Τα τελευταία χρόνια, ο αποτελεσματικός σχεδιασμός ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων έχει καταστεί ηγετική περιοχή έρευνας. Ένας αισθητήρας είναι μια συσκευή που αποκρίνεται και ανιχνεύει κάποιο είδος εισόδου τόσο από τις φυσικές όσο και από τις περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως πίεση, θερμότητα, φως κ.λπ. Η έξοδος του αισθητήρα είναι γενικά ένα ηλεκτρικό σήμα που μεταδίδεται σε έναν ελεγκτή για περαιτέρω επεξεργασία .
Δίκτυα ασύρματων αισθητήρων (WSN)
Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων μπορεί να οριστεί ως ένα δίκτυο συσκευών που μπορούν να επικοινωνούν τις πληροφορίες που συλλέγονται από ένα παρακολουθούμενο πεδίο μέσω ασύρματων συνδέσμων. Τα δεδομένα προωθούνται μέσω πολλαπλών κόμβων, και με μια πύλη, τα δεδομένα συνδέονται με άλλα δίκτυα όπως ασύρματο Ethernet .
Δίκτυα ασύρματων αισθητήρων
Το WSN είναι ένα ασύρματο δίκτυο που αποτελείται από σταθμούς βάσης και αριθμούς κόμβων (ασύρματοι αισθητήρες). Αυτά τα δίκτυα χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση φυσικών ή περιβαλλοντικών συνθηκών, όπως ο ήχος, η πίεση, η θερμοκρασία και η διαβίβαση δεδομένων μέσω του δικτύου στην κύρια τοποθεσία, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Τοπολογίες Δικτύου WSN
Για δίκτυα ραδιοεπικοινωνίας, η δομή ενός WSN περιλαμβάνει διάφορες τοπολογίες όπως αυτές που δίνονται παρακάτω.
Τοπολογίες δικτύου ασύρματων αισθητήρων
Τοπολογίες αστεριών
Η τοπολογία του αστεριού είναι μια τοπολογία επικοινωνίας, όπου κάθε κόμβος συνδέεται απευθείας με μια πύλη. Μια μεμονωμένη πύλη μπορεί να στείλει ή να λάβει ένα μήνυμα σε πολλούς απομακρυσμένους κόμβους. Άμεσα τοπολογίες, οι κόμβοι δεν επιτρέπεται να στέλνουν μηνύματα ο ένας στον άλλο. Αυτό επιτρέπει επικοινωνίες χαμηλού λανθάνοντος χρόνου μεταξύ του απομακρυσμένου κόμβου και της πύλης (σταθμός βάσης).
Λόγω της εξάρτησής του από έναν μόνο κόμβο για τη διαχείριση του δικτύου, η πύλη πρέπει να βρίσκεται εντός του εύρους ραδιοφωνικής μετάδοσης όλων των μεμονωμένων κόμβων. Το πλεονέκτημα περιλαμβάνει τη δυνατότητα να διατηρείται η κατανάλωση ενέργειας των απομακρυσμένων κόμβων στο ελάχιστο και απλά υπό έλεγχο. Το μέγεθος του δικτύου εξαρτάται από τον αριθμό των συνδέσεων που πραγματοποιούνται στο διανομέα.
Τοπολογίες δέντρων
Η τοπολογία των δέντρων ονομάζεται επίσης ως τοπολογία αστέρι. Στις τοπολογίες δέντρων, κάθε κόμβος συνδέεται με έναν κόμβο που τοποθετείται ψηλότερα στο δέντρο και μετά στην πύλη. Το κύριο πλεονέκτημα της τοπολογίας του δέντρου είναι ότι η επέκταση ενός δικτύου μπορεί να είναι εύκολα δυνατή και επίσης η εύκολη ανίχνευση σφαλμάτων. Το μειονέκτημα με αυτό το δίκτυο είναι ότι βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο καλώδιο διαύλου εάν σπάσει, όλο το δίκτυο θα καταρρεύσει.
Τοπολογίες πλέγματος
Οι τοπολογίες Mesh επιτρέπουν τη μετάδοση δεδομένων από έναν κόμβο σε έναν άλλο, ο οποίος βρίσκεται εντός του εύρους ραδιοφωνικής μετάδοσης. Εάν ένας κόμβος θέλει να στείλει ένα μήνυμα σε έναν άλλο κόμβο, ο οποίος είναι εκτός του εύρους ραδιοεπικοινωνιών, χρειάζεται έναν ενδιάμεσο κόμβο για να προωθώ το μήνυμα στον επιθυμητό κόμβο. Το πλεονέκτημα αυτής της τοπολογίας πλέγματος περιλαμβάνει εύκολη απομόνωση και ανίχνευση βλαβών στο δίκτυο. Το μειονέκτημα είναι ότι το δίκτυο είναι μεγάλο και απαιτεί τεράστιες επενδύσεις.
