Brezžična senzorska omrežja in njihove aplikacije

Brezžična senzorska omrežja in njihove aplikacije

V zadnjih letih je učinkovito oblikovanje brezžičnega senzorskega omrežja postalo vodilno področje raziskav. Senzor je naprava, ki se odzove in zazna določeno vrsto vhoda tako iz fizičnih ali okoljskih razmer, kot so tlak, toplota, svetloba itd. Izhod senzorja je običajno električni signal, ki se pošlje krmilniku za nadaljnjo obdelavo .



Brezžična senzorska omrežja (WSN)

Brezžično senzorsko omrežje lahko definiramo kot omrežje naprav, ki lahko prek brezžičnih povezav sporočajo informacije, zbrane iz nadzorovanega polja. Podatki se posredujejo skozi več vozlišč in s prehodom so podatki povezani z drugimi omrežji, kot je brezžični Ethernet .


Brezžična senzorska omrežja

Brezžična senzorska omrežja





WSN je brezžično omrežje, ki je sestavljeno iz baznih postaj in števila vozlišč (brezžični senzorji). Ta omrežja se uporabljajo za spremljanje fizičnih ali okoljskih razmer, kot so zvok, tlak, temperatura in skupno prenašanje podatkov skozi omrežje do glavne lokacije, kot je prikazano na sliki.

Topologije omrežja WSN

Za radijska komunikacijska omrežja struktura omrežja WSN vključuje različne topologije, kot so spodaj navedene.



Brezžična senzorska omrežna topologija

Topologije omrežja brezžičnega senzorja

Zvezdne topologije

Topologija zvezd je komunikacijska topologija, kjer se vsako vozlišče poveže neposredno s prehodom. En sam prehod lahko pošlje ali prejme sporočilo več oddaljenim vozliščem. V neposredni topologiji vozlišča ne smejo medsebojno pošiljati sporočil. To omogoča komunikacijo z nizko zakasnitvijo med oddaljenim vozliščem in prehodom (bazno postajo).

Zaradi odvisnosti od enega vozlišča za upravljanje omrežja mora biti prehod znotraj območja radijskega prenosa vseh posameznih vozlišč. Prednost vključuje možnost, da je poraba energije oddaljenih vozlišč minimalna in preprosto pod nadzorom. Velikost omrežja je odvisna od števila povezav do zvezdišča.


Topologije dreves

Topologija dreves se imenuje tudi kaskadna topologija zvezd. V drevesnih topologijah se vsako vozlišče poveže z vozliščem, ki je postavljeno višje v drevesu, in nato s prehodom. Glavna prednost drevesne topologije je v tem, da je širjenje omrežja enostavno mogoče, odkrivanje napak pa postane enostavno. Pomanjkljivost tega omrežja je, da je v primeru, da se zlomi, močno oprto na kabel vodila, vse omrežje bo propadlo.

Topologije mrež

Topologije Mesh omogočajo prenos podatkov z enega vozlišča na drugo, kar je znotraj dosega radijskega prenosa. Če želi vozlišče poslati sporočilo drugemu vozlišču, ki je zunaj obsega radijske komunikacije, potrebuje vmesno vozlišče, da sporočilo do želenega vozlišča. Prednost te mrežne topologije vključuje enostavno izolacijo in odkrivanje napak v omrežju. Pomanjkljivost je, da je omrežje veliko in zahteva velike naložbe.

Vrste omrežij WSN (brezžična senzorska omrežja)

Glede na okolje je vrste omrežij se lahko odločijo za uporabo pod vodo, pod zemljo, na kopnem itd. Različne vrste omrežij WSN vključujejo:

  1. Prizemne omrežja WSN
  2. WSN pod zemljo
  3. Podvodni WSN
  4. Multimedijski WSN
  5. Mobilni WSN-ji

1. Kopenski WSN

Prizemni omrežja WSN lahko učinkovito komunicirajo z baznimi postajami in jih sestavljajo stotine do tisoče brezžičnih senzorskih vozlišč, ki so razporejena bodisi na nestrukturiran (ad hoc) ali strukturiran (vnaprej načrtovan) način. V nestrukturiranem načinu so vozlišča senzorjev naključno porazdeljena znotraj ciljnega območja, ki se spusti s fiksne ravnine. Vnaprej načrtovani ali strukturirani način upošteva optimalno postavitev, postavitev mreže in 2D, 3D postavitev modelov.

V tem WSN je baterija vendar je baterija opremljena s sončnimi celicami kot sekundarnim virom energije. Varčevanje z energijo teh omrežij WSN se doseže z uporabo operacij z nizkim delovnim ciklom, zmanjšanjem zamud in optimalnim usmerjanjem itd.

2. Podzemni WSN

Podzemna brezžična senzorska omrežja so dražja od zemeljskih omrežij WSN glede na postavitev, vzdrževanje in stroške opreme ter skrbno načrtovanje. Omrežja WSN so sestavljena iz več vozlišč senzorjev, ki so skrita v tleh za spremljanje podzemnih razmer. Za posredovanje informacij od vozlišč senzorjev do bazne postaje so nad tlemi dodatna umivalna vozlišča.

