Архитектура мреже бежичног сензора и њене примене

Тренутно, ВСН (бежична мрежа сензора) је најстандарднија услуга која се користи у комерцијалним и индустријским апликацијама, због свог техничког развоја у процесору, комуникацији и употреби уграђених рачунарских уређаја са малом потрошњом енергије. Архитектура бежичне сензорске мреже изграђена је са чворовима који се користе за посматрање околине попут температуре, влажности, притиска, положаја, вибрација, звука итд. Ови чворови се могу користити у различитим апликацијама у реалном времену за обављање различитих задатака попут паметног откривања, откривање суседних чворова, обрада и складиштење података, прикупљање података, праћење циљева, надгледање и управљање, синхронизација, локализација чворова и ефикасно усмеравање између базне станице и чворова. Тренутно ВСН-ови почињу да се организују у појачаним корацима. Није незгодно очекивати да ће за 10 до 15 година свет бити заштићен ВСН ​​мрежама са приступом преко Интернета. Ово се може мерити како Интернет постаје физички н / в. Ова технологија одушевљава бесконачним потенцијалом за многа подручја примене као што су медицина, заштита животне средине, транспорт, војска, забава, одбрана домовине, управљање кризама, као и паметни простори.

Шта је бежична сензорска мрежа?

А Вирелесс Мрежа сензора је једна врста бежичне мреже то укључује велики број циркулишућих, саморегулираних, минутних, слабих уређаја под називом чворови сензора који се називају мотес. Те мреже сигурно покривају огроман број просторно дистрибуираних, мало уграђених уређаја на батерије, који су умрежени да брижно прикупљају, обрађују и преносе податке оператерима, а контролише могућности рачунања и обраде. Чворови су малени рачунари који заједно раде на стварању мрежа.

Бежична мрежа сензора

Чвор сензора је вишенаменски, енергетски ефикасан бежични уређај. Примена мотеса у индустрији је широко распрострањена. Колекција чворова сензора прикупља податке из околине да би се постигли специфични циљеви примене. Комуникација између блокова може се обавити међусобно помоћу примопредајника. У бежичној сензорској мрежи број заустављања може бити стотине / чак и хиљада. За разлику од сензора н / вс, Ад Хоц мреже ће имати мање чворова без икакве структуре.

Архитектура мреже бежичног сензора

Најчешћа архитектура бежичне сензорске мреже следи ОСИ модел архитектуре. Архитектура ВСН-а укључује пет слојева и три попречна слоја. Углавном у сензору н / в, потребно нам је пет слојева, и то апликација, транспорт, н / в, веза података и физички слој. Три унакрсне равни су наиме управљање напајањем, управљање мобилношћу и управљање задацима. Ови слојеви ВСН-а користе се за постизање н / в и чине сензоре да раде заједно како би се подигла потпуна ефикасност мреже. Молимо следите доњу везу за Врсте бежичних сензорских мрежа и ВСН топологије

Врсте ВСН архитектура

Архитектура која се користи у ВСН-у је сензорска мрежна архитектура. Оваква архитектура је применљива на различитим местима као што су болнице, школе, путеви, зграде, као и користи се у различитим апликацијама као што су управљање безбедношћу, управљање катастрофама и управљање кризама, итд. Постоје две врсте архитектура које се користе у бежичном сензору мреже које укључују следеће. Постоје 2 врсте бежичне архитектуре сензора: Архитектура слојевите мреже и Архитектура кластера. Они су објашњени на следећи начин у наставку.

• Слојевита мрежна архитектура
• Кластерисана мрежна архитектура

Слојевита мрежна архитектура

Ова врста мреже користи стотине чворова сензора, као и базну станицу. Овде се распоред мрежних чворова може извршити у концентричне слојеве. Састоји се од пет слојева као и 3 попречна слоја који укључују следеће.

Пет слојева у архитектури су:

• Слој апликације
• Транспортни слој
• Мрежни слој
• Слој везе података
• Физички слој

Три попречна слоја укључују следеће:

• Авион за управљање напајањем
• Авион за управљање мобилношћу
• Авион за управљање задацима

Ова три унакрсна слоја углавном се користе за контролу мреже, као и за сензорско функционисање сензора, како би се побољшала укупна ефикасност мреже. Горе поменутих пет слојева ВСН-а су разматрани у наставку.

