Simsiz sensor tarmoqlari. (Iot)

O'zaro aloqalar

Anjir. 3. LoRa va Bluetooth simsiz protokollari uchun aloqa imkoniyatlarini o'z ichiga olgan Lairdning RM1xx moduli
LoRaning potentsiali BLE kabi texnologiya bilan birlashganda ikki baravar ko'payadi. Birgalikda ular qisqa va uzoq masofali aloqa uchun ultra past quvvatli simsiz imkoniyatlarni taqdim etadi, bu esa EIoT tarmoqlarining imkoniyatlarini kengaytiradi. Masalan, shaharlarning markaziy qismi hozirgi kunda an'anaviy telekommunikatsiya infratuzilmasidan mustaqil bo'lgan BLE texnologiyasi sensorlar tarmoqlari uchun asos bo'lgan LoRaWAN-ning bir nechta shlyuzlari bilan qoplanishi mumkin. Shunday qilib, LoRa va BLE simbiozi IoT ning kengayishiga, megapolislarda ham, kichik shaharlarda ham "narsalar Interneti" ning keng tarqalishiga to'sqinlik qiladigan to'siqlarni olib tashlaydi. Biroq, LoRA va BLE-ni birlashtirishdan eng katta foyda bu simsiz sensorlar, boshqarish vositalari va boshqa uskunalar bo'lib, ular endi deyarli hamma joyda hech qanday cheklovlarsiz o'rnatilishi mumkin (3-rasm). Bu aniq xizmat aniq BLE hisoblanadi. Bundan tashqari, BLE ushbu qurilmalarga masofadan turib simsiz displey sifatida foydalaniladigan smartfonlar yoki planshetlardan boshqariladigan, masalan, smartfon yoki planshet orqali boshqariladigan qisqa masofali tarmoq ichida birgalikda ishlashga imkon beradi. Shu munosabat bilan, LoRa texnologiyasi, BLE-ning mobil imkoniyatlariga asoslangan holda, uzoq masofalarga ma'lumot yuboradigan va qabul qiladigan radiostansiyali stantsiya vazifasini bajaradi. Bundan tashqari, ushbu masofalarni signal uzatish uchun oddiy shlyuzlar yordamida ko'paytirish mumkin.
LoRa va BLE juftlashishi EIoT tarmoqlarini mutlaqo boshqa texnik darajaga ko'tarish va ularning kengayishini oshirishga imkon berishini ko'rsatadigan ko'plab yaxshi misollar mavjud.
Yuz millionlab yarim Supero'tkazuvchilar sensorlar barcha mumkin bo'lgan narsalarga, masalan, kalitcha ustidagi tugmachadan tortib, bolalar aravachasigacha birlashtiriladigan kun yaqinlashmoqda. Va ularning barchasi nafaqat aqlli sensorlar rolini o'ynabgina qolmay, balki birlamchi ma'lumotni qayta ishlashni amalga oshirishi, shuningdek, simsiz sensorlarning yagona tarmog'ini tashkil etib, bir-biri bilan o'zaro aloqa qilishi mumkin. Bundan tashqari, bunday sensorlar deyarli elektr energiyasini iste'mol qilmaydi, chunki o'rnatilgan miniatyura batareyalari bir necha yil davom etadi, ya'ni sensorlarning butun umri davomida. Bu simsiz sensor tarmog'i orqali ishlaydigan kompyuter tizimining kontseptual yangi turi bo'ladi. Ushbu tarmoq Ad-hoc Simsiz Sensor tarmoqlari deb nomlanadi. Ad-hoc atamasi zamonaviy simsiz tarmoqlardan olingan, masalan, IEEE 802.11b standartida. Bunday simsiz tarmoqlar o'zaro ta'sirning ikki rejimiga ega: infratuzilma rejimi va Ad-hoc. Infratuzilma rejimida tarmoq tugunlari bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri ta'sir o'tkazmaydilar, ammo simsiz tarmoqning o'ziga xos uyasi vazifasini bajaradigan (an'anaviy kabel tarmoqlarida bo'lgani kabi) kirish nuqtasi orqali. "Tengdoshga-tengdosh" (peer-to-peer) deb ham ataladigan rejali rejimda stantsiyalar bir-biri bilan bevosita o'zaro ta'sirlashadi. Shunga ko'ra, simsiz sensorlar tarmoqlarida Ad-hoc rejimi barcha sensorlar bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri o'zaro aloqa o'rnatib, uyali tarmoq turini yaratishni anglatadi.
Simsiz sensor tarmoqlari keyingi davrga o'tishning o'ziga xos bir qadamidir - kompyuterlar jismoniy dunyoga bevosita ulangan va foydalanuvchilarning xohish-istaklarini taxmin qilishlari, shuningdek ular uchun qaror qabul qilishlari mumkin.
