Безжична сензорна мрежа

Од Википедија, слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Типична архитектура на безжична сензорска мрежа со мулти-скокови

Безжичната сензорска мрежа (WSN) се состои од просторно дистрибуирани автономни сензори за следење на физичките услови на околината, како што се температура, звук, притисок, итн. и кооперативно ги положуваат своите податоци преку мрежата до главната локација. Посовремените мрежи се директно двонасочени, и исто така овозможуваат контрола над активноста на сензорот. Развојот на безжичната сензорска мрежа е инспирирана од воени апликации како што е надзорот на бојното поле, а денес такви мрежи се користат во многу индустриски и потрошувачки апликации, како што се индустриските процеси за следење и контрола на машините, за медицински надзор итн. Безжичната сензорска мрежа е составена од неколку стотици до неколку илјадници "јазли" каде што еден јазол е поврзан со еден (или понекогаш повеќе) сензори. Секој таков јазол на сензорската мрежа е составен од неколку делови: приемник со внатрешна антена или поврзување со надворешна антена, микроконтролер, електронски кола за поврзување на сензорите и извор на енергија, обичнa батерија или вградена форма за собирање на енергијата. Сензорските јазлите исто така може да варираат во однос на големината, може да се колку кутија за чевли или колку зрно прашина, иако тоа "зрно" со вистински микроскопски димензии допрва треба да биде создадено. Цената на сензорските јазли е исто така променлива,таа се движи од неколку до стотици долари, во зависност од комплексноста на поединечните сензорски јазли. На ограничувањата на големината и цената на сензорските јазли се јавуваат соодветни ограничувања на ресурсите како што се енергетиката, меморијата, пресметковни брзини и комуникацискиот пропусен опсег. Топологијата на WSN може да варира од едноставна ѕвезда мрежа до напредна мулти-хоп безжична mesh мрежа. Техниките на пропагација може да се случат со помош на рутирање или поплавување. [1][2] Во компјутерските и телекомуникациските науки, безжичните сензорски мрежи се активно истражувани во област со бројни работилници каде што секоја година се организираат конференции.


Апликации[уреди]

Мониторирање на површината[уреди]

Мониторирањето на површината е честа апликација на WSNs. Во оваа област, WSN е распореден преку одреден регион каде што некој феномен треба да биде чуван под надзор. Воен пример за употреба на сензорите е дека тие детектираат непријателски упад, а цивилен пример е гео-ограда на гас, нафта и нафтоводи.

Mониторирање на Животната средина/ Земјата[уреди]

Терминот сензорски мрежи за животната средина се развил за да се покријат многу апликации на WSNs за научни истражувања на Земјата. [3] Ова вклучува набљудување на

вукланите,[4] океаните,[5]глечерите,[6] шумите,[7] итн.

Мониторирање на квалитетот на воздухот[уреди]

Степенот на загадувањето на воздухот мора да се мери почесто со цел да се заштитат луѓето и животната средина од каква било штета поради загадувањето на воздухот. Во опасните средини, следењето во точно одредено време на стакленичките гасови е важен процес, бидејки времето може да се промени брзо и со тоа ги менува клучните параметри за квалитет.

  • Внатрешно мониторирање

Набљудувањето на нивото на гас во ранливите области бара користиње на хигх-енд, софистицирана опрема која е во состојба да ги задоволи индустриските прописи. Безжичното внатрешно мониторирање нуди решенија со кои лесно може да се следат големите области и да се одреди точниот степен на концентрацијата на гас.

  • Надворешно мониторирање

Надворешниот надзор на квалитетот на воздухот има потреба од прецизни безжични сензори, отпорни решенија за дожд и ветер како и подготовка на енергични методи за да се осигура голема слобода на машината која најверојатно ќе има тежок процес.

Мониторирање на загадувањето на воздухот[уреди]

Безжичните сензорски мрежи се распоредени во неколку градови (Стокхолм, Лондон и Бризбејн) и тие ја следат концентрацијата на штетни гасови кои влијаат врз граѓаните. Тие може да ги користат ад хок безжичните наместо жичните инсталации, кои ги прави повеќе подвижни за извршување на читањата во различни области. Постојат различни градби кои може да се користат за такви апликации, како и различни видови анализи на податоци,рударски податоци кои што може да се спроведуваат. [8]

Откривање на шумски пожар[уреди]

Мрежа од сензорски јазли може да се инсталира во шумата за да се открие кога настанал пожарот. Јазлите може да бидат опремени со сензори за мерење на температурата, влажноста и гасовите, кои произлегле од пожар во дрвата или вегетацијата. Раното откривање е од клучно значење за успешното работење на пожарникарите, благодарение на безжичните сензорски мрежи,пожарникарите ќе бидат способни да дознаат кога огнот започнал и на кој начин почнал да се шири.