WSN pod zemljo

WSN pod zemljo

Podzemna brezžična senzorska omrežja, postavljena v zemljo, je težko polniti. Vozlišča baterij senzorjev, ki so opremljena z omejeno močjo akumulatorja, je težko napolniti. Poleg tega podzemno okolje brezžično komunikacijo predstavlja izziv zaradi visoke stopnje dušenja in izgube signala.

3. Pod vodo WSN

Več kot 70% zemlje je zasedene z vodo. Ta omrežja so sestavljena iz več vozlišč senzorjev in vozil, nameščenih pod vodo. Za zbiranje podatkov iz teh vozlišč senzorjev se uporabljajo avtonomna podvodna vozila. Izziv podvodne komunikacije je dolga zakasnitev širjenja, pasovna širina in okvare senzorjev.

WSN pod vodo

WSN pod vodo

Pod vodo so omrežja WSN opremljena z omejeno baterijo, ki je ni mogoče polniti ali zamenjati. Vprašanje varčevanja z energijo za podvodne vodovodne omrežja vključuje razvoj podvodnih komunikacijskih tehnik in mrežnih tehnik.

4. Multimedijski WSN-ji

Predlagana so multimedijska brezžična senzorska omrežja, ki omogočajo sledenje in spremljanje dogodkov v obliki večpredstavnosti, kot so slike, video in zvok. Ta omrežja so sestavljena iz nizkocenovnih senzorskih vozlišč, opremljenih z mikrofoni in kamerami. Ta vozlišča so med seboj povezana prek brezžične povezave za stiskanje podatkov, pridobivanje in korelacijo podatkov.

Multimedijski WSN

Multimedijski WSN

Med izzive multimedijskega omrežja WSN spadajo velika poraba energije, visoke pasovne širine, tehnike obdelave podatkov in stiskanja. Poleg tega multimedijske vsebine zahtevajo visoko pasovno širino, da se vsebina dostavi pravilno in enostavno.

5. Mobilni WSN-ji

Ta omrežja so sestavljena iz zbirke vozlišč senzorjev, ki jih je mogoče premikati sami in jih je mogoče povezati s fizičnim okoljem. Mobilna vozlišča lahko izračunajo smisel in komunicirajo.

Mobilna brezžična senzorska omrežja so veliko bolj vsestranska kot statična senzorska omrežja. Prednosti MWSN pred statičnimi brezžičnimi senzorskimi omrežji vključujejo boljšo in izboljšano pokritost, boljšo energetsko učinkovitost, vrhunsko zmogljivost kanalov itd.

Omejitve brezžičnih senzorskih omrežij

  1. Imajo zelo malo prostora za shranjevanje - nekaj sto kilobajtov
  2. Imajo skromno procesorsko moč - 8 MHz
  3. Deluje v kratkem obsegu komunikacije - porabi veliko energije
  4. Zahteva minimalne protokole za omejevanje energije
  5. Imejte baterije s končno življenjsko dobo
  6. Pasivne naprave zagotavljajo malo energije

Brezžične senzorske mreže

Brezžične senzorske mreže

Brezžične senzorske mreže

  • Ta omrežja se uporabljajo pri sledenju okolju, kot so odkrivanje gozdov, sledenje živali, odkrivanje poplav, napovedovanje in napovedovanje vremena, pa tudi v komercialnih aplikacijah, kot sta predvidevanje in spremljanje potresnih aktivnosti.
  • Vojaške aplikacije , kot so sledenje in aplikacije za nadzor okolja, uporabljajo ta omrežja. Vozlišča senzorjev iz senzorskih omrežij se spustijo na področje zanimanja in jih uporabnik daljinsko upravlja. Sledenje sovražnikom in varnostna zaznavanja se izvajajo tudi z uporabo teh omrežij.
  • Te mreže uporabljajo zdravstvene aplikacije, kot je sledenje in spremljanje bolnikov in zdravnikov.
  • Ta omrežja uporabljajo najpogosteje uporabljane brezžične senzorske omrežne aplikacije na področju prometnih sistemov, kot so spremljanje prometa, upravljanje dinamičnega usmerjanja in nadzor parkirišč itd.
  • Hiter odziv v sili, spremljanje industrijskih procesov , avtomatizirani nadzor podnebja v stavbah, spremljanje ekosistemov in habitatov, spremljanje zdravstvenega stanja civilnih struktur itd.

To je vse o omrežjih brezžičnih senzorjev in njihovih aplikacijah. Verjamemo, da vam bodo informacije o vseh vrstah omrežij pomagale, da jih boste bolje poznali glede na vaše praktične potrebe. Poleg tega za dodatne informacije o brezžični SCADA , poizvedbe in dvomi glede te teme oz električni in elektronski projekti in morebitne predloge nam prosimo komentirajte ali nam pišite v spodnjem oddelku za komentarje.

Foto krediti

  • Brezžična senzorska omrežja dolcera
  • Topologije omrežja brezžičnega senzorja ni
  • Podzemni WSN avtorja amrita
  • WSN pod vodo jurdak
  • Multimedijski WSN-ji avtorja neopredmetena