Traadita anduri võrgu arhitektuur ja selle rakendused

Praegu on WSN (traadita andurite võrk) on kõige tavalisem teenus, mida kasutatakse kaubanduslikes ja tööstuslikes rakendustes, kuna see on protsessori tehniliselt arenenud, side ja sisseehitatud arvutiseadmete vähese energiatarbega. Traadita andurite võrgu arhitektuur on ehitatud sõlmedega, mida kasutatakse ümbruse, näiteks temperatuuri, niiskuse, rõhu, asukoha, vibratsiooni, heli jne jälgimiseks. Neid sõlme saab kasutada erinevates reaalajas rakendustes mitmesuguste ülesannete täitmiseks, näiteks nutikas tuvastamine, naabersõlmede, andmete töötlemise ja salvestamise, andmete kogumise, sihtmärgi jälgimise, jälgimise ja juhtimise, sünkroonimise, sõlmede lokaliseerimise ja tõhusa marsruutimise tugijaama ja sõlmede vahel avastamine. Praegu hakatakse WSN-e korraldama täiustatud etapis. Ei ole ebamugav eeldada, et 10–15 aasta pärast kaitstakse maailma Interneti-ühenduse kaudu WSN-idega. Seda saab mõõta, kui Internet muutub füüsiliseks n / w. Sellel tehnoloogial on lõputu potentsiaal paljudes rakendusvaldkondades, nagu meditsiin, keskkonna, transport, sõjavägi, meelelahutus, kodukaitse, kriisireguleerimine ja ka nutikad ruumid.

Mis on traadita andurite võrk?

Juhtmevaba Sensorivõrk on üht tüüpi traadita võrk mis sisaldab suurt hulka ringlevaid, isejuhtivaid, väikese võimsusega seadmeid, mida nimetatakse andurite sõlmedeks, mida nimetatakse motiivideks. Need võrgud hõlmavad kindlasti tohutut arvu ruumiliselt hajutatud, väikeseid, patareidega töötavaid, sisseehitatud seadmeid, mis on võrku ühendatud, et hoolivalt andmeid koguda, töödelda ja operaatoritele edastada, ning see on kontrollinud arvutamise ja töötlemise võimalusi. Sõlmed on pisikesed arvutid, mis töötavad võrkude moodustamiseks ühiselt.

Traadita andurite võrk

Andurisõlm on multifunktsionaalne energiasäästlik traadita seade. Mootorite rakendused tööstuses on laialt levinud. Andurisõlmede kogu kogub andmeid ümbrusest, et saavutada konkreetseid rakenduseesmärke. Motiivide vahelist suhtlust saab omavahel teha transiiverite abil. Traadita andurite võrgus võib liikumiste arv olla suurusjärgus sadu / isegi tuhandeid. Erinevalt andurite n / ws-st on Ad Hoc -võrkudel vähem sõlme ilma igasuguse struktuurita.

Traadita anduri võrgu arhitektuur

Kõige tavalisem traadita andurite võrgu arhitektuur järgib OSI arhitektuuri mudelit. WSN-i arhitektuur sisaldab viit ja kolme ristkihti. Peamiselt sensori n / w puhul vajame viit kihti, nimelt rakendust, transporti, n / w, andmesidet ja füüsilist kihti. Kolm risttasandit on nimelt toitehaldus, liikuvuse juhtimine ja ülesannete haldamine. Neid WSN-i kihte kasutatakse n / w saavutamiseks ja andurite koos töötamiseks, et tõsta võrgu täielikku efektiivsust. Palun järgige allolevat linki Traadita sensorvõrkude tüübid ja WSN-i topoloogiad

WSN-i arhitektuuride tüübid

WSN-is kasutatav arhitektuur on sensorvõrgu arhitektuur. Seda tüüpi arhitektuur on rakendatav erinevates kohtades, näiteks haiglates, koolides, teedel, hoonetes, samuti seda kasutatakse erinevates rakendustes, näiteks turvalisuse haldamine, katastroofide haldamine ja kriiside ohjamine jne. Traadita andurites kasutatakse kahte tüüpi arhitektuure võrgud, mis hõlmavad järgmist. Traadita andurite arhitektuure on kahte tüüpi: kihiline võrguarhitektuur ja klastriarhitektuur. Neid selgitatakse allpool järgmiselt.

