"Simsiz sensor tarmog'i" (wsn) atamasi taqsimlangan, o'zini o'zi tashkil etuvchi va nosozliklarga chidamli miniatyura elektron qurilmalar tarmog'i bo'lgan simsiz tizimlarning yangi sinfini anglatadi

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI
MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI
QARSHI FILIALI

“TELEKOMMUNIKATSIYA TARMOQLARI VA KASBIY TA’LIM”

FAKULTETI 3-BOSQICH KI 11-19 SIRTQI GURUH TALABASI
MUXTOROV UMIDJONNING
“KOMPYUTER TARMOQLARI” FANIDAN TAYYORLAGAN


MUSTAQIL ISHI
Bajardi: Muxtorov U.
Qabul qildi: Chuponov A.

SIMSIZ SENSOR TARMOQLARI.
REJA

1. 
   Sensor tarmoqlarini qo'llash
   
2. 
   Simsiz sensorli tarmoqlar (WSN) drayverlari va to'siqlari
   
3. 
   Sensorli aloqa tarmoqlari umumiy arxitekturasining tahlili
   

"Simsiz sensor tarmog'i" (WSN) atamasi taqsimlangan, o'zini o'zi tashkil etuvchi va nosozliklarga chidamli miniatyura elektron qurilmalar tarmog'i bo'lgan simsiz tizimlarning yangi sinfini anglatadi. avtonom manbalar oziqlanish. Bunday tarmoqning aqlli tugunlari xabarlarni zanjir bo'ylab uzatishga qodir, bu esa past transmitter quvvati va natijada tizimning yuqori energiya samaradorligi bilan muhim tizim qamrov maydonini ta'minlaydi.
Hozirgi vaqtda davlatga alohida muhim (yadroviy, davlat, harbiy) ob'ektlarga tutash hududlarda bosqinchining mavjudligi, uning harakati va ruxsat etilmagan xatti-harakatlari to'g'risida tezkor ma'lumot olish maqsadida hududlarning avtomatlashtirilgan monitoringini tashkil etishga katta e'tibor qaratilmoqda. chegara, yoki mas'uliyat zonasida joylashgan razvedka bo'linmalari (old bo'limlarni kuzatish, dushmanning orqa aloqalari). Ushbu muammolarni oqilona hal qilish uchun hozirgi vaqtda qo'llaniladiganlardan tubdan farq qiladigan yangi avlod texnik vositalar va algoritmlardan foydalanish kerak. Ushbu sohadagi eng istiqbolli yo'nalish simsiz sensorli tarmoqlarni yaratish deb tan olinishi kerak. Ular katta hududlarning umumiy maqsadli monitoringini ta'minlashga imkon beradi.
Ob'ektlarning xavfsizlik tizimlariga kelsak, WSS buzg'unchini aniqlashi va tasniflashi, koordinatalarini aniqlashi va uning harakatining traektoriyalarini bashorat qilishi kerak. Tarqalgan razvedka ma'lumotlariga ega bo'lgan tizim mustaqil ravishda axborot oqimlari yo'nalishini o'zgartirishni ta'minlaydi, masalan, ishlamay qolgan yoki vaqtincha ishlamayotgan tugunlarni chetlab o'tish, ma'lumotlarning boshqariladigan hudud bo'ylab va markaziy nuqtaga ishonchli uzatilishini tashkil qiladi.
WSN-lar ham istiqbolli bo'lib, ularda har bir sensorning qabul qiluvchisi aslida ob'ektni aniqlash sensori bo'ladi (tarmoq qamrovi hududida ob'ekt paydo bo'lishi sababli radiokanaldagi tashuvchi darajasini pasaytirish effekti).

WSN-da uzatiladigan ma'lumotlarning yuqori ishonchliligi va himoyasini ta'minlash uchun aloqa kanali xususiyatlarining o'zgarishiga, radio tiqilib qolishiga, ushlash va ma'lumotlarni taqlid qilishga chidamli o'z radio protokollarini ishlab chiqish kerak. Bunda tarqalgan spektr texnologiyalari - DSSS (to'g'ridan-to'g'ri raqamli ketma-ketlik) va FHSS (chastota sakrash) usullaridan foydalanish maqsadga muvofiqdir.
Ma'lumot uzatish tashuvchisiga kirish mexanizmlariga kelsak, tizimning yuqori energiya samaradorligi va WSNda ma'lumotlarni tarqatish uchun minimal vaqt kechikishlari uchun o'zaro istisno talablar mavjud. Asosiy algoritm sifatida CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Media Access with Collision Avoidance) dan foydalanish o‘zining kamchiligiga ega – tarmoq qurilmalari havoni doimiy tinglash rejimida bo‘lishi kerak, bu esa quvvat sarfini oshirishga olib keladi. To'liq asinxron tarmoqlarda bu algoritm samarasiz.
Bunday vaziyatda eng maqbul bo'lgan "uya" CSMA / CA algoritmi bo'lib, u sinxronlashtirilgan kirish (TDMA vaqt bo'limi) va raqobat asosida kirish tamoyillarini birlashtiradi.
Simsiz sensor tarmoqlari sohasidagi ochiq standartlar orasida hozirgi kunga qadar faqat ZigBee standarti ratifikatsiya qilingan, u simsiz aloqa uchun jismoniy qatlam (PHY) va mediaga kirish qatlamini (MAC) tavsiflovchi ilgari qabul qilingan 802.15.4 standartiga asoslangan. shaxsiy tarmoq tarmoqlari (WPAN). Ushbu texnologiya dastlab talab qilmaydigan vazifalar uchun ishlab chiqilgan yuqori tezliklar axborot uzatish. Bunday tarmoqlarning qurilmalari imkon qadar arzon bo'lishi kerak, juda kam quvvat sarfi.
ZigBee yechimlarining shubhasiz afzalliklari orasida muhim kamchiliklarni ham ta'kidlash kerak. Masalan, uch xil toifadagi qurilmalarning mavjudligi (koordinatorlar, marshrutizatorlar va terminal qurilmalari) uning alohida elementlari ishlamay qolganda tarmoqning nosozliklarga chidamliligini sezilarli darajada kamaytiradi.
Bundan tashqari, bunday qurilish tizimni loyihalash bosqichida qurilmalarni joylashtirishni rejalashtirishni talab qiladi, shunga ko'ra, tarmoqning topologiyadagi o'zgarishlarga qarshiligi keskin kamayadi.
Ushbu kamchiliklarning barchasi Mesh tarmoqlaridan mahrum - har bir tugun etkazib berish paytida paketlarni uzatishi mumkin bo'lgan ko'p hujayrali peer-to-peer tarmoqlari. Bunday tarmoqning tugunlari teng va bir-birini almashtiradi - buning natijasida tizimning miqyosi yaxshilanadi va uning xatolarga chidamliligi ortadi.
Simsiz sensorli tarmoq xavfsizlik tizimi imkon qadar ko'proq hududni nazorat qilishi kerak. Shu munosabat bilan, alohida tarmoq tugunlari o'rtasida radiokanal yaratish uchun element bazasini tanlashning asosiy talablaridan biri maksimal aloqa diapazoni hisoblanadi. 433 MGts chastota diapazonida ishlash (Rossiyada bepul foydalanish uchun ochiq) 2,4 gigagertsli mikroto'lqinli diapazonda ishlashga nisbatan bir qator afzalliklarga ega (bular uchun ZigBee qurilmalarining asosiy diapazoni ishlab chiqariladi). Shunday qilib, 433 MGts diapazonida ishonchli aloqa diapazoni bir xil transmitter quvvatiga ega bo'lgan 2,4 gigagertsli diapazonga qaraganda bir necha baravar katta.
Bundan tashqari, 433 MGts diapazonida ishlaydigan qurilmalar radioto'lqinlarning tarqalish yo'lidagi yog'ingarchilik, er o'zgarishi, daraxtlar va boshqalar kabi to'siqlarga nisbatan yaxshi qarshilikka ega. 433 MGts radio to'lqinlari cheklangan joylarda ancha yaxshi tarqaladi, 2,4 gigagertsli radio to'lqinlarga qaraganda metro tunnellari, shahar ko'chalari va boshqalar. Ma'lumot uzatish tezligida 2,4 gigagertsli diapazonning afzalligi xavfsizlik texnologiyalari sohasida muhim emas, chunki uzatiladigan ma'lumotlar miqdori odatda ahamiyatsiz va o'nlab baytlar bilan cheklangan (telemetriya bundan mustasno).
Shunday qilib, ob'ektlarni himoya qilish uchun WSN sayti uchun qabul qiluvchini tanlash 433 MGts diapazonida amalga oshiriladi.
Transceiverlar yuqori energiya samaradorligiga ega bo'lishi kerak (ta'minot kuchlanishi
3,3 V, kam iste'mol oqimlari), minus 40 ... +85 ° S harorat oralig'ida ishlaydi.
Ko'pgina ISM qabul qiluvchi IC-lar orasida XE-MICS qabul qiluvchilar alohida o'rin tutadi. Simsiz sensor tarmoqlarida foydalanish uchun ushbu kompaniyaning 2 ta chiplari mos keladi: XE1203F va
Bular to'g'ridan-to'g'ri (Nol-IF) konvertatsiya qilish sxemasiga muvofiq qurilgan, fazali uzilishlarsiz (CPFSK) va NRZ kodlashsiz 2 darajali chastotani almashtirishni ta'minlaydigan o'rnatilgan bir chipli yarim dupleks qabul qiluvchilardir. Shunday qilib, XEMICS qabul qiluvchi qurilmalarida amalga oshirilgan tashuvchi modulyatsiyasi turi operatsion chastota diapazonidan oqilona foydalanish imkonini beradi.
XE1203F va XE1205F qabul qiluvchilar uchun keng tarqalgan bo'lib, juda kam quvvat iste'moli: 2,4 ... 3,6 V kuchlanish oralig'ida ishlash, iste'mol oqimlari:
Kutish rejimida 0,2 mkA;
Qabul qilish rejimida 14 mA;
Uzatish rejimida 62 mA (+15 dBm) .
Operatsion chastota diapazoni: 433-435 MGts. Harorat diapazoni: minus 40. +85°S. Qabul qiluvchilarni qabul qiluvchilar
E'tiqodlar bir-biriga o'xshash va to'g'ridan-to'g'ri chastota konvertatsiya qilish sxemasiga muvofiq qurilgan. Ushbu modullarga 500 Gts qadamli sigma-delta PLL asosidagi chastota sintezatori o'rnatilgan.
Qabul qiluvchilar qabul qilingan signal darajasining ko'rsatkichiga ega RSSI (Qabul qilingan Signal Strength Indicator), bu chiqish quvvatini dasturlash qobiliyati bilan birgalikda quvvatni moslashuvchan boshqarish g'oyasini amalga oshirishga imkon beradi. Transceiver FEI chastotasini boshqarish moslamasini o'z ichiga oladi (Frequency Error Indicator), bu sizga qabul qiluvchining mahalliy osilatorining chastota ofseti haqida ma'lumot olish va AFCni tashkil qilish imkonini beradi.
Transceiverlarda, shuningdek, qabul qiluvchi ma'lumotlar oqimida dasturlashtiriladigan so'zni (4 baytgacha) aniqlash imkonini beruvchi naqshni aniqlash xususiyati mavjud. oxirgi xususiyat WSN-dagi modullarni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin, bu uzatiladigan paketdagi qo'shimcha baytlar sonini kamaytiradi.
Ikki modul o'rtasidagi asosiy farqlar foydalanishda namoyon bo'ladi turli usullar spektrning kengayishi.
XE1203F qabul qiluvchi qurilmada to'g'ridan-to'g'ri ketma-ketlikning tarqalishi spektri (DSSS) apparat bloki mavjud. DSSS rejimi yoqilganda, har bir ma'lumot biti 11 bitli Barker kodi bilan kodlanadi: 101 1011 1000 yoki 0x5B8h. Barker kodining avtokorrelyatsiya funktsiyasi aniq avtokorrelyatsiya cho'qqisiga ega.
XE1203F dan farqli o'laroq, XE1205F qabul qiluvchi (va unga asoslangan DP1205F moduli) tor polosali qurilmadir. 2-bitli konfiguratsiya registri tomonidan o'rnatilishi mumkin bo'lgan ichki tarmoqli o'tish filtrining eng kichik qiymati 10 kHz (maxsus yordamida qo'shimcha sozlamalar, bu qiymat hatto 7 kHz gacha kamayishi mumkin!). Bu holda mumkin bo'lgan kanallar soni
Bu qobiliyat XE1205F ni aniq tor polosali ilovalar uchun ishlatish imkonini beradi. Tarmoqni toraytirish, agar ma'lumotlar tezligi va chastotaning og'ishi mos ravishda 4800 bit va 5 kHz dan oshmasa va mos yozuvlar osilatorining takt chastotasi yuqori barqarorlikka ega bo'lgan rezonator tomonidan barqarorlashtirilgan bo'lsa yoki chastotani to'g'rilash qo'llanilsa ishlatilishi mumkin.
Transceiver uzatilgan yoki qabul qilingan ma'lumotlar baytlarini saqlash uchun 16 baytli FIFO dan foydalanadi. Ma'lumotlar baytlari FIFO buferidan tashqi standart 3-sim orqali uzatiladi va qabul qilinadi ketma-ket interfeys SPI.
Tor polosali, shuningdek, kanallar o'rtasida almashinishda transmitterni qayta tiklash vaqtining pastligi (~150 mks) chastotani sakrash usuli (FHSS) yordamida radio tizimlarini qurish uchun XE1205F qabul qiluvchi-uzatgichidan foydalanish imkonini beradi. Chastotani sakrash usuli uzatish uchun ajratilgan butun tarmoqli kengligi ma'lum miqdordagi chastota kanallariga bo'linganligini anglatadi. Kanaldan kanalga o'tishlar sinxron ravishda qandaydir ketma-ketlikda (masalan, chiziqli yoki psevdo-tasodifiy) sodir bo'ladi.
XE1205F shuningdek, sinfda yetakchi -121 dBm qabul qiluvchi sezgirligidan ham foyda ko'radi.
Ma'lumot uzatish tezligiga kelsak, Barker kodekidan foydalanganda XE1203F modulining imkoniyatlari hatto xavfsizlik tizimlari uchun ham etarli emas - atigi 1,154 kbps. Bu ko'rsatkich energiya tejovchi WSNni amalga oshirishga imkon bermaydi, chunki CSMA/CA protokoli tomonidan taqdim etilgan uyqu vaqti juda qisqa bo'ladi.
Ob'ektlarni himoya qilish uchun simsiz sensorlar tarmog'i tugunlarining qabul qiluvchilari quyidagilarni ta'minlashi kerak:
kengaytirilgan diapazonga ega tarmoq tarmog'ini yaratish;
FHSS spektrini yoyish texnologiyalarining jismoniy qatlamini amalga oshirish;
atrof-muhitga kirish darajasida amalga oshirish - kirish sinxronizatsiyasi bilan "uya" CSMA / CA.
Yuqorida aytilganlarga asoslanib, ob'ektlarni himoya qilish uchun simsiz sensor tarmog'ining jismoniy va MAC darajalarini tashkil qilish uchun XE1205F qabul qiluvchi modulidan foydalanish afzalroq degan xulosaga kelishimiz mumkin.
Hozirgi vaqtda o'ta muhim (hukumat, harbiy, yadroviy) ob'yektlarga tutashgan hududda, davlat chegarasida yoki javobgarlik zonasida joylashgan hududlarda tajovuzkorning mavjudligi, uning harakati va ruxsatsiz harakatlari to'g'risida tezkor ma'lumot olish uchun hududlarni avtomatlashtirilgan monitoringini tashkil etishga katta e'tibor berilmoqda. Ushbu muammolarni oqilona hal qilish uchun hozirgi vaqtda ishlatilganlardan tubdan farq qiladigan texnik vositalar va algoritmlarning yangi avlodini qo'llash kerak. Simsiz sensor tarmoqlarini yaratish ushbu sohadagi eng istiqbolli yo'nalish hisoblanadi. Bu katta maydonlarning to'liq maqsadli monitoringini ta'minlashga imkon beradi.
Ob'yektlarning xavfsizlik tizimlariga kelsak, buzg'unchilarni aniqlab, tasniflashi, koordinatalarini aniqlashi va uning harakatining yo’nalishlarini bashorat qilishi kerak. Taqsimlangan kuzatish tarmog’iga ega bo'lgan tizim, mustaqil ravishda, ma'lumot oqimlari yo'nalishini o'zgartirishni ta'minlaydi, masalan, ishlamay qolgan yoki vaqtincha ishlamay turgan tugunlarni chetlab o'tib, ma'lumotlarning boshqariladigan hudud va markaziy nuqtaga ishonchli uzatilishini tashkil qiladi. Shuningdek, sensorli aloqa tarmog‘i istiqbolli bo'lib, unda har bir sensorning qabul qiluvchisi aslida ob'yektni aniqlash sensori bo'ladi. Sensorli aloqa tarmog‘ida uzatilayotgan ma'lumotlarning yuqori ishonchliligi va himoyasini ta'minlash uchun aloqa kanalining xususiyatlarini o'zgartirishga, radio qabul qilgichni blokirovka qilishga, ma'lumotlarni ushlab olishga va taqiq qilishga chidamli o'z radio protokollarini ishlab chiqish kerak. Bunday holda, spektrni tarqatish texnologiyalaridan - DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum – To'g'ridan-to'g'ri ketma-ket tarqaladigan spektr) va FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum – Chastotani tezlashtirish spektri) usullaridan foydalanish tavsiya etiladi.


