Cooja tarmoq simulyatoridan foydalangan holda IoT o'qitish tizimi

Cooja tarmoq simulyatoridan foydalangan holda IoT o'qitish tizimi

Kalit so'zlar: IoT, IoT xavfsizligi, IoT ta'limi va treningi, IoT simulyatsiyasi, Contiki, Cooja, WSN, RPL.

Imkoniyatlar, shuningdek, qiyinchiliklar doimo texnologiya rivojlanishi bilan birga keladi. Shubhasiz, Internetdan keyin texnologiyaning navbatdagi tendentsiyasi sifatida ko'riladigan narsalar Interneti (IoT) ham bundan mustasno emas.
IoT ning rivojlanishi IoT xavfsizligi haqida mazmunli muhokamani keltirib chiqaradi.
Biroq, turli xil IoT qurilmalari mavjud, ular kichik sensordan uy routerigacha, hatto yirik zavod uskunalarigacha. Kundalik hayotimizda har birimiz bir nechta IoT qurilmalariga ega bo'lishimiz mumkin, lekin ular IoT qurilmalari ekanligini bilmaymiz, bu qurilmalarni hujumga uchramasdan boshqarish. Shu sababli, IoT xavfsizligi bo'yicha ta'lim va o'qitish juda dolzarbdir.
Ushbu dissertatsiya Cooja tarmoq simulyatoridan foydalangan holda IoT o'qitish tizimi bo'lgan IoTrainni taqdim etadi. Foydalanuvchilar IoTrain interfeysi orqali o‘quv qo‘llanmasini tanlashlari va o‘quv qo‘llanmasi ostida turli xil mashg‘ulotlarni, jumladan, Cooja tarmoq simulyatorida simulyatsiyalarni ko‘rish va amaliy simulyatsiyalarni bajarishlari mumkin.
Cooja tarmoq simulyatori - bu Contiki OS-ga kiritilgan va IoTrain-da vosita sifatida ishlatiladigan dastur. Contiki OS kam quvvatli simsiz IoT qurilmalari uchun operatsion tizimdir. IoTrain-ning o'quv mazmuni asosan simsiz sensorli tarmoqlar (WSN), kam quvvat va yo'qolgan tarmoqlar uchun marshrutlash protokoli (RPL) va boshqalarni o'z ichiga oladi.
Tizimni ishlab chiqishning boshida IoTrain quyidagi talablarga javob berish uchun ishlab chiqilgan: ochiq manba, parallel, turli darajadagi foydalanuvchilar uchun, kontentga boy, arzon va boshqarish oson. Ushbu tizim talablari tizimni baholash ko'rsatkichlari hamdir.
Tizimni loyihalashdan oldin o'qitish rejimi, o'quv jarayoni va IoT ta'lim mazmunining tuzilishi taklif qilingan.
Trening rejimi va o'qitish jarayoni foydalanuvchilarni qanday o'qitish masalasini hal qiladi. IoTrain chiqarilsa, foydalanuvchilarning ko'p turlariga duch kelishi sababli, birinchi navbatda foydalanuvchilarni tadqiq qilish va tasniflash kerak. Ushbu tezisda ular taxminan uch darajaga bo'lingan.
Birinchi daraja - yangi boshlanuvchilar. Bu odamlar guruhi IoT va IoT xavfsizligi haqida hech qanday ma'lumotga ega emas, deyish mumkin, shuning uchun ularni o'qitish noldan boshlanishi kerak.
Ikkinchi daraja - IoT va IoT xavfsizligi haqida noaniq tushunchaga va bilimga ega bo'lgan oraliq foydalanuvchilar, ammo tizimli o'qitish yo'qligi sababli, bu tushuncha va xabardorlik ularning kundalik hayotida hujumga duchor bo'lish ehtimolini kamaytirishda cheklangan yordamga ega.
Uchinchi daraja - bu tegishli kurslarni o'qigan yoki dasturlash qobiliyatiga ega bo'lgan katta bilim zahirasiga ega bo'lgan ilg'or foydalanuvchilar.
Biroq, vaqt yoki pul xarajatlari kabi turli cheklovlar tufayli ular IoT va IoT xavfsizligi haqida ko'proq ma'lumotga ega bo'lishmadi.
Aksariyat odamlar odatda o'rganish usulini nazarda tutadigan bo'lsak, o'z-o'zini o'rganish uchun qo'llanma yoki materialni topish keng tarqalgan. Shu sababli, barcha darajadagi foydalanuvchilar, ayniqsa yangi boshlanuvchilar uchun o'quv qo'llanmalari ularga o'quv mazmuni sifatida taqdim etiladi.
Foydalanuvchilar interfeys orqali qiziqtirgan darsliklarni tanlashlari va tegishli treningni yakunlashlari mumkin. Bu yuqorida aytib o'tilgan o'quv jarayoni.
Yangi boshlanuvchilar oraliq foydalanuvchiga aylanganda va keyin bu oraliq foydalanuvchilar ham tegishli o'quv qo'llanmalarini tugatsa, ular tabiiy ravishda ilg'or foydalanuvchilarga aylanadi. Ushbu bosqichda ushbu ilg'or foydalanuvchilar Contiki-ga asoslangan dasturlashni, ilovalarni ishlab chiqishni o'rganadilar va hatto ilg'or qo'llanmalar rahbarligida ba'zi hujumlarni simulyatsiya qilish uchun Contiki OS manba kodini o'zgartiradilar. "O'quv qo'llanmalari" dan "simulyatsiyalarni ko'rish" dan "bajarish
amaliy simulyatsiyalar”, ushbu treninglar seriyasi “o‘rganish-ko‘rish-bajarish” o‘quv rejimidir.
Trening mazmuni butun tizimning o'zagi hisoblanadi. IoT bo'yicha treningdan o'tmoqchi bo'lgan kishi uchun birinchi navbatda narsalar Interneti haqidagi ba'zi asosiy bilimlarni o'rganish, so'ngra tarmoq yoki xavfsizlik kabi IoT bo'yicha ilg'or bilimlarni tushunishdir. Chunki asosiydan yuqori darajaga qadar har qanday bilimni o‘rganish qonunidir. Shunday qilib, ta'lim mazmuni tuzilmasini loyihalashda o'quv mazmuni birinchi navbatda uchta toifaga bo'linadi, ya'ni tizimni joriy etish, fundamental o'qitish va xavfsizlik bo'yicha trening.
IoTrain asosan uch qismdan, ya'ni ma'lumotlar bazasi, funksiya va interfeysdan iborat.
Ma'lumotlar bazasi o'quv mazmunini saqlash uchun ishlatiladi. Butun tizim tufayli hozirda faqat uchta o'quv fayli turi mavjud va bu fayllar soni kichik, shuning uchun ma'lumotlar bazasi professional ma'lumotlar bazasini boshqarish dasturidan foydalanmasdan qurilgan va barcha fayllar tasniflanadi va butun loyihaning papkalari va pastki papkalarida saqlanadi.
Funktsiyalarga tizim muhitini sozlash, interfeys va variantlarni ko'rsatish, shuningdek, foydalanuvchilarning imkoniyatlariga ko'ra ochiq darsliklar va qisman simulyatsiya fayllari kiradi.
IoTrain interfeysi terminal oynasida tezkor variantlar sifatida amalga oshiriladi.
Butun tadqiqotda eng muhim hissa - bu ta'lim mazmuni tuzilishi taklifi. Bu IoTrain rivojlanishining rejasi.
Bundan tashqari, u nafaqat IoTrain tizimining kelajakdagi rivojlanishi uchun, balki boshqa IoT ta'lim tizimlarini rivojlantirish uchun ham yuqori mos yozuvlar qiymatiga ega.
IoTrain tizimini ta'lim mazmuni tuzilmasi asosida ishlab chiqish ushbu tadqiqotning ikkinchi hissasidir. Turli bosqichlarni bosib o'tgandan so'ng, tizim prototip bosqichiga yetdi, bu erda tizimning o'qitish mazmuni tuzilishi, funktsiyalari va interfeyslari amalga oshirildi.
IoT treningida simulyatsiyadan foydalanish haqiqatan ham foydali urinishdir. Simulyatorlardan foydalanish nafaqat ishlab chiqish xarajatlarini kamaytiradi, balki o'quv mazmuni shakllarini oshiradi, shu bilan birga mashg'ulotlarni yanada qiziqarli va samarali qiladi.
Ushbu tezisda, birinchi navbatda, men tadqiqotning asosi, motivatsiyasi va hissasi bilan tanishaman. Ikkinchidan, men tadqiqotning butun jarayoni bilan bog'liq asosiy bilimlarni qo'shaman. Uchinchidan, men IoTrain-ni, shu jumladan tizim talablari, dizayn va amalga oshirish bilan tanishtiraman. Nihoyat, tizimni baholash va xulosa taqdim etiladi.