• Kihiline võrguarhitektuur
• Klasterdatud võrguarhitektuur

Kihiline võrguarhitektuur

Selline võrk kasutab nii sadu andurisõlme kui ka tugijaama. Siin saab võrgusõlmede paigutada kontsentrilisteks kihtideks. See koosneb viiest kihist ja 3 ristkihist, mis sisaldavad järgmist.

Arhitektuuri viis kihti on:

• Rakenduskiht
• Transpordikiht
• Võrgukiht
• Andmelingi kiht
• Füüsiline kiht

Kolm ristkihti sisaldavad järgmist:

• Toitehalduse lennuk
• Liikuvuse juhtimise lennuk
• Ülesannete haldamise lennuk

Neid kolme ristkihti kasutatakse peamiselt võrgu juhtimiseks, samuti selleks, et andurid toimiksid ühtsena, et suurendada võrgu üldist tõhusust. Eespool nimetatud viit WSN-i kihti käsitletakse allpool.

Traadita anduri võrgu arhitektuur

Rakenduskiht

Rakenduskiht vastutab liikluse haldamise eest ja pakub tarkvara paljudele rakendustele, mis teisendavad andmed selge vormis positiivse teabe leidmiseks. Sensorivõrgud on korraldatud arvukates rakendustes erinevates valdkondades, näiteks põllumajanduse, sõjaväe, keskkonna, meditsiini valdkonnas jne

Transpordikiht

Transpordikihi ülesandeks on ummikute vältimine ja töökindluse tagamine, kui paljud selle funktsiooni pakkumiseks mõeldud protokollid on kas ülesvoolu praktilised. Need protokollid kasutavad kahjumi tuvastamiseks ja kahjumi taastamiseks erinevaid mehhanisme. Transpordikihti on täpselt vaja, kui süsteem plaanib ühendust võtta teiste võrkudega.

Usaldusväärse kahjukogumise tagamine on energiasäästlikum ja see on üks peamisi põhjuseid, miks TCP ei sobi WSN-i. Üldiselt saab transpordikihte jagada pakettkettadeks, sündmustepõhisteks. Transpordikihis on mõned populaarsed protokollid, nimelt STCP (Sensor Transmission Control Protocol), PORT (Hinnapõhine usaldusväärne transpordiprotokoll ja PSFQ (pumba aeglane toomine kiire).

Võrgukiht

Võrgukihi põhifunktsioon on marsruutimine, sellel on palju rakendusel põhinevaid ülesandeid, kuid tegelikult on põhilised ülesanded energiasäästul, osalisel mälul, puhvritel ja anduril pole universaalset ID-d ja nad peavad olla ise organiseeritud.

Marsruutimisprotokolli lihtne mõte on selgitada usaldusväärseid sõiduradasid ja üleliigseid radasid veenva skaala järgi, mida nimetatakse meetrikaks, mis protokolliti varieerub. Selle võrgukihi jaoks on palju olemasolevaid protokolle, neid saab eraldada lamedaks marsruutimiseks ja hierarhiliseks marsruutimiseks või eraldada aja-, päringu- ja sündmustepõhiseks.

Andmelingi kiht

Andmesidekiht vastutab andmeraami tuvastamise, andmevoogude, MAC-i ja vigade juhtimise multipleksimise eest, kinnitades punkti-punkti (või) punkti-mitme punkti usaldusväärsust.

Füüsiline kiht

Füüsiline kiht annab serva bitivoo edastamiseks füüsilise keskkonna kohal. See kiht vastutab sageduse valimise, kandesageduse genereerimise, signaali tuvastamise, modulatsiooni ja andmete krüptimise eest. IEEE 802.15.4 on soovitatav kasutada madala kiirusega piirkondades ja traadita andurite võrkudes, kus on madal hind, energiatarve, tihedus ja suhtlusulatus, et parandada aku kasutusaega. CSMA / CA-d kasutatakse tähtede ja peer-to-peer topoloogia toetamiseks. IEEE 802.15.4.V on mitu versiooni.

