Беспроводные сенсорные сети

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.

Платформы

Оборудование

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 о т 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.