Metoda distribuiranog balansiranja prometa u bežičnoj senzorskoj mreži. Bežične senzorske mreže Distribuirane senzorske mreže

Opće informacije

Bežične senzorske mreže uvelike su razvijene u U zadnje vrijeme. Takve mreže, koje se sastoje od mnogih minijaturnih čvorova opremljenih primopredajnikom male snage, mikroprocesorom i senzorom, mogu povezati globalne računalne mreže i fizički svijet. Koncept bežičnih senzorskih mreža privukao je pažnju mnogih znanstvenika, istraživačkih instituta i komercijalnih organizacija, što je omogućilo veliki protok znanstvenih radova na ovu temu. Veliki interes za proučavanje takvih sustava je zbog širokih mogućnosti korištenja senzorskih mreža. Bežične senzorske mreže se posebno mogu koristiti za predviđanje kvarova opreme u zrakoplovnim sustavima i automatizaciji zgrada. Zbog sposobnosti samoorganiziranja, autonomije i visoke tolerancije na pogreške, takve se mreže aktivno koriste u sigurnosnim sustavima i vojnim aplikacijama. Uspješna primjena bežičnih senzorskih mreža u medicini za praćenje zdravlja povezana je s razvojem bioloških senzora kompatibilnih sa senzorskim čvorovima integriranog kruga. Ali bežične senzorske mreže najviše se koriste u području nadzora. okoliš i živa bića.

Željezo

Zbog nedostatka jasne standardizacije u senzorskim mrežama, postoji nekoliko različitih platformi. Sve platforme ispunjavaju osnovne zahtjeve za senzorske mreže: niska potrošnja energije, dugo vrijeme rada, primopredajnici male snage i prisutnost senzora. Glavne platforme uključuju MicaZ, TelosB, Intel Mote 2.

MicaZ

• Mikroprocesor: Atmel ATmega128L
• Frekvencija 7,3728 MHz
• 128 KB flash memorije za programe
• 4 KB SRAM za podatke
• 2 UART-a
• SPI sabirnica
• I2C sabirnica
• Radio: ChipCon CC2420
• Vanjska flash memorija: 512 KB
• 51-pinski pomoćni konektor
• osam 10-bitnih analognih I/O
• 21 digitalni ulaz/izlaz
• Tri LED diode koje se mogu programirati
• JTAG priključak
• Napajanje s dvije AA baterije

• Mikroprocesor: MSP430 F1611
• Frekvencija 8 MHz
• 48 KB flash memorije za programe
• 10 KB RAM za podatke
• SPI sabirnica
• Ugrađeni 12-bitni ADC/DAC
• DMA kontroler
• Radio: ChipCon CC2420
• Vanjska flash memorija: 1024 KB
• 16-pinski dodatni konektor
• Tri LED diode koje se mogu programirati
• JTAG priključak
• Dodatno: senzori svjetla, vlage, temperature.
• Napajanje s dvije AA baterije

• 320/416/520 MHz PXA271 XScale mikroprocesor
• 32 MB Flash
• 32 MB RAM-a
• Mini USB sučelje
• I-Mote2 konektor za vanjske uređaje (31+21 pin)
• Radio: ChipCon CC2420
• LED indikatori
• Napajanje s tri AAA baterije

Najčešća prije 3 godine bila je uporaba CC2420 čipseta kao primopredajnika male snage.

Softver i prijenos podataka

Ne postoje standardi na području softvera u senzorskim mrežama. Postoji nekoliko stotina različitih protokola za obradu i prijenos podataka, kao i sustava za upravljanje čvorovima. Najčešći operativni sustav je sustav otvorenog koda - TinyOs (dok sam bio na Sveučilištu Stanford, osobno sam upoznao jednog od programera). Mnogi programeri (osobito komercijalni sustavi) pišu vlastiti kontrolni sustav, često u Javi.

Upravljački program za senzorski čvor pod kontrolom TinyOs operativnog sustava napisan je na jeziku nesC.

Treba napomenuti da su zbog visoke cijene opreme i složenosti postavljanja senzorskih mreža rašireni različiti simulacijski sustavi, posebice sustav TOSSIM, posebno dizajniran za simulaciju rada čvorova koji pokreću TinyOs.