Архитектура мреже бежичног сензора

Слој апликације

Апликативни слој одговоран је за управљање саобраћајем и нуди софтвер за бројне апликације које податке претварају у јасан облик како би пронашле позитивне информације. Сензорске мреже распоређене у бројне апликације у различитим областима као што су пољопривреда, војска, животна средина, медицина итд.

Транспортни слој

Функција транспортног слоја је да обезбеди избегавање загушења и поузданост тамо где је мноштво протокола намењених за пружање ове функције или практично у узводном току. Ови протоколи користе различите механизме за препознавање и опоравак губитака. Транспортни слој је тачно потребан када се планира систем за контакт са другим мрежама.

Пружање поузданог опоравка губитака је енергетски ефикасније и то је један од главних разлога зашто ТЦП није погодан за ВСН. Генерално, транспортни слојеви могу се раздвојити на пакетно вођени и вођени догађајима. У транспортном слоју постоје неки популарни протоколи, а то су СТЦП (протокол за контролу преноса сензора), ПОРТ (ценовно оријентисан поуздан транспортни протокол) и ПСФК (брза пумпа брзо преузима).

Мрежни слој

Главна функција мрежног слоја је рутирање, он има пуно задатака заснованих на апликацији, али заправо су главни задаци уштеда енергије, делимична меморија, бафери и сензори немају универзални ИД и морају бити самоорганизован.

Једноставна идеја протокола рутирања је објаснити поуздану траку и редундантне траке, према уверљивој скали која се назива метрика, која се разликује од протокола до протокола. Постоји много постојећих протокола за овај мрежни слој, они се могу раздвојити на равно усмеравање и хијерархијско усмеравање или могу бити одвојени на временски вођене, управљане упитима и вођене догађајима.

Слој везе података

Слој везе података одговоран је за мултиплексирање откривања оквира података, токова података, МАЦ-а и контроле грешака, потврђује поузданост тачке-тачке (или) тачке-више тачака.

Физички слој

Физички слој пружа ивицу за пренос струје битова изнад физичког медија. Овај слој је одговоран за избор фреквенције, генерисање носеће фреквенције, откривање сигнала, модулацију и шифровање података. ИЕЕЕ 802.15.4 се предлаже као типичан за одређена подручја ниске брзине и бежичне сензорске мреже са ниским трошковима, потрошњом енергије, густином, дометом комуникације ради побољшања животног века батерије. ЦСМА / ЦА се користи за подршку топологији звезда и равноправна особа. Постоји неколико верзија ИЕЕЕ 802.15.4.В.

Главне предности употребе ове врсте архитектуре у ВСН-у су у томе што сваки чвор укључује једноставно преносе мале снаге на мању удаљеност до суседних чворова због чега је искоришћеност енергије мала у поређењу са другим врстама сензорске мрежне архитектуре. Ова врста мреже је прилагодљива и укључује високу толеранцију грешака.

Кластерисана мрежна архитектура

У овој врсти архитектуре, одвојено чворови сензора додају се у групе познате као кластери који зависе од „протокола Леацх“ јер користи кластере. Термин „протокол излуживања“ означава „хијерархију адаптивног кластера ниске енергије“. Главна својства овог протокола углавном укључују следеће.

Кластерисана мрежна архитектура

• Ово је двослојна хијерархијска кластер архитектура.
• Овај дистрибуирани алгоритам користи се за распоређивање чворова сензора у групе, познате као кластери.
• У сваком кластеру који се формира одвојено, главни чворови кластера ће створити ТДМА (мултипле аццесс тиме) планове.
• Користи концепт Дата Фусион тако да мрежу чини енергетски ефикасном.

Ова врста мрежне архитектуре изузетно се користи због својства фузије података. У сваком кластеру сваки чвор може да ступи у интеракцију кроз главу кластера да би добио податке. Сви кластери ће своје прикупљене податке делити према базној станици. Формирање кластера, као и избор главе у сваком кластеру, независна је, али и аутономна дистрибуирана метода.

Питања дизајна архитектуре мреже бежичних сензора

Питања дизајна архитектуре бежичне сензорске мреже углавном укључују следеће.

• Потрошња енергије
• Локализација
• Покривеност
• Сатови
• Рачунање
• Трошкови производње
• Дизајн хардвера
• Квалитет услуге

Потрошња енергије

У ВСН-у је потрошња енергије једно од главних проблема. Као извор енергије, батерија се користи опремањем чворова сензора. Мрежа сензора је распоређена у опасним ситуацијама, па постаје компликована за промену иначе пуњених батерија. Потрошња енергије углавном зависи од рада чворова сензора попут комуникације, сензирања и обраде података. Током комуникације потрошња енергије је врло велика. Дакле, потрошња енергије може се избећи на сваком слоју коришћењем ефикасних протокола рутирања.

