Belaidžio jutiklio tinklo architektūra ir jos taikymai

Šiuo metu, WSN (belaidis jutiklių tinklas) yra standartinės paslaugos, naudojamos komercinėse ir pramoninėse programose, dėl techninio procesoriaus tobulinimo, ryšio ir mažo galingumo įterptųjų skaičiavimo įrenginių naudojimo. Belaidžio jutiklio tinklo architektūra yra sudaryta iš mazgų, kurie naudojami stebėti aplinką, pvz., Temperatūrą, drėgmę, slėgį, padėtį, vibraciją, garsą ir kt. Šie mazgai gali būti naudojami įvairiose realaus laiko programose, atliekant įvairias užduotis, tokias kaip protingas aptikimas, kaimynų mazgų atradimas, duomenų apdorojimas ir saugojimas, duomenų rinkimas, taikinių sekimas, stebėjimas ir valdymas, sinchronizavimas, mazgų lokalizavimas ir efektyvus maršrutas tarp bazinės stoties ir mazgų. Šiuo metu WSN pradedamos organizuoti patobulintai. Nėra nepatogu tikėtis, kad po 10–15 metų pasaulis bus apsaugotas WSN su prašymu internetu. Tai galima išmatuoti, kai internetas tampa fiziniu n / w. Ši technologija jaudina be galo daugelyje taikymo sričių, tokių kaip medicinos, aplinkosaugos, transporto, karinės, pramogos, krašto gynyba, krizių valdymas ir išmaniosios erdvės.

Kas yra belaidis jutiklių tinklas?

Belaidis Jutiklių tinklas yra vienos rūšies belaidis tinklas tai apima daugybę cirkuliuojančių, savarankiškų, mažos galios prietaisų, vadinamų jutiklių mazgais, vadinamais motais. Šie tinklai neabejotinai apima daugybę erdviniu būdu paskirstytų, mažai akumuliatoriais valdomų, įterptųjų įrenginių, kurie yra tinkluose, kad rūpestingai rinktų, apdorotų ir perduotų duomenis operatoriams, ir tai valdė skaičiavimo ir apdorojimo galimybes. Mazgai yra maži kompiuteriai, kurie kartu dirba, kad sudarytų tinklus.

Belaidis jutiklių tinklas

Jutiklio mazgas yra daugiafunkcis, energiją taupantis belaidis įrenginys. Moterų pritaikymas pramonėje yra plačiai paplitęs. Jutiklių mazgų rinkinys renka duomenis iš aplinkos, kad būtų pasiekti konkretūs taikymo tikslai. Bendravimas tarp variklių gali būti atliekamas tarpusavyje naudojant siųstuvus-imtuvus. Belaidžio jutiklių tinkle judesių skaičius gali būti šimtai / net tūkstančiai. Skirtingai nuo jutiklio n / ws, „Ad Hoc“ tinkluose bus mažiau mazgų be jokios struktūros.

Belaidžio jutiklio tinklo architektūra

Dažniausia belaidžio jutiklio tinklo architektūra atitinka OSI architektūros modelį. WSN architektūra apima penkis sluoksnius ir tris kryžminius sluoksnius. Dažniausiai jutiklio n / w atveju mums reikia penkių sluoksnių, būtent taikymo, transportavimo, n / w, duomenų ryšio ir fizinio sluoksnio. Trys kryžminės plokštumos yra energijos valdymas, mobilumo valdymas ir užduočių valdymas. Šie WSN sluoksniai naudojami norint atlikti n / w ir priversti jutiklius veikti kartu, siekiant padidinti visišką tinklo efektyvumą. Spustelėkite toliau pateiktą nuorodą Belaidžių jutiklių tinklų tipai ir WSN topologijos

WSN architektūros tipai

WSN naudojama architektūra yra jutiklių tinklo architektūra. Tokia architektūra pritaikoma įvairiose vietose, tokiose kaip ligoninės, mokyklos, keliai, pastatai, taip pat ji naudojama įvairiose programose, tokiose kaip saugumo valdymas, nelaimių valdymas ir krizių valdymas ir kt. Belaidžio ryšio jutikliuose naudojamos dviejų tipų architektūros tinklus, kurie apima: Yra 2 belaidžių jutiklių architektūrų tipai: sluoksniuoto tinklo architektūra ir grupinė architektūra. Tai paaiškinta taip toliau.