Keling, bunday sensor tarmoqlari bizni nimaga olib kelishi haqida bir oz orzu qilaylik. Kichkintoylarning nafasini tinglayotganini tasavvur qiling; klinikadagi bemorlarning holatini kuzatadigan bilaguzuklar; tutun detektorlari, ular kerak bo'lganda nafaqat o't o'chiruvchilarni chaqira olishadi, balki ularni olov manbai va yong'inning qiyinchilik darajasi haqida oldindan xabardor qilishadi. Elektron qurilmalar bir-birini taniy olishadi, quvvat manbalari ularga "ovqatlanish" kerakligini eslatadi.
O'rmonda ulangan yuz minglab sensorlar sensorlarini tasavvur qiling. Bunday o'rmonda adashib qolishning iloji bo'lmaydi, chunki insonning harakati sensorlar tomonidan qayd etiladi va tahlil qilinadi. Boshqa bir misol, dala sharoitida tuproqning holatini kuzatib boradigan va o'zgaruvchan sharoitga qarab sug'orishni va qo'llaniladigan o'g'it miqdorini tartibga soladigan datchiklar.
Yo'llardagi sensorlar tarmoqlari teng darajada foydali bo'ladi. Bir-birlari bilan aloqa qilish orqali ular avtomobillar oqimini tartibga solish imkoniyatiga ega bo'ladilar. Bu har qanday haydovchining orzusi - tirbandliklarsiz yo'llar! Bunday tarmoqlar ushbu vazifani har qanday agentlikka qaraganda ancha samarali hal qila oladilar. Boshqarish muammosi
yo'llardagi huquqbuzarlik o'z-o'zidan hal qilinadi.
Quvvat manbalarini boshqarish uchun sensor tarmoqlaridan foydalanish ajoyib energiya tejashga erishishi mumkin. Sizning kvartirangizda bunday nazorat tarmog'ini tasavvur qiling. Joylashuvingizni kuzatib borish orqali sensorlar hamma joyda yorug'likni o'chirib, kerak bo'lganda yoqishi mumkin. Xo'sh, agar siz ko'chalarni va yo'llarni yoritishni boshqarish uchun bunday tarmoqlardan foydalansangiz, elektr energiyasining etishmasligi muammosi o'z-o'zidan yo'q bo'lib ketadi. Sensor tarmoqlari ertangi kun haqiqatiga aylanishi uchun ushbu yo'nalishda tadqiqotlar allaqachon olib borilmoqda. Va bu sohada etakchi kelajakdagi barcha ilg'or kompyuter texnologiyalarini qo'llab-quvvatlaydigan Intel korporatsiyasi hisoblanadi. Zarur bo'lganda mustaqil avtomatik shakllantirish va sozlash qobiliyatiga ega simsiz ko'p tugunli sensorlar tarmoqlarini rivojlantirishga alohida e'tibor qaratilmoqda. Ushbu texnologiyani amalga oshirish sizga arzon, ammo ayni paytda juda murakkab yarimo'tkazgichli sensor qurilmalarini bir-birlari bilan mustaqil ravishda aloqa qila oladigan, atrof-muhitning turli xil o'zgarishlari to'g'risida xabar berishga imkon beradi. Masalan, Mica sensori 128 kilobayt flesh-xotira, ma'lumotlarni saqlash uchun 256 kilobayt flesh-xotira va 900 MGts chastotada ishlaydigan radio uzatuvchi bilan jihozlangan.
Ushbu qurilmalarning ba'zilari operatsion tizimda ishlaydi.
TinyOS, ushbu operatsion tizim uchun kod ochiq va shunchaki iborat
8,5 Kb
Bunday qurilmalar printsipial jihatdan yangi sohalarda, masalan, yangi tug'ilgan chaqaloqning sog'lig'i holatini kuzatib boradigan va uning hayotiy faoliyatining eng muhim ko'rsatkichlari to'g'risida ma'lumot beradigan aqlli kiyimlarni, bog'langan choyshablarni ishlab chiqarishda, tuproqda yarimo'tkazgich sensorlar o'rnatilgan sug'orish fermalarida qo'llanilishini topadi.
tizim va o'g'itlarni qo'llash. Sensor tarmoq tadqiqotlari Intel
Kaliforniyada joylashgan taniqli Intel Berkeley tadqiqot laboratoriyasi. Bugungi tajriba sensor tarmoqlari yuqoridagi talablarni qisman qondiradi. Shunday qilib, bugungi kunda tarmoqlar qamrov doirasi cheklangan yuzlab sensorlardan iborat va faqat aniq belgilangan vazifalarni bajaradilar. Ular faqat ma'lum bir ma'lumot turini bitta sensordan ikkinchisiga va faqat ma'lum bir tarmoqli kengligida uzatishga qodir. Energiya iste'moli ham ahamiyatsiz emas
- Batareya bir necha kun ishlaydi. Mavjud sensorli sensorlar hali ham harakatsiz, ammo yuqori ishonchlilik va ish paytida ayyorlik (hech bo'lmaganda o'lchamiga qarab) haqida hech qanday savol tug'ilmaydi. Va, albatta, bunday sensorlar ancha qimmat, shuning uchun yuzlab sensorlar tarmog'i qimmat. Ammo biz eksperimental tarmoqlar va kelajakdagi texnologiyalarni rivojlantirish haqida gapirayotganimizni esga olishimiz kerak. Shu bilan birga, tajriba sensor tarmoqlari allaqachon foydalidir. Intel Berkeley tadqiqot laboratoriyasi, Atlantika instituti va Kaliforniya universiteti bilan hamkorlikda yaratilgan ushbu sensor tarmoqlardan biri Menning Buyuk Dak orolida ishlaydi.
Ushbu tarmoqning maqsadi orolda yashaydigan turli xil biologik organizmlarning mikro muhitini o'rganishdir.
Odamning har qanday aralashuvi (hatto o'qish uchun ham) ba'zan keraksiz,
sensor tarmoqlari yordamga keladi, bu odamning bevosita ishtirokisiz barcha kerakli ma'lumotlarni to'plash imkonini beradi.
Sensor tarmog'i nodal element sifatida ikkita taxtadan foydalanadi. Birinchi taxtada harorat sensori, namlik va barometrik bosim sensori va infraqizil datchik mavjud. Ikkinchi taxtada mikroprotsessor (chastotasi 4 MGts), 1 Kb operativ xotira, dasturlar va ma'lumotlarni saqlash uchun flesh-xotira, quvvat manbai (ikkita AA batareyasi) va radio uzatuvchi / mavjud.
900 MGts qabul qilgich. Datchiklar sizga barcha kerakli ma'lumotlarni ro'yxatdan o'tkazishga va asosiy kompyuterning ma'lumotlar bazasiga o'tkazishga imkon beradi. Oldin barcha datchiklar qattiq sinovdan o'tadilar - datchiklari bo'lgan taxta ikki kun davomida suvga botiriladi va uning ishlashi kuzatiladi. Barcha sensor tugunlari bitta simsiz tarmoqni tashkil qiladi va ma'lumot almashish imkoniyatiga ega. Shu bilan birga, ma'lumot uzoq tarmoq tugunidan zanjirdagi shlyuzga (Gateway Sensor), ya'ni bitta tarmoq tugunidan boshqasiga uzatiladi, bu sizga keng qamrov zonasini yaratishga imkon beradi.
Shlyuz orqali ma'lumot asosiy kompyuterga etib boradi. Shlyuz sizga yo'naltirilgan antennadan foydalanadi, bu sizning uzatish masofasini 300 m ga oshirish imkonini beradi Asosiy kompyuterdan ma'lumot sun'iy yo'ldosh orqali Internetda Kaliforniyada joylashgan tadqiqot markaziga uzatiladi.
Laboratoriya xodimlari aniq biologiya va biochips yaratish ustida ishlamoqda. Qattiq narsalar olamini hissiy idrok etishdan tashqari, suyuq muhit va biologik, rivojlanayotgan ob'ektlarni "his qilish" ehtimoli o'rganilmoqda. Bunday tadqiqotlar tibbiy va farmatsevtik ishlanmalar, kimyoviy jarayonlar va biologik mahsulotlar ishlab chiqarish uchun katta istiqbollarni ochib beradi. Sensor tarmoqlarining asosiy maqsadi foydali ma'lumotni qabul qilish va uzatishdir, chunki Intel Berkeley laboratoriyasi mutaxassislari sensorlarni ob'ektlar bilan biriktirish metodologiyasini ishlab chiqmoqdalar, ularning monitoringi ularning zimmasidadir, shuningdek, "aktuator" - sensorlarga asoslangan qurilmalarni yaratish imkoniyatini o'rganishga imkon beradi. vaziyat va nafaqat uning holatini qayd etish. Sensor tarmoqlari harbiy maqsadlar uchun foydalidir. Tarmoqlar mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan variantlardan biri Afg'onistonda sinovdan o'tgan, u erda AQSh qurolli kuchlari dushman harbiy texnikasining harakatlarini kuzatib borish uchun bir necha yuz datchiklarni joylashtirgan. Ammo kirish haqida
Haqiqiy tarmoqlar hayotimizda gapirishga erta, tarmoq xatolarga bardoshli. Sensor tarmog'iga xizmat ko'rsatishni (DoS) rad etish - bu tarmoqdan kutilgan funktsiyani bajarish qobiliyatini kamaytiradigan yoki yo'q qiladigan har qanday hodisa. Sensor tarmoqlarining protokollarini tarmoqning samaradorligiga putur etkazadigan, ammo uning ishonchliligini oshiradigan ko'p darajali arxitekturaga asoslashni taklif qiladilar. Har bir darajaga xos bo'lgan DoS hujumlarining turlari va himoya qilishning maqbul usullari ko'rib chiqiladi. Shunday qilib, bugungi kunda, nomukammallikka va keng qo'llaniladigan tor doiraga qaramay, sensor tarmoqlardan ilm-fan va keyinchalik hayotda foydalanilmoqda.
Saytlardan foydalanilgan materiallar:

