Simsiz sensorli tarmoqlar

Annotatsiya: Simsiz sensorli tarmoqlarning xarakteristikalari va ushbu tarmoqlar bilan bog'liq asosiy tadqiqot vazifalari tavsifi berilgan. Sensor tarmog'ining simsiz kanali orqali uzatiladigan ma'lumotlarning maxfiyligini ta'minlash muammosi ko'rib chiqiladi. Simsiz datchiklar tarmog'iga asoslangan monitoring tizimining blok-sxemasining tavsifi berilgan va bunday tizimlarni qo'llashning istiqbolli yo'nalishlari aniqlangan.

Kirish

Zamonaviy korxonalarning eng muhim vazifasi xizmatlar ko'rsatish yoki maksimal samaradorlik va minimal xarajatlar bilan mahsulot ishlab chiqarishdir. Korxonada belgilangan me'yorlar va sanoat standartlariga muvofiqligini ta'minlash uchun doimiy monitoringni talab qiladigan ko'plab texnologik jarayonlar mavjud. Zamonaviy korxonalarning ko'lami va jarayonlarning yuqori darajada murakkabligini hisobga olgan holda, zamonaviy axborot texnologiyalari vositalaridan foydalangan holda kompleks avtomatlashtirilgan monitoring vazifasi dolzarb bo'lib qoladi.
Simsiz sensorli tarmoqlar ma'lumotlar uzatish tarmoqlarini rivojlantirishning zamonaviy tendentsiyalaridan biri sifatida bunday muammolarni hal qilish uchun katta imkoniyatlarga ega.

Simsiz sensorli tarmoqlar

Simsiz datchik tarmoqlari - bu kosmosda taqsimlangan, simsiz aloqa kanali orqali yagona tarmoqqa ulangan ko'p sonli o'z-o'zidan quvvatlanadigan miniatyura qurilmalaridan (tugunlaridan) tashkil topgan maxsus toifadagi tarmoqlar.
Ushbu qurilmaga o'lchash funktsiyalari yoki uchinchi tomon uskunalari bilan o'zaro ta'sir qilish funktsiyalarining kiritilishi turli xil ob'ektlar va jismoniy jarayonlarni taqsimlangan monitoring va masofadan boshqarish muammosini hal qilish uchun simsiz sensorli tarmoqlardan foydalanish imkonini beradi.

Simsiz sensorli tarmoqlar ba'zi xarakterli xususiyatlarga ega: tengdoshlar topologiyasi; o'z-o'zini tashkil etish; masshtablilik; xavfsiz ma'lumotlarni uzatish.

Simsiz sensor tarmoqlari odatda tengdoshga jismoniy topologiyaga asoslanadi, buning natijasida tarmoqdagi barcha boshqa qurilmalarni boshqaradigan markaziy qurilma yo'q. Bunday holda, har bir tugun mustaqil bo'lib, bir vaqtning o'zida tarmoq ichidagi "mijoz" (boshqa qurilmalar uchun) va "server" (boshqa qurilmalar uchun) rolini bajaradi. Bundan tashqari, ushbu jismoniy topologiya tarmoq xatolariga chidamliligini ta'minlaydi.
O'z-o'zini tashkil qilish simsiz sensorlar tarmog'ining ajralmas va tirik tizim bo'lib, uning ichki jarayonlarini, xatti-harakatlarini va ma'lumotlar oqimlarini o'zgartirish orqali atrof-muhit o'zgarishlariga javob berish qobiliyatini anglatadi. Bunday jarayonlarga quyidagilar kiradi:

- tarmoq tugunlari o'rtasida trafikni yo'naltirish (jumladan, mobil tugunlari bo'lgan tarmoqlarda trafikni yo'naltirish, tugunlarning mavjudligi turlicha bo'lgan tarmoqlarda trafikni yo'naltirish);

- klasterlash.

Masshtablilik talabi tufayli simsiz sensor tarmog'i o'ziga yangi tugunlarni osongina ulash imkoniyatiga ega bo'lishi kerak.

Simsiz sensorli tarmoqlarda xavfsiz ma'lumotlarni uzatishni ta'minlash monitoring tizimlarini tashkil etishning eng muhim vazifalaridan biri bo'lib, quyidagilarni o'z ichiga oladi:

- tugunlar orasidagi trafikni shifrlash;

- tarmoq tugunlari va trafikni autentifikatsiya qilish;

- tarmoqning xizmat hujumlarini rad etishga chidamliligi.