Sanoatning qiyin muhitida simsiz sensor tarmoqlarini qanday joylashtirish mumkin. Sensorli simsiz tarmoqlar Sensorli tarmoqlarni qo'llash Zamonaviy simsiz texnologiyalar haqida umumiy ma'lumot Sensor arxitekturasi Sensorli sensor, boshqa telekommunikatsiya tugunlari kabi, apparat va dasturiy ta'minotdan iborat. Umuman olganda, sensor quyidagilardan iborat quyi tizimlar: idrok, ma'lumotlarni qayta ishlash, monitoring, aloqa va elektr ta'minoti (1.1 -rasm). 1.1 -rasm - Sensorning umumiy arxitekturasi. Qabul qilish quyi tizimi, qoida tariqasida, ma'lum statistikani qayd etuvchi analog qurilmadan va analogdan raqamli konvertordan iborat. Ma'lumotni qayta ishlash quyi tizimida markaziy protsessor va xotira mavjud bo'lib, ular nafaqat sensor tomonidan yaratilgan ma'lumotlarni, balki aloqa quyi tizimining to'g'ri va to'liq ishlashi uchun zarur bo'lgan xizmat ma'lumotlarini saqlashga imkon beradi. Monitoring quyi tizimi sensorga namlik, harorat, bosim, magnit maydon, havoning kimyoviy tahlili va boshqalar kabi atrof -muhit ma'lumotlarini to'plash imkonini beradi. Shuningdek, sensorni giroskop, akselerometr bilan to'ldirish mumkin, bu joylashishni aniqlash tizimini yaratishga imkon beradi. Simsiz aloqa va mikrosxemalar miniatyurasining rivojlanishi axborot va kompyuter texnologiyalarining yangi ufqlarini ochmoqda. Ko'p tarmoqli tarmoqlardan tashqari, keyingi tugun uning xususiyatlarini tahlil qilish asosida tanlanganida, masalan, energiya darajasi, ishonchliligi va boshqalar kabi, yanada murakkab marshrutlash protokollari mavjud. Vaziyat simsiz sensor tarmog'ining tugunlari harakat qilganda murakkablashadi - tarmoq topologiyasi dinamik bo'ladi. Sensorni kichik telekommunikatsiya qurilmasi sifatida (bir kub santimetrdan ko'p bo'lmagan) amalga oshirish uchun ko'pgina texnik jihatlarni hisobga olish kerak. Markaziy protsessor chastotasi kamida 20 MGts bo'lishi kerak, operativ xotira hajmi kamida 4 KB, uzatish tezligi kamida 20 Kbit / s. Uskunani optimallashtirish sensorning hajmini kamaytiradi, lekin uning narxining oshishiga olib keladi. Operatsion tizim (OS) ishlatilgan protsessor arxitekturasi uchun optimallashtirilishi kerak. Cheklangan resurslar va kichik xotira hajmi OSni ROMda joylashtirishni rag'batlantiradi. Hozirgi vaqtda Tiny OS ochiq manba keng tarqalgan bo'lib, turli ishlab chiqaruvchilarning sensorlarini ancha moslashuvchan boshqarishga imkon beradi. Tarmoq sohasida datchiklarning cheklangan quvvat manbai katta cheklovlar qo'yadi sensorli tarmoqlarda qo'llanilishi mumkin bo'lgan radiotexnologiyalardan foydalanish. Shuni ham ta'kidlash kerakki, protsessorning cheklangan ishlashi standart IP -marshrutlash protokollaridan foydalanishga ruxsat bermaydi. - optimal yo'l algoritmini hisoblashning yuqori murakkabligi markaziy protsessorni ortiqcha yuklaydi. Bugungi kunga kelib, sensorli tarmoqlar uchun ko'p sonli maxsus marshrutlash protokollari ishlab chiqilgan. Sensor tarmoqlarida ma'lumotlarni uzatish texnologiyasini ishlab chiqish sensorlar tarmog'ini qurishda eng muhim vazifalardan biridir, chunki uning o'ziga xos me'moriy va tizimli xususiyatlari bir qator jiddiy cheklovlarni qo'yadi, ular orasida quyidagilarni ta'kidlash kerak: Cheklangan energiya zaxiralari, buning natijasida ta'sir doirasi cheklangan; Cheklangan protsessor ishlashi; Cheklangan makonda ko'p sonli tugunlarning bir vaqtda ishlashi; Tugunlarning ekvivalentligi, mijoz-server arxitekturasi o'ziga xos kechikishlar tufayli qo'llanilmaydi; Litsenziyalanmagan chastota spektrida ishlash; Arzon. Hozirgi vaqtda sensorli tarmoqlarning rivojlanishi men yuqorida aytib o'tgan IEEE 802.15.4 Zigbee standartiga asoslangan. Bundan tashqari, shuni eslatib o'tamanki, Zigbee Alliance ZigBee radiodan foydalanish monitoringi, sanoat avtomatizatsiyasi, datchiklar, xavfsizlik, boshqaruv, maishiy texnika va boshqa dasturlarda qo'llanilishini taxmin qiladi. Shunday qilib, sensorli tarmoq ilovalarini bir necha asosiy toifalarga bo'lish mumkin: Xavfsizlik, favqulodda vaziyatlar va harbiy harakatlar; Tibbiyot va sog'liq; Ob -havo, atrof -muhit va qishloq xo'jaligi; Zavodlar, fabrikalar, uylar, binolar; Transport tizimlari va avtomobillar. Men yuqoridagi toifadagi sensorli tarmoqlarning aniq qo'llanilishi holatlarini ko'rib chiqaman. Sensor tarmoqlari hech bo'lmaganda quyidagi stsenariylarda ishlatilishi mumkin. Sensor tarmoqlarini qo'llash Simsiz sensorli tarmoqlar o'ziga xos xususiyatlarga ega o'pka xususiyatlari tarqatish, o'z-o'zini tashkil qilish va chidamlilik. Ma'lumot yig'ish uchun yangi paradigma sifatida paydo bo'lgan simsiz sensorlar tarmoqlari sog'liqni saqlash, atrof -muhit nazorati, energiya, oziq -ovqat xavfsizligi va ishlab chiqarish bilan bog'liq keng maqsadlarda ishlatilgan. So'nggi bir necha yil ichida sensorli tarmoqlarning haqiqiy bo'lishi uchun ko'plab old shartlar mavjud. Bir nechta prototipli sensorli tugunlar qurilgan, ular orasida Berklidagi Motes, MITdagi uAMPS va Raysdagi GNOMES. Sensor tarmoqlarining asosiy funktsiyalari joylashishni aniqlash, aniqlash, kuzatish va aniqlashdir. Harbiy dasturlardan tashqari, oddiy vazifalarga asoslangan fuqarolik arizalari ham mavjud bo'lib, ularni yashash joylari monitoringi, atrof -muhit monitoringi, sog'liqni saqlash va boshqa tijoratga bo'lish mumkin. ilovalar. Bundan tashqari, yaqinda Sibley g'ildiraklar bilan jihozlangan va maydon bo'ylab harakatlana oladigan Robomote nomli mobil sensorni yaratdi. Fuqarolik dasturlari uchun sensorli tarmoqlardan foydalanishga bo'lgan birinchi urinishlardan biri sifatida, Berkli va Intel tadqiqot laboratoriyasi Mote sensorlar tarmog'idan 2002 yil yozida Buyuk Duck orolidagi (Meyn) bo'ron ko'rsatkichlarini kuzatish uchun foydalangan. Sensor sensorlarning uchdan ikki qismi Meyn sohillari yaqinida Putin (Internet) haqidagi real vaqtda kerakli (foydali) ma'lumotlarni to'plash uchun o'rnatildi. Tizim 4 oydan ko'proq ishladi va ma'lumotlarni taqdim etdi 2 oy davomida olimlar yomon ob -havo sharoiti tufayli orolni tark etishdi (qishda). Bu yashash muhitini kuzatish dasturi sensorli tarmoq ilovalarining muhim sinfidir. Eng muhimi, tarmoq datchiklari odamlar uchun noqulay bo'lgan xavfli muhitda ma'lumot to'plashga qodir. Monitoring tadqiqotlari davomida dizayn mezonlari, shu jumladan dizaynni yaratish, masofadan kirish va ma'lumotlarni boshqarish imkoniyatiga ega bo'lgan sensor tizimini yaratish ko'rib chiqildi. Sensorli tarmoq tizimlarining prototipini ishlab chiqishga olib keladigan talablarga javob berishga ko'p urinishlar qilingan. Berkli va Intel tadqiqot laboratoriyasi foydalanadigan sensorlar tizimi, atrof -muhit haqidagi qiziqarli ma'lumotlarni to'plashda samarali bo'lgan va olimlarga muhim ma'lumotlarni taqdim etgan. Sensor tarmoqlari kuzatish va bashorat qilish (taxmin qilish) sohasidagi ilovalarni topdi. Milliy ob-havo xizmati simsiz sensorlar tarmog'i bilan ishlab chiqilgan real vaqt rejimida avtomatlashtirilgan mahalliy baholash (ALERT) tizimi bunday ilovaning jonli namunasidir. Meteorologik / gidrologik sezish moslamalari bilan jihozlangan sensorlar bu sharoitda odatda mahalliy ob -havoning suv sathi, harorat, shamol kabi bir qancha xususiyatlarini o'lchaydilar. Ma'lumotlar tayanch stantsiyadagi sensorlar orqali ko'rish liniyasi orqali radioaloqa orqali uzatiladi. To'fonni bashorat qilish modeli ma'lumotlarni qayta ishlash va avtomatik ogohlantirish berish uchun moslashtirilgan. Tizim beradi muhim ma'lumotlar yog'ingarchiliklar va suv sathi bo'yicha, mamlakatning istalgan joyida suv toshqini xavfini baholash. Joriy (joriy) ALERT tizimi AQShning g'arbiy sohillarida o'rnatilgan bo'lib, Kaliforniya va Arizonadagi suv toshqinlarining oldini olish uchun ishlatiladi. So'nggi paytlarda sensorlar tizimlari sog'liqni saqlash sohasida keng qo'llanilmoqda, ular bemorlar va shifokorlar tomonidan glyukoza darajasini, saraton detektorlarini va hatto sun'iy organlarni kuzatish va kuzatish uchun ishlatilgan. Olimlar inson tanasiga turli maqsadlar uchun biomedikal datchiklarni joylashtirish imkoniyatini taklif qilmoqdalar. Bu sensorlar ma'lumotni simsiz interfeys orqali tashqi kompyuter tizimiga uzatadi. Kasallikning tashxisi va davolashini aniqlash uchun bir nechta biomedikal datchiklar ilovalar tizimiga birlashtirilgan. Biotibbiy datchiklar tibbiy yordamning yanada rivojlangan darajasini ko'rsatadi. Simsiz sensorli tarmoqlar va an'anaviy kompyuter va telefon tarmoqlari o'rtasidagi asosiy farq - ma'lum bir operator yoki provayderga tegishli bo'lgan doimiy infratuzilmaning yo'qligi. Sensor tarmog'idagi har bir foydalanuvchi terminali 1.2 -rasmda ko'rsatilgandek, nafaqat oxirgi qurilma, balki tranzit tuguni sifatida ham ishlash imkoniyatiga ega.
Источник: https://fortagame.ru/uz/setevoe-oborudovanie/kak-razvernut-besprovodnye-sensornye-seti-v-slozhnyh-usloviyah-industrialnoi-sredy-besprovodnye-sen.html © fortagame.ru | Комплектующие. Компьютеры. Оргтехника. Программы. Световое оборудование

