интенсивного формирования технологии, что обращает внимание разработчиков с целью поиска технологической ниши будущих производителей[1].
Технологии
Беспроводные датчиковые сети состоят из миниатюрных вычислительных устройств — мотов, снабжённых датчиками (например, температуры, давления, освещённости, уровня вибрации, местоположения и т. п.) и передатчиками, работающими в заданном радиодиапазоне. Гибкая архитектура, снижение затрат при монтаже выделяют беспроводные сети интеллектуальных датчиков среди других беспроводных и проводных интерфейсов передачи данных, особенно когда речь идет о большом количестве соединенных между собой устройств, датчиковая сеть позволяет подключать до 65 000 устройств. Постоянное снижение стоимости беспроводных решений, повышение их эксплуатационных параметров позволяют постепенно перейти с проводных решений в системах сбора телеметрических данных, средств дистанционной диагностики, обмена информации на беспроводные. «Датчиковая сеть» является сегодня устоявшимся термином, обозначающим распределенную, самоорганизующуюся, устойчивую к отказу отдельных узлов сеть из необслуживаемых и не требующих специальной установки устройств[3]. Каждый узел датчиковой сети может содержать различные датчики для контроля внешней среды, микровычислитель и радиоприёмопередатчик. Это позволяет устройству проводить измерения, самостоятельно проводить начальную обработку данных и поддерживать связь с внешней информационной системой.
Технология ретранслируемой ближней радиосвязи 802.15.4/ZigBee, известная как «Сенсорные сети», является одним из современных направлений развития самоорганизующихся отказоустойчивых распределенных систем наблюдения и управления ресурсами и процессами. Сегодня технология беспроводных датчиковых сетей, является единственной беспроводной технологией, с помощью которой можно решить задачи наблюдения и контроля, которые критичны к времени работы датчиков. Объединённые в беспроводную сеть датчики образуют территориально-распределённую самоорганизующуюся систему сбора, обработки и передачи информации. Основной областью применения является контроль и наблюдение измеряемых параметров физических сред и предметов[4].
Принятый стандарт IEEE 802.15.4 описывает контроль доступа к беспроводному каналу и физический уровень для низкоскоростных беспроводных личных сетей, то есть два нижних уровня согласно сетевой модели OSI. «Классическая» архитектура датчиковой сети основана на типовом узле, который включает в себя[5], пример типового узла RC2200AT-SPPIO[6]:
- радиотракт;
- процессорный модуль;
- элемент питания;
- различные датчики.
Использование в типовом узле датчиковой сети в качестве датчика второго передатчика, соответствующего стандарту ISO 24730-5, позволяет использовать датчиковую сеть не только для наблюдения параметров сред и предметов, но и для определения местонахождения и наблюдения передвижений предметов, снабжённых специальными радиочастотными метками. Построенная из таких узлов датчиковая сеть образует беспроводную инфраструктуру RTLS.
Виды узлов
Типовой узел может быть представлен тремя типами устройств[7]:
- Сетевой координатор (NCD — Network Coordination Device);
- осуществляет глобальную координацию, организацию и установку параметров сети;
- наиболее сложный из трёх типов устройств, требует наибольший объём памяти и источник питания;
- Устройство с полным набором функций (FFD — Fully Function Device);
- поддержка 802.15.4;
- дополнительная память и энергопотребление позволяет выполнять роль координатора сети;
- поддержка всех типов топологий («точка-точка», «звезда», «дерево», «ячеистая сеть»);
- способность выполнять роль координатора сети;
- способность обращаться к другим устройствам в сети;
- RFD — Reduced Function Device;
- поддерживает ограниченный набор функций 802.15.4;
- поддержка топологий «точка-точка», «звезда»;
- не выполняет функции координатора;
- обращается к координатору сети и маршрутизатору;
См. также
Примечания
- 1 2 3 Рагозин Д. В. Моделирование синхронизированных сенсорных сетей. Проблеми програмування. 2008. № 2-3. Спеціальний випуск — 721—729 с.
- ↑ Баранова Е. IEEE 802.15.4 и его программная надстройка ZigBee. // Телемультимедиа, 8 мая 2008.
- ↑ Levis P., Madden S., Polastre J. and dr. «TinyOS: An operating system for wireless sensor networks» // W. Weber, J.M. Rabaey, E. Aarts (Eds.) // In Ambient Intelligence. — New York, NY: Springer-Verlag, 2005. — 374 p.
- ↑ Algoritmic Acpects of Wireless Sensor Networks. // Miroslaw Kutulowski, Jacek Cichon, Przemislaw Kubiak, Eds. — Poland, Wrozlaw: Springer, 2007.
- ↑ Интеллектуальные системы на базе сенсорных сетей. // Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН, 2009.
- ↑ Полностью законченные ZigBee-модули компании RadioCrafts. // Компоненты и технологии.
- ↑ Стек протоколов ZigBee/802.15.4 на платформе Freescale Semiconductor, 2004
 | Для улучшения этой статьи желательно: |
 | |
|---|---|
| Операционные системы | |
| Отраслевые стандарты | |
| Языки программирования | |
| Аппаратные средства | |
| Программное обеспечение | |
| Применения | |
| Протоколы | |
| Конференции / Журналы | |
| |
|---|---|
| Концепции | |
| Технологии | |
| Платформы | |
| Применение | |
| Первые исследователи | |
| См. также | |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .