V posledních letech se efektivní design bezdrátové senzorové sítě stal přední oblastí výzkumu. Senzor je zařízení, které reaguje a detekuje určitý typ vstupu z fyzických nebo okolních podmínek, jako je tlak, teplo, světlo atd. Výstupem senzoru je obecně elektrický signál, který se přenáší do ovladače pro další zpracování .
Bezdrátové senzorové sítě (WSN)
Síť bezdrátových senzorů lze definovat jako síť zařízení, která mohou komunikovat informace shromážděné z monitorovaného pole prostřednictvím bezdrátových spojení. Data jsou předávána přes více uzlů a pomocí brány jsou data připojena k jiným sítím, jako je bezdrátový Ethernet .
Bezdrátové senzorové sítě
WSN je bezdrátová síť, která se skládá ze základnových stanic a počtu uzlů (bezdrátových senzorů). Tyto sítě se používají k monitorování fyzických nebo environmentálních podmínek, jako je zvuk, tlak, teplota a kooperativní předávání dat sítí do hlavního umístění, jak je znázorněno na obrázku.
Topologie sítě WSN
U rádiových komunikačních sítí zahrnuje struktura WSN různé topologie, jako jsou ty uvedené níže.
Topologie bezdrátových senzorových sítí
Hvězdné topologie
Hvězdná topologie je komunikační topologie, kde se každý uzel připojuje přímo k bráně. Jedna brána může odesílat nebo přijímat zprávy do několika vzdálených uzlů. Instar topologie, uzly nemají povoleno posílat si zprávy navzájem. To umožňuje komunikaci s nízkou latencí mezi vzdáleným uzlem a bránou (základnovou stanicí).
Vzhledem ke své závislosti na správě sítě na jednom uzlu musí být brána v dosahu rádiového přenosu všech jednotlivých uzlů. Výhodou je schopnost udržet spotřebu energie vzdálených uzlů na minimu a jednoduše pod kontrolou. Velikost sítě závisí na počtu připojení k rozbočovači.
Topologie stromů
Stromová topologie se také nazývá kaskádová hvězdicová topologie. V topologiích stromů se každý uzel připojuje k uzlu, který je umístěn výše ve stromu, a poté k bráně. Hlavní výhodou stromové topologie je, že lze snadno rozšířit síť a snadno se zjišťuje také chyba. Nevýhodou této sítě je, že se silně spoléhá na kabel sběrnice, pokud se rozbije, celá síť se zhroutí.
Topologie sítě
Topologie sítě umožňují přenos dat z jednoho uzlu do druhého, který je v dosahu rádiového přenosu. Pokud uzel chce odeslat zprávu jinému uzlu, který je mimo dosah rádiové komunikace, potřebuje mezilehlý uzel přeposlat zprávu do požadovaného uzlu. Výhodou této topologie sítě je snadná izolace a detekce poruch v síti. Nevýhodou je, že síť je velká a vyžaduje obrovské investice.
Typy WSN (bezdrátové senzorové sítě)
V závislosti na prostředí, typy sítí jsou rozhodnuty tak, aby mohly být rozmístěny pod vodou, pod zemí, na souši atd. Mezi různé typy WSN patří:
- Pozemní WSN
- Podzemní WSN
- Podvodní WSN
- Multimediální WSN
- Mobilní sítě WSN
1. Pozemní WSN
Pozemní WSN jsou schopné efektivně komunikovat základnové stanice a skládají se ze stovek až tisíců uzlů bezdrátových senzorů rozmístěných buď nestrukturovaným (ad hoc), nebo strukturovaným (předem plánovaným) způsobem. V nestrukturovaném režimu jsou uzly senzoru náhodně rozloženy v cílové oblasti, která spadne z pevné roviny. Předplánovaný nebo strukturovaný režim zohledňuje optimální umístění, umístění mřížky a modely 2D, 3D umístění.
V tomto WSN se síla baterie baterie je omezená, ale baterie je vybavena solárními články jako sekundárním zdrojem energie. Úspory energie těchto WSN je dosaženo použitím operací s nízkým pracovním cyklem, minimalizací zpoždění a optimálním směrováním atd.
2. Podzemní WSN
Sítě podzemních bezdrátových senzorů jsou dražší než pozemní WSN, pokud jde o rozmístění, údržbu a náklady na vybavení a pečlivé plánování. Sítě WSN se skládají z několika uzlů senzoru, které jsou ukryty v zemi za účelem monitorování podzemních podmínek. K přenosu informací ze senzorových uzlů do základnové stanice jsou nad zemí umístěny další uzly propadů.