Simsiz sensor tarmoqlarida xavfsiz ma'lumotlarni uzatishni ta'minlash

Simsiz sensorli tarmoqlarda ma'lumotlarni xavfsiz uzatishni ta'minlash bilan bog'liq muammolarni hal qilishda quyidagi omillarni hisobga olish kerak:

1) tarmoq tugunining cheklangan hisoblash resurslari (mikrokontrollerning operativ xotirasi miqdori 1 dan 4 Kb gacha, takt chastotasi 20 MGts) va ba'zi hollarda tarmoqning o'zi cheklangan resurslari (tugunlar orasidagi o'rtacha uzatish tezligi) 100 bayt / s gacha bo'lishi mumkin);

2) markaziy (asosiy) tugunning yo'qligi - qaror qabul qilishning yagona nuqtasining yo'qligi - simsiz sensor tarmoqlari tengdoshga teng jismoniy topologiyaga asoslanganligi sababli;

3) tarmoq tugunlari o'rtasida simsiz kanal orqali uzatiladigan ma'lumotlar paketining kichik o'lchami, qoida tariqasida, 10-100 bayt.
Shunday qilib, yuqoridagi sabablarga ko'ra simsiz sensor tarmog'idagi ma'lumotlarni himoya qilish uchun an'anaviy kriptografik algoritmlardan foydalanish mumkin emas. Hozirgi vaqtda quyidagi vazifalar dolzarbdir:

1) cheklangan hisoblash resurslariga ega qurilmalarda qo'llashga yo'naltirilgan shifrlash algoritmlarini ishlab chiqish;

2) qurilmaning quvvat sarfini va to'qnashuvlar ehtimolini hisobga olgan holda turli blok uzunliklari bilan ishlay oladigan shifrlash algoritmlarini ishlab chiqish;

3) asosiy ma'lumotlar almashinuvi algoritmlarini ishlab chiqish.

Mualliflar tomonidan olib borilgan tadqiqotlar natijasida simsiz sensor tarmog'idagi tugunlarda foydalanish uchun blokli simmetrik ma'lumotlarni shifrlash algoritmi ishlab chiqildi. Algoritmning shifrlash sxemasi Feistel tarmog'idan foydalanishga va diskret xaotik xaritalashga asoslangan. Strukturaviy elementlarning bunday kombinatsiyasi shifrlangan blokning o'lchami, chiqish ketma-ketligining kriptografik kuchi va shifrlash protsedurasining davomiyligi o'rtasida muvozanatni saqlashga imkon beradi.
Ishlab chiqilgan algoritm 8-bitli Atmel mikrokontrollerlari platformasida amalga oshirilgan va PPS-40A simsiz qabul qiluvchining asosiy funksionalligiga kiritilgan. Algoritmni ko'rsatilgan amalga oshirishning ishlash xususiyatlari: dasturlarni saqlash uchun xotiradan foydalanish - 762 bayt, operativ xotiradan foydalanish - 241 bayt, ma'lumotlarni qayta ishlashning maksimal tezligi - 88,2 Kbit / s (mikrokontrollerning soat chastotasi 20 MGts da).

Simsiz sensorlar tarmog'iga asoslangan monitoring tizimi

Simsiz sensor tarmog'i, o'z navbatida, monitoring tizimining bir qismi - apparat-dasturiy ta'minot majmuasi, simsiz tarmoqdan tashqari, server va foydalanuvchining ish joyini ham o'z ichiga oladi (1-rasm).
Simsiz sensorli tarmoq

Guruch. 1. Monitoring tizimining blok sxemasi

Simsiz sensor tarmog'i bir qancha qabul qiluvchilardan iborat bo'lib, ulangan uskuna yoki sensorlardan ma'lum bir hududdagi ma'lumotlarni to'playdi va bu ma'lumotlarni murakkab aloqa kanali orqali serverda o'rnatilgan dasturiy ta'minotga uzatadi.

O'rnatilgan dasturiy ta'minotga ega bo'lgan server ulangan uskuna yoki sensorlardan keladigan ma'lumotlarni oladi, qayta ishlaydi va saqlaydi, shuningdek, agar kerak bo'lsa, foydalanuvchi buyrug'i bilan ularni yuboradi, boshqaruv harakatlari.

Foydalanuvchining ish joyi shaxsiy kompyuter (yoki boshqa har qanday mobil qurilma, masalan, planshet) bo'lib, undan ma'lumotni tahlil qilish va kerak bo'lganda ulangan uskunaning ishlashini nazorat qilish uchun dasturiy ta'minotga kirish amalga oshiriladi.