1.2 -rasm - Tarmoq sensorlarini ulashga misol Yuz millionlab yarimo'tkazgichli sensorlar kalit fobdan tortib chaqaloq aravachasiga qadar hamma narsaga birlashtiriladigan kun yaqinlashmoqda. Va ularning barchasi nafaqat aqlli sensorlar vazifasini bajaribgina qolmay, balki ma'lumotlarni birlamchi qayta ishlashni, shuningdek, simsiz sensorlar tarmog'ini tashkil qilib, bir -biri bilan o'zaro aloqada bo'lish imkoniyatiga ega bo'ladi. Shu bilan birga, bunday sensorlar deyarli elektr energiyasini iste'mol qilmaydi, chunki o'rnatilgan miniatyurali batareyalar bir necha yil, ya'ni sensorlarning butun hayoti davomida xizmat qiladi. Bu simsiz sensor tarmog'i yordamida ishlaydigan kompyuter tizimining kontseptual jihatdan yangi turi bo'ladi. Ushbu tarmoq odatda Ad-hoc Simsiz Sensor Tarmoqlari deb nomlanadi. Ad-hoc atamasi IEEE 802.11b standarti kabi zamonaviy simsiz tarmoqlardan olingan. Bu simsiz tarmoqlarda ikkita aloqa rejimi mavjud: infratuzilma rejimi va maxsus rejim. Infratuzilma rejimida tarmoqning tugunlari bir -biri bilan to'g'ridan -to'g'ri emas, balki simsiz tarmoqdagi o'ziga xos uyaning vazifasini bajaradigan kirish nuqtasi orqali ta'sir o'tkazadi (an'anaviy kabel tarmoqlarida bo'lgani kabi). Ad-hoc rejimida, "Peer-to-Peer" deb ham ataladi, stantsiyalar bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri muloqot qiladi. Shunga ko'ra, simsiz sensorli tarmoqlarda Ad-hoc rejimi barcha sensorlar bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri o'zaro aloqada bo'lib, o'ziga xos uyali tarmoq yaratilishini anglatadi. Simsiz sensorli tarmoqlar - bu kompyuterlar jismoniy dunyo bilan to'g'ridan -to'g'ri bog'langan va foydalanuvchilarning xohish -istaklarini taxmin qila oladigan, shuningdek ular uchun qarorlar qabul qila oladigan keyingi davrga o'tishning o'ziga xos qadami. Keling, bunday sensorli tarmoqlar bizga kelajakda nima berishi haqida bir oz orzu qilaylik. Kichkintoylar chaqaloqlarning nafas olayotganini tasavvur qiling; klinikadagi bemorlarning ahvolini kuzatuvchi bilaguzuklar; tutun detektorlari, ular kerak bo'lganda nafaqat o't o'chiruvchilarni chaqira oladi, balki ularni olov manbasi va olovning murakkablik darajasi to'g'risida oldindan xabardor qiladi. Elektron qurilmalar bir -birini taniy oladi, quvvat manbalari ularga "yangilanishi" kerakligini eslatadi. Tasavvur qiling, o'rmonda birlashtirilgan yuz minglab sensorlar. Bunday o'rmonda adashib bo'lmaydi, chunki odamning harakati sensorlar yordamida qayd qilinadi va tahlil qilinadi. Yana bir misol - tuproq holatini kuzatish va o'zgaruvchan sharoitga qarab sug'orish va qo'llaniladigan o'g'itlar miqdorini tartibga solish uchun dala datchiklari. Yo'llardagi sensorli tarmoqlar ham xuddi shunday foydali bo'ladi. Bir -birlari bilan muloqot qilish orqali ular mashinalar oqimini tartibga sola oladilar. Bu har qanday haydovchining orzusi - tirband bo'lmagan yo'llar! Bunday tarmoqlar bu vazifani har qanday agentlikka qaraganda ancha samarali hal qila oladi. Nazorat muammosi yo'llardagi huquqbuzarliklar o'z -o'zidan hal qilinadi. Quvvatni boshqarish uchun sensorli tarmoqlardan foydalanish ajoyib energiya tejashga erishadi. Sizning kvartirangizda bunday nazorat tarmog'ini tasavvur qiling. Joylashuvingizni kuzatish orqali sensorlar orqangizdagi chiroqni o'chirishi va kerak bo'lganda yoqishi mumkin bo'ladi. Xo'sh, agar siz bunday tarmoqlardan ko'cha va yo'llarning yoritilishini nazorat qilish uchun foydalansangiz, elektr energiyasi etishmasligi muammosi o'z -o'zidan yo'qoladi. Sensorli tarmoqlar ertangi haqiqatga aylanishi uchun bu yo'nalishdagi tadqiqotlar allaqachon olib borilmoqda. Va bu sohada etakchi - kelajakdagi barcha ilg'or hisoblash texnologiyalarini qo'llab -quvvatlaydigan Intel korporatsiyasi. O'z-o'zini shakllantirish va kerak bo'lganda avtomatik sozlash imkoniyatiga ega simsiz ko'p tugunli sensorli tarmoqlarni rivojlantirishga alohida e'tibor qaratilmoqda. Ushbu texnologiyani amalga oshirish, atrof -muhitdagi ba'zi o'zgarishlar to'g'risida hisobot berib, mustaqil ravishda bir -biri bilan aloqa o'rnatishga qodir bo'lgan, lekin juda murakkab yarimo'tkazgichli sensorli qurilmalar tarmog'ini joylashtirishga imkon beradi. Masalan, Slyuda sensori 128 kilobaytli flesh -xotira dasturi, ma'lumotlarni saqlash uchun 256 kilobaytli flesh -xotira va 900 MGts chastotali radio uzatgich bilan birga keladi. Ushbu qurilmalarning ba'zilari operatsion tizimda ishlaydi TinyOS, bu operatsion tizim kodi ochiq manba va hamma narsadan iborat 8.5 Kb. Bunday qurilmalar mutlaqo yangi sohalarda, masalan, yangi tug'ilgan chaqaloqning sog'lig'ini kuzatib boradigan va uning hayotiy funktsiyalarining eng muhim ko'rsatkichlari, yarimo'tkazgichli sensorlar o'rnatilgan aqlli fermalar to'g'risida hisobot beradigan aqlli kiyimlar, ko'rpa ishlab chiqarishda qo'llanilishini topadi. tuproq sug'orishni boshqaradi tizim va urug'lantirish. Intel korporatsiyasida sensorli tarmoqlarni tadqiq qilish Kaliforniyada joylashgan mashhur Intel Berkeley tadqiqot laboratoriyasi. Bugungi kunda mavjud bo'lgan eksperimental sensorli tarmoqlar yuqoridagi talablarga qisman javob beradi. Shunday qilib, bugungi kunda tarmoqlar qamrov doirasi cheklangan yuzlab datchiklardan iborat va faqat aniq belgilangan vazifalarni bajaradi. Ular ma'lum bir turdagi ma'lumotni bitta sensordan boshqasiga va faqat ma'lum bir tarmoqli kengligida uzatishga qodir. Energiya iste'moli ham ahamiyatsiz emas. - Batareya bir necha kunga yetadi. Mavjud sensorli sensorlar hali ham inert bo'lib qolmoqda va ishning ishonchliligi va ko'rinmasligi haqida hech qanday gap yo'q (hech bo'lmaganda kattaligi tufayli). Va, albatta, bunday sensorlar ancha qimmat, shuning uchun yuzlab sensorlar tarmog'i arzon emas. Ammo shuni esda tutish kerakki, biz eksperimental tarmoqlar va kelajak texnologiyasini rivojlantirish haqida gapirayapmiz. Shu bilan birga, eksperimental sensorli tarmoqlar allaqachon foyda keltirmoqda. Intel Berkli tadqiqot laboratoriyasi, Atlantika instituti va Kaliforniya universiteti birgalikda yaratgan shunday sensorlar tarmog'i Meynning Buyuk o'rdak orolida ishlaydi. Ushbu tarmoqning maqsadi orolda yashovchi turli xil biologik organizmlarning mikro-yashash muhitini o'rganishdir. Insonning har qanday aralashuvi (hatto o'rganish maqsadida ham) ba'zida keraksiz bo'ladi. Bu erda sensorli tarmoqlar yordamga keladi, bu esa odamlarning bevosita ishtirokisiz barcha kerakli ma'lumotlarni to'plash imkonini beradi. Sensor tarmog'i tugun elementlari sifatida ikkita taxtadan foydalanadi. Birinchi taxtada harorat sensori, namlik va barometrik bosim sensori va infraqizil sensor mavjud. Ikkinchi platada mikroprotsessor (chastotasi 4 MGts), Operativ xotira 1KB hajm, dasturlar va ma'lumotlarni saqlash uchun flesh xotira, quvvat manbai (ikkita AA batareyasi) va radio uzatuvchi / 900 MGts chastotada ishlaydigan qabul qiluvchi. Datchiklar sizga barcha kerakli ma'lumotlarni ro'yxatdan o'tkazishga va uni asosiy kompyuter ma'lumotlar bazasiga o'tkazishga imkon beradi. Barcha sensorlar oldindan sinchkovlik bilan tekshiriladi - datchikli doska ikki kun davomida suvga botiriladi va uning funksionalligini nazorat qiladi. Barcha sensorli tugunlar bitta simsiz tarmoqni tashkil qiladi va ular ma'lumot almashish imkoniyatiga ega. Shu bilan birga, ma'lumotni masofaviy tarmoq tugunidan shlyuzga (Gateway Sensor) o'tkazish zanjir bo'ylab, ya'ni bitta tarmoq tugunidan boshqasiga o'tadi, bu sizga keng qamrovli maydonni yaratishga imkon beradi. Ma'lumot shlyuz orqali asosiy kompyuterga etib boradi. Shlyuz yo'nalishli antennadan foydalanadi, bu esa uzatish masofasini 300 m gacha oshirish imkonini beradi.Host kompyuterdan ma'lumot sun'iy yo'ldosh orqali Kaliforniyada joylashgan tadqiqot markaziga uzatiladi. Laboratoriya xodimlari aniq biologiya va biochiplar yaratish ustida faol ishlamoqda. Qattiq narsalar olamini sezuvchi idrok qilishdan tashqari, suyuq muhit va biologik, rivojlanayotgan ob'ektlarni "sezish" ehtimoli o'rganilmoqda. Bunday tadqiqotlar tibbiyot va farmatsevtika sohasini rivojlantirish, kimyoviy jarayonlarni amalga oshirish va biologik mahsulotlar ishlab chiqarish uchun ulkan istiqbollarni ochib beradi. Sensorli tarmoqlarning asosiy maqsadi foydali ma'lumotlarni qabul qilish va uzatish bo'lgani uchun, Berklidagi Intel laboratoriyasi mutaxassislari sensorlarni nazorat qilish uchun javobgar bo'lgan ob'ektlar bilan birlashtirish usulini ishlab chiqish bilan band, shuningdek "aktuatorlar" ni yaratish imkoniyatlarini o'rganmoqda. " - vaziyatga ta'sir ko'rsatadigan va uning holatini qayd eta olmaydigan sensorlarga asoslangan qurilmalar. Shubhasiz, sensorli tarmoqlar harbiy dasturlar uchun foydalidir, tarmoqlarning mumkin bo'lgan variantlaridan biri Afg'onistonda "jangovar" sinovdan o'tkazilgan bo'lib, u erda AQSh harbiylari dushman harbiy texnikasining harakatini kuzatish uchun bir necha yuz datchiklarni joylashtirgan. Biroq, kirish haqida Haqiqiy tarmoqlar hayotimizda deyishga hali erta, tarmoq xatolarga bardoshli. Sensorli tarmoqqa xizmat ko'rsatishni rad etish (DoS) hujumi - bu tarmoqning o'z vazifasini bajarish qobiliyatini kamaytiradigan yoki yo'q qiladigan har qanday hodisa. Mualliflar sensorli tarmoq protokollarini qatlamli arxitekturaga asoslashni taklif qilmoqdalar, bu tarmoq samaradorligiga putur etkazishi mumkin, lekin uning ishonchliligini oshiradi. Har bir qatlam uchun xos bo'lgan DoS hujumlarining turlari va qabul qilinadigan himoya usullari muhokama qilinadi. Shunday qilib, bugungi kunda ham, nomukammal va juda tor doirada bo'lishiga qaramay, sensorlar tarmoqlari fanda va keyinchalik hayotda qo'llanilmoqda. Sayt materiallari ishlatilgan: Simsiz sensorli tarmoqlar: umumiy nuqtai Akuldiz I.F. Ingliz tilidan tarjima qilingan: Levjinskiy A.S. izoh Maqolada mikroelektromekanik tizimlar, simsiz aloqa va raqamli elektronika kombinatsiyasi natijasida amalga oshirilgan sensor tarmoqlari tushunchalari tasvirlangan. Sensor tarmoqlarining vazifalari va salohiyati o'rganiladi, ularning rivojlanishiga ta'sir etuvchi faktlar ko'rib chiqiladi. Sensor tarmoqlarini qurish arxitekturasi, arxitekturaning har bir qatlami uchun ishlab chiqilgan algoritmlar va protokollar ham ko'rib chiqiladi. Maqolada sensorli tarmoqlarni joriy etish masalalari ko'rib chiqilgan. 