Беспроводные сенсорные сети — различия между версиями
Evgen (обсуждение | вклад) |
EvgBot (обсуждение | вклад) м |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| − | '''Беспроводная сенсорная сеть''' | + | '''Беспроводная сенсорная сеть''' |
| − | '''Беспроводная сенсорная сеть ([[WSN]])''' | + | '''Беспроводная сенсорная сеть ([[WSN]])''' — это беспроводная сеть, состоящая из территориально распределенных автономных устройств, использующих датчики для совместного контроля физических или экологических условий в разных районах, например температуры, звука, вибрации, давления, движения или воздуха. Развитие беспроводных сенсорных сетей изначально было мотивированно военными положениями, например наблюдение за полем боя. В настоящее время беспроводные сенсорные сети используются во многих областях жизнидеятельности, включая мониторинг окружающей среды, здравоохранение и контроль движения. |
Каждый узел сети оснащен радиотрансивером или другим устройством беспроводной связи, небольшим [[микроконтроллер]]ом и источником энергии, обычно батареей. Стоимость сенсорного узла меняется от сотни долларов до нескольких центов, в зависимости от размера сенсорной сети и ее сложности. | Каждый узел сети оснащен радиотрансивером или другим устройством беспроводной связи, небольшим [[микроконтроллер]]ом и источником энергии, обычно батареей. Стоимость сенсорного узла меняется от сотни долларов до нескольких центов, в зависимости от размера сенсорной сети и ее сложности. | ||
| Строка 7: | Строка 7: | ||
'''Применение''' | '''Применение''' | ||
| − | Применение WSN многочисленно и разнообразно. Они используются в коммерческих и промышленных системах для мониторинга данных, которые трудно или дорого контролировать с использованием проводных датчиков. WSN могут использоваться в трудно досягаемых районах, где они могут | + | Применение WSN многочисленно и разнообразно. Они используются в коммерческих и промышленных системах для мониторинга данных, которые трудно или дорого контролировать с использованием проводных датчиков. WSN могут использоваться в трудно досягаемых районах, где они могут оставаться в течение многих лет (мониторинг экологических переменных окружающей среды) без необходимости заправки / замены источников питания. Они могут контролировать действия нарушителей (мгновенная передача информации от одного узла к другому). |
| − | Обычно WSN используют для мониторинга, отслеживания и контроля. Некоторые | + | Обычно WSN используют для мониторинга, отслеживания и контроля. Некоторые специальные приложения — мониторинг, прослеживание объекта, ядерное реакторное управление, противопожарная безопасность, контроль трафика, и др. При обычном применении WSN разбросана в регионе, где происходит сбор данных через сенсорные узлы. |
| − | * Экологический мониторинг | + | * Экологический мониторинг |
* Мониторинг окружающей среды | * Мониторинг окружающей среды | ||
| − | * Акустическое обнаружение | + | * Акустическое обнаружение |
| − | * Сейсмическое обнаружение | + | * Сейсмическое обнаружение |
| − | * Военное наблюдение | + | * Военное наблюдение |
| − | * Прослеживание учетной записи | + | * Прослеживание учетной записи |
| − | * Медицинский мониторинг | + | * Медицинский мониторинг |
| − | * Мониторинг пространств | + | * Мониторинг пространств |
| − | * Мониторинг процесса | + | * Мониторинг процесса |
| − | * Наблюдения за состоянием здоровья | + | * Наблюдения за состоянием здоровья |
| − | '''Область контроля''' | + | '''Область контроля''' |
| − | В зоне наблюдения, WSN обычно создается в регионе, где должно быть проконтролировано какое - то явление или объект. Например, большое количество сенсорных узлов может быть развернуто на поле боя для обнаружения проникновения врага. | + | В зоне наблюдения, WSN обычно создается в регионе, где должно быть проконтролировано какое-то явление или объект. Например, большое количество сенсорных узлов может быть развернуто на поле боя для обнаружения проникновения врага. |
| − | '''Характеристики''' | + | '''Характеристики''' |
| − | Особенностями WSN являются: | + | Особенностями WSN являются: |
| − | * Небольше сенсорные узлы | + | * Небольше сенсорные узлы |
| − | * Ограниченные возможности для сборки и хранения данных | + | * Ограниченные возможности для сборки и хранения данных |
| − | * Жесткие экологические условия | + | * Жесткие экологические условия |
* Отказы узла | * Отказы узла | ||
| − | * Подвижность узлов | + | * Подвижность узлов |
| − | * Динамическая топология сети | + | * Динамическая топология сети |
* Отказы коммуникаций | * Отказы коммуникаций | ||
| − | * Разнородность узлов | + | * Разнородность узлов |
| − | * Крупномасштабные развертывания | + | * Крупномасштабные развертывания |
| − | * Автоматическая операция | + | * Автоматическая операция |