Локализација

За рад мреже, основни, као и критични проблем, је локализација сензора. Дакле, чворови сензора су распоређени на ад-хоц начин тако да не знају за своју локацију. Тешкоћа у одређивању физичке локације сензора након што су постављени позната је као локализација. Ова потешкоћа се може решити путем ГПС-а, беацон чворова и локализације на основу близине.

Покривеност

Чворови сензора у бежичној сензорској мрежи користе алгоритам покривања за откривање података, као и њихово преношење да потону кроз алгоритам рутирања. Да би се покрила цела мрежа, треба одабрати чворове сензора. Тамо се препоручују ефикасне методе попут алгоритама пута најмање и највише експозиције, као и протокол дизајна покривености.

Сатови

У ВСН-у, синхронизација сата је озбиљна услуга. Главна функција ове синхронизације је да понуди уобичајени временски оквир за чворове локалних сатова у сензорским мрежама. Ови сатови морају бити синхронизовани у оквиру неких апликација, као што су надгледање и праћење.

Рачунање

Прорачун се може дефинисати као збир података који се наставља кроз сваки чвор. Главно питање у рачунању је да мора смањити коришћење ресурса. Ако је животни век базне станице опаснији, тада ће се обрада података завршити на сваком чвору пре преноса података према базној станици. На сваком чвору, ако имамо неке ресурсе, цело израчунавање треба обавити у судоперу.

Производња Трошак

У ВСН-у је уређен велики број чворова сензора. Дакле, ако је цена појединачног чвора врло висока, тада ће и укупна цена мреже бити висока. На крају, цена сваког чвора сензора мора бити мања. Дакле, цена сваког чвора сензора у бежичној сензорској мрежи је захтеван проблем.

Дизајн хардвера

Када дизајнирате хардвер било које сензорске мреже, попут контроле напајања, микроконтролер и комуникациона јединица морају бити енергетски ефикасни. Његов дизајн се може извести на такав начин да користи нискоенергетску енергију.

Квалитет услуге

Квалитет услуге или КоС није ништа друго, него се подаци морају дистрибуирати на време. Будући да неке апликације засноване на сензорима у стварном времену углавном зависе од времена. Дакле, ако се подаци не дистрибуирају на време према пријемнику, тада ће постати бескорисни. У ВСН-овима постоје различите врсте КоС проблема попут мрежне топологије која се може често мењати, као и доступност података који се користе за усмеравање могу бити непрецизни.

Структура бежичне сензорске мреже

Структура ВСН-а углавном укључује различите топологије које се користе за радио комуникационе мреже попут звезде, мреже и хибридне звезде. О овим топологијама се у наставку говори укратко.

Стар Нетворк

Топологија комуникације попут звездасте мреже користи се свуда где само базна станица може да пошаље или прими поруку према удаљеним чворовима. Доступни су бројни чворови којима није дозвољено да међусобно преносе поруке. Предности ове мреже углавном се састоје од једноставности, која омогућава коришћење енергије удаљених чворова на минимуму.

Такође омогућава комуникацију са мањом латенцијом између базне станице, као и удаљеног чвора. Главни недостатак ове мреже је тај што би базна станица требала бити у домету радија за све одвојене чворове. Није робустан као друге мреже јер зависи од једног чвора који ће руковати мрежом.

Месх Нетворк

Ова врста мреже омогућава пренос података са једног чвора на други унутар мреже која је у домету радио преноса. Ако чвор треба да пошаље поруку другом чвору и то је изван домета радио комуникације, тада може да користи чвор као посредник за слање поруке ка жељеном чвору.

Главна предност мрежасте мреже је скалабилност као и сувишност. Када појединачни чвор престане да ради, удаљени чвор може да конвертује са било којим другим типом чвора унутар опсега, а затим прослеђује поруку према жељеној локацији. Поред тога, опсег мреже није аутоматски ограничен кроз опсег међу појединачним чворовима који се може проширити једноставним додавањем одређеног броја чворова у систем.

Главни недостатак ове врсте мреже је искоришћеност енергије за мрежне чворове који извршавају комуникације попут мулти-хоп-а обично су већи од осталих чворова који немају овај капацитет да често ограничавају животни век батерије. Штавише, када се број скокова комуникације повећа према одредишту, тада ће се повећати и време потребно за слање поруке, посебно ако је неопходан процес ниске снаге чворова.