Sellise arhitektuuri WSN-i kasutamise peamine eelis on see, et iga sõlme hõlmab naabersõlmedesse väiksema kaugusega ja väikese võimsusega ülekandeid, mille tõttu on energiatarve võrreldes muude andurivõrgu arhitektuuridega madal. Selline võrk on nii skaleeritav kui ka kõrge rikketaluvusega.

Klasterdatud võrguarhitektuur

Sellises arhitektuuris lisavad andurisõlmed eraldi rühmadeks, mida nimetatakse klastriteks, mis sõltuvad „Leachi protokollist”, kuna see kasutab klastreid. Mõiste ‘Leach Protocol’ tähistab „vähese energiaga kohanevat klastrite hierarhiat“. Selle protokolli peamised omadused hõlmavad peamiselt järgmist.

Klasterdatud võrguarhitektuur

• See on kahetasandiline hierarhia klastrite arhitektuur.
• Seda hajutatud algoritmi kasutatakse andurite sõlmede paigutamiseks rühmadesse, mida nimetatakse klastriteks.
• Igas eraldi moodustatud klastris loovad klastri peasõlmed TDMA (Time-sharing multiple access) plaanid.
• Ta kasutab Data Fusioni kontseptsiooni, et see muudaks võrgu energiatõhusaks.

Sellist võrguarhitektuuri kasutatakse andmete liitmise omaduse tõttu äärmiselt palju. Igas klastris saavad kõik sõlmed andmete saamiseks klastri pea kaudu suhelda. Kõik klastrid jagavad oma kogutud andmeid tugijaama poole. Klastri moodustamine ja selle peavalimine igas klastris on nii iseseisev kui ka autonoomne hajutatud meetod.

Traadita andurite võrgu arhitektuuri kujundusküsimused

Traadita sensorvõrgu arhitektuuri disainiprobleemid hõlmavad peamiselt järgmist.

• Energiatarbimine
• Lokaliseerimine
• Katvus
• Kellad
• Arvutamine
• Tootmiskulud
• Riistvara disain
• Teenuse kvaliteet

Energiatarbimine

WSN-is on elektritarbimine üks peamisi probleeme. Energiaallikana kasutatakse akut andurite sõlmedega varustamisel. Andurivõrk on paigutatud ohtlikesse olukordadesse, nii et muul viisil laaditavate patareide vahetamine on keeruline. Energiatarbimine sõltub peamiselt andurisõlmede toimingutest, näiteks suhtlusest, tuvastamisest ja andmetöötlusest. Kogu suhtluse ajal on energiatarve väga suur. Niisiis saab tõhusat marsruutimisprotokolli kasutades energiatarbimist igal kihil vältida.

Lokaliseerimine

Võrgu toimimiseks on nii põhiline kui ka kriitiline probleem anduri lokaliseerimine. Nii et andurisõlmed on paigutatud ad-hoc viisil, nii et nad ei tea oma asukohta. Anduri füüsilise asukoha määramise raskus pärast nende paigutamist on tuntud kui lokaliseerimine. Selle raskuse saab lahendada GPS-i, majakasõlmede, läheduse põhjal lokaliseerimise abil.

Katvus

Juhtmeta andurivõrgu andurisõlmed kasutavad andmete tuvastamiseks levialgoritmi ning edastavad need marsruutimisalgoritmi kaudu vajumiseks. Kogu võrgu katmiseks tuleks valida anduri sõlmed. Seal soovitatakse kasutada tõhusaid meetodeid, näiteks vähima ja kõrgeima kokkupuuteviisi algoritme ning leviala kavandamise protokolli.

Kellad

WSN-is on kella sünkroonimine tõsine teenus. Selle sünkroonimise peamine ülesanne on pakkuda tavalist ajakava andurivõrkude kohalike kellade sõlmedele. Need kellad peavad olema sünkroonitud mõnes rakenduses, näiteks jälgimine ja jälgimine.

Arvutamine

Arvutamist saab määratleda kui andmeid, mis jätkuvad läbi iga sõlme. Arvutamise põhiküsimus on see, et see peab vähendama ressursside kasutamist. Kui tugijaama eluiga on ohtlikum, siis lõpeb andmetöötlus igas sõlmes enne andmete edastamist tugijaama suunas. Kui meil on mingeid ressursse, tuleks igas sõlmes kogu arvutus teha valamu juures.