• Sluoksniuoto tinklo architektūra
• Grupinė tinklo architektūra

Sluoksniuoto tinklo architektūra

Šis tinklas naudoja šimtus jutiklių mazgų, taip pat bazinę stotį. Čia tinklo mazgus galima išdėstyti į koncentrinius sluoksnius. Jį sudaro penki sluoksniai, taip pat 3 kryžminiai sluoksniai, į kuriuos įeina:

Penki architektūros sluoksniai yra:

• Programos sluoksnis
• Transporto sluoksnis
• Tinklo sluoksnis
• Duomenų ryšio sluoksnis
• Fizinis sluoksnis

Trys kryžminiai sluoksniai apima:

• Maitinimo valdymo plokštuma
• Mobilumo valdymo lėktuvas
• Užduočių valdymo plokštuma

Šie trys kryžminiai sluoksniai daugiausia naudojami valdant tinklą, taip pat norint, kad jutikliai veiktų kaip vieni, kad padidintų bendrą tinklo efektyvumą. Pirmiau minėti penki WSN sluoksniai aptariami toliau.

Belaidžio jutiklio tinklo architektūra

Programos sluoksnis

Programų sluoksnis yra atsakingas už srauto valdymą ir siūlo programinę įrangą daugybei programų, kurios aiškia forma konvertuoja duomenis, kad rastų teigiamos informacijos. Jutiklių tinklai, išdėstyti įvairiose srityse įvairiose srityse, tokiose kaip žemės ūkio, karinės, aplinkos, medicinos ir kt.

Transporto sluoksnis

Transporto sluoksnio funkcija yra išvengti perkrovos ir patikimumo, kai daugelis protokolų, skirtų šiai funkcijai pasiūlyti, yra praktiški prieš srovę. Šiuose protokoluose naudojami skirtingi nuostolių atpažinimo ir nuostolių susigrąžinimo mechanizmai. Transporto sluoksnis yra tiksliai reikalingas, kai planuojama, kad sistema susisiektų su kitais tinklais.

Patikimas nuostolių susigrąžinimas yra efektyvesnis energijos atžvilgiu ir tai yra viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl TCP netinka WSN. Apskritai, transporto sluoksnius galima atskirti į paketinius, įvykius. Transporto sluoksnyje yra keletas populiarių protokolų, būtent STCP (jutiklio perdavimo valdymo protokolas), PORT (į kainą orientuotas patikimas transportavimo protokolas ir PSFQ (greitas siurblio lėtos siuntimas).

Tinklo sluoksnis

Pagrindinė tinklo sluoksnio funkcija yra nukreipimas, jis turi daug užduočių, pagrįstų programa, tačiau iš tikrųjų pagrindinės užduotys yra energijos taupymas, dalinė atmintis, buferiai ir jutiklis neturi universalaus ID ir turi būti savarankiškai organizuotam.

Paprasta maršruto protokolo idėja yra paaiškinti patikimą eismo juostą ir nereikalingas eismo juostas pagal įtikinamą skalę, vadinamą metrika, kuri kiekviename protokole skiriasi. Šiam tinklo sluoksniui yra daugybė protokolų, juos galima suskirstyti į plokščius ir hierarchinius maršrutus arba juos galima suskirstyti į laiko, užklausų ir įvykių.

Duomenų ryšio sluoksnis

Duomenų ryšio sluoksnis yra atsakingas už duomenų rėmelių aptikimą, duomenų srautus, MAC ir klaidų valdymą, patvirtina taško - taško (arba) taško - daugiataškio patikimumą.

Fizinis sluoksnis

Fizinis sluoksnis suteikia briauną bitų srautui perduoti virš fizinės terpės. Šis sluoksnis yra atsakingas už dažnio pasirinkimą, nešlio dažnio generavimą, signalo aptikimą, moduliavimą ir duomenų šifravimą. „IEEE 802.15.4“ yra rekomenduojamas kaip būdingas mažo dažnio vietovėms ir belaidžių jutiklių tinklams su mažomis sąnaudomis, energijos suvartojimu, tankiu ir ryšio diapazonu, siekiant pagerinti baterijos veikimo laiką. CSMA / CA naudojama žvaigždžių ir bendraamžių topologijai palaikyti. Yra kelios IEEE 802.15.4.V versijos.

Pagrindiniai tokio tipo architektūros naudojimo WSN pranašumai yra tai, kad kiekvienas mazgas paprasčiausiai perduoda mažesnio atstumo, mažos galios perdavimus į kaimyninius mazgus, dėl kurių energijos suvartojimas yra mažas, palyginti su kitų rūšių jutiklių tinklo architektūra. Šis tinklas yra keičiamo dydžio, taip pat turi didelį atsparumą trikdžiams.