Ushbu maqolada aloqa va xizmat ko'rsatish nuqtai nazaridan sensorli tarmoqlar tasvirlangan. 1, 2 va 3-rasmlar umumiy arxitekturaning kommunikatsion o'zaro ta'sirini va sensorlar tarmoqlarining uchta sinfidagi tarkibiy qismlarning mantiqiy diagrammasini aks ettiradi. 1, 2 va 3-rasmlarda ko'rsatilgan sensor tarmoqlari real sharoitlar to'g'risida ma'lumot to'playdi va ushbu ma'lumotni sensor tarmog'ining "Science and Education" Scientific Journal December 2020 / Volume 1 Issue 9 www.openscience.uz 199 foydalanuvchisiga yetkazadi va har qanday aloqalar simli yoki simsiz texnologiyalar yordamida amalga oshirilishi mumkin bo’ladi, chunki aloqa texnologiyalarini taqsimlashda tarmoq ichida cheklovlar mavjud emas. 1-rasmda avtonom va alohida ishlaydigan izolyatsiya qilingan sensor tarmog'i tasvirlangan va u boshqa tarmoqlardan alohida hisoblanadi.
Ushbu turdagi sensorli tarmoqlarni tor doirada qo'llaniladigan sensorli tarmoqlar deb tasniflash mumkin. 2-rasmda bir nechta sensorli tarmoqlari bo'lgan holat tasvirlangan. Ushbu rasmda ikkitasi mavjud tarmoq interfeysi bilan o'zaro bog'langan tarmoqlar hisoblanadi. Tarmoq interfeysi 1 va 2-rasmlarda va qisqacha 3-rasmda ko'rsatilgandek, sensorlar tarmog'ida turli xil rollarni bajarishi mumkin.