Tarix va ko'lami

Sensor tarmog'ining dastlabki prototiplaridan biri SOSUS tizimi deb hisoblanishi mumkin, u suv osti kemalarini aniqlash va aniqlash uchun mo'ljallangan. Simsiz sensor tarmog'i texnologiyalari nisbatan yaqinda - 90-yillarning o'rtalarida rivojlana boshladi. Biroq, 21-asrning boshlarida mikroelektronikaning rivojlanishi bunday qurilmalar uchun juda arzon elementlar bazasini ishlab chiqarish imkonini berdi. Zamonaviy simsiz tarmoqlar asosan ZigBee standartiga asoslanadi. Sensor tarmoqlarini amalga oshirishga tayyor bo'lgan sanoat va bozor segmentlarining katta qismi (ishlab chiqarish, transportning har xil turlari, hayotni ta'minlash, xavfsizlik) va bu raqam doimiy ravishda o'sib bormoqda. Ushbu tendentsiya texnologik jarayonlarning murakkabligi, ishlab chiqarishni rivojlantirish, xavfsizlik, resurslarni boshqarish va inventarizatsiya buyumlaridan foydalanish segmentlarida odamlarning ehtiyojlarining kengayishi bilan bog'liq. Yarimo'tkazgichli texnologiyalarning rivojlanishi bilan sanoat, uy-joy kommunal xo'jaligi va uy xo'jaliklarida sensor tarmoqlaridan foydalanish bilan bog'liq yangi amaliy muammolar va nazariy muammolar paydo bo'ladi. Monitoring parametrlari uchun arzon simsiz sensor qurilmalaridan foydalanish telemetriya va boshqarish tizimlaridan foydalanish uchun yangi joylarni ochadi, masalan:

• 
  Tebranish, harorat, bosim va hokazo kabi parametrlarni boshqarish uchun aktuatorlarning mumkin bo'lgan nosozliklarini o'z vaqtida aniqlash;
  
• 
  Monitoring ob'ektining masofaviy tizimlariga real vaqt rejimida kirishni boshqarish;
  
• 
  Sanoat aktivlarini tekshirish va xizmat ko'rsatishni avtomatlashtirish;
  
• 
  Tijorat aktivlarini boshqarish;
  
• 
  Energiya va resurslarni tejash texnologiyalarining tarkibiy qismi sifatida qo'llash;
  
• 
  Atrof-muhitning ekologik parametrlari monitoringi.
  