Zaključak

Radio sam sa senzorskim mrežama 6 godina i mogu vam puno reći o tim tehnologijama. Ako Habradruštvo bude zainteresirano i budem u prilici, rado ću napisati seriju članaka na ovu temu. Mogu se dotaknuti stvari kao što su: stvarni rad s platformom TmoteSky, značajke programiranja za sustav TinyOs u nesC-u, originalni rezultati istraživanja dobiveni u našem laboratoriju, dojmovi 1,5 mjeseca rada na Sveučilištu Stanford, u projektu o senzorskim mrežama.

Hvala svima na pažnji, rado ću odgovoriti na vaša pitanja.

Bežične senzorske mreže: pregled

Akuldiz I.F.

Prijevod s engleskog: Levzhinsky A.S.

anotacija

U članku se opisuju koncepti senzorskih mreža čija je implementacija postala moguća kombinacijom mikroelektromehaničkih sustava, bežičnih komunikacija i digitalne elektronike. Proučavaju se zadaće i mogućnosti senzorskih mreža, daje se pregled činjenica koje utječu na njihov razvoj. Razmatra se i arhitektura izgradnje senzorskih mreža, razvijeni algoritmi i protokoli za svaki sloj arhitekture. Članak istražuje pitanja o implementaciji senzorskih mreža.

1. Uvod

Nedavni napredak u tehnologijama mikro-elektromehaničkih sustava (MEMS), bežičnim komunikacijama i digitalnoj elektronici omogućio je stvaranje jeftinih, niskonaponskih, višenamjenskih čestica (čvorova), mali su i "razgovaraju" izravno jedni s drugima . Senzorske mreže temeljene na zajednički rad veliki broj sićušnih čvorova koji se sastoje od modula za prikupljanje i obradu podataka, odašiljač. Takva mreža ima značajne prednosti u odnosu na skup tradicionalnih senzora. Ovdje su dvije ključne značajke tradicionalnih senzora: Senzori se mogu nalaziti daleko od promatranog fenomena. Ovaj pristup zahtijeva mnogo senzora koji koriste neke sofisticirane tehnike za odabir ciljeva iz buke.
Možete postaviti više senzora koji samo prikupljaju podatke. Pažljivo dizajnirajte položaje senzora i topologiju. Oni će prenositi opažanja u središnje čvorove, gdje će se vršiti prikupljanje i obrada podataka.
Mreža senzora sastoji se od velikog broja čvorova (motes), koji su gusto smješteni u blizini promatranog fenomena. Položaj mrlja ne treba unaprijed izračunati. To im omogućuje nasumično postavljanje na teško dostupna područja ili korištenje za operacije pomoći koje zahtijevaju brzi odgovor. S druge strane, to znači da mrežni protokoli i mot algoritmi moraju biti samoorganizirajući. Još jedna jedinstvena značajka senzorskih mreža je suradnja pojedinačnih čvorova. Mote su opremljene procesorom. Stoga, umjesto prosljeđivanja izvornih podataka, oni ih mogu obraditi jednostavnim izračunima i proslijediti samo potrebne i djelomično obrađene podatke. Gore opisane značajke pružaju širok raspon primjena za senzorske mreže. Takve mreže mogu se koristiti u zdravstvu, vojsci i sigurnosti. Na primjer, fiziološke podatke o pacijentu liječnik može pratiti na daljinu. To je pogodno i za pacijenta i omogućuje liječniku da razumije njegovo trenutno stanje. Mreže senzora mogu se koristiti za otkrivanje stranih kemijskih agenasa u zraku i vodi. Oni mogu pomoći u određivanju vrste, koncentracije i mjesta onečišćenja. U biti, mreže senzora omogućuju bolje razumijevanje okoline. Predviđamo da će u budućnosti bežične mreže senzora biti sastavni dio naših života, više od današnjih osobnih računala. Provedba ovih i drugih projekata koji zahtijevaju korištenje bežičnih senzorskih mreža zahtijeva posebne metode. Mnogi protokoli i algoritmi razvijeni su za tradicionalne bežične ad hoc mreže, tako da nisu dobro prilagođeni jedinstvenim značajkama i zahtjevima senzorskih mreža. Evo razlika između senzorskih i peer-to-peer mreža: Broj čvorova u senzorskoj mreži može biti nekoliko redova veličine veći od čvorova u peer-to-peer mreži.
Čvorovi su gusto raspoređeni.
Čvorovi su skloni kvaru.
Topologija senzorskih mreža može se često mijenjati
Čvorovi primarno koriste emitirane poruke, dok se većina peer-to-peer mreža temelji na komunikaciji od točke do točke.
Čvorovi su ograničeni u snazi, procesorskoj snazi ​​i memoriji.
Čvorovi ne mogu imati globalni identifikacijski broj (ID) zbog velikog opterećenja i velikog broja senzora.
Budući da su čvorovi u mreži gusto zbijeni, susjedni čvorovi mogu biti vrlo blizu jedan drugome. Stoga će veze s više skokova u mrežama senzora trošiti manje energije od izravnih veza. Osim toga, može se koristiti niska snaga podatkovnog signala, što je korisno u tajnom nadzoru. Komunikacije s više skokova mogu učinkovito prevladati neke od poteškoća širenja signala na velike udaljenosti u bežičnim komunikacijama. Jedno od najvažnijih ograničenja za čvorove je niska potrošnja energije. Motes imaju ograničene izvore energije. Dakle, dok tradicionalne mreže imaju za cilj postići Visoka kvaliteta signala, motes mrežni protokoli trebali bi se uglavnom usredotočiti na očuvanje energije. Moraju imati mehanizme koji korisniku omogućuju produljenje životnog vijeka motea smanjenjem propusnosti ili povećanjem latencije prijenosa podataka. Mnogi istraživači trenutno su uključeni u razvoj sklopova koji ispunjavaju ove zahtjeve. U ovom ćemo članku pregledati protokole i algoritme koji trenutno postoje za senzorske mreže. Cilj nam je omogućiti bolje razumijevanje aktualnih istraživačkih problema u ovom području. Također ćemo pokušati istražiti ograničenja dizajna i identificirati alate koji se mogu koristiti za rješavanje problema dizajna. Članak je ovako organiziran: u drugom dijelu opisujemo potencijal i korisnost senzorskih mreža. U odjeljku 3 raspravljamo o čimbenicima koji utječu na dizajn takvih mreža. Detaljna studija postojećih metoda u ovom području bit će razmotrena u Odjeljku 4. A mi ćemo sažeti u Odjeljku 5.

