ВСН, акроним за бежичне сензорске мреже, открива и реагује на физичке услове и услове околине, као што су топлота, притисак, светлост, итд., преко своје сензорске мреже.
Напредак у бежичној технологији и сензорима микроелектромеханичког система (МЕМС) омогућио је паметно постављање сензора мале снаге на широком подручју, стварајући јефтине ВСН-ове за војне и цивилне апликације.
У доњем одељку ћемо разговарати о типовима ВСН-а, њиховим компонентама и применама, као и њиховим предностима и недостацима и применама.
Преглед садржаја
Шта је значење мреже?
Умрежавање повезује уређаје који омогућавају размену информација и дељење ресурса. Ови интегрисани уређаји користе комуникационе протоколе као што су ТЦП/ИП, УДП, ФТП, ХТТП, СМТП, итд., који су скуп правила за пренос података преко бежичних или жичаних мрежа.
У основи, постоје две врсте мрежа: жичане и бежичне. Жичане и бежичне мреже се разликују на основу брзине преноса података, безбедности података, домета комуникације и цене.
Жичане мреже се категоришу по међусобном повезивању уређаја преко физичких каблова, док бежичне мреже зависе од радио таласа за повезивање уређаја. Доступне су различите бежичне технологије као што су Ви-Фи, Блуетоотх итд.
Вирелесс Сенсор Нетворк (ВСН), као што назив каже, је бежична технологија, а комуникација се одвија путем радио сигнала.
Шта је бежична сензорска мрежа (ВСН)?
Мрежа бежичних сензора, такође названа ВСН, је колекција специјализованих сензора распоређених на различитим локацијама у одређеним структурама за снимање и праћење физичких параметара животне средине и организовање резултирајућих података на централизованој локацији.
Ови физички параметри укључују, али нису ограничени на температуру, притисак, ветар и влажност, између осталих фактора.
Кредит за слику: елецтроницсхуб
ВСН мрежа се састоји од базних станица и чворова позиционираних на различитим локацијама, који комуницирају бежично. ВСН структура се може имплементирати коришћењем четири различита приступа, односно типа од тачке до тачке, звезда, стабла и мреже.
ВСН аранжман се може категорисати у пет типова на основу физичког окружења: подземни, земаљски, подводни, мултимедијални и мобилни ВСН.
Нови дизајни сензора користе инжењерска и технолошка достигнућа како би премостили физичку и дигиталну област за ефикасне резултате.
ВСН се састоји од чворова са сензорима који детектују физичке промене и промене животне средине који преносе податке базној станици ради анализе и излазних извештаја.
Интегрисање бежичних сензорских мрежа са ГПС или РФИД може побољшати покривеност и створити софистициране системе за праћење или надзор.
ВСН-ови имају за циљ да прикупе информације о животној средини како би побољшали безбедност, продуктивност и превенцију несрећа док истовремено штите животну средину.
Компоненте ВСН-а
Хајде да видимо листу компоненти које чине ВСН. Углавном постоје два дела у ВСН-у: сензорски чвор и мрежна архитектура.
Сензорски чвор
Сензорски чвор се састоји од следећих компоненти:
- Напајање: За напајање свих компоненти мреже.
- Сензорна јединица: Састоји се од сензора и АДЦ-а (аналогно-дигитални претварач). Сензор прикупља аналогне податке, а АДЦ их мења у дигитални формат. Сензорски чворови не само да имају функцију сензора, већ и компоненте за обраду, комуникацију и складиштење. Сензорски чвор прикупља и анализира физичке податке и повезује их и спаја са подацима других сензора.
- Јединица за обраду: Састоји се од меморије и микропроцесора. Интелигентно обрађује и манипулише подацима.
- Комуникациони систем: Радио систем за пренос и пријем података.
- Базна станица: То је изванредан чвор са високом рачунарском енергијом и способношћу обраде.
Кредит за слику: елецтроницсхуб
Глава кластера: То је чвор за детекцију великог пропусног опсега који се користи за обављање фузије података и функција агрегације података у ВСН-у. На основу системских захтева и апликација, више од једне главе кластера ће бити унутар кластера.
У бежичној сензорској мрежи (ВСН), сензорски чвор комуницира са другим сензорским чворовима који су распоређени на великим подручјима како би надгледали физичко окружење и базну станицу (БС) путем бежичне комуникације. Чворови сензора прикупљају податке и шаљу их базној станици. Базне станице обрађују податке и деле ажуриране информације са корисницима на мрежи.
Мрежна архитектура
Када су сви сензорски чворови повезани на базну станицу, то се назива мрежна архитектура са једним скоком. Када се подаци преносе на велике удаљености, они троше више енергије него прикупљање и израчунавање података, тако да се у таквим случајевима архитектура мреже са више скокова обично користи употребом међучворова уместо сингуларне везе која повезује сензорски чвор са базном станицом.