Grupinė tinklo architektūra

Tokioje architektūroje atskirai jutiklio mazgai pridedami prie grupių, vadinamų grupėmis, kurios priklauso nuo „Leach protokolo“, nes joje naudojami klasteriai. Terminas „Leach Protokolas“ reiškia „mažai energijos naudojančią klasterių hierarchiją“. Pagrindinės šio protokolo savybės yra šios.

Grupinė tinklo architektūra

• Tai yra dviejų pakopų hierarchijos grupių architektūra.
• Šis paskirstytas algoritmas naudojamas jutiklio mazgams suskirstyti į grupes, žinomas kaip grupes.
• Kiekviename klasteryje, kuris yra sudarytas atskirai, klasterio mazgai sukurs TDMA (Time-sharing multiple access) planus.
• Ji naudoja „Data Fusion“ koncepciją, kad ji padarytų tinklą efektyvų energiją.

Tokia tinklo architektūra yra ypač naudojama dėl duomenų suliejimo savybės. Kiekviename klasteryje kiekvienas mazgas gali sąveikauti per klasterio galvą, kad gautų duomenis. Visi klasteriai dalinsis surinktais duomenimis link bazinės stoties. Klasterio formavimas, taip pat jo galvos pasirinkimas kiekviename klasteryje, yra nepriklausomas ir autonominis paskirstytas metodas.

Belaidžio jutiklių tinklo architektūros projektavimo klausimai

Belaidžių jutiklių tinklo architektūros projektavimo klausimai daugiausia apima šiuos dalykus.

• Energijos suvartojimas
• Lokalizacija
• Aprėptis
• Laikrodžiai
• Skaičiavimas
• Gamybos kaina
• Aparatūros projektavimas
• Paslaugų kokybė

Energijos suvartojimas

WSN energijos suvartojimas yra vienas iš pagrindinių klausimų. Kaip energijos šaltinis akumuliatorius naudojamas įrengiant jutiklio mazgus. Jutiklių tinklas yra išdėstytas pavojingose ​​situacijose, todėl sudėtinga pakeisti kitaip įkraunamas baterijas. Energijos suvartojimas daugiausia priklauso nuo jutiklio mazgų operacijų, tokių kaip ryšys, jutimas ir duomenų apdorojimas. Viso bendravimo metu energijos suvartojama labai daug. Taigi, naudojant efektyvius maršruto parinkimo protokolus, energijos suvartojimo galima išvengti kiekviename sluoksnyje.

Lokalizacija

Tinklo veikimui pagrindinė ir kritinė problema yra jutiklio lokalizavimas. Taigi jutiklių mazgai yra išdėstyti ad hoc būdu, kad jie nežinotų apie savo vietą. Sunkumas nustatyti jutiklio fizinę vietą, kai jie bus sutvarkyti, vadinamas lokalizacija. Šį sunkumą galima išspręsti naudojant GPS, švyturių mazgus, lokalizaciją pagal artumą.

Aprėptis

Bevielio jutiklių tinklo jutiklių mazgai naudoja aprėpties algoritmą duomenims aptikti, taip pat perduoda juos paskęsti per maršruto algoritmą. Norint aprėpti visą tinklą, reikia pasirinkti jutiklio mazgus. Čia rekomenduojami efektyvūs metodai, tokie kaip mažiausio ir didžiausio ekspozicijos kelio algoritmai, taip pat aprėpties projektavimo protokolas.

Laikrodžiai

WSN tinkle laikrodžio sinchronizavimas yra rimta paslauga. Pagrindinė šios sinchronizavimo funkcija yra pasiūlyti įprastą vietinių laikrodžių mazgų laiką jutiklių tinkluose. Šie laikrodžiai turi būti sinchronizuoti kai kuriose programose, tokiose kaip stebėjimas ir stebėjimas.

Skaičiavimas

Skaičiavimą galima apibrėžti kaip duomenų, einančių per kiekvieną mazgą, sumą. Pagrindinis skaičiavimo klausimas yra tai, kad jis turi sumažinti išteklių naudojimą. Jei bazinės stoties gyvenimo trukmė yra pavojingesnė, duomenys bus apdorojami kiekviename mazge prieš perduodant duomenis bazinės stoties link. Kiekviename mazge, jei turime tam tikrų išteklių, visas skaičiavimas turėtų būti atliktas kriauklėje.

Gamybos savikaina

WSN yra sutvarkytas didelis jutiklių mazgų skaičius. Taigi, jei vieno mazgo kaina yra labai didelė, bendra tinklo kaina taip pat bus didelė. Galiausiai kiekvieno jutiklio mazgo kaina turi būti mažesnė. Taigi kiekvieno belaidžio jutiklių tinklo jutiklio mazgo kaina yra sudėtinga problema.