2. Primjena bežičnih senzorskih mreža

Mreže senzora mogu se sastojati od različitih tipova senzora, kao što su seizmički senzori, senzori magnetskog polja, toplinski, infracrveni, akustički, sposobni za izvođenje širokog spektra mjerenja okolišnih uvjeta. Na primjer, kao što su:
temperatura,
vlažnost,
automobilski promet,
stanje munje,
pritisak,
sastav tla,
razina buke,
prisutnost ili odsutnost određenih predmeta,
mehaničko opterećenje
dinamičke karakteristike kao što su brzina, smjer i veličina objekta.
Motes se mogu koristiti za kontinuirano ispitivanje, detekciju događaja i identifikaciju. Koncept mikroosjećaja i bežična povezanost obećavaju mnoge nove primjene za takve mreže. Kategorizirali smo ih prema glavnim područjima: vojne primjene, istraživanje okoliša, zdravstvena njega, korištenje u domovima i drugim komercijalnim područjima. Ali možete proširiti ovu klasifikaciju i dodati više kategorija, kao što je istraživanje svemir, kemijska obrada i pomoć u katastrofama.

2.1. Vojna primjena

Bežične senzorske mreže mogu biti sastavni dio vojnih zapovjedničkih, komunikacijskih, obavještajnih, nadzornih i orijentacijskih sustava (C4ISRT). Brza implementacija, samoorganizacija i otpornost na pogreške karakteristike su senzorskih mreža koje ih čine obećavajućim alatom za rješavanje problema. Budući da se senzorske mreže mogu temeljiti na gustom rasporedu jednokratnih i jeftinih čvorova, uništavanje nekih od njih tijekom neprijateljstava neće utjecati na vojnu operaciju na isti način kao uništavanje tradicionalnih senzora. Stoga je upotreba senzorskih mreža prikladnija za bitke. Navodimo još neke načine korištenja takvih mreža: praćenje oružja i streljiva prijateljskih snaga, promatranje bitke; orijentacija na terenu; procjena bojne štete; otkrivanje nuklearnih, bioloških i kemijskih napada. Praćenje prijateljskih snaga, oružja i streljiva: čelnici i zapovjednici mogu stalno pratiti status svojih trupa, stanje i dostupnost opreme i streljiva na bojnom polju koristeći senzorske mreže. Svako vozilo, oprema i važno streljivo mogu imati priključene senzore za javljanje njihovog statusa. Ovi se podaci prikupljaju zajedno na ključnim čvorovima i šalju vođama. Podaci se također mogu preusmjeriti na više razine hijerarhije naredbi kako bi se kombinirali s podacima iz drugih dijelova. Borbena promatranja: kritična područja, staze, rute i tjesnaci mogu se brzo pokriti senzorskim mrežama za proučavanje aktivnosti neprijateljskih snaga. Tijekom operacija ili nakon što su razvijeni novi planovi, mreže senzora mogu se postaviti u bilo kojem trenutku za praćenje borbe. Izviđanje neprijateljskih snaga i terena: Mreže senzora mogu se rasporediti u kritičnim područjima i vrijedni, detaljni i pravovremeni podaci o neprijateljskim snagama i terenu mogu se prikupiti unutar nekoliko minuta prije nego što ih neprijatelj presretne. Orijentacija: senzorske mreže mogu se koristiti u pametnim sustavima za navođenje streljiva. Procjena štete nakon borbe: Neposredno prije ili nakon napada, mreže senzora mogu se postaviti na ciljno područje