V posledných rokoch sa efektívny dizajn bezdrôtovej senzorovej siete stal poprednou oblasťou výskumu. Senzor je zariadenie, ktoré reaguje a detekuje určitý typ vstupu z fyzikálnych alebo environmentálnych podmienok, ako je tlak, teplo, svetlo atď. Výstupom zo senzora je zvyčajne elektrický signál, ktorý sa prenáša do radiča na ďalšie spracovanie. .
Bezdrôtové senzorové siete (WSN)
Sieť bezdrôtových senzorov možno definovať ako sieť zariadení, ktoré môžu komunikovať informácie zhromaždené z monitorovaného poľa prostredníctvom bezdrôtových spojení. Údaje sa prenášajú cez viac uzlov a pomocou brány sa údaje pripájajú k iným sieťam, ako je napríklad bezdrôtový Ethernet .
Bezdrôtové senzorové siete
WSN je bezdrôtová sieť, ktorá sa skladá zo základňových staníc a počtu uzlov (bezdrôtové snímače). Tieto siete sa používajú na monitorovanie fyzikálnych alebo environmentálnych podmienok, ako je zvuk, tlak, teplota a na kooperatívne odovzdávanie údajov cez sieť do hlavného umiestnenia, ako je to znázornené na obrázku.
Topológie siete WSN
Pre rádiové komunikačné siete zahŕňa štruktúra WSN rôzne topológie, ako sú uvedené nižšie.
Topológie bezdrôtových senzorových sietí
Hviezdne topológie
Hviezdna topológia je komunikačná topológia, kde sa každý uzol pripája priamo k bráne. Jedna brána môže odosielať alebo prijímať správy do niekoľkých vzdialených uzlov. V prípade topológií typu Instar sú uzly zakázané navzájom si posielať správy. To umožňuje komunikáciu medzi vzdialeným uzlom a bránou (základňovou stanicou) s nízkou latenciou.
Vzhľadom na svoju závislosť od správy jedného uzla od jedného uzla musí byť brána v dosahu rádiového prenosu všetkých jednotlivých uzlov. Výhodou je schopnosť udržať spotrebu energie vzdialených uzlov na minime a jednoducho ich mať pod kontrolou. Veľkosť siete závisí od počtu pripojení k rozbočovaču.
Topológie stromov
Stromová topológia sa tiež nazýva ako kaskádová hviezdna topológia. V stromových topológiách sa každý uzol pripája k uzlu, ktorý je umiestnený vyššie v strome, a potom k bráne. Hlavnou výhodou stromovej topológie je, že je možné ľahko rozšíriť sieť a uľahčí sa aj detekcia chýb. Nevýhodou tejto siete je, že sa veľmi spolieha na kábel zbernice, ak sa pokazí, celá sieť sa zrúti.
Sieťové topológie
Topológie Mesh umožňujú prenos údajov z jedného uzla do druhého, čo je v dosahu jeho rádiového prenosu. Ak chce uzol poslať správu inému uzlu, ktorý je mimo dosahu rádiovej komunikácie, potrebuje prechodný uzol preposlať správu do požadovaného uzla. Výhodou tejto sieťovej topológie je ľahká izolácia a detekcia porúch v sieti. Nevýhodou je, že sieť je veľká a vyžaduje obrovské investície.
Typy WSN (bezdrôtové senzorové siete)
V závislosti od životného prostredia typy sietí sú rozhodnuté tak, aby sa tieto mohli nasadiť pod vodou, pod zemou, na zemi a podobne. Medzi rôzne typy WSN patria:
- Pozemské WSN
- Podzemné WSN
- Podvodné WSN
- Multimediálne WSN
- Mobilné siete WSN
1. Pozemské WSN
Pozemské WSN sú schopné efektívne komunikovať so základňovými stanicami a pozostávajú zo stoviek až tisícov uzlov bezdrôtových senzorov rozmiestnených buď neštruktúrovane (ad hoc), alebo štruktúrovane (vopred plánovane). V neštruktúrovanom režime sú uzly snímača náhodne rozložené v cieľovej oblasti, ktorá spadne z pevnej roviny. Preplánovaný alebo štruktúrovaný režim zohľadňuje optimálne umiestnenie, umiestnenie mriežky a modely umiestnenia 2D a 3D.
V tomto WSN sa napájanie z batérie je obmedzená, avšak batéria je vybavená solárnymi článkami ako sekundárnym zdrojom energie. Úspora energie týchto WSN sa dosahuje použitím operácií s nízkym pracovným cyklom, minimalizáciou oneskorení a optimálnym smerovaním atď.
2. Podzemné WSN
Podzemné bezdrôtové senzorové siete sú nákladnejšie ako pozemné WSN z hľadiska nasadenia, údržby, nákladov na vybavenie a starostlivého plánovania. Sieť WSN sa skladá z niekoľkých uzlov senzorov, ktoré sú skryté v zemi na sledovanie podzemných podmienok. Na prenos informácií z uzlov snímača do základňovej stanice sú nad zemou umiestnené ďalšie uzly umývadla.
