Αρχιτεκτονική ασύρματου δικτύου αισθητήρων και οι εφαρμογές της

Επί του παρόντος, WSN (ασύρματο δίκτυο αισθητήρων) είναι οι πιο τυπικές υπηρεσίες που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές, λόγω της τεχνικής ανάπτυξης σε επεξεργαστή, επικοινωνία και χαμηλή κατανάλωση ενσωματωμένων υπολογιστικών συσκευών. Η αρχιτεκτονική του ασύρματου δικτύου αισθητήρων είναι χτισμένη με κόμβους που χρησιμοποιούνται για την παρατήρηση του περιβάλλοντος χώρου, όπως θερμοκρασία, υγρασία, πίεση, θέση, δόνηση, ήχος κ.λπ. Αυτοί οι κόμβοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο για την εκτέλεση διαφόρων εργασιών, όπως έξυπνη ανίχνευση, μια ανακάλυψη γειτονικών κόμβων, επεξεργασίας και αποθήκευσης δεδομένων, συλλογής δεδομένων, παρακολούθησης στόχου, παρακολούθησης και ελέγχου, συγχρονισμού, εντοπισμού κόμβων και αποτελεσματικής δρομολόγησης μεταξύ του σταθμού βάσης και των κόμβων. Προς το παρόν, τα WSN αρχίζουν να οργανώνονται σε ένα βελτιωμένο βήμα. Δεν είναι περίεργο να περιμένουμε ότι σε 10 έως 15 χρόνια ότι ο κόσμος θα προστατεύεται με WSN με είσοδο σε αυτά μέσω του Διαδικτύου. Αυτό μπορεί να μετρηθεί καθώς το Διαδίκτυο γίνεται φυσικό n / w. Αυτή η τεχνολογία είναι συναρπαστική με απεριόριστο δυναμικό για πολλούς τομείς εφαρμογών, όπως ιατρικός, περιβαλλοντικός, μεταφορά, στρατιωτικός, ψυχαγωγία, άμυνα της πατρίδας, διαχείριση κρίσεων, καθώς και έξυπνοι χώροι.

Τι είναι ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων;

Ασύρματο Το Sensor Network είναι ένα είδος ασύρματου δικτύου που περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό κυκλοφορούντων, αυτοκατευθυνόμενων, λεπτών, χαμηλής ισχύος συσκευών που ονομάζονται κόμβοι αισθητήρα που ονομάζονται motes. Αυτά τα δίκτυα καλύπτουν σίγουρα έναν τεράστιο αριθμό χωρικά διανεμημένων, μικρών, ενσωματωμένων συσκευών που λειτουργούν με μπαταρία, οι οποίοι είναι δικτυωμένοι για τη συλλογή, επεξεργασία και μεταφορά δεδομένων στους χειριστές, και έχει ελέγξει τις δυνατότητες υπολογισμού και επεξεργασίας. Οι κόμβοι είναι μικροσκοπικοί υπολογιστές, οι οποίοι λειτουργούν από κοινού για τη δημιουργία δικτύων.

Ασύρματο δίκτυο αισθητήρων

Ο κόμβος αισθητήρα είναι μια πολυλειτουργική, ενεργειακά αποδοτική ασύρματη συσκευή. Οι εφαρμογές των κινητήρων στη βιομηχανία είναι ευρέως διαδεδομένες. Μια συλλογή κόμβων αισθητήρα συλλέγει τα δεδομένα από το περιβάλλον για να επιτύχει συγκεκριμένους στόχους εφαρμογής. Η επικοινωνία μεταξύ των κινητήρων μπορεί να γίνει μεταξύ τους χρησιμοποιώντας πομποδέκτες. Σε ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων, ο αριθμός των κινητήρων μπορεί να είναι της τάξης των εκατοντάδων / ακόμη και χιλιάδων. Σε αντίθεση με τον αισθητήρα n / ws, τα δίκτυα Ad Hoc θα έχουν λιγότερους κόμβους χωρίς καμία δομή.