za prikupljanje podataka o procjeni štete. Detekcija nuklearnih, bioloških i kemijskih napada: Pri uporabi kemijskog ili biološkog oružja, čija je uporaba blizu nule, važno je imati pravovremenu i točnu identifikaciju kemijskih agenasa. Mreže senzora mogu se koristiti kao sustavi upozorenja za kemijske ili biološke napade, a podaci prikupljeni u kratkom vremenu pomoći će dramatičnom smanjenju broja žrtava. Također je moguće koristiti senzorske mreže za detaljno izviđanje nakon otkrivanja takvih napada. Na primjer, moguće je izvršiti izviđanje u slučaju radijacijske kontaminacije bez izlaganja ljudi zračenju.

2.2. Primjena za okoliš

Neka od područja u ekologiji u kojima se koriste mreže senzora su: praćenje kretanja ptica, malih životinja i insekata; praćenje stanja okoliša radi utvrđivanja utjecaja na usjeve i stoku; navodnjavanje; praćenje Zemlje velikih razmjera i istraživanje planeta; kemijska/biološka detekcija; otkrivanje šumskih požara; meteorološka ili geofizička istraživanja; otkrivanje poplava; i istraživanja onečišćenja. Detekcija šumskog požara: budući da se prašinari mogu strateški i čvrsto rasporediti u šumi, mogu prenijeti točan izvor požara prije nego što požar izmakne kontroli. Milijuni senzora mogu se postaviti na trajnoj osnovi. Mogu biti opremljeni solarnim pločama, jer se čvorovi mogu ostaviti bez nadzora mjesecima ili čak godinama. Motes će raditi zajedno na obavljanju zadataka raspodijeljenog senzora i prevladavanju prepreka poput drveća i stijena koje blokiraju žičane senzore. Mapiranje bio-stanja okoliša: Zahtijeva složene pristupe za integraciju informacija u vremenskim i prostornim razmjerima. Napredak u tehnologiji daljinskog očitavanja i automatsko prikupljanje podataka uvelike je smanjio troškove istraživanja. Prednost ovih mreža je u tome što se čvorovi mogu spojiti na Internet, što udaljenim korisnicima omogućuje kontrolu, nadzor i promatranje okoline. Iako su satelitski i zračni senzori korisni u promatranju velike raznolikosti, kao što je prostorna složenost dominantnih biljnih vrsta, oni ne dopuštaju promatranje malih elemenata koji čine većinu ekosustava. Kao rezultat toga, postoji potreba za postavljanjem čvorova mreže bežičnih senzora na terenu. Jedan primjer primjene je biološko mapiranje okoliša u rezervatu u južnoj Kaliforniji. Mrežom su pokrivena tri mjesta od kojih svako ima 25-100 čvorova koji se koriste za kontinuirano praćenje stanja okoliša. Otkrivanje poplave: Primjer detekcije poplave je sustav javnog razglasa u Sjedinjenim Državama. Nekoliko tipova senzora postavljenih u sustav upozorenja određuju količinu oborina, vodostaj i vrijeme. Istraživački projekti kao što su COUGAR Device Database Project na Sveučilištu Cornell i DataSpace Project na Sveučilištu Rutgers istražuju različite pristupe interakciji s pojedinačnim čvorovima na mreži radi dobivanja snimaka i dugoročnog prikupljanja podataka. Poljoprivreda: Prednost senzorskih mreža također je mogućnost praćenja razine pesticida u vodi, razine erozije tla i razine onečišćenja zraka u stvarnom vremenu.