1.Kirish Mikroelektromekanik tizimlar (MEMS) texnologiyasi, simsiz aloqa va raqamli elektronika sohasidagi so'nggi yutuqlar kichik va bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa qiladigan arzon, kam quvvatli, ko'p funktsiyali motlarni (tugunlarni) yaratishga imkon berdi. Ko'p sonli kichik tugunlarning birgalikdagi ishiga asoslangan sensorlar tarmoqlari, ular ma'lumotlarni yig'ish va qayta ishlash modullaridan, uzatuvchidan iborat. Bunday tarmoq an'anaviy sensorlar to'plamidan muhim afzalliklarga ega. An'anaviy sensorlarning ikkita asosiy xususiyati bor: Sensorlar kuzatilgan hodisadan uzoqda joylashgan bo'lishi mumkin. Ushbu yondashuv maqsadlarni shovqinlardan ajratish uchun ba'zi murakkab texnikalardan foydalanadigan ko'plab sensorlarni talab qiladi. Siz faqat ma'lumotlarni to'playdigan bir nechta sensorlarni joylashtirishingiz mumkin. Sensorlarning joylashuvi va topologiyasini diqqat bilan loyihalash. Ular kuzatuvlarni markaziy tugunlarga o'tkazadilar, bu erda ma'lumotlarni yig'ish va qayta ishlash amalga oshiriladi. Sezgi tarmog'i kuzatilgan hodisaga yaqin zich joylashgan ko'p sonli tugunlardan (motlardan) iborat. Motlarning pozitsiyasini oldindan hisoblash shart emas. Bu imkon beradi tasodifiy ularni etib borish qiyin bo'lgan joylarga joylashtiring yoki tez yordamni talab qiladigan yordam operatsiyalarida foydalaning. Boshqa tomondan, bu tarmoq protokollari va motlarning ishlashi uchun algoritmlar o'z-o'zini tashkil qilishi kerak degan ma'noni anglatadi. Sensor tarmoqlarining yana bir o'ziga xos xususiyati - bu alohida tugunlarning hamkorligi. Mots protsessor bilan jihozlangan. Shuning uchun, ular dastlabki ma'lumotlarni uzatish o'rniga, oddiy hisob -kitoblar yordamida uni qayta ishlashlari va faqat kerakli va qisman qayta ishlangan ma'lumotlarni uzatishlari mumkin. Yuqorida tavsiflangan xususiyatlar sensorli tarmoqlar uchun keng ko'lamli ilovalarni taqdim etadi. Bunday tarmoqlardan sog'liqni saqlash, harbiy ehtiyojlar va xavfsizlikni ta'minlashda foydalanish mumkin. Masalan, bemorning fiziologik ma'lumotlarini shifokor masofadan turib kuzatishi mumkin. Bu bemor uchun ham qulay va shifokorga uning hozirgi holatini tushunishga imkon beradi. Sensor tarmoqlar yordamida havo va suvdagi begona kimyoviy moddalarni aniqlash mumkin. Ular ifloslantiruvchi moddalarning turini, kontsentratsiyasini va joylashishini aniqlashga yordam beradi. Aslida, sensorli tarmoqlar atrof -muhitni yaxshiroq tushunishga imkon beradi. Biz kelajakda simsiz sensorli tarmoqlar hozirgi shaxsiy kompyuterlardan ko'ra hayotimizning ajralmas qismi bo'lishini tasavvur qilamiz. Simsiz sensorli tarmoqlardan foydalanishni talab qiladigan bu va boshqa loyihalar maxsus texnikani talab qiladi. An'anaviy simsiz tarmoqlar uchun ko'plab protokollar va algoritmlar ishlab chiqilgan, shuning uchun ular sensorli tarmoqlarning o'ziga xos xususiyatlari va talablariga juda mos kelmaydi. Sensor va tengdosh tarmoqlar o'rtasidagi farqlar quyidagicha: Sensor tarmog'idagi tugunlar soni tengdoshlar tarmog'idagi tugunlardan kattaroq kattalikdagi bir necha tartibda bo'lishi mumkin. Tugunlar bir -biriga mahkam joylashtirilgan. Tugunlar muvaffaqiyatsizlikka moyil. Sensorli tarmoq topologiyasi tez -tez o'zgarishi mumkin Tugunlar asosan efirga uzatiladigan xabarlardan foydalanadi, ko'pchilik tengdosh tarmoqlar esa nuqtali aloqaga asoslangan. Tugunlarning quvvati, ishlov berish quvvati va xotirasi cheklangan. Tugunlar umumiy identifikatsiya raqamiga (GID) ega bo'lolmaydi, chunki qo'shimcha xarajatlar ko'p va sensorlar ko'p. Tarmoqdagi tugunlar zich joylashganligi uchun qo'shni tugunlar bir -biriga juda yaqin bo'lishi mumkin. Shunday qilib, sensorli tarmoqlardagi ko'p tarmoqli ulanishlar to'g'ridan-to'g'ri ulanishlarga qaraganda kamroq quvvat sarflaydi. Bunga qo'shimcha ravishda, ma'lumot signalining past kuchidan foydalanish mumkin, bu maxfiy kuzatuvda foydalidir. Multi-hop aloqasi shaharlararo simsiz aloqadagi ba'zi qiyinchiliklarni samarali bartaraf eta oladi. Tugunlar uchun eng muhim cheklovlardan biri - kam quvvat sarfi. Mots cheklangan energiya manbalariga ega. Shunday qilib, an'anaviy tarmoqlar yuqori signal sifatiga erishishga qaratilgan bo'lsa -da, mot tarmoq protokollari asosan energiyani tejashga qaratilishi kerak. Ular foydalanuvchiga tarmoqli kengligini qisqartirish yoki ma'lumotlarni uzatish kechiktirishini oshirish orqali mittining umrini uzaytirishga imkon beradigan mexanizmlarga ega bo'lishi kerak. Hozirgi vaqtda ko'plab tadqiqotchilar ushbu talablarga javob beradigan sxemalarni loyihalash bilan shug'ullanmoqdalar. Ushbu maqolada biz hozirda sensorli tarmoqlar uchun mavjud bo'lgan protokollar va algoritmlar haqida umumiy ma'lumot beramiz. Bizning maqsadimiz - bu sohadagi dolzarb tadqiqot muammolarini yaxshiroq tushunishdir. Shuningdek, biz dizayn cheklovlarini o'rganishga harakat qilamiz va dizayn muammolarini hal qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan vositalarni aniqlaymiz. Maqola quyidagicha tartibga solingan: ikkinchi bo'limda biz sensor tarmoqlarining salohiyati va foydaliligini tasvirlaymiz. 3 -bo'limda biz bunday tarmoqning dizayniga ta'sir etuvchi omillarni muhokama qilamiz. Biz 4 -bo'limda ushbu sohadagi mavjud texnikalarni batafsil o'rganishni ko'rib chiqamiz va 5 -bo'limda umumlashtiramiz. 2. Simsiz sensorli tarmoqlarni qo'llash Sensor tarmoqlari turli xil seysmik, magnitli, termal, infraqizil, akustik kabi turli xil sensorlardan iborat bo'lishi mumkin, ular atrof -muhitni o'lchashning har xil turlariga ega. Masalan, masalan: harorat, namlik, avtomobil harakati, chaqmoq holati, bosim, tuproq tarkibi, shovqin darajasi, ba'zi narsalarning mavjudligi yoki yo'qligi; mexanik yuk ob'ektning tezligi, yo'nalishi va o'lchami kabi dinamik xarakteristikalar. Harakatlarni doimiy sezish, hodisalarni aniqlash va aniqlash uchun ishlatish mumkin. Mikro sezish kontseptsiyasi va simsiz ulanish bunday tarmoqlar uchun ko'plab yangi ilovalarni va'da qiladi. Biz ularni asosiy sohalarga ko'ra tasnifladik: harbiy dasturlar, ekologik tadqiqotlar, sog'liqni saqlash, uylarda va boshqa tijorat sohalarida foydalanish. Ammo siz bu tasnifni kengaytirib, kosmik tadqiqotlar, kimyoviy ishlov berish va tabiiy ofatlardan qutulish kabi boshqa toifalarni qo'shishingiz mumkin. 2.1. Harbiy foydalanish Simsiz sensorli tarmoqlar harbiy qo'mondonlik, aloqa, razvedka, kuzatuv va yo'nalish tizimlarining (C4ISRT) ajralmas qismi bo'lishi mumkin. Tez joylashish, o'z-o'zini tashkil qilish va chidamlilik sensorlar tarmog'ining o'ziga xos xususiyatlari bo'lib, ularni vazifalarni hal qilishning istiqbolli vositasiga aylantiradi. Sensor tarmoqlari bir martalik va arzon tugunlarni zich joylashtirishga asoslangan bo'lishi mumkinligi sababli, ularning ba'zilarini jangovar harakatlar paytida yo'q qilish an'anaviy datchiklarni yo'q qilish bilan bir xilda harbiy operatsiyaga ta'sir qilmaydi. Shuning uchun sensorlar tarmog'idan foydalanish janglar uchun yaxshiroq mos keladi. Keling, bunday tarmoqlardan foydalanishning yana bir qancha usullarini sanab o'tamiz: do'stona kuchlarning qurollari va o'q -dorilarini kuzatish, jangni kuzatish; erga yo'naltirish; janglardan etkazilgan zararni baholash; yadroviy, biologik va kimyoviy hujumlarni aniqlash. Do'stona kuchlar, qurol -yarog 'va o'q -dorilarni kuzatish: Rahbarlar va qo'mondonlar o'z qo'shinlarining holatini, jang maydonidagi asbob -uskunalar va o'q -dorilarning holati va mavjudligini sensorli tarmoqlar yordamida doimiy kuzatib borishlari mumkin. Datchiklar har bir transport vositasiga, ularning holati to'g'risida xabar beradigan asbob -uskunalarga va tanqidiy o'q -dorilarga ulanishi mumkin. Bu ma'lumotlar kalit tugunlarida to'planadi va rahbarlarga yuboriladi. Ma'lumotlar boshqa qismlar ma'lumotlari bilan birlashishi uchun buyruqlar ierarxiyasining yuqori darajalariga yo'naltirilishi mumkin. Jangovar kuzatuvlar: Tanqidiy bo'limlar, marshrutlar, marshrutlar va bo'g'ozlar tezda dushman kuchlari faoliyatini o'rganish uchun sensorli tarmoqlar bilan yopilishi mumkin. Operatsiyalar paytida yoki yangi rejalar ishlab chiqilgandan so'ng, jangni kuzatish uchun sensorli tarmoqlar istalgan vaqtda joylashtirilishi mumkin. Dushman kuchlari va relefini kashf qilish: Datchik tarmoqlari o'ta muhim joylarga joylashtirilishi mumkin va dushman qo'shinlari va relefi haqida qimmatli, batafsil va o'z vaqtida ma'lumotlarni dushman ularni tutib olishidan bir necha daqiqa ichida to'planishi mumkin. Maqsad: Sensor tarmoqlari o'q -dorilarni nishonga olish tizimlarida ishlatilishi mumkin. Jangdan keyingi zararni baholash: Hujumdan oldin yoki keyin darhol zararni baholash ma'lumotlarini to'plash uchun sensorli tarmoqlarni maqsadli hududga joylashtirish mumkin. Yadro, biologik va kimyoviy hujumlarni aniqlash: Kimyoviy yoki biologik quroldan foydalanganda, nolga yaqin bo'lsa, kimyoviy vositalarni o'z vaqtida va aniq aniqlash muhim ahamiyatga ega. Sensor tarmoqlari kimyoviy yoki biologik hujumlarning oldini olish tizimi sifatida ishlatilishi mumkin va qisqa vaqt ichida to'plangan ma'lumotlar qurbonlar sonini keskin kamaytirishga yordam beradi. Bunday hujumlar aniqlangandan so'ng, siz batafsil tarmoqlarni tekshirish uchun sensorli tarmoqlardan foydalanishingiz mumkin. Masalan, radiatsiya bilan ifloslangan taqdirda odamlarni nurlanish ta'siriga uchratmasdan, razvedka ishlarini olib borish mumkin. 2.2. Atrof -muhitni qo'llash Sensor tarmoqlari qo'llaniladigan ekologiyaning ba'zi sohalari: qushlar, mayda hayvonlar va hasharotlar harakatini kuzatish; ekin va chorvachilikka ta'sirini aniqlash maqsadida atrof -muhit holatini kuzatish; sug'orish; erni keng miqyosda kuzatish va sayyoralarni o'rganish; kimyoviy / biologik aniqlash; o'rmon yong'inlarini aniqlash; meteorologik yoki geofizik tadqiqotlar; toshqinlarni aniqlash; va ifloslanish tadqiqotlari. O'rmon yong'inini aniqlash: Cho'tkalarni o'rmonda strategik va zich joylashtirish mumkin bo'lganligi sababli, ular yong'inni boshqarib bo'lmaydigan holga kelguniga qadar olovning aniq kelib chiqishini aniqlay oladi. Millionlab o'lchagichlarni doimiy ravishda joylashtirish mumkin. Ular quyosh panellari bilan jihozlanishi mumkin, chunki tugunlar bir necha oy yoki hatto yillar davomida qarovsiz qoldirilishi mumkin. Moylar taqsimlangan sezish vazifalarini bajarish va simli sensorlarni to'suvchi daraxtlar va qoyalar kabi to'siqlarni engish uchun birgalikda ishlaydi. Atrof-muhitning bio-holatini xaritalash: axborotni vaqt va makonga integratsiyalash uchun murakkab yondashuvlarni talab qiladi. Masofadan zondlash texnologiyasi va ma'lumotlarni avtomatik yig'ishdagi yutuqlar tadqiqot xarajatlarini ancha kamaytirdi. Bu tarmoqlarning afzalligi shundaki, tugunlar Internetga ulanishi mumkin, bu masofali foydalanuvchilarga atrof -muhitni boshqarish, kuzatish va kuzatish imkonini beradi. Sun'iy yo'ldosh va havodagi sensorlar turlarning xilma -xilligini, masalan, dominant o'simlik turlarining fazoviy murakkabligini kuzatishda foydali bo'lsa -da, ular ekotizimning katta qismini tashkil etuvchi kichik elementlarni kuzatish imkonini bermaydi. Natijada, maydonda simsiz sensorli tarmoq tugunlarini joylashtirish zarurati tug'ildi. Ilovaning bir misoli - Janubiy Kaliforniyadagi qo'riqxonada atrof -muhitning biologik xaritasini tuzish. Uch maydon tarmoq bilan qoplangan, ularning har birida 25-100 ta tugun bor, ular atrof-muhit holatini doimiy kuzatib borish uchun ishlatiladi. Suv toshqinlarini aniqlash: AQShning ogohlantirish tizimi. Ogohlantirish tizimida joylashgan bir nechta turdagi sensorlar yomg'ir, suv sathi va ob -havoni aniqlaydi. Cornell universitetidagi COUGAR qurilmalari ma'lumotlar bazasi loyihasi va Rutgers universitetidagi DataSpace loyihasi kabi tadqiqot loyihalari suratlarni yaratish va uzoq muddatli ma'lumotlarni yig'ish uchun tarmoqdagi alohida tugunlar bilan o'zaro ishlashning turli yondashuvlarini o'rganmoqda. Qishloq xo'jaligi: Sensor tarmoqlarining afzalligi, shuningdek, suvdagi pestitsidlar, tuproq eroziyasi va havoning ifloslanish darajasini real vaqtda kuzatib borish imkoniyatidir. 