Sensor tarmoqlaridan foydalanish dastur qatlami texnologiyalaridan foydalanishni talab qilishi mumkin, ma'lumotlarni qayta ishlash (ma'lumotlarni integratsiya qilish, ma'lumotlarni filtrlash), sensorli taqdimot va namoyish qilish kabi. Ma'lumotlar sensor tugunlari tomonidan qabul qilinadi va sensorlar tarmog'ida qayta ishlanadi (masalan, sensor tugunlari) yoki 1 va 2-rasmlarda ko'rsatilgandek, sensorlar tarmoqlariga ulangan xizmat ko'rsatuvchi provayderlar 3-rasmda ko'rsatilgandek xizmatlar hisoblanadi.
Sensor tarmoq xizmatlari to'g'ridan-to'g'ri sensor tuguni yoki xizmat ko'rsatuvchi provayder tomonidan taqdim etilishi mumkin. Foydalanuvchilar xizmatlarni vositachisiz, tasodifiy tanlangan yoki tayinlangan sensorli tugundan, masalan, 1 va 2- rasmlarda o'ng tomonda bo'lgan foydalanuvchilar kabi yoki xizmat ko'rsatuvchi provayderdan, masalan, 1-rasmning chap tomonida, rasmning o'rtasida joylashgan foydalanuvchilar kabi xizmatlarni so'rashlari mumkin. Xizmat ko'rsatuvchi provayder sensorli tarmoqlardan to'g'ridan-to'g'ri yoki magistral orqali sensorli ma'lumotlarni to'playdi va taqdim etilayotgan xizmatlarning muzokaralarini osonlashtiradi. Ba'zi hollarda, sensor tugunidan xizmatlarni so'raydigan foydalanuvchi ushbu tugun bilan bevosita bog'liq bo'lishi mumkin.