| − | С точки зрения интерфейсов сенсорные узлы можно представить себе как небольшие компьютеры. Они, как правило, состоят из процессорного блока с ограниченной вычислительной мощностью и недостаточной памятью, датчика (включая конкретную схему кондиционирования), устройств коммуникации (как правило, радио или же оптический приемопередатчик) и источник питания, как правило, в виде батареи. | + | С точки зрения интерфейсов сенсорные узлы можно представить себе как небольшие компьютеры. Они, как правило, состоят из процессорного блока с ограниченной вычислительной мощностью и недостаточной памятью, датчика (включая конкретную схему кондиционирования), устройств коммуникации (как правило, радио или же оптический приемопередатчик) и источник питания, как правило, в виде батареи. |
| − | Базовая станция одного или нескольких компонентов WSN действует как шлюз между сенсорными узлами и конечными пользователями. | + | Базовая станция одного или нескольких компонентов WSN действует как шлюз между сенсорными узлами и конечными пользователями. |
| − | '''Платформы''' | + | <!-- |
| + | '''Платформы''' | ||
| − | '''Оборудование''' | + | '''Оборудование''' |
| − | + | --> | |
| − | Стандарты | + | ''' Стандарты''' |
| − | * ZigBee | + | Стандарты, используемые в WSN: |
| + | |||
| + | * [[ZigBee]] | ||
* Wibree | * Wibree | ||
* 6lowpan | * 6lowpan | ||
| − | '''Программное обеспечение''' | + | '''Программное обеспечение''' |
| − | WSN предназначены для развертывания в различных средах, включая отдаленные области. По этой причине, для алгоритмов и протоколов необходимо решить следующие вопросы: | + | WSN предназначены для развертывания в различных средах, включая отдаленные области. По этой причине, для алгоритмов и протоколов необходимо решить следующие вопросы: |
* Максимальная продолжительность работы WSN | * Максимальная продолжительность работы WSN | ||
| Строка 65: | Строка 68: | ||
* Самоконфигурация WSN | * Самоконфигурация WSN | ||
| − | + | «Горячие» темы в исследовании программного обеспечения WSN : | |
| − | * Безопасность | + | * Безопасность |
| − | * Мобильность (когда узлы датчика или базовые станции двигаются) | + | * Мобильность (когда узлы датчика или базовые станции двигаются) |
* Связующее программное обеспечение: разработка среднего уровня примитивов между программным и аппаратным обеспечением | * Связующее программное обеспечение: разработка среднего уровня примитивов между программным и аппаратным обеспечением | ||
| − | '''Операционные системы''' | + | '''Операционные системы''' |
| + | |||
| + | Операционные системы для беспроводных сенсорных сетей менее сложны, чем универсальные операционные системы в силу ограниченности ресурсов в аппаратном обеспечении сенсорной сети. Из-за этого, операционной системе не нужно включать поддержку пользовательских интерфейсов. | ||
| + | Оборудование беспроводных сенсорных сетей не отличается от традиционных встраиваемых систем, и поэтому для сенсорных сетей можно использовать встроенную операционную систему, такую, как eCos или uC / OS. Однако такие операционные системы часто проектируются в режиме реального времени. У операционных систем, предназначающихся для сенсорных сетей часто нет поддержки в реальном времени. | ||
| − | + | [[TinyOS]] — первая операционная система, специально предназначенная для беспроводных сенсорных сетей. В отличие от большинства других операционных систем, TinyOS основана на программировании. | |
| − | + | ||
| − | [[ | + | TinyOS и программы для TinyOS написаны на специальном языке программирования nesC, который является расширением [[Си (язык программирования)|языка Си]]. |
| − | + | '''Данные визуализации''' | |
| − | + | Данных с беспроводных сенсорных сетей, как правило, сохраняются в виде цифровых данных в центральной базе станции. Есть много программ, как TosGUI MonSense, ГНС, облегчающих просмотр этих больших объемов данных. Кроме того, Открытый консорциум (OGC) указывает стандарты для совместимости и взаимодействия метаданных кодировки, что позволит в режиме реального времени любому лицу осуществлять наблюдение или контроль за беспроводной сенсорной сетью через Web Browser. | |
| − | |||
== См. также == | == См. также == | ||
* [[Беспроводные распределённые сенсорные сети]] | * [[Беспроводные распределённые сенсорные сети]] | ||
[[Категория:WSN]] | [[Категория:WSN]] | ||
Текущая версия на 11:20, 14 сентября 2015
Беспроводная сенсорная сеть
Беспроводная сенсорная сеть (WSN) — это беспроводная сеть, состоящая из территориально распределенных автономных устройств, использующих датчики для совместного контроля физических или экологических условий в разных районах, например температуры, звука, вибрации, давления, движения или воздуха. Развитие беспроводных сенсорных сетей изначально было мотивированно военными положениями, например наблюдение за полем боя. В настоящее время беспроводные сенсорные сети используются во многих областях жизнидеятельности, включая мониторинг окружающей среды, здравоохранение и контроль движения.