2.3. Tibbiyotda qo'llanilishi Tibbiy maqsadlardan biri - nogironlar uchun asboblar; bemorni kuzatish; diagnostika; shifoxonalarda dori vositalaridan foydalanishni monitoring qilish; inson fiziologik ma'lumotlarini yig'ish; shifoxonalarda shifokorlar va bemorlarni kuzatish. Inson fiziologik monitoringi: sensor tarmoqlari tomonidan to'plangan fiziologik ma'lumotlar uzoq vaqt saqlanishi va tibbiy tadqiqotlar uchun ishlatilishi mumkin. O'rnatilgan tugunlar, shuningdek, qariyalarning harakatlarini kuzatishi va, masalan, yiqilishning oldini olishi mumkin. Bu tugunlar kichik va bemorga katta harakat erkinligini beradi, shu bilan birga shifokorlarga kasallik alomatlarini oldindan aniqlash imkonini beradi. Bundan tashqari, ular kasalxonada davolanishdan ko'ra bemorlarning farovon hayotiga hissa qo'shadilar. Bunday tizimning imkoniyatlarini sinab ko'rish uchun Grenobl - Fransiya tibbiyot fakultetida "Sog'lom aqlli uy" yaratildi. ... Kasalxonada shifokorlar va bemorlarni kuzatish: har bir bemorda kichik va engil tarmoqli tugun mavjud. Har bir tugunning o'ziga xos vazifasi bor. Masalan, biri yurak urish tezligini kuzatishi mumkin, ikkinchisi qon bosimini o'lchaydi. Shifokorlarning tugunlari ham bo'lishi mumkin, shunda ularni boshqa shifokorlar kasalxonada topishadi. Kasalxonalarda dori -darmonlar monitoringi: Dori -darmonlarga tugun biriktirilishi mumkin, keyin noto'g'ri dori tarqatish ehtimolini minimallashtirish mumkin. Shunday qilib, bemorlarda allergiya va kerakli dori -darmonlarni aniqlaydigan tugunlar bo'ladi. Yuqorida tavsiflangan kompyuterlashtirilgan tizimlar, ular noto'g'ri dori vositalarining yon ta'sirini kamaytirishga yordam berishi mumkinligini ko'rsatdi. 2.4. Uyda foydalanish Uy avtomatizatsiyasi: Aqlli tugunlarni changyutgich, mikroto'lqinli pech, muzlatgich va videomagnitafon kabi maishiy texnika bilan birlashtirish mumkin. Ular bir -biri bilan va tashqi tarmoq bilan Internet yoki sun'iy yo'ldosh orqali o'zaro aloqada bo'lishlari mumkin. Bu oxirgi foydalanuvchilarga qurilmalarni uyda ham, masofadan turib ham oson boshqarish imkonini beradi. Aqlli muhit: aqlli muhit dizayni ikki xil yondashuvni qabul qilishi mumkin, ya'ni insonga yoki texnologiyaga asoslangan. Birinchi yondashuvda, aqlli muhit oxirgi foydalanuvchilarning ehtiyojlari bilan ular bilan o'zaro munosabatda bo'lishi kerak. Texnologiyaga asoslangan tizimlar uchun yangi apparat texnologiyalari, tarmoq echimlari va o'rta dasturlar ishlab chiqilishi kerak. Aqlli muhit yaratish uchun tugunlardan qanday foydalanish mumkinligi haqidagi misollar tasvirlangan. Tugunlarni mebel va asbob -uskunalarga o'rnatish mumkin, ular bir -biri bilan va xona serveri bilan aloqa o'rnatishi mumkin. Xona serveri boshqa xona serverlari bilan ham aloqa o'rnatishi mumkin, ular bosib chiqarish, skanerlash va faks yuborish kabi xizmatlar haqida bilib oladi. Ushbu serverlar va sensorli tugunlar mavjud ko'milgan qurilmalarga birlashtirilishi va maqolada tasvirlangan boshqaruv nazariyasi modeliga asoslangan o'z-o'zini tartibga soluvchi, o'z-o'zini tartibga soluvchi va moslashtiruvchi tizimlarni tashkil qilishi mumkin. 3. Sensor tarmoq modellarining rivojlanishiga ta'sir etuvchi omillar. Sensor tarmoqlarining dizayni ko'plab omillarga bog'liq bo'lib, ular xatolarga bardoshlik, o'lchovlilik, ishlab chiqarish xarajatlari, ish muhitining turi, sensor tarmog'i topologiyasi, apparat cheklovlari, aloqa modeli va energiya sarfini o'z ichiga oladi. Bu omillar ko'plab tadqiqotchilar tomonidan hisobga olinadi. Biroq, bu tadqiqotlarning hech biri tarmoqlarning dizayniga ta'sir etuvchi barcha omillarni to'liq hisobga olmaydi. Ular muhim, chunki ular sensorli tarmoqlar uchun protokol yoki algoritmlarni ishlab chiqish bo'yicha ko'rsatma bo'lib xizmat qiladi. Bundan tashqari, bu omillar turli modellarni solishtirish uchun ishlatilishi mumkin. 3.1. xatolarga chidamlilik Ba'zi komponentlar energiya etishmasligi, jismoniy shikastlanish yoki uchinchi tomon aralashuvi tufayli ishdan chiqishi mumkin. Tugunning ishdan chiqishi sensor tarmog'ining ishiga ta'sir qilmasligi kerak. Bu ishonchlilik va chidamlilik masalasidir. Xatolarga bardoshlik - tugun ishlamay qolganda sensorlar tarmog'ining funksionalligini uzilishlarsiz saqlab turish qobiliyati. Ishonchlilik Rk (t) yoki tugunning xatolarga bardoshliligi Poisson taqsimoti yordamida modellashtirilgan bo'lib, vaqt oralig'ida tugun ishlamasligi ehtimolini aniqlaydi (0; t) Shuni ta'kidlash kerakki, protokollar va algoritmlarni xato darajasiga yo'naltirish mumkin. Sensor tarmoqlarini qurish uchun bardoshlik zarur ... Agar tugunlar joylashgan muhit buzg'unchilikka kamroq moyil bo'lsa, protokollar buzilmasligi mumkin. Misol uchun, agar namlik va harorat darajasini kuzatish uchun uyga tugunlar o'rnatilgan bo'lsa, xatolarga bardoshlik talablari past bo'lishi mumkin, chunki bunday sensorli tarmoqlar ishdan chiqa olmaydi va atrofdagi "shovqin" ularning ishlashiga ta'sir qilmaydi. Boshqa tomondan, agar tugunlar jang maydonida kuzatuv uchun ishlatilsa, qarshilik yuqori bo'lishi kerak, chunki kuzatuv juda muhim va tugunlar harbiy harakatlar paytida yo'q qilinishi mumkin. Natijada, chidamlilik darajasi sensor tarmoqlarining qo'llanilishiga bog'liq va modellar buni hisobga olgan holda ishlab chiqilishi kerak. 3.2. Miqyoslilik Fenomenni o'rganish uchun joylashtirilgan tugunlar soni yuzlab yoki minglab bo'lishi mumkin. Ilovaga qarab, raqam ekstremal qiymatlarga (million) yetishi mumkin. Yangi modellar bu sonli tugunni boshqarishi kerak. Ular, shuningdek, diametri 10 m dan kam bo'lishi mumkin bo'lgan hududda bir necha tugunlardan bir necha yuzgacha bo'lishi mumkin bo'lgan yuqori zichlikdagi sensorli tarmoqlardan foydalanishlari kerak. Zichlikni quyidagicha hisoblash mumkin: 3.3. Ishlab chiqarish xarajatlari Sensorli tarmoqlar ko'p sonli tugunlardan tashkil topganligi sababli, har bir tugun narxi tarmoqning umumiy xarajatlarini oqlaydigan darajada bo'lishi kerak. Agar tarmoq narxi an'anaviy datchiklarni joylashtirishdan yuqori bo'lsa, u iqtisodiy jihatdan foydali emas. Natijada, har bir tugunning narxi past bo'lishi kerak. Endi Bluetooth uzatgichidan foydalangan tugunning narxi 10 dollardan kam. PicoNode narxi taxminan $ 1. Shunday qilib, sensorli tarmoq tugunining narxi ulardan foydalanishning iqtisodiy asoslanishi uchun 1 dollardan ancha past bo'lishi kerak. Arzon qurilma hisoblangan Bluetooth tugunining narxi sensor tarmoq tugunlarining o'rtacha narxlaridan 10 baravar yuqori. E'tibor bering, tugunda qo'shimcha modullar ham bor, masalan, ma'lumotlarni yig'ish moduli va ma'lumotlarni qayta ishlash moduli (3.4 -bo'limda tasvirlangan.) Bunga qo'shimcha ravishda, ular joylashuvni aniqlash tizimi yoki quvvat generatori bilan jihozlanishi mumkin. sensorli tarmoqlar. Natijada, tugunlarning narxi, hatto $ 1 dan kam bo'lsa ham, funktsional imkoniyatlarni hisobga olgan holda qiyin masala. 3.4. Uskuna xususiyatlari Sensorli tarmoq tuguni 4 -rasmda ko'rsatilgandek to'rtta asosiy komponentdan iborat. 1: ma'lumotlarni yig'ish birligi, ishlov berish birligi, uzatuvchi va quvvat manbai. Qo'shimcha modullarning mavjudligi tarmoqlarning qo'llanilishiga bog'liq, masalan, joylashishni aniqlash modullari, quvvat generatori va mobilizator (MAC) bo'lishi mumkin. Ma'lumot yig'ish moduli odatda ikki qismdan iborat: sensorlar va analog-raqamli konvertorlar (ADC). Sensor tomonidan kuzatilgan hodisaga asoslangan analog signal ADC yordamida raqamli signalga aylantiriladi va keyin ishlov berish birligiga beriladi. Xotiradan foydalanadigan protsessor moduli boshqa tugunlar bilan birgalikda belgilangan monitoring vazifalarini bajarishga imkon beruvchi protseduralarni boshqaradi. Transmitter birligi (qabul qiluvchi) tugunni tarmoqqa ulaydi. O'rnatishning eng muhim tarkibiy qismlaridan biri bu elektr ta'minoti. Quvvat manbai qayta zaryadlanishi mumkin, masalan, quyosh panellari yordamida. Ma'lumotni uzatuvchi va yig'uvchi ko'pgina tugunlar o'z joylashuvini yuqori aniqlikda bilishi kerak. Shuning uchun umumiy sxemaga pozitsiyani aniqlash moduli kiritilgan. Ba'zida sizga mobilizator kerak bo'lishi mumkin, agar kerak bo'lsa, topshirilgan vazifalarni bajarish zarur bo'lganda jihozni harakatga keltiradi. Bu modullarning barchasini gugurt qutisi kattaligida saqlash kerak bo'lishi mumkin. Tugun o'lchami kub santimetrdan kam bo'lishi mumkin va havoda qolish uchun etarlicha yorug'lik bo'lishi mumkin. O'lchamdan tashqari, tugunlarda boshqa qattiq chegaralar mavjud. Ular: juda kam energiya sarflaydi, qisqa masofalarda ko'p sonli tugunlar bilan ishlash, ishlab chiqarish tannarxining pastligi avtonom bo'lish va qarovsiz ishlash, muhitga moslashish. Tugunlarga kirish imkonsiz bo'lib qolishi mumkinligi sababli, sensorlar tarmog'ining ishlash muddati alohida tugunlarning kuchiga bog'liq. Quvvat manbai cheklangan va hajmi cheklangan. Masalan, aqlli tugunning umumiy energiya ta'minoti taxminan 1 J ni tashkil