Αρχιτεκτονική ασύρματου δικτύου αισθητήρων

Η πιο κοινή αρχιτεκτονική ασύρματου αισθητήρα δικτύου ακολουθεί το μοντέλο αρχιτεκτονικής OSI. Η αρχιτεκτονική του WSN περιλαμβάνει πέντε επίπεδα και τρία σταυρωτά στρώματα. Κυρίως στον αισθητήρα n / w, απαιτούμε πέντε επίπεδα, δηλαδή εφαρμογή, μεταφορά, n / w, σύνδεση δεδομένων και φυσικό επίπεδο. Τα τρία εγκάρσια επίπεδα είναι η διαχείριση ισχύος, η διαχείριση κινητικότητας και η διαχείριση εργασιών. Αυτά τα επίπεδα του WSN χρησιμοποιούνται για να ολοκληρώσουν το n / w και να κάνουν τους αισθητήρες να δουλεύουν μαζί για να αυξήσουν την πλήρη απόδοση του δικτύου. Ακολουθήστε τον παρακάτω σύνδεσμο για Τύποι ασύρματων δικτύων αισθητήρων και τοπολογιών WSN

Τύποι αρχιτεκτονικών WSN

Η αρχιτεκτονική που χρησιμοποιείται στο WSN είναι αρχιτεκτονική δικτύου αισθητήρων. Αυτό το είδος αρχιτεκτονικής εφαρμόζεται σε διαφορετικά μέρη όπως νοσοκομεία, σχολεία, δρόμους, κτίρια καθώς και σε διαφορετικές εφαρμογές όπως διαχείριση ασφάλειας, διαχείριση καταστροφών και διαχείριση κρίσεων κ.λπ. Υπάρχουν δύο τύποι αρχιτεκτονικών που χρησιμοποιούνται στον ασύρματο αισθητήρα δίκτυα που περιλαμβάνουν τα ακόλουθα. Υπάρχουν 2 τύποι αρχιτεκτονικών ασύρματων αισθητήρων: Αρχιτεκτονική δικτύου με στρώσεις και αρχιτεκτονική συμπλέγματος. Αυτά εξηγούνται ως εξής.

• Αρχιτεκτονική σε στρώματα δικτύου
• Αρχιτεκτονική δικτύου συμπλέγματος

Αρχιτεκτονική σε στρώματα δικτύου

Αυτό το είδος δικτύου χρησιμοποιεί εκατοντάδες κόμβους αισθητήρα καθώς και σταθμό βάσης. Εδώ η διάταξη των κόμβων δικτύου μπορεί να γίνει σε ομόκεντρα στρώματα. Περιλαμβάνει πέντε στρώσεις καθώς και 3 σταυρωτές στρώσεις που περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Τα πέντε επίπεδα της αρχιτεκτονικής είναι:

• Επίπεδο εφαρμογής
• Μεταφορικό στρώμα
• Επίπεδο δικτύου
• Επίπεδο συνδέσμου δεδομένων
• Φυσική στρώση

Τα τρία σταυρωτά στρώματα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

• Αεροπλάνο διαχείρισης ισχύος
• Επίπεδο διαχείρισης κινητικότητας
• Επίπεδο διαχείρισης εργασιών

Αυτά τα τρία σταυρωτά στρώματα χρησιμοποιούνται κυρίως για τον έλεγχο του δικτύου καθώς και για να κάνουν τους αισθητήρες να λειτουργούν ως ένας για να βελτιωθεί η συνολική απόδοση του δικτύου. Τα παραπάνω πέντε στρώματα του WSN συζητούνται παρακάτω.

Αρχιτεκτονική ασύρματου δικτύου αισθητήρων

Επίπεδο εφαρμογής

Το επίπεδο εφαρμογής είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση της κυκλοφορίας και προσφέρει λογισμικό για πολλές εφαρμογές που μετατρέπουν τα δεδομένα σε σαφή μορφή για να βρουν θετικές πληροφορίες. Τα δίκτυα αισθητήρων είναι διατεταγμένα σε πολλές εφαρμογές σε διάφορους τομείς όπως γεωργικά, στρατιωτικά, περιβάλλον, ιατρικά κ.λπ.