Хибридна мрежа звезда - мрежа

Хибрид између две мреже као што су звезда и мрежа пружа снажну и флексибилну комуникациону мрежу, истовремено одржавајући потрошњу енергије бежичних чворова на минимуму. У овој врсти мрежне топологије, чворови сензора са мањом снагом не смију преносити поруке.
Ово омогућава одржавање најмање употребе енергије.

Али, осталим мрежним чворовима је дозвољено да имају могућност вишеструког прескакања, омогућавајући им да преносе поруке са једног чвора на други на мрежи. Обично чворови са мулти-хоп капацитетом имају велику снагу и често су укључени у мрежни вод. Ово је имплементирана топологија кроз предстојеће стандардне мрежасте мреже назване ЗигБее.

Структура чвора бежичног сензора

Компоненте које се користе за израду чвора бежичног сензора су различите јединице попут сензирања, обраде, примопредајника и напајања. Такође укључује додатне компоненте које зависе од примене попут генератора електричне енергије, система за проналажење локације и мобилизатора. Генерално, сензорске јединице укључују две подјединице, наиме АДЦ, као и сензоре. Овде сензори генеришу аналогне сигнале који се помоћу АДЦ могу променити у дигиталне, након чега се преносе у процесорску јединицу.

Генерално, ова јединица се може повезати путем мале јединице за складиштење како би се руковало радњама које чине да чвор сензора ради са осталим чворовима како би постигао додељене задатке сензирања. Чвор сензора се може повезати на мрежу уз помоћ примопредајне јединице. У чвору сензора, једна од битних компоненти је чвор сензора. Јединице напајања подржане су помоћу јединица за уклањање снаге попут соларних ћелија, док остале подјединице зависе од примене.

Изнад је приказан функционални блок дијаграм чворова бежичног очитавања. Ови модули дају свестрану платформу за бављење захтевима широких примена. На пример, на основу сензора који треба да се распореде, може се извршити замена блока за кондиционирање сигнала. Ово омогућава употребу различитих сензора заједно са бежичним чворним чвором. Исто тако, радио веза се може заменити за одређену апликацију.

Карактеристике бежичне сензорске мреже

Карактеристике ВСН укључују следеће.

• Ограничења потрошње снаге за чворове са батеријама
• Капацитет за руковање кваровима на чворовима
• Извесна покретљивост чворова и хетерогеност чворова
• Скалабилност до великог обима дистрибуције
• Способност да се осигурају строги услови околине
• Једноставно за употребу
• Дизајн унакрсних слојева

Предности бежичних сензорских мрежа

Предности ВСН-а укључују следеће

• Мрежни аранжмани се могу изводити без непокретне инфраструктуре.
• Прикладно за недоступна места попут планина, преко мора, руралних подручја и дубоких шума.
• Флексибилни ако постоји случајна ситуација када је потребна додатна радна станица.
• Извршне цене су јефтине.
• Избегава пуно ожичења.
• У сваком тренутку може пружити смештај за нове уређаје.
• Може се отворити помоћу централизованог надзора.

Мрежне апликације бежичног сензора

Бежичне сензорске мреже могу садржати бројне различите типове сензора попут ниске брзине узорковања, сеизмичких, магнетних, термичких, визуелних, инфрацрвених, радарских и акустичних, који су паметни за надгледање широког спектра амбијенталних ситуација. Чворови сензора се користе за стално очитавање, ИД догађаја, откривање догађаја и локалну контролу актуатора. Примене бежичних сензорских мрежа углавном укључују здравство, војску, животну средину, кућу и друга комерцијална подручја.

ВСН апликација

• Војне примене
• Здравствене апликације
• Примене у животној средини
• Кућне апликације
• Комерцијалне апликације
• Надзор подручја
• Мониторинг здравствене заштите
• Околинска / земаљска истраживања
• Мониторинг загађења ваздуха
• Откривање шумских пожара
• Откривање клизишта
• Мониторинг квалитета воде
• Индустријски надзор

Дакле, овде се ради о томе шта је а бежична сензорска мрежа , архитектура, карактеристике и апликације бежичне сензорске мреже. Надамо се да сте боље разумели овај концепт. Поред тога, било каквих упита или сазнања идеје за пројекат бежичне сензорске мреже , дајте своје драгоцене предлоге коментаришући у одељку за коментаре испод. Ево питања за вас, које су различите врсте бежичних сензорских мрежа?