Беспроводные сенсорные сети
Беспроводная сенсорная сеть
Беспроводная сенсорная сеть (WSN) — это беспроводная сеть, состоящая из территориально распределенных автономных устройств, использующих датчики для совместного контроля физических или экологических условий в разных районах, например температуры, звука, вибрации, давления, движения или воздуха. Развитие беспроводных сенсорных сетей изначально было мотивированно военными положениями, например наблюдение за полем боя. В настоящее время беспроводные сенсорные сети используются во многих областях жизнидеятельности, включая мониторинг окружающей среды, здравоохранение и контроль движения.
Каждый узел сети оснащен радиотрансивером или другим устройством беспроводной связи, небольшим микроконтроллером и источником энергии, обычно батареей. Стоимость сенсорного узла меняется от сотни долларов до нескольких центов, в зависимости от размера сенсорной сети и ее сложности.
Применение
Применение WSN многочисленно и разнообразно. Они используются в коммерческих и промышленных системах для мониторинга данных, которые трудно или дорого контролировать с использованием проводных датчиков. WSN могут использоваться в трудно досягаемых районах, где они могут оставаться в течение многих лет (мониторинг экологических переменных окружающей среды) без необходимости заправки / замены источников питания. Они могут контролировать действия нарушителей (мгновенная передача информации от одного узла к другому).
Обычно WSN используют для мониторинга, отслеживания и контроля. Некоторые специальные приложения — мониторинг, прослеживание объекта, ядерное реакторное управление, противопожарная безопасность, контроль трафика, и др. При обычном применении WSN разбросана в регионе, где происходит сбор данных через сенсорные узлы.
- Экологический мониторинг
- Мониторинг окружающей среды
- Акустическое обнаружение
- Сейсмическое обнаружение
- Военное наблюдение
- Прослеживание учетной записи
- Медицинский мониторинг
- Мониторинг пространств
- Мониторинг процесса
- Наблюдения за состоянием здоровья
Область контроля
В зоне наблюдения, WSN обычно создается в регионе, где должно быть проконтролировано какое-то явление или объект. Например, большое количество сенсорных узлов может быть развернуто на поле боя для обнаружения проникновения врага.
Характеристики
Особенностями WSN являются:
- Небольше сенсорные узлы
- Ограниченные возможности для сборки и хранения данных
- Жесткие экологические условия
- Отказы узла
- Подвижность узлов
- Динамическая топология сети
- Отказы коммуникаций
- Разнородность узлов
- Крупномасштабные развертывания
- Автоматическая операция
С точки зрения интерфейсов сенсорные узлы можно представить себе как небольшие компьютеры. Они, как правило, состоят из процессорного блока с ограниченной вычислительной мощностью и недостаточной памятью, датчика (включая конкретную схему кондиционирования), устройств коммуникации (как правило, радио или же оптический приемопередатчик) и источник питания, как правило, в виде батареи.
Базовая станция одного или нескольких компонентов WSN действует как шлюз между сенсорными узлами и конечными пользователями.
Стандарты
Стандарты, используемые в WSN:
- ZigBee
- Wibree
- 6lowpan
Программное обеспечение
WSN предназначены для развертывания в различных средах, включая отдаленные области. По этой причине, для алгоритмов и протоколов необходимо решить следующие вопросы:
- Максимальная продолжительность работы WSN
- Надежность и отказоустойчивость WSN
- Самоконфигурация WSN
«Горячие» темы в исследовании программного обеспечения WSN :
- Безопасность
- Мобильность (когда узлы датчика или базовые станции двигаются)
- Связующее программное обеспечение: разработка среднего уровня примитивов между программным и аппаратным обеспечением
Операционные системы
Операционные системы для беспроводных сенсорных сетей менее сложны, чем универсальные операционные системы в силу ограниченности ресурсов в аппаратном обеспечении сенсорной сети. Из-за этого, операционной системе не нужно включать поддержку пользовательских интерфейсов. Оборудование беспроводных сенсорных сетей не отличается от традиционных встраиваемых систем, и поэтому для сенсорных сетей можно использовать встроенную операционную систему, такую, как eCos или uC / OS. Однако такие операционные системы часто проектируются в режиме реального времени. У операционных систем, предназначающихся для сенсорных сетей часто нет поддержки в реальном времени.
TinyOS — первая операционная система, специально предназначенная для беспроводных сенсорных сетей. В отличие от большинства других операционных систем, TinyOS основана на программировании.
TinyOS и программы для TinyOS написаны на специальном языке программирования nesC, который является расширением языка Си.
Данные визуализации
Данных с беспроводных сенсорных сетей, как правило, сохраняются в виде цифровых данных в центральной базе станции. Есть много программ, как TosGUI MonSense, ГНС, облегчающих просмотр этих больших объемов данных. Кроме того, Открытый консорциум (OGC) указывает стандарты для совместимости и взаимодействия метаданных кодировки, что позволит в режиме реального времени любому лицу осуществлять наблюдение или контроль за беспроводной сенсорной сетью через Web Browser.