Μεταφορικό στρώμα

Η λειτουργία του στρώματος μεταφοράς είναι να παρέχει αποφυγή συμφόρησης και αξιοπιστία, όπου πολλά πρωτόκολλα που προορίζονται να προσφέρουν αυτήν τη λειτουργία είναι είτε πρακτικά στο ανάντη. Αυτά τα πρωτόκολλα χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς για την αναγνώριση απώλειας και την αποκατάσταση απώλειας. Το επίπεδο μεταφοράς είναι ακριβώς απαραίτητο όταν ένα σύστημα σχεδιάζεται να επικοινωνήσει με άλλα δίκτυα.

Η παροχή αξιόπιστης ανάκτησης απώλειας είναι πιο ενεργειακά αποδοτική και αυτός είναι ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους το TCP δεν είναι κατάλληλο για WSN. Σε γενικές γραμμές, τα στρώματα μεταφοράς μπορούν να χωριστούν σε πακέτα που οδηγούνται από γεγονότα. Υπάρχουν μερικά δημοφιλή πρωτόκολλα στο επίπεδο μεταφοράς, δηλαδή STCP (Sensor Transmission Control Protocol), PORT (Price-Oriented Reliable Transport Protocol και PSFQ (αντλία αργή λήψη γρήγορα).

Επίπεδο δικτύου

Η κύρια λειτουργία του επιπέδου δικτύου είναι η δρομολόγηση, έχει πολλές εργασίες με βάση την εφαρμογή, αλλά στην πραγματικότητα, οι κύριες εργασίες είναι στην εξοικονόμηση ενέργειας, η μερική μνήμη, τα buffer και ο αισθητήρας δεν έχουν καθολικό αναγνωριστικό και πρέπει να να είστε αυτο-οργανωμένοι.

Η απλή ιδέα του πρωτοκόλλου δρομολόγησης είναι να εξηγήσουμε μια αξιόπιστη λωρίδα και περιττές λωρίδες, σύμφωνα με μια πειστική κλίμακα που ονομάζεται μετρικό, η οποία ποικίλλει από πρωτόκολλο σε πρωτόκολλο. Υπάρχουν πολλά υπάρχοντα πρωτόκολλα για αυτό το επίπεδο δικτύου, μπορούν να διαχωριστούν σε επίπεδη δρομολόγηση και ιεραρχική δρομολόγηση ή μπορούν να διαχωριστούν σε χρονικά καθοδηγούμενα, ερωτήματα και συμβάντα.

Επίπεδο συνδέσμου δεδομένων

Το επίπεδο συνδέσμου δεδομένων είναι υπεύθυνο για την ανίχνευση πλαισίων δεδομένων πολυπλεξίας, ροές δεδομένων, MAC και έλεγχο σφαλμάτων, επιβεβαιώστε την αξιοπιστία του σημείου - σημείου (ή) του σημείου - του πολλαπλού σημείου.

Φυσική στρώση

Το φυσικό στρώμα παρέχει ένα άκρο για τη μεταφορά μιας ροής δυαδικών ψηφίων πάνω από το φυσικό μέσο. Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για την επιλογή της συχνότητας, της δημιουργίας μιας συχνότητας φορέα, της ανίχνευσης σήματος, της διαμόρφωσης και της κρυπτογράφησης δεδομένων. Το IEEE 802.15.4 προτείνεται ως τυπικό για συγκεκριμένες περιοχές με χαμηλό ρυθμό και ασύρματα δίκτυα αισθητήρων με χαμηλό κόστος, κατανάλωση ενέργειας, πυκνότητα, το εύρος επικοινωνίας για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας. Το CSMA / CA χρησιμοποιείται για την υποστήριξη τοπολογίας star & peer to peer. Υπάρχουν διάφορες εκδόσεις του IEEE 802.15.4.V.