Dastur qabul qiluvchilardan olingan ma'lumotlarni saqlaydi va qayta ishlaydi va foydalanuvchi (axborot iste'molchisi yoki tizim ma'muri) tizim bilan o'zaro aloqada bo'lishi uchun interaktiv interfeysni ta'minlaydi. Bu quyidagi funktsiyalarni bajaradi:

- ulangan (faol) uskuna yoki datchiklarni hisobga olish;

- hisobotlarni taqdim etish;

- parametrlarning nazorat qilinadigan chegara darajalarini belgilash, ularning ortishi manfaatdor shaxslarni elektron pochta yoki SMS xabarlar orqali avtomatik ravishda xabardor qiladi;

- axborotni boshqa tizimlarda (ilovalarda) keyingi qayta ishlash uchun kerakli formatga eksport qilish;

- tizimning ishlash parametrlarini belgilash (ma'lumotlarni yig'ish davriyligi, ish rejimlari va boshqalar).
Foydalanuvchilar uchun dasturiy ta'minotga kirish ish stolidan amalga oshiriladi

veb-brauzer (masalan, Internet Explorer) orqali manzillar. Ushbu foydalanish bilan foydalanuvchilarning kompyuterlariga qo'shimcha dasturiy ta'minotni o'rnatishning hojati yo'q, bu tizimni dastlabki joylashtirishni sezilarli darajada tezlashtiradi, shuningdek, yangi xususiyatlarni joriy etish va xatolarni tuzatishni sezilarli darajada osonlashtiradi.

Funktsional maqsad va qamrovi

Apparat-dasturiy kompleksning quyidagi mumkin bo'lgan funktsional maqsadlarini ajratib ko'rsatish mumkin:

- sanoat va texnologik asbob-uskunalarni (qurilmalar, qurilmalar, qurilmalar, mashinalar) boshqarish;

- o'lchash va nazorat qilish asboblaridan (elektr, issiqlik, suv hisoblagichlari) ma'lumotlar va parametrlarni o'qish;

- atrof-muhit parametrlarini o'lchash (harorat, namlik, yorug'lik, tebranishlar, tashqi omillar);

- muhofaza qilinadigan hududni nazorat qilish.

Bunday tizimlar uchun potentsial ilovalar quyidagilardan iborat:
- qishloq xo'jaligi (issiqxona dehqonchiligi, sabzavot do'konlari);

- sanoat va ishlab chiqarish (ishlab chiqarish korxonalari, omborlar);

- Uy-joy kommunal xo‘jaligi boshqarmasi;

- muhofaza qilinadigan hududni nazorat qilish;

- davolash-profilaktika muassasalari;

- uskunaning operativ monitoringi va nazorati zarur bo'lgan boshqa sohalar.

Simsiz sensorli tarmoq apparati
Simsiz sensor tarmog'ining tugunlari sifatida PPS-40A seriyasining ultra keng polosali to'g'ridan-to'g'ri xaotik qabul qiluvchilaridan foydalanish mumkin, ularning tashqi ko'rinishi va blok diagrammasi 2-rasmda ko'rsatilgan. 2 va texnik tavsiflar jadvalda keltirilgan.

Guruch. 2-rasm. Simsiz sensorli tarmoqlar uchun qabul qiluvchi: a - yuqoridan ko'rinish; b - pastki ko'rinish

III1C-40A qabul qiluvchining texnik xususiyatlari

Xarakterli nom Qiymat

Chiqish signalining tarmoqli kengligi 3,1-5,1 GHz

Chiqarilgan signalning o'rtacha quvvati (tezligi 2,5 Mbps) -10 dBm

O'rtacha chiqarilgan signal quvvati (stavka 0,1 Mbps) -21 dBm

Qabul qilish oralig'i 20 m gacha

Jismoniy uzatish/qabul qilish tezligi 2,5/2,5 Mbit/s

Kompyuter va UART sensorlari bilan interfeys

Ta'minot kuchlanishi 4,5 V

Xulosa

Simsiz sensor tarmoqlari - bu o'z-o'zini tashkil qilish, masshtablash va xavfsiz ma'lumotlarni uzatish kabi xususiyatlarga ega bo'lgan ma'lumotlarni uzatish tarmoqlarining maxsus klassi. Simsiz sensorli tarmoqlar apparat va dasturiy ta'minot tizimlarining bir qismi bo'lishi mumkin, ular o'z navbatida keng ko'lamli monitoring va boshqarish muammolarini hal qilish uchun ishlatiladi.