2.3. Primjena u medicini

Jedna primjena u medicini je u uređajima za invalide; praćenje pacijenata; dijagnostika; praćenje uporabe lijekova u bolnicama; prikupljanje podataka o ljudskoj fiziologiji; te praćenje liječnika i pacijenata u bolnicama. Praćenje ljudskog fiziološkog stanja: fiziološki podaci prikupljeni senzorskim mrežama mogu se pohraniti dulje vrijeme i koristiti za medicinska istraživanja. Instalirani mrežni čvorovi također mogu pratiti kretanje starijih osoba i, primjerice, spriječiti padove. Ovi čvorovi su mali i pacijentu pružaju veću slobodu kretanja, a istovremeno omogućuju liječnicima da unaprijed prepoznaju simptome bolesti. Osim toga, oni pomažu pružiti više ugodan život za pacijente u usporedbi s bolničkim liječenjem. Kako bi testirali izvedivost takvog sustava, Medicinski fakultet Grenoble-France stvorio je "Zdravu pametnu kuću". . Praćenje liječnika i pacijenata u bolnici: svaki pacijent ima mali i lagani mrežni čvor. Svaki čvor ima svoj specifični zadatak. Na primjer, jedan može pratiti otkucaje vašeg srca dok drugi očitava vaš krvni tlak. Liječnici također mogu imati takav čvor, to će omogućiti drugim liječnicima da ih pronađu u bolnici. Praćenje lijekova u bolnicama: Čvorovi se mogu pričvrstiti na lijekove, čime se šanse za izdavanje pogrešnog lijeka mogu svesti na minimum. Dakle, pacijenti će imati čvorove koji određuju njihove alergije i potrebne lijekove. Kompjuterizirani sustavi opisani u pokazali su da mogu pomoći u smanjenju nuspojave od pogrešnog izdavanja lijekova.

2.4. Primjena kod kuće

Kućna automatizacija: pametni čvorovi mogu se integrirati u kućanske aparate kao što su usisavači, mikrovalne pećnice, hladnjaci i video rekorderi . Oni mogu komunicirati jedni s drugima i sa vanjska mreža putem interneta ili satelita. To će krajnjim korisnicima omogućiti jednostavno upravljanje uređajima kod kuće, lokalno i daljinski. Pametno okruženje: Dizajn pametnog okruženja može imati dva različita pristupa, tj. usmjeren na čovjeka ili na tehnologiju. U slučaju prvog pristupa, pametno okruženje mora se prilagoditi potrebama krajnjih korisnika u smislu interakcije s njima. Za sustave usredotočene na tehnologiju, moraju se razviti nove hardverske tehnologije, mrežna rješenja i srednje aplikacije. Primjeri kako se čvorovi mogu koristiti za stvaranje pametnog okruženja opisani su u . Čvorovi se mogu ugraditi u namještaj i uređaje, mogu komunicirati međusobno i sa sobnim poslužiteljem. Poslužitelj sobe također može komunicirati s drugim poslužiteljima sobe kako bi saznao o uslugama koje mogu ponuditi, kao što su ispis, skeniranje i faksiranje. Ovi poslužitelji i senzorski čvorovi mogu se integrirati u postojeće ugrađene uređaje i sačinjavaju samoorganizirajuće, samoregulirajuće i prilagodljive sustave temeljene na modelu teorije upravljanja kako je opisano u .