Τα κύρια οφέλη από τη χρήση αυτού του είδους της αρχιτεκτονικής στο WSN είναι ότι κάθε κόμβος περιλαμβάνει απλώς σε μεταδόσεις χαμηλής απόστασης, χαμηλής ισχύος στους γειτονικούς κόμβους λόγω των οποίων η χρήση ισχύος είναι χαμηλή σε σύγκριση με άλλα είδη αρχιτεκτονικής δικτύου αισθητήρων. Αυτό το είδος δικτύου είναι επεκτάσιμο και περιλαμβάνει υψηλή ανοχή σφαλμάτων.

Αρχιτεκτονική δικτύου συμπλέγματος

Σε αυτό το είδος αρχιτεκτονικής, ξεχωριστοί κόμβοι αισθητήρων προστίθενται σε ομάδες γνωστές ως συμπλέγματα που εξαρτώνται από το 'Leach Protocol' επειδή χρησιμοποιεί συμπλέγματα. Ο όρος «Πρωτόκολλο Leach» σημαίνει «Ιεραρχία Συγκεντρωτικής Διατάξεως Χαμηλής Ενέργειας». Οι κύριες ιδιότητες αυτού του πρωτοκόλλου περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα.

Αρχιτεκτονική δικτύου συμπλέγματος

• Αυτή είναι μια αρχιτεκτονική ομαδοποίησης ιεραρχίας δύο επιπέδων.
• Αυτός ο κατανεμημένος αλγόριθμος χρησιμοποιείται για τη διευθέτηση των κόμβων του αισθητήρα σε ομάδες, γνωστές ως συμπλέγματα.
• Σε κάθε σύμπλεγμα που σχηματίζεται ξεχωριστά, οι κόμβοι κεφαλής του συμπλέγματος θα δημιουργήσουν τα σχέδια TDMA (πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης χρόνου).
• Χρησιμοποιεί την έννοια Data Fusion, ώστε να κάνει το δίκτυο ενεργειακά αποδοτικό.

Αυτό το είδος αρχιτεκτονικής δικτύου χρησιμοποιείται εξαιρετικά λόγω της ιδιότητας σύντηξης δεδομένων. Σε κάθε σύμπλεγμα, κάθε κόμβος μπορεί να αλληλεπιδράσει μέσω της κεφαλής του συμπλέγματος για να πάρει τα δεδομένα. Όλα τα συμπλέγματα θα μοιραστούν τα συλλεγμένα δεδομένα τους προς το σταθμό βάσης. Ο σχηματισμός ενός συμπλέγματος, καθώς και η επιλογή κεφαλής σε κάθε σύμπλεγμα, είναι μια ανεξάρτητη, καθώς και αυτόνομη κατανεμημένη μέθοδος.

Θέματα σχεδιασμού της ασύρματης αρχιτεκτονικής δικτύου αισθητήρων

Τα ζητήματα σχεδιασμού της αρχιτεκτονικής ασύρματου δικτύου αισθητήρων περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα.

• Κατανάλωση ενέργειας
• Εντοπισμός
• Κάλυψη
• Ρολόγια
• Υπολογισμός
• Κόστος παραγωγής
• Σχεδιασμός υλικού
• Ποιότητα εξυπηρέτησης

Κατανάλωση ενέργειας

Στο WSN, η κατανάλωση ενέργειας είναι ένα από τα κύρια ζητήματα. Ως πηγή ενέργειας, η μπαταρία χρησιμοποιείται με εξοπλισμό με κόμβους αισθητήρα. Το δίκτυο αισθητήρων είναι διατεταγμένο σε επικίνδυνες καταστάσεις, οπότε γίνεται περίπλοκο για την αλλαγή κατά την επαναφόρτιση των μπαταριών. Η κατανάλωση ενέργειας εξαρτάται κυρίως από τις λειτουργίες των κόμβων του αισθητήρα όπως η επικοινωνία, η ανίχνευση και η επεξεργασία δεδομένων. Καθ 'όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας, η κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ υψηλή. Έτσι, η κατανάλωση ενέργειας μπορεί να αποφευχθεί σε κάθε επίπεδο χρησιμοποιώντας αποτελεσματικά πρωτόκολλα δρομολόγησης.