Podzemné WSN
Dobíjanie podzemných bezdrôtových senzorových sietí nasadených do zeme je ťažké. Uzly batérie snímača vybavené obmedzenou energiou batérie sa ťažko nabíjajú. Okrem toho podzemné prostredie robí z bezdrôtovej komunikácie výzvu z dôvodu vysokej úrovne útlmu a straty signálu.
3. Pod vodou WSN
Viac ako 70% Zeme je obsadených vodou. Tieto siete pozostávajú z niekoľkých uzlov senzorov a vozidiel nasadených pod vodou. Na zber údajov z týchto uzlov snímačov sa používajú autonómne podvodné vozidlá. Výzvou komunikácie pod vodou je dlhé oneskorenie šírenia a poruchy šírky pásma a senzorov.
Pod vodou WSN
Pod vodou sú WSN vybavené obmedzenou batériou, ktorú nie je možné dobiť ani vymeniť. Problematika úspory energie pre podvodné WSN zahŕňa vývoj podvodných komunikačných a sieťových techník.
4. Multimediálne WSN
Boli navrhnuté multimediálne bezdrôtové senzorové siete, ktoré umožňujú sledovanie a sledovanie udalostí vo forme multimédií, ako sú zobrazovanie, video a zvuk. Tieto siete pozostávajú z lacných uzlov snímačov vybavených mikrofónmi a kamerami. Tieto uzly sú vzájomne prepojené bezdrôtovým pripojením na účely kompresie údajov, ich načítania a korelácie.
Multimediálne WSN
Medzi výzvy multimediálneho WSN patrí veľká spotreba energie, vysoké požiadavky na šírku pásma, spracovanie dát a techniky kompresie. Okrem toho vyžaduje multimediálny obsah veľkú šírku pásma, aby bol obsah doručený správne a ľahko.
5. Mobilné WSN
Tieto siete pozostávajú zo súboru uzlov senzorov, ktoré je možné samostatne presúvať a ktoré môžu interagovať s fyzickým prostredím. Mobilné uzly dokážu vypočítať zmysel a komunikovať.
Mobilné bezdrôtové senzorové siete sú oveľa všestrannejšie ako siete statických senzorov. Medzi výhody MWSN v porovnaní so sieťami statických bezdrôtových senzorov patrí lepšie a lepšie pokrytie, lepšia energetická účinnosť, vynikajúca kapacita kanálov atď.
Obmedzenia bezdrôtových senzorových sietí
- Má veľmi malú úložnú kapacitu - niekoľko stoviek kilobajtov
- Vlastní skromný procesorový výkon - 8 MHz
- Pracuje v krátkom komunikačnom rozsahu - spotrebuje veľa energie
- Vyžaduje minimálnu energiu - obmedzuje protokoly
- Batérie majú konečnú životnosť
- Pasívne zariadenia poskytujú málo energie
Aplikácie bezdrôtových senzorových sietí
Aplikácie bezdrôtových senzorových sietí
- Tieto siete sa používajú pri sledovaní životného prostredia, ako je detekcia lesov, sledovanie zvierat, detekcia povodní, predpovedanie a predpoveď počasia, a tiež v komerčných aplikáciách, ako je predikcia a monitorovanie seizmickej aktivity.
- Vojenské aplikácie , ako sú sledovacie a monitorovacie aplikácie na monitorovanie prostredia, používajú tieto siete. Uzly snímačov zo sietí snímačov sú spustené do poľa záujmu a sú diaľkovo ovládané používateľom. Pomocou týchto sietí sa vykonáva aj sledovanie nepriateľov a zisťovanie bezpečnosti.
- Tieto siete využívajú aplikácie v zdravotníctve, ako napríklad sledovanie a monitorovanie pacientov a lekárov.
- Tieto siete využívajú najčastejšie používané aplikácie bezdrôtových senzorových sietí v oblasti dopravných systémov, ako je monitorovanie dopravy, správa dynamického smerovania a monitorovanie parkovísk.
- Rýchla núdzová reakcia, monitorovanie priemyselných procesov , automatizovaná regulácia klímy budov, monitorovanie ekosystémov a biotopov, monitorovanie zdravotného stavu stavieb atď., využívajú tieto siete.
Toto je všetko o sieťach bezdrôtových senzorov a ich aplikáciách. Veríme, že informácie o všetkých rôznych typoch sietí vám pomôžu lepšie ich spoznať pre vaše praktické požiadavky. Okrem toho, pre ďalšie informácie o bezdrôtový SCADA , dotazy a pochybnosti týkajúce sa tejto témy resp elektrické a elektronické projekty a akékoľvek návrhy, prosím, komentujte alebo nám napíšte do sekcie komentárov nižšie.
Fotoúvery