Τύποι WSN (ασύρματα δίκτυα αισθητήρων)
Ανάλογα με το περιβάλλον, το τύποι δικτύων αποφασίζονται έτσι ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν υποβρύχια, υπόγεια, στην ξηρά και ούτω καθεξής. Διαφορετικοί τύποι WSN περιλαμβάνουν:
- Επίγεια WSN
- Υπόγεια WSN
- Υποβρύχια WSN
- Πολυμέσα WSN
- Κινητά WSN
1. Επίγεια WSN
Τα επίγεια WSN είναι ικανά να επικοινωνούν σταθμούς βάσης αποτελεσματικά και αποτελούνται από εκατοντάδες έως χιλιάδες ασύρματους κόμβους αισθητήρων που αναπτύσσονται είτε με μη δομημένο (ad hoc) είτε με δομημένο (Προγραμματισμένο) τρόπο. Σε μια μη δομημένη λειτουργία, οι κόμβοι του αισθητήρα κατανέμονται τυχαία στην περιοχή στόχου που πέφτει από ένα σταθερό επίπεδο. Η προ-προγραμματισμένη ή δομημένη λειτουργία εξετάζει τη βέλτιστη τοποθέτηση, την τοποθέτηση πλέγματος και τα μοντέλα 2D, 3D τοποθέτησης.
Σε αυτό το WSN, το ισχύς μπαταρίας είναι περιορισμένη ωστόσο, η μπαταρία είναι εξοπλισμένη με ηλιακά στοιχεία ως δευτερεύουσα πηγή ισχύος. Η εξοικονόμηση ενέργειας αυτών των WSN επιτυγχάνεται με τη χρήση λειτουργιών κύκλου χαμηλής λειτουργίας, ελαχιστοποιώντας τις καθυστερήσεις και τη βέλτιστη δρομολόγηση, και ούτω καθεξής.
2. Υπόγεια WSN
Τα υπόγεια ασύρματα δίκτυα αισθητήρων είναι πιο ακριβά από τα επίγεια WSN σε όρους ανάπτυξης, συντήρησης και κόστους εξοπλισμού και προσεκτικού σχεδιασμού. Τα δίκτυα WSNs αποτελούνται από διάφορους κόμβους αισθητήρα που είναι κρυμμένοι στο έδαφος για την παρακολούθηση υπόγειων συνθηκών. Για την αναμετάδοση πληροφοριών από τους κόμβους του αισθητήρα στο σταθμό βάσης, υπάρχουν επιπλέον κόμβοι νεροχύτη πάνω από το έδαφος.
Υπόγεια WSN
Τα υπόγεια ασύρματα δίκτυα αισθητήρων που αναπτύσσονται στο έδαφος είναι δύσκολο να επαναφορτιστούν. Οι κόμβοι της μπαταρίας του αισθητήρα με περιορισμένη ισχύ μπαταρίας είναι δύσκολο να επαναφορτιστούν. Εκτός από αυτό, το υπόγειο περιβάλλον καθιστά την ασύρματη επικοινωνία μια πρόκληση λόγω του υψηλού επιπέδου εξασθένησης και απώλειας σήματος.
3. Κάτω από το νερό WSN
Περισσότερο από το 70% της γης καταλαμβάνεται με νερό. Αυτά τα δίκτυα αποτελούνται από διάφορους κόμβους αισθητήρων και οχήματα που αναπτύσσονται υποβρύχια. Αυτόνομα υποβρύχια οχήματα χρησιμοποιούνται για τη συλλογή δεδομένων από αυτούς τους κόμβους αισθητήρων. Μια πρόκληση της υποβρύχιας επικοινωνίας είναι μια μεγάλη καθυστέρηση διάδοσης και το εύρος ζώνης και οι αστοχίες του αισθητήρα.
Κάτω από το νερό WSN
Υποβρύχια, τα WSN διαθέτουν περιορισμένη μπαταρία που δεν μπορεί να επαναφορτιστεί ή να αντικατασταθεί. Το ζήτημα της εξοικονόμησης ενέργειας για υποβρύχια WSNs περιλαμβάνει την ανάπτυξη τεχνικών υποβρύχιας επικοινωνίας και δικτύωσης.
4. Πολυμέσα WSN
Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων πολυμέσων έχουν προταθεί για να επιτρέπουν την παρακολούθηση και την παρακολούθηση συμβάντων με τη μορφή πολυμέσων, όπως απεικόνιση, βίντεο και ήχο. Αυτά τα δίκτυα αποτελούνται από κόμβους αισθητήρα χαμηλού κόστους εξοπλισμένους με μικρόφωνα και κάμερες. Αυτοί οι κόμβοι διασυνδέονται μεταξύ τους μέσω ασύρματης σύνδεσης για συμπίεση δεδομένων, ανάκτηση δεδομένων και συσχέτιση.