Откривање на лизгање на земјиштето[уреди]

Системот за откривање на лизгање на земјиштето ги користи безжичните сензорски мрежи за откривање на мали движења на почвата и промени во различни параметри кои може да се случат пред или за време на лизгање на земјиштето. Преку собраните податоци можно е да се дознае за лизгање на земјиштето уште пред тоа всушност да се случи. [9]

Мониторирање на квалитетот на водата[уреди]

Мониторирањето на квалитетот на водата вклучува анализа на својствата на водата во браните, реките, езерата и океаните, и подземните резерви.[10] Употребата на многуте безжични сензори овозможува да се создаде по прецизна карта за состојбата на водата и постојано распоредување на мерни станици во места кои се тешко пристапни, без потреба од рачно пронаоѓање податоци.

Превенција на природните катастрофи[уреди]

Безжичните сензорски мрежи може ефикасно да реагираат со цел да се спречат последиците од природните катастрофи, како што се поплавите. Безжичните јазли се успешно распоредени во реките каде што промените во нивото на водата треба да се следат во секое време.

Индустриско мониторирање[уреди]

Мониторирање на состојбата на машините[уреди]

Безжичните сензорски мрежи се развиени за состојбата на машините-базирани на одржување(CBM), затоа што тие нудат значителни заштеди на трошоците и овозможуваат нова функционалност. Во жичните системи, инсталација на доволно сензори често е ограничена со трошоците на жичните инсталации. Претходно недостапните локации, ротирачките машини како и опасните области, сега може да се постигнат со безжичните сензори.

Складирање на податоци[уреди]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „Data logging.

Безжичните сензорски мрежи исто така се користат за собирање на податоци за следење на информации за животната средина, тоа може да биде едноставно како следење на температурата во фрижидер се до мерење на нивото на водата во претекувањето на резервоарот во нуклеарните централи. Статистичките податоци подоцна може да се користат за да се покаже како работат системите.

Индустриски апликации за смисла и контрола[уреди]

Во неодамнешно истражување на голем број на безжични сензорски мрежи создадени се протоколите за комуникација. Додека претходните истражувања главно беа фокусирани на моќта на свеста, неодамнешните студии почнаа да разгледуваат поширок спектар на аспекти, како што се способноста на безжичната сигурност во денешно време или квалитетот на услугите. Овие нови аспекти се сметаат како можност за идните апликации во индустријата кои делумно ќе ги заменат или подобрат конвенционалните жици базирани на мрежи од страна на WSN техниките.

Мониторирање на отпадните води[уреди]

Мониторирањето на квалитетот и нивото на водата вклучува многу активности како што се проверка на квалитетот на подземните и површинските води и обезбедување на водоводната инфраструктура на земјата за доброто на луѓето и животните. Областа на квалитетот на водата се следи со помош на безжичните сензорски мрежи и за оваа цел многу производители започнаа да лансираат нови и напредни апликации. [11]

  • Набљудување на квалитетот на водата

Целиот овој процес вклучува испитување на водата во реки, океаните, езерата и исто така, во подземните водни ресурси. Безжичните дистрибуирани сензори им овозможуваат на корисниците да создадат прецизна мапа за состојбата на водата.

  • Спречување на природните катастрофи

На последиците од природните опасности, како поплавите, може ефективно да се превенира со безжичните сензорски мрежи. Безжичните јазли се дистрибуираат во реките, така што промените на нивото на водата може ефективно да се следат.


Земјоделство[уреди]

Користењето на безжичните сензорски мрежи во рамките на земјоделската индустрија се повеќе се зголемува, со користењето на безжичната мрежа земјоделецот се ослободува од одржувањето на електрични инсталации во тешки средини. Гравитацијата на напојната вода може да се следи со користење предаватели за следење на нивото на водата во резервоарите, пумпите може да се контролираат со безжични I / O уреди и користењето на водата може да се мери и безжично да се пренесува назад кон контролната централа. Афтоматизацијата за наводнување овозможува поефикасно користење на водата и ја намалува штетата .[12]

  • Прецизност на земјоделството

Безжичните сензорски мрежи им овозможуваат на корисниците прецизно мониторирање на културата за време на нејзиниот раст. Оттука, земјоделците веднаш може да ја дознаат состојбата на предметот низ сите негови фази со што би го олесниле процесот на одлучување во однос на времето на жетвата.

  • Управување со наводнувањето

Кога податоците за точното време им се пренесени на земјоделците тие се во можност разумно да ги распоредат наводнувањата. Податоци за областа како што се температурата,нивото и влага на почвата им се доставуваат на земјоделците преку безжичните сензорски мрежи. Кога секое растение е проследено со личен систем за наводнување, земјоделците може да го знаат точниот износ на вода која му е потребна на едно растение и оттаму, се доаѓа до намалување на трошоците и подобрување на квлаитетот на производот.