qiladi. Simsiz integratsiyalangan sensorlar tarmog'i (WINS) uchun, uzoq vaqt ishlashini ta'minlash uchun o'rtacha zaryad darajasi 30 LA dan past bo'lishi kerak. Zaryadlanuvchi batareyalar yordamida, masalan, atrof -muhitdan energiya olish orqali, sensorli tarmoqlarning ishlash muddatini uzaytirish mumkin. Quyosh panellari zaryadlashning eng yaxshi namunasidir. Tugunli ma'lumotlarni uzatish moduli aqlli tugun yoki radiochastotali (RF) uzatgichdagi kabi passiv yoki faol optik qurilma bo'lishi mumkin. RFni uzatish uchun ma'lum bir tarmoqli kengligi, filtrlash moduli, demodulyatsiyani ishlatadigan modulyatsiya moduli kerak bo'ladi, bu ularni murakkab va qimmatroq qiladi. Bundan tashqari, antennalar erga yaqin joylashganligi sababli ikkita tugun o'rtasida ma'lumot uzatish yo'qotilishi mumkin. Biroq, ko'pchilik mavjud sensorli tarmoq loyihalarida radioaloqaga ustunlik beriladi, chunki ma'lumotlar uzatish chastotalari past (odatda 1 Gts dan past) va qisqa masofalar tufayli uzatish tsikli tezligi yuqori. Bu xususiyatlar past radiochastotalardan foydalanishga imkon beradi. Shu bilan birga, energiyani tejaydigan va past chastotali radio uzatgichlarni loyihalash hali ham texnik jihatdan qiyin vazifa bo'lib qolmoqda va Bluetooth qurilmalarini ishlab chiqarishda qo'llaniladigan mavjud texnologiyalar sensor tarmoqlari uchun etarli darajada samarali emas, chunki ular ko'p energiya sarflaydi. Garchi bugungi kunda protsessorlar hajmi doimiy ravishda kamayib, quvvati oshib borayotgan bo'lsa -da, tugun orqali ma'lumotlarni qayta ishlash va saqlash hali ham uning zaif nuqtasi hisoblanadi. Masalan, tugunlarni qayta ishlashning aqlli moduli 4 MGtsli Atmel AVR8535 protsessoridan, ko'rsatmalar uchun 8 KB hajmli mikrokontrolderdan, flesh -xotiradan, 512 baytli RAMdan va 512 baytli EEPROMdan iborat. OS uchun 3500 bayt va kod uchun 4500 bayt bo'sh xotira bo'lgan bu modul TinyOS operatsion tizimidan foydalanadi. Boshqa prototipli lAMPS tugunining ishlov berish modulida 59-206 MGts chastotali SA-1110 protsessori mavjud. IAMPS xostlari ko'p tarmoqli L-OS operatsion tizimidan foydalanadilar. Ma'lumot yig'ish vazifalarining aksariyati tugunning joylashishini bilishni talab qiladi. Tugunlar odatda tasodifiy va qarovsiz bo'lgani uchun ular joylashishni aniqlash tizimi yordamida hamkorlik qilishlari kerak. Joylashuvni aniqlash ko'plab sensorlarni yo'naltirish protokollarida qo'llaniladi (tafsilotlar uchun 4 -bo'limga qarang). Ba'zilar, har bir tugun 5 metr aniqlikda ishlaydigan global joylashishni aniqlash tizimi (GPS) moduliga ega bo'lishini taklif qilishadi. Maqolada ta'kidlanishicha, sensorli tarmoqlar ishlashi uchun barcha GPS tugunlarini jihozlash shart emas. Muqobil yondashuv mavjud, bu erda faqat ba'zi tugunlar GPS -dan foydalanadi va boshqa tugunlarga erdagi o'rnini aniqlashga yordam beradi. 3.5. Tarmoq topologiyasi Tugunlarning ishlamay qolishi va tez -tez nosozliklarga moyil bo'lishi tarmoqni saqlashni qiyinlashtiradi. Sensor tarmog'i hududida yuzdan bir necha minggacha tugun joylashishi mumkin. Ular bir -biridan o'n metr masofada joylashadilar. Tugunlarning zichligi har kubometr uchun 20 ta tugundan yuqori bo'lishi mumkin. Ko'p tugunlarning zich joylashuvi tarmoqqa ehtiyotkorlik bilan xizmat ko'rsatishni talab qiladi. Biz texnik xizmat ko'rsatish va tarmoq topologiyasini o'zgartirish bilan bog'liq muammolarni uch bosqichda ko'rib chiqamiz: 3.5.1. Oldindan joylashtirish va tugunlarning haqiqiy joylashishi tugunlarning ommaviy tarqalishidan yoki har birini alohida o'rnatishdan iborat bo'lishi mumkin. Ularni joylashtirish mumkin: Samolyotning tarqalishi raketaga yoki raketaga joylashtirish orqali katapult yordamida tashlangan (masalan, kemadan va hokazo), zavodga joylashtirish har bir tugun alohida -alohida odam yoki robot tomonidan joylashtiriladi. Sensorlarning ko'pligi va ularning avtomatik joylashishi odatda puxta ishlab chiqilgan rejaga muvofiq joylashtirishni taqiqlab qo'ysa -da, dastlabki joylashtirish sxemalari: o'rnatish xarajatlarini kamaytirish, har qanday dastlabki tashkilot va oldindan rejalashtirish zaruratini bartaraf etish, joylashtirish moslashuvchanligini oshirish, o'z-o'zini tashkil qilish va chidamlilikni rag'batlantirish. 3.5.2. Tarmoqdan keyingi bosqich Tarmoq ishga tushirilgandan so'ng, uning topologiyasidagi o'zgarish tugunlarning xususiyatlarining o'zgarishi bilan bog'liq. Keling, ularni ro'yxatga olaylik: pozitsiya, qulaylik (shovqin, shovqin, harakatlanuvchi to'siqlar va boshqalar tufayli), batareya zaryadi, nosozliklar berilgan vazifalarni o'zgartirish. Tugunlarni statik ravishda kengaytirish mumkin. Biroq, batareyaning zaryadsizlanishi yoki vayron bo'lishi tufayli qurilmaning ishdan chiqishi tez -tez uchrab turadi. Yuqori tugunli harakatlanishga ega sensorli tarmoqlar mumkin. Bundan tashqari, tugunlar va tarmoqlar turli vazifalarni bajaradi va qasddan aralashuvga uchrashi mumkin. Shunday qilib, sensorlar tarmog'ining tuzilishi joylashtirilgandan keyin tez -tez o'zgarib turadi. 3.5.3. Qo'shimcha tugunlarni joylashtirish bosqichi Nosoz tugunlarni almashtirish yoki vazifalarni o'zgartirish bilan bog'liq holda istalgan vaqtda qo'shimcha tugunlarni qo'shish mumkin. Yangi tugunlarning qo'shilishi tarmoqni qayta tashkil etish zaruratini tug'diradi. Ko'p tugunlarni o'z ichiga olgan va quvvat sarfini juda qattiq cheklaydigan peer-to-peer tarmog'ining topologiyasini tez-tez o'zgartirish bilan shug'ullanish, maxsus yo'naltirish protokollarini talab qiladi. Bu masala 4 -bo'limda batafsilroq muhokama qilinadi. 3.6. Atrof muhit Tugunlar kuzatilgan hodisaga juda yaqin yoki to'g'ridan -to'g'ri ichida zich joylashgan. Shunday qilib, ular uzoq geografik hududlarda qarovsiz ishlaydi. Ular ishlashlari mumkin gavjum chorrahalarda, katta mashinalar ichida, okean tubida tornado ichida, tornado paytida okean yuzasida, biologik va kimyoviy ifloslangan hududlarda jang maydonida, uyda yoki katta binoda, katta omborda, hayvonlarga biriktirilgan tez harakatlanadigan mashinalarga biriktirilgan kanalizatsiya yoki daryoda suv oqimi bilan birga. Bu ro'yxat tugunlar qanday sharoitda ishlashi mumkinligi haqida tasavvur beradi. Ular okean tubida, qattiq muhitda, qoldiqlarda yoki jang maydonida, haddan tashqari haroratda, masalan, samolyot dvigateli yoki arktikada, juda ko'p shovqinli joylarda, yuqori bosim ostida ishlay oladilar. aralashish. 3.7. Ma'lumot uzatish usullari Ko'p tarmoqli sensorlar tarmog'ida tugunlar simsiz aloqa o'rnatadi. Aloqa radio, infraqizil yoki optik vositalar orqali amalga oshirilishi mumkin. Ushbu usullarni butun dunyoda qo'llash uchun uzatish vositasi butun dunyo bo'ylab bo'lishi kerak. Ko'pgina mamlakatlarda litsenziyasiz mavjud bo'lgan sanoat, ilmiy va tibbiy (ISM) tarmoqlaridan foydalanish radioaloqa variantlaridan biridir. Foydalanish mumkin bo'lgan ba'zi chastotalar turlari Radio reglamentining S5 -moddasida (1 -jild) Xalqaro chastota jadvalida tasvirlangan. Bu chastotalarning ba'zilari simsiz telefoniya va simsiz mahalliy tarmoqlarda (WLAN) allaqachon ishlatilgan. Kichik o'lchamli va arzon narxdagi sensorli tarmoqlar uchun signal kuchaytirgichi talab qilinmaydi. Uskuna cheklovlari va antenna samaradorligi va quvvat sarfi o'rtasidagi murosaga ko'ra, mikroto'lqinli diapazonda uzatish chastotasini tanlashga ma'lum cheklovlar qo'yiladi. Shuningdek, ular Evropada 433 MGts ISM va Shimoliy Amerikada 915 MGts ISM ni taklif qilishadi. Bu ikki zona uchun mumkin bo'lgan transmitter modellari muhokama qilinadi. ISM radiochastotalarini ishlatishning asosiy afzalliklari - chastotalarning keng spektri va butun dunyo bo'ylab mavjudligi. Ular ma'lum bir standartga bog'liq emas, shuning uchun sensorlar tarmoqlarida energiya tejash strategiyalarini amalga oshirish uchun ko'proq erkinlik beradi. Boshqa tomondan, turli xil qonunlar va mavjud ilovalarning aralashuvi kabi turli xil qoidalar va cheklovlar mavjud. Bu chastota diapazonlari nazoratsiz chastotalar deb ham ataladi. Zamonaviy tugun uskunalarining aksariyati radio uzatgichlardan foydalanishga asoslangan. Ta'riflangan IAMPS simsiz tugunlari Bluetooth-ga mos keladigan 2,4 gigagertsli uzatgichlardan foydalanadi va o'rnatilgan chastota sintezatoriga ega. Kam quvvatli tugunlar qurilmasi ishda tasvirlangan, ular 916 MGts chastotada ishlaydigan bitta radio uzatish kanalidan foydalanadi. WINS arxitekturasida radioaloqa ham qo'llaniladi. Sensor tarmoqlarida aloqa qilishning yana bir mumkin usuli - infraqizil port. Infraqizil aloqa litsenziyasiz mavjud va elektr shovqinidan himoyalangan. IQ uzatgichlari arzonroq va ishlab chiqarish osonroq. Hozirgi ko'p noutbuklar, PDA va mobil telefonlar ma'lumotlarni uzatish uchun infraqizil nurlardan foydalanadilar. Bunday muloqotning asosiy kamchiligi - jo'natuvchi va oluvchi o'rtasida ko'rish chizig'ining o'rnatilishi. Bu esa, uzatish muhiti tufayli, IQ -ni sensorli tarmoqlarda ishlatishni yoqtirmaydi. Avtomatik kuzatish va ma'lumotlarni qayta ishlash modullari bo'lgan aqlli tugunlar tomonidan qiziqarli uzatish usuli qo'llaniladi. Ular uzatish uchun optik vositalardan foydalanadilar. Ikkita uzatish sxemasi mavjud, ular burchakli kubli retroreflektor (CCR) yordamida passiv va lazer diodi va boshqariladigan nometall yordamida faol (muhokama qilinadi). Birinchi holda, o'rnatilgan yorug'lik manbai talab qilinmaydi, signalni uzatish uchun uch oynali konfiguratsiya (CCR) ishlatiladi. Yorug'lik nurlarini mo'ljallangan qabul qiluvchiga yuborish uchun faol usul lazer diodi va faol lazer aloqa tizimidan foydalanadi. Sensorli tarmoqlarni qo'llashning g'ayrioddiy talablari uzatish vositasini tanlashni qiyinlashtiradi. Masalan, dengiz ilovalari suv o'tkazuvchi vositasidan foydalanishni talab qiladi. Bu erda siz suv yuzasiga kira oladigan uzun to'lqinli nurlanishni ishlatishingiz kerak. Qiyin sharoitda yoki jang maydonida xatolar va ko'proq aralashuvlar bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, tugunlarning antennalari boshqa qurilmalar bilan aloqa qilish uchun kerakli balandlik va nurlanish kuchiga ega emasligi ayon bo'lishi mumkin. Shuning