Podzemní WSN
Dobíjení podzemních bezdrátových senzorových sítí rozmístěných v zemi je obtížné. Uzly baterie senzoru vybavené omezeným napájením z baterie je obtížné dobít. Kromě toho díky podzemnímu prostředí je bezdrátová komunikace výzvou kvůli vysoké úrovni útlumu a ztrátě signálu.
3. Pod vodou WSN
Více než 70% Země je obsazeno vodou. Tyto sítě se skládají z několika uzlů senzoru a vozidel rozmístěných pod vodou. Pro sběr dat z těchto uzlů senzorů se používají autonomní podvodní vozidla. Výzvou komunikace pod vodou je dlouhé zpoždění šíření a poruchy šířky pásma a senzorů.
Pod vodou WSN
Pod vodou jsou WSN vybaveny omezenou baterií, kterou nelze dobít ani vyměnit. Problematika úspory energie pro podvodní WSN zahrnuje vývoj podvodních komunikačních a síťových technik.
4. Multimediální WSN
Byly navrženy multimediální bezdrátové senzorové sítě, které umožňují sledování a monitorování událostí ve formě multimédií, jako je zobrazování, video a zvuk. Tyto sítě se skládají z levných uzlů senzorů vybavených mikrofony a kamerami. Tyto uzly jsou vzájemně propojeny bezdrátovým připojením pro kompresi dat, načítání dat a korelaci.
Multimediální WSN
Mezi výzvy multimediálního WSN patří vysoká spotřeba energie, vysoké požadavky na šířku pásma, zpracování dat a techniky komprese. Kromě toho vyžaduje multimediální obsah velkou šířku pásma, aby byl obsah doručen správně a snadno.
5. Mobilní WSN
Tyto sítě se skládají z kolekce uzlů senzorů, které lze samostatně přesouvat a lze s nimi komunikovat ve fyzickém prostředí. Mobilní uzly mohou počítat smysl a komunikovat.
Mobilní bezdrátové senzorové sítě jsou mnohem univerzálnější než statické senzorové sítě. Mezi výhody MWSN oproti statickým bezdrátovým senzorovým sítím patří lepší a lepší pokrytí, lepší energetická účinnost, vynikající kapacita kanálu atd.
Omezení bezdrátových senzorových sítí
- Má velmi malou úložnou kapacitu - několik stovek kilobajtů
- Vlastní skromný výkon zpracování - 8 MHz
- Funguje v krátkém komunikačním dosahu - spotřebovává hodně energie
- Vyžaduje minimální energii - omezuje protokoly
- Získejte baterie s omezenou životností
- Pasivní zařízení poskytují málo energie
Aplikace bezdrátových senzorových sítí
Aplikace bezdrátových senzorových sítí
- Tyto sítě se používají při sledování životního prostředí, jako je detekce lesů, sledování zvířat, detekce povodní, předpovídání a předpověď počasí, a také v komerčních aplikacích, jako je predikce seismické aktivity a monitorování.
- Vojenské aplikace , jako jsou sledovací a monitorovací aplikace pro monitorování prostředí, tyto sítě používají. Uzly senzorů ze senzorových sítí jsou vypuštěny do pole zájmu a jsou dálkově ovládány uživatelem. Sledování nepřátel, detekce zabezpečení se také provádí pomocí těchto sítí.
- Tyto sítě využívají aplikace pro zdraví, jako je sledování a monitorování pacientů a lékařů.
- Tyto sítě využívají nejčastěji používané aplikace bezdrátových senzorových sítí v oblasti dopravních systémů, jako je monitorování provozu, správa dynamického směrování a monitorování parkovišť.
- Rychlá reakce na nouzové situace, monitorování průmyslových procesů , automatizovaná regulace klimatu budov, monitorování ekosystémů a stanovišť, monitorování stavu civilní struktury atd., tyto sítě využívají.
Jedná se o bezdrátové sítě senzorů a jejich aplikace. Věříme, že informace o všech různých typech sítí vám pomohou lépe je poznat podle vašich praktických požadavků. Kromě toho pro další informace o bezdrátový SCADA , dotazy a pochybnosti týkající se tohoto tématu nebo elektrické a elektronické projekty a jakékoli návrhy, prosím, napište nebo nám napište v sekci komentářů níže.
Fotografické kredity