Εντοπισμός

Για τη λειτουργία του δικτύου, το βασικό, καθώς και κρίσιμο πρόβλημα, είναι ο εντοπισμός των αισθητήρων. Έτσι, οι κόμβοι αισθητήρων είναι διατεταγμένοι κατά τρόπο ad-hoc, ώστε να μην γνωρίζουν την τοποθεσία τους. Η δυσκολία προσδιορισμού της φυσικής θέσης του αισθητήρα μόλις διευθετηθούν είναι γνωστή ως εντοπισμός. Αυτή η δυσκολία μπορεί να επιλυθεί μέσω GPS, κόμβων σήματος, εντοπισμού με βάση την εγγύτητα.

Κάλυψη

Οι κόμβοι αισθητήρων στο ασύρματο δίκτυο αισθητήρων χρησιμοποιούν έναν αλγόριθμο κάλυψης για την ανίχνευση δεδομένων καθώς και τη μετάδοσή τους για βύθιση μέσω του αλγορίθμου δρομολόγησης. Για την κάλυψη ολόκληρου του δικτύου, θα πρέπει να επιλεγούν οι κόμβοι του αισθητήρα. Συνιστώνται αποτελεσματικές μέθοδοι όπως οι αλγόριθμοι διαδρομής ελάχιστης και υψηλότερης έκθεσης καθώς και το πρωτόκολλο σχεδιασμού κάλυψης.

Ρολόγια

Στο WSN, ο συγχρονισμός ρολογιού είναι μια σοβαρή υπηρεσία. Η κύρια λειτουργία αυτού του συγχρονισμού είναι να προσφέρει ένα συνηθισμένο χρονικό διάστημα για τους κόμβους των τοπικών ρολογιών εντός των δικτύων αισθητήρων. Αυτά τα ρολόγια πρέπει να συγχρονίζονται σε ορισμένες εφαρμογές όπως παρακολούθηση καθώς και παρακολούθηση.

Υπολογισμός

Ο υπολογισμός μπορεί να οριστεί ως το άθροισμα των δεδομένων που συνεχίζεται σε κάθε κόμβο. Το κύριο ζήτημα στον υπολογισμό είναι ότι πρέπει να μειώσει τη χρήση των πόρων. Εάν η διάρκεια ζωής του σταθμού βάσης είναι πιο επικίνδυνη, τότε η επεξεργασία δεδομένων θα ολοκληρωθεί σε κάθε κόμβο πριν από τη μετάδοση δεδομένων προς το σταθμό βάσης. Σε κάθε κόμβο, εάν έχουμε κάποιους πόρους, τότε ολόκληρος ο υπολογισμός πρέπει να γίνει στο νεροχύτη.

Κόστος παραγωγής

Στο WSN, ο μεγάλος αριθμός κόμβων αισθητήρων είναι διατεταγμένος. Επομένως, εάν η τιμή ενός κόμβου είναι πολύ υψηλή, τότε η συνολική τιμή δικτύου θα είναι επίσης υψηλή. Τελικά, η τιμή κάθε κόμβου αισθητήρα πρέπει να διατηρείται μικρότερη. Έτσι, η τιμή κάθε κόμβου αισθητήρα στο ασύρματο δίκτυο αισθητήρων είναι ένα απαιτητικό πρόβλημα.

Σχεδιασμός υλικού

Κατά το σχεδιασμό υλικού του δικτύου αισθητήρων όπως ο έλεγχος ισχύος, ο μικροελεγκτής και η μονάδα επικοινωνίας πρέπει να είναι ενεργειακά αποδοτικά. Ο σχεδιασμός του μπορεί να γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε να χρησιμοποιεί χαμηλή ενέργεια.