  • Пластеници

Безжичните сензорски мрежи исто така може да се користат за контрола на температурата и нивото на влажност внатре во оранжериите. Кога температурата и влажноста на воздухот ќе паднат под одредени нивоа, сопственикот мора да биде известен преку e-mail или мобилен телефон. Неодамнешно истражување за безжичните сензорски мрежи во земјоделската индустрија стави акцент на нивната употреба во оранжериите, особено за голема експлоатација на културите. Микроклиматскиот амбиент треба да ги зачува правите временски услови во секое време. Покрај тоа, со користење на повеќе одделни сензори подобро ќе се контролира процесот на отворена површина, како и во почвата.


Пасивна локализација и следење[уреди]

Примената на WSN во пасивната локализација и следењето на некооперативните цели им била експлоатирана преку големата присутност и ниската цена на оваа технологија, како и својствата на безжичните линкови кои се оформени во мрежестата WSN инфраструктура. [13]

Мониторирање на паметен дом[уреди]

Мониторирање на активностите кои се спроведуваат во паметен дом се постигнати со користење на безжичните сензори вградени во секојдневните предмети кои ја сочинуваат WSN мрежата. [14]

Карактеристики[уреди]

Главните карактеристики на WSN:

  • Скратена потрошувачка на енергијата за јазлите со користење на батерии
  • Способност за справување со грешките на јазлите
  • Мобилност на јазлите
  • Грешки во комуникацијата
  • Хетерогеност на јазлите
  • Приспособливост на големи спроведувања
  • Способност за издржување во тешки услови
  • Лесно за користење


Базните станици претставуваат една или повеќе компоненти на WSN со многу повеќе енергија и комуникациски извори.Тие дејствуваат како портал помеѓу сензорските јазли и последниот корисник.Други посебни делови од него се рутерите кои за цел имаат да ги пребројуваат, пресметуваат и дистрибуираат рутирачките табели.

Платформи[уреди]

Стандарди и спецификации[уреди]

Неколку стандарди се одобрени во моментов и некои се сеуште во развој од страна на неколку организации, вклучувајки ги и WAVE2M за безжични сензорски мрежи. Постојат голем број на тела за стандартизација во областа на WSNs. IEEE се фокусира на физичкиот и MAC слојот. На крајот, постојат неколку нестандардни, комерцијални механизми и спецификации. Стандардите се користат далеку помалку во WSNs во споредба со другите компјутерски системи што ги прави повеќето системи неспособни за директна комуникација помеѓу различни системи. Сепак доминантните стандарди кои најчесто се користат во WSN комуникацијата се:

Хардвер[уреди]

Crystal Clear app xmag.svg Главна статија: „сензорски јазол.
Сензорски јазол од типот TelosB. На дното постoјат батерии (2xAA).

Главен предизвик на WSN е да се произведуваат мали сензорски јазли со ниска цена. Постојат голем број на мали компании кои произведуваат WSN хардвери и комерцијалната ситуација може да се спореди со домашните компјутерите во 1970-тите. Многу од јазлите сеуште се во истражување или во фаза на развој, конкретно нивниот софтвер. Исто така својствено за сензорската мрежата е усвојувањето и употребата на метод преку кој со многу мала енергија се доаѓа до собирање на податоците. Во многу апликации, WSN комуницира со Local Area Network или Wide Area Network преку портал. Порталот дејствува како мост помеѓу WSN и другите мрежи. Ова им овозможува на податоци да бидат зачувани и обработени од страна на уредот со повеќе ресурси.

Софтвер[уреди]

Енергијата е најважниот ресурс на WSN јазлите и таа го одредува животниот век на WSNs. WSNs се наменети да бидат распоредени во голем број и во различни средини, вклучувајќи далечни и непријателски региони, каде што ад хок комуникацијата е најважна компонента. Поради оваа причина алгоритмите и протоколите мора да одговорат на следните прашања:

  • Максимизација на животниот век
  • Толеранција на грешки
  • Авто-конфигурација

Максимизација на животниот век: Потрошувачката на енергијата на сензорските уредите треба да се сведе на минимум и сензорските јазлите треба да бидат енергетски ефикасни затоа што нивниот ограничен извор на енергија го определува нивниот животен век. За да се зачува енергијата треба да се исклучи струјата на предавателот кога не е во употреба.

Некои од поважните теми за истражување во WSN софтверот се:

  • Оперативните системи
  • Безбедноста
  • Мобилноста

Оперативни системи[уреди]

Оперативен систем за безжичните сензорски јазли е обично поедноставен од оперативниот систем за општа намена. Оперативните системи многу заликуваат на вградени системи од две причини. Прво, безжичните сензорски мрежи обично се распоредени со одредена апликација на ум, а не како општа платформа. Второ, потребата за ниска цена и мала енергија доведува до повеќето безжични сензорски јазли да имаат ниски-енергетски микроконтролери осигурувајќи се дека механизмите како што се виртуелната меморија се непотребни или премногу скапи за да се вметнат. Затоа е можно да се користат вградени оперативни системи како eCos или uC/оперативен систем за сензорски мрежи. Меѓутоа, овие оперативни системи често се дизајнирани со точно одредени пропорции.