Tootmiskulud

WSN-is on korraldatud suur arv andurisõlme. Nii et kui ühe sõlme hind on väga kõrge, on ka kogu võrgu hind kõrge. Lõppkokkuvõttes tuleb iga andurisõlme hinda hoida vähem. Seega on traadita andurivõrgu iga andurisõlme hind nõudlik probleem.

Riistvara disain

Mis tahes andurivõrgu riistvara (näiteks toitejuhtimine) kujundamisel peavad mikrokontroller ja sideüksus olema energiatõhusad. Selle disaini saab teha nii, et see kasutab vähe energiat.

Teenuse kvaliteet

Teenuse kvaliteet ehk QoS pole midagi muud, kui andmed tuleb õigeaegselt levitada. Kuna mõned reaalajas anduripõhised rakendused sõltuvad peamiselt ajast. Nii et kui andmeid ei jaotata vastuvõtja poole õigel ajal, muutuvad andmed kasutuks. WSN-ides on erinevat tüüpi QoS-probleeme, näiteks võrgu topoloogia, mida võib sageli muuta, samuti võib marsruutimiseks kasutatava teabe juurdepääsetav olek olla ebatäpne.

Traadita andurite võrgu struktuur

WSN-i struktuur sisaldab peamiselt mitmesuguseid raadiosidevõrkude jaoks kasutatavaid topoloogiaid, nagu täht, võrgusilma ja hübriidtäht. Neid topoloogiaid käsitletakse allpool lühidalt.

Tähevõrk

Tähevõrgu moodi sidetopoloogiat kasutatakse kõikjal, kus ainult tugijaam saab edastada või vastu võtta sõnumit kaugsõlmede suunas. Saadaval on mitu sõlme, millel pole lubatud üksteisele sõnumeid edastada. Selle võrgu eelised seisnevad peamiselt lihtsuses, mis suudab hoida kaugsõlmede energiatarbimist minimaalsena.

Samuti võimaldab see tugijaama ja kaugsõlme vahel sidet vähem latentsusega. Selle võrgu peamine puudus on see, et tugijaam peaks olema kõigi eraldi sõlmede jaoks raadio levialas. See ei ole kindel nagu teised võrgud, sest võrgu haldamine sõltub ühest sõlmest.

Võrgustik

Selline võrk võimaldab andmete edastamist ühest sõlmest teise raadioedastusalas olevas võrgus. Kui sõlm peab edastama sõnumi teisele sõlmele ja see jääb raadioside levialast välja, siis saab ta sõnumi saatmiseks eelistatud sõlme suunas kasutada sellist sõlme nagu vaheühendit.

Võrgusilma võrgu peamine eelis on nii mastaapsus kui ka üleliigsus. Kui üksik sõlm lakkab töötamast, saab kaugsõlm vestelda mis tahes muu vahemikus asuva sõlmega, seejärel edastab sõnumi eelistatud asukoha poole. Lisaks ei ole võrguulatus automaatselt piiratud üksikute sõlmede vahelise vahemiku kaudu, seda saab laiendada, lihtsalt lisades süsteemi mitu sõlme.

Sellise võrgu peamine puudus on võrgu sõlmede energiakasutus, mis teostavad sidet nagu multi-hop, tavaliselt kõrgemad kui muud sõlmed, millel pole sellist võimalust aku eluiga sageli piirata. Veelgi enam, kui sidehüpete arv sihtkohta suureneb, pikeneb ka sõnumi saatmiseks kuluv aeg, eriti kui sõlmede vähese energiatarbega protsess on hädavajalik.

Hübriidtäht - võrgusilma võrk

Hübriid kahe võrgu vahel, nagu täht ja võrk, pakub tugevat ja paindlikku sidevõrku, hoides samas traadita andurite sõlmede energiatarbimise minimaalsena. Sellises võrgutopoloogias ei ole väiksema võimsusega andurisõlmedel lubatud sõnumeid edastada.
See võimaldab hooldada kõige vähem energiat.

Kuid muud võrgusõlmed on lubatud mitme hüppe võimalusega, võimaldades neil edastada sõnumeid võrgus ühest sõlmest teise. Tavaliselt on mitme hüppe läbilaskevõimega sõlmedel suur võimsus ja need ühendatakse sageli elektrivõrku. See on rakendatud topoloogia eelseisva standardse võrgusilma kaudu nimega ZigBee.