Ποιότητα εξυπηρέτησης

Η ποιότητα της υπηρεσίας ή το QoS δεν είναι τίποτα άλλο, τα δεδομένα πρέπει να διανεμηθούν εγκαίρως. Επειδή ορισμένες από τις εφαρμογές που βασίζονται σε αισθητήρες σε πραγματικό χρόνο εξαρτώνται κυρίως από το χρόνο. Έτσι, εάν τα δεδομένα δεν κατανέμονται εγκαίρως στον δέκτη, τότε τα δεδομένα θα γίνουν άχρηστα. Στα WSN, υπάρχουν διαφορετικοί τύποι ζητημάτων QoS όπως η τοπολογία δικτύου που μπορεί να τροποποιούνται συχνά, καθώς και η προσβάσιμη κατάσταση των πληροφοριών που χρησιμοποιούνται για τη δρομολόγηση μπορεί να είναι ανακριβής.

Δομή ασύρματου δικτύου αισθητήρων

Η δομή του WSN περιλαμβάνει κυρίως διάφορες τοπολογίες που χρησιμοποιούνται για δίκτυα ραδιοεπικοινωνιών, όπως αστέρι, πλέγμα και υβριδικό αστέρι. Αυτές οι τοπολογίες συζητούνται παρακάτω εν συντομία.

Δίκτυο αστεριών

Η τοπολογία επικοινωνίας όπως ένα δίκτυο αστεριών χρησιμοποιείται όπου μόνο ο σταθμός βάσης μπορεί να μεταδώσει ή να λάβει ένα μήνυμα προς απομακρυσμένους κόμβους. Υπάρχει ένας αριθμός κόμβων που δεν επιτρέπεται να μεταδίδουν μηνύματα ο ένας στον άλλο. Τα οφέλη αυτού του δικτύου περιλαμβάνουν κυρίως την απλότητα, ικανή να περιορίσει στο ελάχιστο την κατανάλωση ενέργειας των απομακρυσμένων κόμβων.

Επιτρέπει επίσης επικοινωνίες με λιγότερη καθυστέρηση μεταξύ του σταθμού βάσης καθώς και απομακρυσμένου κόμβου. Το κύριο μειονέκτημα αυτού του δικτύου είναι ότι ο σταθμός βάσης πρέπει να βρίσκεται στο εύρος του ραδιοφώνου για όλους τους ξεχωριστούς κόμβους. Δεν είναι ανθεκτικό όπως άλλα δίκτυα, επειδή εξαρτάται από έναν μόνο κόμβο για τη διαχείριση του δικτύου.

Δίκτυο πλέγματος

Αυτό το είδος δικτύου επιτρέπει τη μετάδοση των δεδομένων από έναν κόμβο σε άλλο εντός του δικτύου που βρίσκεται στο εύρος της ραδιοφωνικής μετάδοσης. Εάν ένας κόμβος πρέπει να μεταδώσει ένα μήνυμα σε έναν άλλο κόμβο και αυτό είναι εκτός του εύρους των ραδιοεπικοινωνιών, τότε μπορεί να χρησιμοποιήσει έναν κόμβο σαν ένα ενδιάμεσο για να στείλει το μήνυμα προς τον προτιμώμενο κόμβο.

Το κύριο πλεονέκτημα ενός δικτύου πλέγματος είναι η επεκτασιμότητα καθώς και ο πλεονασμός. Όταν ένας μεμονωμένος κόμβος σταματά να λειτουργεί, ένας απομακρυσμένος κόμβος μπορεί να συνομιλεί με οποιονδήποτε άλλο τύπο κόμβου εντός του εύρους και, στη συνέχεια, προωθεί το μήνυμα προς την προτιμώμενη θέση. Επιπλέον, το εύρος του δικτύου δεν περιορίζεται αυτόματα μέσω του εύρους μεταξύ μεμονωμένων κόμβων που μπορεί να επεκταθεί απλά προσθέτοντας έναν αριθμό κόμβων στο σύστημα.