TinyOS е можеби првиот [15] оперативен систем специјално дизајниран за безжични сензорски мрежи. Кога надворешен настан, како што се влезните пакет податоци или сензорите за читање, TinyOS сигнализира на соодветните справувачи да се справат со настанот.


LiteOS е ново развиен оперативен систем за безжичните сензорски мрежи кој обезбедува UNIX-како апстракција и поддршка за C програмскиот јазик.

Contiki е оперативен систем кој користи поедноставен стил на програмирање во C, додека обезбедува напредок,како 6LoWPAN и Protothreads.


Онлајн соработка на сензорските податоци за управување со платформата[уреди]

Онлајн соработката на сензорските податоците за управување со платформата во онлајн базата на податоци се услуги кои им овозможуваат на сопствениците на сензори да ги регистрираат и поврзат нивните уреди на начин преку кој ќе се хранат со податоци од онлајн базата за чување на податоци и, исто така, им овозможува на програмерите да се поврзат и да изградат своите апликации врз основа на истите. Примерите вклучуваат Xively и Wikisensing платформа. Таквите платформи ја олеснуваат онлајн соработката меѓу корисниците во различни сетови на податоци кои се движат од енергијата на животната средина.



Поврзано[уреди]

Наводи[уреди]

  1. Dargie, W. and Poellabauer, C., "Fundamentals of wireless sensor networks: theory and practice", John Wiley and Sons, 2010 ISBN 978-0-470-99765-9, pp. 168–183, 191–192
  2. Sohraby, K., Minoli, D., Znati, T. "Wireless sensor networks: technology, protocols, and applications, John Wiley and Sons", 2007 ISBN 978-0-471-74300-2, pp. 203–209
  3. Hart, J. K. and Martinez, K. (2006) Environmental Sensor Networks:A revolution in the earth system science? Earth-Science Reviews, 78 . pp. 177-191.
  4. G. Werner-Allen, K. Lorincz, M. Welsh, O. Marcillo, J. Johnson, M. Ruiz, J. Lees, "Deploying a Wireless Sensor Network on an Active Volcano," IEEE Internet Computing, vol. 10, no. 2, pp. 18-25, 2006
  5. I. Vasilescu, K. Kotay, D. Rus, M. Dunbabin, and P. Corke. 2005. Data collection, storage, and retrieval with an underwater sensor network. In Proceedings of the 3rd international conference on Embedded networked sensor systems (SenSys '05. ACM, New York, NY, USA, 154-165.
  6. Martinez, K, Hart, J. K. and Ong, R (2009) Deploying a Wireless Sensor Network in Iceland. Lecture Notes in Computer Science, Proc. Geosensor Networks, 5659, 131-137.
  7. http://www.libelium.com/wireless_sensor_networks_to_detec_forest_fires/
  8. doi:10.3390/s8063601
    Овој навод ќе се дополни автоматски во текот на следните неколку минути. Можете да го прескокнете редот или да го проширите рачно
  9. J.D. Kenney, D.R. Poole, G.C. Willden, B.A. Abbott, A.P. Morris, R.N. McGinnis, and D.A. Ferrill, "Precise Positioning with Wireless Sensor Nodes: Monitoring Natural Hazards in All Terrains", 2009 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, San Antonio, TX, USA, Oct. 2009.
  10. T.L. Dinh, W. Hu, P. Sikka, P. Corke, L. Overs and S. Brosnan, "Design and Deployment of a Remote Robust Sensor Network: Experiences from an Outdoor Water Quality Monitoring Network", 2007 32nd IEEE Conference on Local Computer Networks
  11. Water Monitoring
  12. Agriculture Monitoring
  13. F. Viani, P. Rocca, M. Benedetti, G. Oliveri, A. Massa , "Electromagnetic passive localization and tracking of moving targets in a WSN-infrastructured environment " in Inverse Problems, vol. 26, (2010), p. 1-15. - DOI: 10.1088/0266- 5611/26/7/074003
  14. Debnath, Ashmita; Singaravelu, Pradheepkumar; Verma, Shekhar (19 December 2012). „Efficient spatial privacy preserving scheme for sensor network“. „Central European Journal of Engineering“ 3 (1): 1–10. doi:10.2478/s13531-012-0048-7. 
  15. TinyOS Programming, Philip Levis, Cambridge University Press, 2009

Надворешни врски[уреди]

Шаблон:Wireless Sensor Network