Xulosa
Xulosa o‘rnida shuni ta’kidlash lozimki, simli yoki simsiz sensorli aloqa tarmoqlari ajralib turadigan o'ziga xos xususiyatlarga ega. Sensor tarmoqlari nafaqat ma'lumotlarni uzatishni, balki ularni yig'ish, qayta ishlash, ma'lumotlar, tarmoq va resurslarni boshqarish, avtomatlashtirish (ma'lumotlarni o'qish va bajarish operatsiyalari), shuningdek boshqa funksiyalar va xizmatlarni ham amalga oshiradi. Darhaqiqat, sensorli aloqa tarmoqlari an’anaviy aloqa tarmoqlaridan masofadan turib boshqarish imkoniyati bilan ham ajralib turadi. O‘z o‘rnida buni an’anaviy tarmoqlarga qaraganda ustun va bir muncha qulay jihatlari mavjud.
ADABIYOT
1. Varaguzin V. Sensorlardan ma'lumotlarni yig'ish, IEEE 802.15.4 standarti asosida monitoring va nazorat qilish uchun radio tarmoqlari // TeleMultiMedia. - 2005.-№6.- S23-27. - www.telemultimedia.ru
2. Vishnevskiy V.M., Lyaxov A.I., Portnoy S.L., Shaxnovich I.V. Axborot uzatish uchun keng polosali simsiz tarmoqlar. - M.: Texnosfera, 2005 - 592 b.
3. Baskakov S., Oganov V. MeshLogic™ platformasi asosidagi simsiz sensorli tarmoqlar // Elektron
Komponentlar. - 2006. - 8-son. - B.65-69.