Το κύριο μειονέκτημα αυτού του είδους του δικτύου είναι η χρήση ισχύος για τους κόμβους δικτύου που εκτελούν τις επικοινωνίες όπως το multi-hop είναι συνήθως υψηλότεροι από άλλους κόμβους που δεν έχουν αυτή την ικανότητα να περιορίζουν συχνά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Επιπλέον, όταν ο αριθμός των επικοινωνιών λυκίσκου αυξάνεται προς έναν προορισμό, τότε ο χρόνος που απαιτείται για την αποστολή του μηνύματος θα αυξηθεί επίσης, ειδικά εάν η διαδικασία χαμηλής ισχύος των κόμβων είναι απαραίτητη.

Hybrid Star - Mesh Network

Ένα υβριδικό μεταξύ των δύο δικτύων όπως το αστέρι και το πλέγμα παρέχει ένα ισχυρό και ευέλικτο δίκτυο επικοινωνιών, διατηρώντας παράλληλα την κατανάλωση ισχύος των κόμβων ασύρματων αισθητήρων στο ελάχιστο. Σε αυτό το είδος τοπολογίας δικτύου, οι κόμβοι αισθητήρων με λιγότερη ισχύ δεν επιτρέπεται να μεταδίδουν τα μηνύματα.
Αυτό επιτρέπει τη συντήρηση με λιγότερη κατανάλωση ενέργειας.

Όμως, άλλοι κόμβοι δικτύου επιτρέπονται με τη δυνατότητα πολλαπλού λυκίσκου επιτρέποντάς τους να μεταδίδουν μηνύματα από έναν κόμβο σε έναν άλλο στο δίκτυο. Συνήθως, οι κόμβοι με χωρητικότητα πολλαπλών λυκίσκων έχουν υψηλή ισχύ και συνδέονται συχνά στην κεντρική γραμμή. Αυτή είναι η εφαρμοζόμενη τοπολογία μέσω της επερχόμενης τυπικής δικτύωσης ματιών που ονομάζεται ZigBee.

Δομή ενός ασύρματου κόμβου αισθητήρα

Τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός κόμβου ασύρματου αισθητήρα είναι διαφορετικές μονάδες όπως ανίχνευση, επεξεργασία, πομποδέκτης και ισχύς. Περιλαμβάνει επίσης πρόσθετα στοιχεία που εξαρτώνται από μια εφαρμογή, όπως μια γεννήτρια ισχύος, ένα σύστημα εύρεσης τοποθεσίας και έναν κινητοποιητή. Γενικά, οι αισθητήριες μονάδες περιλαμβάνουν δύο υπομονάδες, δηλαδή ADC, καθώς και αισθητήρες. Εδώ οι αισθητήρες παράγουν αναλογικά σήματα τα οποία μπορούν να μετατραπούν σε ψηφιακά σήματα με τη βοήθεια του ADC, μετά από αυτό μεταδίδει στη μονάδα επεξεργασίας.

Γενικά, αυτή η μονάδα μπορεί να συνδεθεί μέσω μιας μικροσκοπικής μονάδας αποθήκευσης για να χειριστεί τις ενέργειες που κάνουν τον κόμβο του αισθητήρα να λειτουργεί με τους άλλους κόμβους για την επίτευξη των εκχωρημένων εργασιών ανίχνευσης. Ο κόμβος του αισθητήρα μπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο με τη βοήθεια μιας μονάδας πομποδέκτη. Στον κόμβο του αισθητήρα, ένα από τα βασικά στοιχεία είναι ένας κόμβος αισθητήρα. Οι μονάδες ισχύος υποστηρίζονται μέσω μονάδων σάρωσης ισχύος, όπως ηλιακά κύτταρα, ενώ οι άλλες υπομονάδες εξαρτώνται από την εφαρμογή.

Ένα διάγραμμα λειτουργικού μπλοκ ασύρματων αισθητήρων φαίνεται παραπάνω. Αυτές οι ενότητες παρέχουν μια ευέλικτη πλατφόρμα για την αντιμετώπιση των απαιτήσεων ευρείας εφαρμογής. Για παράδειγμα, με βάση τους αισθητήρες που πρόκειται να τοποθετηθούν, μπορεί να γίνει η αντικατάσταση του μπλοκ κλιματισμού. Αυτό επιτρέπει τη χρήση διαφορετικών αισθητήρων μαζί με τον ασύρματο κόμβο ανίχνευσης. Ομοίως, ο ραδιοφωνικός σύνδεσμος μπορεί να αντικατασταθεί για μια συγκεκριμένη εφαρμογή.