uchun uzatish vositasini tanlash ishonchli modulyatsiya va kodlash sxemalari bilan birga bo'lishi kerak, bu uzatish kanalining xususiyatlariga bog'liq. 3.8. Quvvat iste'moli Mikroelektron qurilma bo'lgan simsiz tugun faqat cheklangan quvvat manbai bilan jihozlanishi mumkin ( 3.8.1. Ulanish Tugun aloqa uchun maksimal energiyani iste'mol qiladi, bu ma'lumotlarni uzatish va qabul qilishni o'z ichiga oladi. Buni muloqot uchun aytishimiz mumkin qisqa masofalar kam nurlanish kuchi bilan, uzatish va qabul qilish taxminan bir xil miqdordagi energiyani talab qiladi. Chastotani sintezatorlari, kuchlanishni boshqarish osilatorlari, fazali qulflash (PLL) va quvvat kuchaytirgichlari resurslar bilan cheklangan. Bu holda biz faqat faol quvvatni emas, balki uzatgichlarni ishga tushirishda quvvat sarfini ham hisobga olishimiz muhim. Transmitter bir soniya ichida ishga tushadi, shuning uchun u juda kam quvvat sarflaydi. Bu qiymatni PLL qulflash vaqti bilan solishtirish mumkin. Biroq, uzatilgan paket kamayishi bilan, tetik kuchi quvvat sarfida ustunlik qila boshlaydi. Natijada, uzatgichni doimo yoqish va o'chirish samarasiz bo'ladi. energiyaning katta qismi bunga sarflanadi. Hozirgi vaqtda kam quvvatli radio uzatgichlarda standart Pt va Pr qiymatlari 20 dBm va Pout 0 dBm ga yaqin. E'tibor bering, PicoRadio -ni kompyuterga yo'naltirish -20 dBm. Manbada kichik o'lchamli, arzon transmitterlarning dizayni muhokama qilinadi. O'z natijalariga ko'ra, ushbu maqola mualliflari byudjet va energiya sarfini hisoblab, Pt va Pr qiymatlari hech bo'lmaganda yuqorida ko'rsatilgan qiymatlardan kichikroq tartibda bo'lishi kerak, deb hisoblaydilar. 3.8.2. Ma'lumotni qayta ishlash Ma'lumotni qayta ishlash uchun energiya sarfi ma'lumot uzatishga nisbatan ancha past. Asarda tasvirlangan misol aslida bu nomuvofiqlikni ko'rsatadi. Reylining nazariyasiga ko'ra, uzatishda quvvatning to'rtdan bir qismi yo'qoladi, shunday xulosaga kelish mumkinki, 100 m masofada 1 KB uzatish uchun sarflanadigan quvvat taxminan 3 million ko'rsatmani 100 million tezlikda bajarish bilan bir xil bo'ladi. protsessor tomonidan sekundiga ko'rsatmalar (MIPS) / Vt. Binobarin, mahalliy ishlov berish ko'p tarmoqli sensorlar tarmog'ida quvvat sarfini minimallashtirishda hal qiluvchi ahamiyatga ega. Shuning uchun tugunlar o'rnatilgan hisoblash qobiliyatiga ega bo'lishi va atrof-muhit bilan o'zaro aloqada bo'lishi kerak. Narxlar va o'lchamlarning cheklanishi bizni mikroprotsessorlar uchun asosiy texnologiya sifatida yarimo'tkazgichlarni (CMOS) tanlashga olib keladi. Afsuski, ular energiya samaradorligi bo'yicha cheklovlarga ega. CMOS har safar holatini o'zgartirganda kuch talab qiladi. Vaziyat o'zgarishi uchun zarur bo'lgan energiya kommutatsiya chastotasi, sig'im (maydonga bog'liq) va voltaj o'zgarishiga mutanosib. Shuning uchun, besleme zo'riqishini kamaytirish faol quvvat sarfini kamaytirishning samarali vositasidir. Ko'rib chiqilgan dinamik kuchlanish o'lchami quvvat manbai va protsessor chastotasini ish yukiga moslashtirishga intiladi. Qachonki mikroprotsessorga ishlov berish yukini kamaytirsa, shunchaki chastotani kamaytirish energiya sarfini chiziqli kamayishiga olib keladi, lekin ish kuchlanishining kamayishi bizga quvvat sarfini kvadratik kamayishiga olib keladi. Boshqa tomondan, protsessorning barcha mumkin bo'lgan ishlashi ishlatilmaydi. Agar siz maksimal ishlash har doim ham talab qilinmasligini hisobga olsangiz, bu foydali bo'ladi, shuning uchun protsessorning ishchi kuchlanishi va chastotasi ishlash talablariga dinamik ravishda moslashtirilishi mumkin. Mualliflar mavjud yuk rejimlarini moslashuvchan qayta ishlashga va bir nechta yaratilgan sxemalarni tahlil qilishga asoslangan ish yukini bashorat qilish sxemalarini taklif qilishadi. Protsessor quvvatini kamaytirishning boshqa strategiyalari muhokama qilinadi. Shuni ta'kidlash kerakki, ma'lumotlarni kodlash va dekodlash uchun qo'shimcha sxemalardan foydalanish mumkin. Ayrim hollarda integral mikrosxemalardan ham foydalanish mumkin. Bu stsenariylarning barchasida sensor tarmog'ining tuzilishi, ish algoritmlari va protokollari mos keladigan energiya sarfiga bog'liq. 4. Sensor tarmoqlari arxitekturasi Tugunlar odatda kuzatuv maydonida tasodifiy joylashadi. Ularning har biri ma'lumotlarni to'plashi mumkin va ma'lumotni markaziy tugunga, oxirgi foydalanuvchiga qaytarish yo'lini biladi. Ma'lumotlar ko'p tarmoqli tarmoq arxitekturasi yordamida uzatiladi. Markaziy sayt vazifa menejeri bilan Internet yoki sun'iy yo'ldosh orqali bog'lanishi mumkin. Markaziy tugun va boshqa barcha tugunlar tomonidan ishlatiladigan protokollar to'plami rasmda ko'rsatilgan. 3. Protokollar to'plami quvvat va marshrutlar haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi, tarmoq protokollari haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi, simsiz muhit orqali samarali muloqot qilishga yordam beradi va tugunlarning birgalikda ishlashini osonlashtiradi. Protokollar to'plami dastur sathi, transport sathi, tarmoq sathi, ma'lumotlar havolasi qatlami, jismoniy sath, quvvatni boshqarish qatlami, harakatlanishni boshqarish qatlami va vazifalarni rejalashtirish qatlamidan iborat. Ma'lumot yig'ish vazifalariga qarab, dastur darajasida har xil turdagi dasturiy ta'minot tuzilishi mumkin. transport qatlami, agar kerak bo'lsa, ma'lumotlar oqimini saqlashga yordam beradi. Tarmoq sathi transport qatlami tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlarning yo'nalishini ta'minlaydi. Atrof muhitda ortiqcha shovqin bor va tugunlarni ko'chirish mumkin bo'lganligi sababli, MAC protokoli qo'shni tugunlar o'rtasida ma'lumotlarni uzatishda to'qnashuvlar sodir bo'lishini kamaytirishi kerak. Jismoniy qatlam ma'lumotni uzatish qobiliyati uchun javobgardir. Bu protokollar tugunlarga energiyani tejashda vazifalarni bajarishga yordam beradi. Quvvatni boshqarish darajasi tugunning energiyani qanday ishlatishini aniqlaydi. Masalan, tugun qo'shnilaridan biridan xabar olgandan keyin qabul qilgichni o'chirib qo'yishi mumkin. Bu sizga takroriy xabar olishdan qochishga yordam beradi. Bundan tashqari, tugun batareya quvvati kam bo'lganda, qo'shnilariga xabar yo'naltirishda qatnasha olmasligi haqida xabar beradi. Ma'lumot yig'ish uchun qolgan energiya sarflanadi. Harakatlanishni boshqarish qatlami (MAC) tugunlarning harakatini aniqlaydi va ro'yxatga oladi, shuning uchun har doim markaziy tugunga ma'lumotlarni uzatish uchun yo'l bor va tugunlar qo'shnilarini aniqlay oladi. Va qo'shnilarini bilish, tugun ular bilan ishlash orqali energiya sarfini muvozanatlashi mumkin. Vazifa menejeri har bir mintaqa uchun ma'lumot yig'ishni alohida rejalashtiradi va rejalashtiradi. Bir xil mintaqadagi barcha tugunlar bir vaqtning o'zida tovushli vazifalarni bajarishi shart emas. Natijada, ba'zi tugunlar kuchiga qarab boshqalarga qaraganda ko'proq vazifalarni bajaradi. Bu qatlamlar va modullarning barchasi tugunlar birgalikda ishlashi va maksimal energiya samaradorligiga intilishi, tarmoqdagi ma'lumotlarni uzatish marshrutini optimallashtirish va bir -birining resurslarini bo'lishishi uchun zarurdir. Ularsiz, har bir tugun alohida ishlaydi. Butun sensorlar tarmog'i nuqtai nazaridan, agar tugunlar bir -biri bilan birgalikda ishlasa, samaraliroq bo'ladi, bu esa tarmoqlarning ishlash muddatini uzaytirishga yordam beradi. Protokolga modullar va boshqaruv qatlamlarini kiritish zarurligini muhokama qilishdan oldin, biz 3 -rasmda ko'rsatilgan protokollar to'plami bo'yicha uchta mavjud hujjatni ko'rib chiqamiz. WINS modeli manbalarda muhokama qilingan bo'lib, unda tugunlar tarqatilgan tarmoqqa birlashtirilgan. va Internetga kirish imkoniga ega. Ko'p sonli WINS xostlari bir-biriga yaqin joylashgani uchun ko'p tarmoqli aloqa quvvat sarfini minimal darajada kamaytiradi. A, B, C, D va E uchun 2 -rasmda ko'rsatilgandek, uy egasining atrof -muhit haqidagi ma'lumotlari boshqa xostlar orqali uyaga yoki WINS shlyuziga yo'naltiriladi. WINS shlyuzi foydalanuvchi bilan Internet kabi umumiy tarmoq protokollari orqali aloqa o'rnatadi. .... WINS tarmoq protokoli to'plami dastur qatlami, tarmoq sathi, MAC qatlami va jismoniy qatlamdan iborat. Aqlli tugunlar (yoki chang zarralari). Bu tugunlar kichik o'lchamlari va og'irligi tufayli narsalarga biriktirilishi yoki hatto havoda suzishi mumkin. Ular optik aloqa va ma'lumotlarni yig'ish uchun MEMS texnologiyasidan foydalanadilar. Chang zarralari kun davomida zaryadlash uchun quyosh panellariga ega bo'lishi mumkin. Ular optik uzatgich, tayanch stantsiya yoki boshqa chang zarralari bilan aloqa qilish uchun ko'rish chizig'ini talab qiladi. Tarmoq arxitekturasini chang zarralari bilan 2-rasmda taqqoslaganda, aytishimiz mumkinki, aqlli tugunlar, qoida tariqasida, tayanch stantsiya uzatuvchisi bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa o'rnatadi, lekin birma-bir aloqa ham mumkin. Sensor tarmoqlari uchun protokollar va algoritmlarni ishlab chiqishga boshqa yondashuv fizik qatlam talablari bilan bog'liq. Protokollar va algoritmlar mikroprotsessorlar turi va qabul qiluvchilar turi kabi jismoniy komponentlarni tanlashga muvofiq tuzilishi kerak. Bu pastdan yuqoriga yondashuv IAMPS modelida qo'llaniladi, shuningdek, dastur sathi, tarmoq sathi, MAC qatlami va jismoniy qatlamning tugun apparatiga bog'liqligini ko'rib chiqadi. IAMPS tugunlari oxirgi foydalanuvchi bilan 2-rasmda ko'rsatilgan arxitekturada bo'lgani kabi o'zaro ta'sir qiladi. Turli sxemalar, masalan, vaqt bo'linish multipleksatsiyasi (TDMA) yoki chastotali bo'linish multipleksatsiyasi (FDMA) va ikkilik modulyatsiya yoki M-modulyatsiya solishtiriladi. manbada. Pastdan yuqoriga yondashuv shuni anglatadiki, tugun algoritmlari uskunani bilishi va quvvat sarfini minimallashtirish uchun mikroprotsessorlar va transmitterlarning imkoniyatlaridan foydalanishi kerak. Bu turli xil tugun dizaynlarini ishlab chiqishga olib kelishi mumkin. Va har xil tugun dizaynlari har xil turdagi sensorli tarmoqlarga olib keladi. Bu, o'z navbatida, ularning ishining turli algoritmlarini ishlab chiqishga olib keladi.