Кредит за слику: елецтроницсхуб
Постоје два начина за имплементацију ових структура: равна мрежна архитектура и хијерархијска мрежна архитектура.
У Флат архитектури, базна станица командује свим сензорским чворовима, а сензорски чворови одговарају преко равноправних чворова користећи путању са више скокова.
У хијерархијској мрежној архитектури, главе кластера примају информације од групе сензорских чворова и преносе податке базној станици.
Остале компоненте ВСН-а
- Релејни чвор: Средњи чвор се користи за комуникацију са суседним чвором. Повећава поузданост мреже и нема сензор процеса или контролну опрему.
- Чвор актера: Врхунски чвор се користи за извођење и конструисање одлуке у зависности од захтева апликације. Типично, ови чворови су уређаји богати ресурсима опремљени висококвалитетним могућностима обраде, великом снагом преноса и трајањем батерије.
- Гатеваи: Гатеваи је интерфејс између сензорских мрежа и спољних мрежа. У поређењу са сензорским чвором и главом кластера, гејтвеј чвор је најмоћнији у погледу меморије програма и података, коришћеног процесора, домета примопредајника и могућности проширења преко екстерне меморије.
Типови бежичних сензорских мрежа (ВСН)
Постоји пет различитих типова ВСН-а:
- Под водом: Подводна бежична сензорска мрежа користи сензорске чворове и возила испод воде за прикупљање података. Има проблеме са великим кашњењем и кваровима сензора и има ограничене непуњиве батерије.
- Под земљом: Овај тип прати подземне услове јер раде у потпуности под земљом, а чворови понора постављени изнад земље преносе податке базној станици. То кошта више од земаљских мрежа због скупе опреме и одржавања.
- Земаљска: Ова врста мреже се користи на копну за праћење услова животне средине у различитим областима. Хиљаде бежичних сензорских чворова у земаљским ВСН-овима су распоређене у ад хоц или унапред планираној структури за ефикасну комуникацију са базним станицама.
- Мултимедија: ВСН-ови могу да прате и прате мултимедијалне догађаје као што су видео, слике и аудио. Имају приступачне сензорске чворове са камерама и микрофонима који бежично повезују, преузимају, компресују и корелирају податке.
- Мобилни: Мобилни ВСН-ови се састоје од сензорских чворова који могу да се крећу и комуницирају док обављају функције сензора. Мобилне бежичне сензорске мреже нуде већу флексибилност, ширу покривеност, бољи капацитет канала и штеде енергију у поређењу са стационарним сензорским мрежама.
Примена типа ВСН је заснована на захтевима апликације и земље.
Различите структуре ВСН-а
Постоје четири типа мрежних структура, али њихова имплементација утиче на кашњење, капацитет и робусност пошто се рутирање и обрада података мења са различитим мрежним структурама. Дакле, процена захтева и природа апликације треба да буду познати пре него што се уведе ВСН структура.
Чворови се такође могу повезати са интернетом и пренети податке на платформу у облаку ради даље анализе.
Кредит за слику: Ресеарцхгате
- Тачка-тачка или структура магистрале: Сензори у овој мрежи могу да комуницирају директно једни са другима без икаквог централног чворишта. Ова структура се широко користи и обезбеђује сигурну комуникацију.
- Стар структура: Стар мрежа користи базну станицу као централно чвориште за комуникацију са свим сензорима и једноставна је за имплементацију и захтева малу снагу. Један од недостатака ове структуре је зависност од једне базне станице за комуникацију.
- Стабло или хибридна структура: Састоји се од структура од тачке до тачке и звезда. У овој структури, сензори су распоређени у конфигурацију налик стаблу, а пренос података се одвија кроз гране између њих. Користи мање енергије од других структура.
- Мрежна структура: У овој структури, пренос података се одвија између сензора унутар њихових опсега преноса за комуникацију са више скокова без потребе за централном базном станицом. Сензори могу да користе средње сензоре за пренос података до сензора изван подручја њиховог радио покривања. Отуда је познат по скалабилности и редундантности. Сматра се најпоузданијим јер не постоји јединствена тачка квара, али захтева више снаге.
Примене ВСН-а
ВСН-ови се широко користе у бројним секторима где је потребно мерење, праћење или надзор. Они се шире по целом подручју, мерећи температуру, звук и друге параметре у различитим применама.
- Користе се за надгледање региона постављањем сензора за откривање покушаја упада, тако да се широко користе у војсци за откривање непријатељских инвазија.
- Они су популарни међу цивилним апликацијама као што су рударство, здравство, надзор, пољопривреда и други услови праћења.
- Бежични сензорски чворови детектују паркирана возила путем магнетометара, док се микрорадари и магнетометри могу користити за праћење.
- ВСН је веома популаран у праћењу животне средине/земље и сенсингу, као што су превенција природних катастрофа, откривање клизишта, праћење квалитета воде, детекција шумских пожара и праћење станишта. Такође широко цењена у индустријским решењима за праћење као што су здравље машина, отпадне воде, здравље конструкција итд.