Χαρακτηριστικά του ασύρματου δικτύου αισθητήρων

Τα χαρακτηριστικά του WSN περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Η κατανάλωση ορίων ισχύος για κόμβους με μπαταρίες
• Ικανότητα χειρισμού αστοχιών κόμβων
• Κάποια κινητικότητα κόμβων και ετερογένεια κόμβων
• Επεκτασιμότητα σε μεγάλη κλίμακα διανομής
• Δυνατότητα εξασφάλισης αυστηρών περιβαλλοντικών συνθηκών
• Απλό στη χρήση
• Σχεδιασμός πολλαπλών επιπέδων

Πλεονεκτήματα των ασύρματων δικτύων αισθητήρων

Τα πλεονεκτήματα του WSN περιλαμβάνουν τα ακόλουθα

• Οι ρυθμίσεις δικτύου μπορούν να πραγματοποιηθούν χωρίς ακίνητη υποδομή.
• Κατάλληλο για μη προσβάσιμα μέρη όπως βουνά, πάνω από τη θάλασσα, αγροτικές περιοχές και βαθιά δάση.
• Ευέλικτη εάν υπάρχει περιστασιακή κατάσταση όταν απαιτείται ένας επιπλέον σταθμός εργασίας.
• Η τιμολόγηση εκτέλεσης είναι φθηνή.
• Αποφεύγει πολλές καλωδιώσεις.
• Μπορεί να παρέχει καταλύματα για τις νέες συσκευές ανά πάσα στιγμή.
• Μπορεί να ανοίξει χρησιμοποιώντας κεντρική παρακολούθηση.

Εφαρμογές δικτύου ασύρματων αισθητήρων

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων μπορεί να περιλαμβάνουν πολλούς διαφορετικούς τύπους αισθητήρων όπως χαμηλό ρυθμό δειγματοληψίας, σεισμικό, μαγνητικό, θερμικό, οπτικό, υπέρυθρο, ραντάρ και ακουστικό, που είναι έξυπνοι για την παρακολούθηση ενός ευρέος φάσματος καταστάσεων περιβάλλοντος. Οι κόμβοι αισθητήρα χρησιμοποιούνται για συνεχή ανίχνευση, αναγνωριστικό συμβάντος, ανίχνευση συμβάντων και τοπικό έλεγχο ενεργοποιητών. Οι εφαρμογές ασύρματων δικτύων αισθητήρων περιλαμβάνουν κυρίως υγεία, στρατιωτικούς, περιβαλλοντικούς, οικιακούς και άλλους εμπορικούς τομείς.

Εφαρμογή WSN

• Στρατιωτικές εφαρμογές
• Εφαρμογές υγείας
• Περιβαλλοντικές εφαρμογές
• Οικιακές εφαρμογές
• Εμπορικές εφαρμογές
• Παρακολούθηση περιοχής
• Παρακολούθηση υγειονομικής περίθαλψης
• Περιβαλλοντικές / γήινες αισθήσεις
• Παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης
• Ανίχνευση πυρκαγιάς στα δάση
• Ανίχνευση κατολισθήσεων
• Παρακολούθηση της ποιότητας του νερού
• Βιομηχανική παρακολούθηση

Έτσι, αυτό είναι όλο για το τι είναι ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων , αρχιτεκτονική, χαρακτηριστικά και εφαρμογές ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Ελπίζουμε να έχετε καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, οποιεσδήποτε απορίες ή για να μάθετε ιδέες έργου ασύρματου δικτύου αισθητήρων , δώστε τις πολύτιμες προτάσεις σας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι ασύρματων δικτύων αισθητήρων;