Traadita anduri sõlme struktuur

Juhtmevaba andurisõlme valmistamiseks kasutatavad komponendid on erinevad üksused, nagu näiteks tuvastamine, töötlemine, transiiver ja toide. See sisaldab ka lisakomponente, mis sõltuvad rakendusest, nagu elektrigeneraator, asukoha leidmise süsteem ja mobiliseerija. Üldiselt sisaldavad sensoriüksused kahte alaühikut, nimelt ADC-sid, samuti andureid. Siin genereerivad andurid analoogsignaale, mida saab ADC abil digitaalsignaalideks muuta, misjärel need edastavad töötlusseadmele.

Üldiselt saab selle üksuse seostada väikese mäluseadme kaudu, et käsitseda toiminguid, mis muudavad andurisõlme eraldatud sensoorsete ülesannete saavutamiseks teiste sõlmedega töötama. Andurisõlme saab võrku ühendada transiiveri abil. Andurisõlmes on üheks oluliseks komponendiks andurisõlm. Toiteplokke toetatakse voolupüüdurite kaudu nagu päikesepatareid, samas kui teised allüksused sõltuvad rakendusest.

Traadita seire sõlmede funktsionaalne plokkskeem on näidatud ülal. Need moodulid pakuvad mitmekülgset platvormi laialdaste rakenduste nõuete lahendamiseks. Näiteks saab korraldatavate andurite põhjal signaali konditsioneerimisploki välja vahetada. See võimaldab kasutada erinevaid andureid koos traadita andurisõlmega. Samamoodi saab raadioühendust vahetada määratud rakenduse vastu.

Traadita andurite võrgu omadused

WSN-i omadused hõlmavad järgmist.

• Patareidega sõlmede võimsuspiiride tarbimine
• Võime käsitleda sõlmede tõrkeid
• Mõningane sõlmede liikuvus ja sõlmede heterogeensus
• Skaalautuvus suure levitamise skaalani
• Võime tagada ranged keskkonnatingimused
• Lihtne kasutada
• Ristkihiline disain

Traadita andurite võrkude eelised

WSN-i eelised hõlmavad järgmist

• Võrgukorraldust saab teostada ilma kinnisvara infrastruktuurita.
• Sobib kättesaamatutesse kohtadesse, nagu mäed, mere kohal, maapiirkonnad ja sügavad metsad.
• Paindlik, kui on juhuslik olukord, kui on vaja täiendavat töökohta.
• Täitmishind on odav.
• See väldib palju juhtmeid.
• See võib pakkuda uute seadmete jaoks majutust igal ajal.
• Selle saab avada tsentraliseeritud seire abil.

Juhtmeta anduri võrgurakendused

Traadita andurivõrgud võivad hõlmata arvukalt erinevat tüüpi andureid, nagu madal proovivõtusagedus, seismilised, magnetilised, termilised, visuaalsed, infrapuna-, radari- ja akustilised signaalid, mis on nutikad jälgima mitmesuguseid ümbritsevaid olukordi. Andurisõlme kasutatakse pidevaks tuvastamiseks, sündmuse ID-ks, sündmuste tuvastamiseks ja ajamite kohalikuks juhtimiseks. Traadita sensorvõrkude rakendused hõlmavad peamiselt tervishoiu-, sõjaväe-, keskkonna-, kodu- ja muid kaubandusalasid.

WSN-i rakendus

• Sõjalised rakendused
• Terviserakendused
• Keskkonnarakendused
• Kodurakendused
• Ärirakendused
• Piirkonna seire
• Tervishoiu jälgimine
• Keskkonna / Maa aistingud
• Õhusaaste seire
• Metsatulekahjude avastamine
• Maalihke tuvastamine
• Vee kvaliteedi jälgimine
• Tööstuse seire

Seega on see kõik selle kohta, mis on a traadita andurite võrk , traadita andurite võrgu arhitektuur, omadused ja rakendused. Loodame, et saate sellest kontseptsioonist paremini aru. Lisaks kõik küsimused või teada traadita andurite võrgu projekti ideed , andke palun oma väärtuslikke ettepanekuid kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus, millised on traadita sensorvõrkude erinevad tüübid?