Предности и недостаци бежичних сензорских мрежа
У овом одељку ћемо погледати предности и недостатке ВСН-а:
Предности
- ВСН-ови су пожељнији у односу на жичане системе за праћење због њихове погодности, поузданости, приступачности и лакоће примене.
- ВСН елиминише потребу за кабловима или жицама.
- Оспособљеност ВСН-а је последица многих фактора: прецизности сензора, опсега покривености, толеранције грешке, повезаности, малог учешћа људи, функционалности у изазовним условима и динамичког планирања сензора.
- Омогућава централизовано праћење свих чворова унутар ВСН-а.
- Прилагодљив физичким партицијама без икаквих проблема.
- Протоколи за рутирање за комуникацију у окружењу са ограниченим перформансама и пропусним опсегом, стварајући самоорганизоване ад хоц мреже које користе комуникацију са више скокова.
- Користи сигурносне алгоритме засноване на бежичној технологији за креирање поуздане мреже за кориснике.
- Омогућава лаку интеграцију нових чворова или уређаја ради скалабилности.
Недостаци
- ВСН се суочавају са изазовима као што су ограничени пропусни опсег, висока потрошња енергије, скупи трошкови чворова, модели примене и ограничења у дизајну хардвера/софтвера.
- Мреже бежичних сензора су подложне хаковању.
- ВСН-ови су дизајнирани за апликације малих брзина и неприкладни за комуникацију великом брзином.
- Скупо је за изградњу ВСН мрежа.
- Цела мрежа може да се искључи у ВСН-овима заснованим на топологији звезда ако централни чвор поквари.
Ресурси за учење
#1. Изградња бежичних сензорских мрежа користећи Ардуино
Књига о изградњи бежичне мреже мале снаге са Ардуино и КСБее опремом. Укључује објашњења о развоју сложених пројеката кроз илустративне примере. Књига пружа детаљне слике и снимке екрана и објашњава пројекат кућне аутоматизације који се може пратити какав јесте или прилагодити.
Научићете како да бежично повежете Ардуино плоче помоћу КСБее модула и контролишете окружење на основу повратних информација од мрежних сензора. Користите КСЦТУ софтвер на Виндовс-у, ОС Кс-у или Линук-у за прикупљање и складиштење података сензора у клауд платформи или личној бази података. Такође, комуницирајте са ЗигБее уређајима за кућну аутоматизацију.
Ову књигу могу користити програмери уграђених система и ентузијасти са разумевањем Ардуина да прошире своје пројекте користећи бежичну технологију.
#2. Изградња бежичних сензорских мрежа: са ЗигБее, КСБее, Ардуино и обрадом
Ова књига наглашава изградњу ЗигБее мреже помоћу КСБее радија и Ардуина који коштају испод 100 долара. Креирајте прилагодљиве системе за детекцију и активирање и стекните знање о КСБее замршеностима попут управљања напајањем и усмеравања извора. Развити мрежне пролазе за међусобно повезивање са суседним мрежама, укључујући Интернет.
Ова књига ће помоћи различитим појединцима да стекну знања и вештине да прате своје пројекте пратећи примере у сваком поглављу, укључујући проналазаче, хакере, занатлије, студенте, хобисте и научнике.
То је одличан ресурс за креирање паметних интерактивних гаџета, а сензорски системи су доступни коришћењем ЗигБее бежичног мрежног протокола и Серије 2 КСБее радија.
#3. Индустријске бежичне сензорске мреже (ИВСН): Протоколи и апликације
Ова публикација представља нова истраживања о индустријским бежичним сензорским мрежама. Радови укључени у Специјално издање доприносе унапређењу истраживања о ИВСН-овима и очекује се да ће инспирисати даља истраживања и примену.
ИВСН-ови су кључни због све веће употребе бежичних сензорских мрежа у свакодневном животу и индустрији, које имају високе стандарде робусности, поузданости и правовремености у сваком мрежном слоју.
#4. Изградња бежичних сензорских мрежа са ЕСП32 ЛоРа
Овај водич је за имплементацију основне бежичне сензорске мреже (ВСН) са ЕСП32 на ЛоРа мрежи.
Покрива различите теме као што су припрема развојног окружења, конфигурисање ЕСП32 ЛоРа, слање и пријем података, руковање прекидом ЛоРа пријемника, емитовање порука на ЛоРа мрежи и креирање ВСН апликације са ЕСП32 ЛоРа.
Завршне речи
Бежичне сензорске мреже (ВСН) постале су виталне за различите апликације за праћење и праћење. ВСН је напредовао од основног сензорског надзора до напредног сенсинга, обраде и анализе.
ВСН технологија се значајно трансформисала како би прикупила драгоцено знање и пружила жељене резултате.
Затим погледајте како функционише модел архитектуре ТЦП/ИП протокола.