Πολυμέσα WSN
Οι προκλήσεις με τα πολυμέσα WSN περιλαμβάνουν υψηλή κατανάλωση ενέργειας, απαιτήσεις υψηλού εύρους ζώνης, επεξεργασία δεδομένων και τεχνικές συμπίεσης. Εκτός από αυτό, τα περιεχόμενα πολυμέσων απαιτούν υψηλό εύρος ζώνης για την σωστή και εύκολη παράδοση του περιεχομένου.
5. Κινητά WSN
Αυτά τα δίκτυα αποτελούνται από μια συλλογή κόμβων αισθητήρων που μπορούν να μετακινηθούν μόνοι τους και να αλληλεπιδρούν με το φυσικό περιβάλλον. Οι κινητοί κόμβοι μπορούν να υπολογίσουν την αίσθηση και την επικοινωνία.
Τα δίκτυα κινητών ασύρματων αισθητήρων είναι πολύ πιο ευέλικτα από τα δίκτυα στατικών αισθητήρων. Τα πλεονεκτήματα του MWSN σε σχέση με τα στατικά ασύρματα δίκτυα αισθητήρων περιλαμβάνουν καλύτερη και βελτιωμένη κάλυψη, καλύτερη ενεργειακή απόδοση, ανώτερη χωρητικότητα καναλιού και ούτω καθεξής.
Περιορισμοί ασύρματων δικτύων αισθητήρων
- Διαθέτουν πολύ μικρή χωρητικότητα αποθήκευσης - μερικές εκατοντάδες kilobytes
- Διαθέτει μέτρια ισχύ επεξεργασίας-8MHz
- Λειτουργεί σε σύντομο εύρος επικοινωνίας - καταναλώνει μεγάλη ισχύ
- Απαιτεί ελάχιστη ενέργεια - περιορίζει πρωτόκολλα
- Έχετε μπαταρίες με πεπερασμένη διάρκεια ζωής
- Οι παθητικές συσκευές παρέχουν λίγη ενέργεια
Εφαρμογές ασύρματων δικτύων αισθητήρων
Εφαρμογές ασύρματων δικτύων αισθητήρων
- Αυτά τα δίκτυα χρησιμοποιούνται σε περιβαλλοντικές εντοπισμούς, όπως ανίχνευση δασών, παρακολούθηση ζώων, ανίχνευση πλημμυρών, πρόβλεψη και πρόγνωση καιρού, καθώς και σε εμπορικές εφαρμογές όπως η πρόβλεψη και παρακολούθηση σεισμικής δραστηριότητας.
- Στρατιωτικές εφαρμογές , όπως οι εφαρμογές παρακολούθησης και παρακολούθησης του περιβάλλοντος χρησιμοποιούν αυτά τα δίκτυα. Οι κόμβοι αισθητήρων από δίκτυα αισθητήρων πέφτουν στο πεδίο ενδιαφέροντος και ελέγχονται από απόσταση από έναν χρήστη. Η παρακολούθηση εχθρών, οι ανιχνεύσεις ασφαλείας πραγματοποιούνται επίσης χρησιμοποιώντας αυτά τα δίκτυα.
- Εφαρμογές υγείας, όπως παρακολούθηση και παρακολούθηση ασθενών και γιατρών χρησιμοποιούν αυτά τα δίκτυα.
- Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες εφαρμογές ασύρματων δικτύων αισθητήρων στον τομέα των συστημάτων μεταφορών, όπως παρακολούθηση της κυκλοφορίας, δυναμική διαχείριση δρομολογίων και παρακολούθηση χώρων στάθμευσης κ.λπ., χρησιμοποιούν αυτά τα δίκτυα.
- Ταχεία αντίδραση έκτακτης ανάγκης, παρακολούθηση βιομηχανικών διεργασιών , αυτοματοποιημένος έλεγχος κλίματος κτιρίων, παρακολούθηση οικοσυστημάτων και οικοτόπων, παρακολούθηση της πολιτικής δομικής υγείας κ.λπ., χρησιμοποιήστε αυτά τα δίκτυα.
Αυτό αφορά τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και τις εφαρμογές τους. Πιστεύουμε ότι οι πληροφορίες για όλους τους διαφορετικούς τύπους δικτύων θα σας βοηθήσουν να τα γνωρίζετε καλύτερα για τις πρακτικές σας απαιτήσεις. Εκτός από αυτό, για πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με ασύρματο SCADA , ερωτήματα και αμφιβολίες σχετικά με αυτό το θέμα ή ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα και οποιεσδήποτε προτάσεις, παρακαλώ σχολιάστε ή γράψτε μας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
Φωτογραφικές μονάδες