Каждый узел сети оснащен радиотрансивером или другим устройством беспроводной связи, небольшим микроконтроллером и источником энергии, обычно батареей. Стоимость сенсорного узла меняется от сотни долларов до нескольких центов, в зависимости от размера сенсорной сети и ее сложности.
Применение
Применение WSN многочисленно и разнообразно. Они используются в коммерческих и промышленных системах для мониторинга данных, которые трудно или дорого контролировать с использованием проводных датчиков. WSN могут использоваться в трудно досягаемых районах, где они могут оставаться в течение многих лет (мониторинг экологических переменных окружающей среды) без необходимости заправки / замены источников питания. Они могут контролировать действия нарушителей (мгновенная передача информации от одного узла к другому).
Обычно WSN используют для мониторинга, отслеживания и контроля. Некоторые специальные приложения — мониторинг, прослеживание объекта, ядерное реакторное управление, противопожарная безопасность, контроль трафика, и др. При обычном применении WSN разбросана в регионе, где происходит сбор данных через сенсорные узлы.
- Экологический мониторинг
- Мониторинг окружающей среды
- Акустическое обнаружение
- Сейсмическое обнаружение
- Военное наблюдение
- Прослеживание учетной записи
- Медицинский мониторинг
- Мониторинг пространств
- Мониторинг процесса
- Наблюдения за состоянием здоровья
Область контроля
В зоне наблюдения, WSN обычно создается в регионе, где должно быть проконтролировано какое-то явление или объект. Например, большое количество сенсорных узлов может быть развернуто на поле боя для обнаружения проникновения врага.
Характеристики
Особенностями WSN являются:
- Небольше сенсорные узлы
- Ограниченные возможности для сборки и хранения данных
- Жесткие экологические условия
- Отказы узла
- Подвижность узлов
- Динамическая топология сети
- Отказы коммуникаций
- Разнородность узлов
- Крупномасштабные развертывания
- Автоматическая операция
С точки зрения интерфейсов сенсорные узлы можно представить себе как небольшие компьютеры. Они, как правило, состоят из процессорного блока с ограниченной вычислительной мощностью и недостаточной памятью, датчика (включая конкретную схему кондиционирования), устройств коммуникации (как правило, радио или же оптический приемопередатчик) и источник питания, как правило, в виде батареи.
Базовая станция одного или нескольких компонентов WSN действует как шлюз между сенсорными узлами и конечными пользователями.
Стандарты
Стандарты, используемые в WSN:
- ZigBee
- Wibree
- 6lowpan
Программное обеспечение
WSN предназначены для развертывания в различных средах, включая отдаленные области. По этой причине, для алгоритмов и протоколов необходимо решить следующие вопросы:
- Максимальная продолжительность работы WSN
- Надежность и отказоустойчивость WSN
- Самоконфигурация WSN
«Горячие» темы в исследовании программного обеспечения WSN :
- Безопасность
- Мобильность (когда узлы датчика или базовые станции двигаются)
- Связующее программное обеспечение: разработка среднего уровня примитивов между программным и аппаратным обеспечением
Операционные системы
Операционные системы для беспроводных сенсорных сетей менее сложны, чем универсальные операционные системы в силу ограниченности ресурсов в аппаратном обеспечении сенсорной сети. Из-за этого, операционной системе не нужно включать поддержку пользовательских интерфейсов. Оборудование беспроводных сенсорных сетей не отличается от традиционных встраиваемых систем, и поэтому для сенсорных сетей можно использовать встроенную операционную систему, такую, как eCos или uC / OS. Однако такие операционные системы часто проектируются в режиме реального времени. У операционных систем, предназначающихся для сенсорных сетей часто нет поддержки в реальном времени.
TinyOS — первая операционная система, специально предназначенная для беспроводных сенсорных сетей. В отличие от большинства других операционных систем, TinyOS основана на программировании.
TinyOS и программы для TinyOS написаны на специальном языке программирования nesC, который является расширением языка Си.
Данные визуализации
Данных с беспроводных сенсорных сетей, как правило, сохраняются в виде цифровых данных в центральной базе станции. Есть много программ, как TosGUI MonSense, ГНС, облегчающих просмотр этих больших объемов данных. Кроме того, Открытый консорциум (OGC) указывает стандарты для совместимости и взаимодействия метаданных кодировки, что позволит в режиме реального времени любому лицу осуществлять наблюдение или контроль за беспроводной сенсорной сетью через Web Browser.