Adabiyot G.D. Abovd, J.P.G. Sterbenz, aqlli muhitni tadqiq qilish masalalari bo'yicha idoralararo seminarning yakuniy hisoboti, IEEE shaxsiy aloqalari (2000 yil oktyabr) 36-40. J. Agre, L. Klar, IEEE kompyuter jurnali (2000 yil may) 106-108. I.F. Akyildiz, W. Su, Sensorli tarmoqlar uchun kuch bilan ta'minlangan kengaytirilgan marshrutlash (PAER) protokoli, Jorjiya Texnik Texnik Hisoboti, 2002 yil yanvar, nashrga topshirildi. A. Bakre, B.R. Badrinath, I-TCP: mobil xostlar uchun bilvosita TCP, Taqsimlangan hisoblash tizimlari bo'yicha 15-Xalqaro konferentsiya materiallari, Vankuver, miloddan avvalgi, 1995 yil may, s. 136-143. P. Bauer, M. Sichitiu, R. Istepanian, K. Premaratne, Mobil bemor: bemorlarni kuzatish va parvarish qilish uchun simsiz tarqatilgan sensorli tarmoqlar, Ishlar 2000 IEEE EMBS Biomeditsinada axborot texnologiyalarini qo'llash bo'yicha xalqaro konferentsiya, 2000, s. 17-21. M. Bxardvaj, T. Garnet, A.P. Chandrakasan, Sensor tarmoqlarining ishlash muddati chegaralari, IEEE Xalqaro aloqa ICC'01 konferentsiyasi, Xelsinki, Finlyandiya, 2001 yil iyun. P. Bonnet, J. Gehrke, P. Seshadri, Jismoniy olamni so'rash, IEEE Personal Communications (2000 yil oktyabr) 10-15.
Источник: https://fortagame.ru/uz/setevoe-oborudovanie/kak-razvernut-besprovodnye-sensornye-seti-v-slozhnyh-usloviyah-industrialnoi-sredy-besprovodnye-sen.html © fortagame.ru | Комплектующие. Компьютеры. Оргтехника. Программы. Световое оборудование


"Internet of Things" (IoT) texnologiyasining korporativ versiyasi bugungi kunda sanoatda faol qo'llanilmoqda. Enterprise Internet of Things (EIoT) simsiz sensorlar tarmoqlari va boshqaruvidan foydalanib, korxonalarga mashinalar va uskunalarni boshqarishning yangi usullarini ochadi. Kichik batareyada ishlaydigan simsiz sensorlar simli quvvat manbaiga ulanmasdan, sanoat muhitida, oldingi avlod boshqaruv elementlari uchun to'liq etib bo'lmaydigan joylarda joylashishi mumkin. EIoT tizimlar va uskunalarning ishonchliligi, xavfsizligi va murakkab o'zaro ta'sirchanligini oshirdi, bu esa simsiz texnologiyalarni joriy etish sohasida nafaqat sanoatda, balki sog'liqni saqlash, moliyaviy xizmatlar va h.k. Ushbu yangi yo'nalishdagi texnologik qurilmalarning texnik tavsiflari va dizayn elementlari iste'molchilar uchun kamroq tijorat maqsadlarida qo'llaniladigan an'anaviy qurilmalarning IoT texnologiyalaridan ancha ustun ekanligini. EIoT muammolari EIoT-ga ega sensorlar va boshqaruv elementlari sanoat muhitida deyarli hamma joyda ishlashi mumkin, ammo hozircha bu omadli masala edi, chunki har bir sanoat uskunasi simsiz tarmoqlarda foydalanish uchun ideal emas. Buning sababi, IoT -ni joylashtirishda ikkita o'zaro bog'liq, ammo qarama -qarshi ko'rinadigan ikkita element mavjud: To'g'ridan-to'g'ri simsiz qurilmalar tarmog'i, u kam quvvat sarflaydigan qisqa masofali texnologiya bilan bog'liq sensorlar va boshqaruv elementlari yordamida o'rnatiladi. Boshqa uskunalar, boshqaruvchilar va tarmoq qismlari bilan uzoq masofada o'zaro aloqada bo'ladigan IoT sensorlar tarmog'i. Guruch. 1. Shahar markazlaridan uzoqda joylashgan ilovalar va an'anaviy telekommunikatsiya xizmatlari global tarmoqni tashkil qilish uchun LoRa kabi energiyani tejaydigan aloqa protokolidan foydalanishlari mumkin. Ishlab chiqarish muhitida ko'pincha eng muhim to'siq bu uzoq masofalarda ishonchli aloqaning mumkin emasligi. Bu muammoning oddiy sababi bor: simli kabel liniyalari orqali yoki uyali aloqa minoralari orqali signal uzatish yordamida amalga oshiriladigan telekommunikatsiyalar har doim ham sanoat uskunalari joylarida mavjud emas. Bundan tashqari, uyali aloqa xizmatlaridan faqat bitta aloqa seansida sensorlardan bir nechta ma'lumot paketlarini etkazib berish uchun foydalanish iqtisodiy nuqtai nazardan ham, faqat texnik sabablarga ko'ra ham mantiqiy emas. Bundan tashqari, tez -tez datchiklar va aloqa moslamalarini elektr ta'minoti muammosi paydo bo'ladi, uni asbob -uskunalar yoki infratuzilma to'g'ridan -to'g'ri sanoat tarmog'idan ta'minlanmagan uzoq joylarda tashkil qilish juda qiyin. Aholi punktlarining uyali aloqa tarmog'ining keng qamrovli bo'lishiga qaramay, ba'zi joylarda simsiz aloqani tashkil qilish bo'yicha ishonchli xizmat yo'q. Bu qishloq joylarida va sanoat uskunalarining uzoq joylarida, masalan, neft -gaz sanoati yoki quvur liniyasi transportida, suv ta'minoti va oqava suvlarni tozalash tizimlarida alohida joylashgan uskunalar (1 -rasm) va boshqalarda keng tarqalgan muammo. Bunday tugunlar ham tez -tez uchraydi. asboblarning to'g'ri ishlashini tekshiradigan eng yaqin texnik xodimlardan uzoqda joylashgan. Ba'zida uskunaga etib borish va uni tekshirish uchun muhandisga bir kun yoki hatto bir necha kun kerak bo'ladi. Bunday chekka hududlarda ishlashga tayyor mutaxassislarni topish ko'pincha qiyin va oddiy. Aloqa doirasi cheklanganligi sababli, EIoT-ni qo'llab-quvvatlaydigan sensorlar va boshqaruv elementlari uzoq joylarda kamdan-kam uchraydi, shuning uchun bu erda kam quvvatli keng tarmoqli tarmoq (LPWAN) yordamga keladi. BLE va LPWAN EIoT tizimlarida eng ko'p ishlatiladigan qisqa masofali simsiz aloqa texnologiyasi Bluetooth past energiyali (BLE) texnologiyasidir. EIoT uchun BLE -ning yuqori ommabopligining asosiy sababi uning energiya tejamkorligidir, bu esa sensorlar va boshqaruv elementlarining batareya quvvati juda kam sarflanishi bilan uzoq vaqt ishlashiga imkon beradi. BLE uyqu, kutish va faol davrlarni boshqaradi. BLE shuningdek, RF chastotali signal kuchi tufayli ham keng qo'llaniladi, bu texnologiya yuqori chastotali shovqin darajasi, kompyuter uskunalaridan raqamli signallar va hatto radio tarqalishining jismoniy to'siqlari bo'lgan murakkab muhitda ham samarali ishlash imkonini beradi. Lekin, bilganingizdek, bu omillarning barchasi sanoat muhitiga tanish. EIoTni amalga oshirish loyihalarida BLE texnologiyasi qisqa masofali aloqalarni tashkil qilish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Bundan tashqari, u allaqachon ishlatilgan va hozirgacha faqat ishlab chiqarilgan sanoat uskunalari majmualarida ishlatilishi mumkin. Biroq, BLE-ni qo'llab-quvvatlaydigan bunday qurilmalar tarmog'i ko'rsatmalar olish va ma'lumotlarni uzoq masofalarga uzatish usulini talab qiladi. Ikki tomonlama Wi-Fi yoki uyali signallarga ruxsat beruvchi an'anaviy telekommunikatsiya infratuzilmasiga tayanish, bu sensorlar va boshqaruv tarmoqlaridan foydalanishni cheklovchi to'siqlar tufayli mumkin emas. BLEni ultra uzoq masofali va LoRa texnologiyasining energiya samaradorligi bilan birlashtirib, kompaniyalar EIoTni telekommunikatsiya va energiya infratuzilmasi mavjud bo'lmagan joylarda joylashtirishga muvaffaq bo'lishdi va bu, o'z navbatida, IoT texnologiyasini joriy etish geografiyasini kengaytirdi.
Источник: https://fortagame.ru/uz/setevoe-oborudovanie/kak-razvernut-besprovodnye-sensornye-seti-v-slozhnyh-usloviyah-industrialnoi-sredy-besprovodnye-sen.html © fortagame.ru | Комплектующие. Компьютеры. Оргтехника. Программы. Световое оборудование

Guruch. 2. Datchiklar avval LoRa mijoziga, keyin esa LoRa shlyuzi orqali ulanadi LoRa

WAN protokoli ko'pincha LPWAN hisoblanadi, chunki u ko'p yillar davomida batareyalarni o'zgartirmasdan xavfsiz ikki tomonlama ma'lumotlarni uzatish va IoT tarmoqlari bilan shaharlararo aloqani ta'minlaydi. LoRa texnologiyasidan foydalanganda signallarni taxminan 16 km masofada yuborish va qabul qilish mumkin bo'ladi va agar kerak bo'lsa, o'rnatilgan takrorlovchilar (takrorlovchilar) bu masofani yuzlab kilometrgacha oshirishi mumkin. Fig. 2 LoRa qanday ishlashining diagrammasini ko'rsatadi. IoT ilovalari uchun LoRa o'zining iqtisodiy xususiyatlari va imkoniyatlari tufayli juda ko'p afzalliklarga ega: LoRa, BLE singari, juda kam quvvatli texnologiya bo'lgani uchun, u batareyali IoT qurilmalari tarmoqlarida ishlashga qodir va tez-tez texnik xizmat ko'rsatishni talab qilmasdan batareyaning uzoq umrini ta'minlay oladi. LoRa texnologiyasiga asoslangan tugunlar arzon va kompaniyalarga uyali tizimlar orqali ma'lumotlarni uzatish xarajatlarini kamaytirishga, shuningdek, tolali yoki mis kabellarni o'rnatish zaruriyatini yo'q qilishga imkon beradi. Bu masofadan turib joylashgan sensorlar va uskunalar o'rtasidagi aloqa uchun asosiy moliyaviy to'siqni olib tashlaydi. LoRa texnologiyasi yopiq tarmoq qurilmalari bilan, shu jumladan qiyin sanoat muhitida yaxshi ishlaydi. LoRa bir million tugunni qo'llab-quvvatlash orqali juda keng miqyosli va o'zaro ishlaydi va umumiy va xususiy ma'lumotlar tarmoqlari va ikki tomonlama aloqa tizimlariga ulanishi mumkin. Shunday qilib, boshqa LPWAN texnologiyalari uzoq vaqt davomida Internet-narsalar echimlarini amalga oshirishda aloqa diapazoni muammosini hal qila oladigan bo'lsa, LoRa texnologiyasi ikki tomonlama aloqa, interferensiyaga qarshi va yuqori kontentni taklif qiladi. LoRa ham muhim kamchilikka ega - tarmoqli kengligi past. Bu ilovalarni oqimlash uchun yaroqsiz holga keltiradi. Biroq, bu cheklov uni vaqti -vaqti bilan faqat kichik ma'lumotlar paketlari uzatiladigan IoT dasturlarining keng doirasi uchun ishlatilishiga to'sqinlik qilmaydi.

Источник: https://fortagame.ru/uz/setevoe-oborudovanie/kak-razvernut-besprovodnye-sensornye-seti-v-slozhnyh-usloviyah-industrialnoi-sredy-besprovodnye-sen.html © fortagame.ru | Комплектующие. Компьютеры. Оргтехника. Программы. Световое оборудование