Shuni ta'kidlash kerakki, sensor tarmoqlarning uzoq tarixiga qaramay, sensor tarmog'ini qurish kontseptsiyasi oxir-oqibat shakllanmadi va ma'lum dasturiy va apparat (platforma) echimlarida ifodalanmadi. Sensor tarmoqlarini hozirgi bosqichda amalga oshirish ko'p jihatdan sanoat vazifasining o'ziga xos talablariga bog'liq. Arxitektura, dasturiy ta'minot va dasturiy ta'minotni joriy qilish kelajakda ishlab chiqaruvchilar uchun texnologik joy topish uchun ishlab chiqaruvchilarning e'tiborini jalb qiladigan texnologiyaning jadal shakllanish bosqichida.

Texnologiya

Simsiz sensor tarmoqlari (WSN) miniatyura hisoblash moslamalaridan - sensorlar bilan jihozlangan motorlar (harorat, bosim, yorug'lik, tebranish darajasi, joylashuv va boshqalar) va ma'lum bir radio diapazonida ishlaydigan signal uzatgichlari bilan ta'minlangan. Moslashuvchan arxitektura va arzonlashtirilgan o'rnatish xarajatlari aqlli sensorlarning simsiz tarmoqlarini boshqa simsiz va simli ma'lumotlarni uzatish interfeyslaridan ajratib turadi, ayniqsa bir-biriga ulangan ko'plab qurilmalar haqida gap ketganda, sensor tarmog'i 65000 tagacha qurilmalarni ulashga imkon beradi. Simsiz echimlar narxining doimiy pasayishi, ularning ish parametrlarining oshishi, telemetriya ma'lumotlarini yig'ish tizimlarida, masofadan diagnostika va axborot almashish tizimlarida simli echimlardan asta-sekin yo'naltirilishi mumkin. "Sensor Network" bugungi kunda belgilangan atama. Sensor tarmoqlari), maxsus o'rnatishni talab qilmaydigan, nazoratsiz qurilmalar tarmog'ining alohida elementlarining taqsimlangan, o'z-o'zidan tashkil qilinadigan va ishlamay qoladigan tarmog'ini bildiradi. Sensor tarmog'ining har bir tugunida tashqi muhitni kuzatish uchun turli xil sensorlar, mikrokompyuter va radio uzatish moslamasi bo'lishi mumkin. Bu qurilmaga o'lchovlarni amalga oshirish, dastlabki ma'lumotlarni mustaqil ravishda mustaqil ravishda amalga oshirish va tashqi axborot tizimi bilan aloqani ta'minlash imkonini beradi.
802.15.4 / ZigBee "Sensor tarmoqlari" deb nomlanuvchi qisqa masofali radiotexnika WSN - Simsiz sensorlar tarmog'i), resurslar va jarayonlarni monitoring qilish va boshqarish uchun o'zini o'zi tashkil etuvchi ayblarga bardoshli taqsimlangan tizimlarni rivojlantirishning zamonaviy yo'nalishlaridan biridir. Bugungi kunda simsiz sensorlar tarmog'i texnologiyasi bu sensorlar ishlashi uchun juda muhim bo'lgan monitoring va boshqarish vazifalarini hal qiladigan yagona simsiz texnologiya. Simsiz sensor tarmog'iga o'rnatilgan sensorlar ma'lumot to'plash, ishlov berish va uzatish uchun jug'rofiy taqsimlangan o'z-o'zini tashkil qiluvchi tizimni tashkil qiladi. Qo'llanilishning asosiy sohasi jismoniy muhit va ob'ektlarning o'lchangan parametrlarini boshqarish va monitoring qilishdir.

• 
  radio yo'li;
  
• 
  protsessor moduli;
  
• 
  batareya;
  
• 
  turli xil sensorlar.
  

Oddiy tugunni uch turdagi qurilmalar bilan ifodalash mumkin:

•