Techninės įrangos dizainas

Kuriant bet kokio jutiklio tinklo aparatinę įrangą, pvz., Galios valdymą, mikrovaldiklis ir ryšio blokas turi būti efektyviai energiją vartojantys. Jo dizainas gali būti atliekamas taip, kad būtų sunaudota mažai energijos.

Paslaugų kokybė

Paslaugų kokybė arba QoS yra ne kas kita, o duomenys turi būti paskirstyti laiku. Kadangi kai kurios realaus laiko jutikliais pagrįstos programos daugiausia priklauso nuo laiko. Taigi, jei duomenys nebus paskirstyti laiku į imtuvą, tada duomenys taps nenaudingi. WSN yra įvairių tipų QoS problemos, pvz., Tinklo topologija, kuri gali dažnai keistis, taip pat prieinama maršruto informacijai naudojama būsena gali būti netiksli.

Belaidžio jutiklių tinklo struktūra

WSN struktūrą daugiausia sudaro įvairios radijo ryšio tinklų topologijos, tokios kaip žvaigždė, tinklelis ir hibridinė žvaigždė. Šios topologijos aptariamos žemiau.

Žvaigždžių tinklas

Ryšio topologija, pavyzdžiui, žvaigždžių tinklas, naudojama visur, kur tik bazinė stotis gali perduoti ar priimti pranešimą tolimųjų mazgų link. Yra keletas mazgų, kuriems neleidžiama perduoti pranešimų vienas kitam. Šio tinklo privalumai daugiausia yra paprastumas, leidžiantis kuo labiau sumažinti nuotolinių mazgų energijos naudojimą.

Tai taip pat leidžia palaikyti ryšį su mažesne vėlavimo trukme tarp bazinės stoties ir nuotolinio mazgo. Pagrindinis šio tinklo trūkumas yra tas, kad bazinė stotis turėtų būti radijo diapazone visiems atskiriems mazgams. Tai nėra tvirta, kaip ir kiti tinklai, nes tinklą tvarkyti priklauso nuo vieno mazgo.

Tinklo tinklas

Tokio tipo tinklas leidžia perduoti duomenis iš vieno mazgo į kitą tinkle, kuris yra radijo perdavimo diapazone. Jei mazgas turi perduoti pranešimą į kitą mazgą ir yra už radijo ryšio diapazono ribų, jis gali naudoti mazgą kaip tarpinį, kad išsiųstų pranešimą link pageidaujamo mazgo.

Pagrindinis tinklo tinklo pranašumas yra mastelis ir perteklinis ryšys. Kai atskiras mazgas nustoja veikti, nuotolinis mazgas gali susikalbėti su bet kokio kito tipo diapazone esančiais mazgais, tada persiunčia pranešimą pageidaujamos vietos link. Be to, tinklo diapazonas nėra automatiškai ribojamas per atskirų mazgų diapazoną, kurį jis gali išplėsti, paprasčiausiai pridėdamas keletą mazgų prie sistemos.

Pagrindinis tokio tipo tinklo trūkumas yra tinklo mazgų, kurie vykdo ryšius, pvz., „Multi-hop“, energijos naudojimas paprastai yra didesnis nei kitų mazgų, kurie neturi tokios galimybės dažnai apriboti baterijos veikimo laiką. Be to, kai ryšių apynių skaičius padidėja link paskirties vietos, taip pat padidės laikas, per kurį išsiunčiamas pranešimas, ypač jei mazgų mažos galios procesas yra būtinas.

„Hybrid Star“ - tinklelis

Hibridas tarp dviejų tinklų, tokių kaip žvaigždė ir tinklelis, suteikia tvirtą ir lankstų ryšių tinklą, tuo pačiu išlaikant minimalų belaidžių jutiklių mazgų energijos suvartojimą. Tokioje tinklo topologijoje jutiklio mazgams, turintiems mažiau galios, neleidžiama perduoti pranešimų.
Tai leidžia mažiausiai priežiūros sunaudoti energiją.

Bet kitiems tinklo mazgams leidžiama naudotis daugiašopiu būdu, leidžiant jiems perduoti pranešimus iš vieno mazgo į kitą tinkle. Paprastai mazgai, turintys daugiašokį pajėgumą, turi didelę galią ir dažnai yra prijungiami prie elektros tinklo. Tai yra įdiegta topologija per būsimą standartinį tinklo tinklą, vadinamą „ZigBee“.

Belaidžio jutiklio mazgo struktūra

Belaidžio jutiklio mazgo sudarymui naudojami komponentai yra skirtingi vienetai, tokie kaip jutimas, apdorojimas, imtuvas ir maitinimas. Ji taip pat apima papildomus komponentus, kurie priklauso nuo programos, tokios kaip elektros generatorius, vietos paieškos sistema ir mobilizatorius. Paprastai jutimo vienetus sudaro du subvienetai, būtent ADC, taip pat jutikliai. Čia jutikliai generuoja analoginius signalus, kuriuos ADC pagalba galima pakeisti į skaitmeninius, po to jie perduodami į apdorojimo bloką.

Paprastai šis įrenginys gali būti susietas per mažą kaupiklį, kuris valdo veiksmus, kad jutiklio mazgas veiktų kartu su kitais mazgais, kad pasiektų paskirtas jutimo užduotis. Jutiklio mazgą prie tinklo galima prijungti imtuvo-imtuvo pagalba. Jutiklio mazge vienas iš pagrindinių komponentų yra jutiklio mazgas. Maitinimo blokai yra palaikomi per energijos taupymo įrenginius, pavyzdžiui, saulės elementus, o kiti subvienetai priklauso nuo taikymo.

Belaidžio jutimo mazgų funkcinio bloko schema parodyta aukščiau. Šie moduliai suteikia universalią platformą, leidžiančią patenkinti plačių programų reikalavimus. Pavyzdžiui, remiantis išdėstytais jutikliais, galima pakeisti signalo kondicionavimo bloką. Tai leidžia naudoti skirtingus jutiklius kartu su belaidžiu jutiklio mazgu. Panašiai radijo ryšį galima pakeisti į nurodytą programą.

Belaidžio jutiklių tinklo charakteristikos

WSN charakteristikos apima šiuos dalykus.

• Maitinimo ribų suvartojimas mazgams su baterijomis
• Gebėjimas tvarkyti mazgo gedimus
• Tam tikras mazgų mobilumas ir mazgų nevienalytiškumas
• Mastelis dideliu paskirstymo mastu
• Gebėjimas užtikrinti griežtas aplinkos sąlygas
• Paprasta naudoti
• Skersinio sluoksnio dizainas

Belaidžių jutiklių tinklų privalumai

Tarp WSN pranašumų yra šie

• Tinklo susitarimai gali būti vykdomi be nekilnojamosios infrastruktūros.
• Tinka tokioms nepasiekiamoms vietoms kaip kalnai, virš jūros, kaimo vietovės ir gilūs miškai.
• Lankstus, jei yra atsitiktinė situacija, kai reikia papildomos darbo vietos.
• Vykdymo kainos yra nebrangios.
• Taip išvengiama daugybės laidų.
• Tai gali bet kuriuo metu suteikti apgyvendinimą naujiems įrenginiams.
• Jį galima atidaryti naudojant centralizuotą stebėjimą.

Belaidžio jutiklio tinklo programos

Belaidžius jutiklių tinklus gali sudaryti daugybė skirtingų tipų jutiklių, tokių kaip mažas mėginių ėmimo dažnis, seisminiai, magnetiniai, šiluminiai, vaizdiniai, infraraudonieji spinduliai, radarai ir akustiniai, kurie yra sumanūs stebėti įvairias aplinkos situacijas. Jutiklio mazgai naudojami nuolatiniam jutimui, įvykio ID, įvykio aptikimui ir vietiniam pavarų valdymui. Belaidžių jutiklių tinklų taikymo sritis daugiausia apima sveikatos, karinės, aplinkos, namų ir kitos komercinės sritys.

WSN programa

• Karinės programos
• Programos sveikatos srityje
• Aplinkosauga
• Namų programos
• Komercinės programos
• Teritorijos stebėjimas
• Sveikatos priežiūros stebėjimas
• Aplinkos / Žemės jutimai
• Oro taršos stebėjimas
• Miško gaisrų aptikimas
• Nuošliaužų aptikimas
• Vandens kokybės stebėjimas
• Pramonės stebėjimas

Taigi visa tai yra tai, kas yra a bevielio jutiklio tinklas , belaidžio jutiklio tinklo architektūra, charakteristikos ir programos. Tikimės, kad geriau suprasite šią koncepciją. Be to, bet kokie klausimai ar apie juos žinoti bevielio jutiklio tinklo projekto idėjos , pateikite savo vertingus pasiūlymus komentuodami žemiau esančiame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, kokie yra skirtingi belaidžių jutiklių tinklų tipai?