3. Čimbenici koji utječu na razvoj modela senzorske mreže.

Razvoj senzorskih mreža ovisi o mnogim čimbenicima, koji uključuju toleranciju na pogreške, skalabilnost, proizvodne troškove, vrstu radnog okruženja, topologiju senzorske mreže, hardverska ograničenja, model prijenosa informacija i potrošnju energije. Ove čimbenike razmatraju mnogi istraživači. Međutim, nijedna od ovih studija u potpunosti ne uzima u obzir sve čimbenike koji utječu na dizajn mreže. Važni su jer služe kao smjernica za razvoj protokola ili algoritama za rad senzorskih mreža. Osim toga, ti se faktori mogu koristiti za usporedbu različitih modela.

3.1. tolerancija kvarova

Neki čvorovi mogu otkazati zbog nedostatka energije, fizičkog oštećenja ili uplitanja treće strane. Kvar čvora ne bi trebao utjecati na rad senzorske mreže. Ovo je pitanje pouzdanosti i otpornosti na pogreške. Tolerancija grešaka - sposobnost održavanja funkcionalnosti mreže senzora bez kvara kada čvor zakaže. Pouzdanost Rk(t) ili tolerancija greške čvora modelirana je upotrebom Poissonove distribucije za određivanje vjerojatnosti kvara čvora u vremenskom razdoblju (0; t) Vrijedno je napomenuti da se protokoli i algoritmi mogu orijentirati na razinu tolerancije greške potrebni za izgradnju senzorskih mreža. Ako je okolina u kojoj su čvorovi smješteni manje sklona smetnjama, tada protokoli mogu biti manje tolerantni na greške. Na primjer, ako se čvorovi uvedu u dom za praćenje razine vlažnosti i temperature, zahtjevi za toleranciju grešaka mogu biti niski, budući da takve senzorske mreže ne mogu otkazati i "buka" okoline ne utječe na njihov rad. S druge strane, ako se čvorovi koriste na bojnom polju za nadzor, tada bi tolerancija grešaka trebala biti visoka, budući da je nadzor kritičan i čvorovi mogu biti uništeni tijekom neprijateljstava. Kao rezultat toga, razina tolerancije grešaka ovisi o primjeni senzorskih mreža i modeli se moraju razvijati imajući to na umu.

3.2. Skalabilnost

Broj čvorova raspoređenih za proučavanje fenomena može se kretati u stotinama ili tisućama. Ovisno o primjeni, broj može doseći ekstremne vrijednosti (milijuni). Novi modeli bi trebali moći podnijeti ovaj broj čvorova. Oni također trebaju koristiti visoku gustoću senzorskih mreža, koje mogu varirati od nekoliko čvorova do nekoliko stotina u području koje može biti manje od 10 m u promjeru. Gustoća se može izračunati prema,

3.3. Troškovi proizvodnje

Budući da se senzorske mreže sastoje od velikog broja čvorova, trošak po čvoru mora biti takav da opravdava ukupni trošak mreže. Ako je trošak mreže veći od postavljanja tradicionalnih senzora, tada ona nije ekonomski isplativa. Kao rezultat toga, cijena svakog čvora mora biti niska. Sada je cijena čvora koji koristi Bluetooth odašiljač manja od 10 USD. Cijena za PicoNode je oko $1. Stoga bi trošak čvora senzorske mreže trebao biti puno manji od 1 USD za ekonomsku opravdanost njihove uporabe. Cijena Bluetooth čvora, koji se smatra jeftinim uređajem, 10 je puta veća od prosječne cijene senzorskih mrežnih čvorova. Imajte na umu da čvor također ima neke dodatne module kao što su modul za prikupljanje podataka i modul za obradu podataka (opisano u odjeljku 3.4.) Osim toga, oni mogu biti opremljeni sustavom za pozicioniranje ili generatorom energije, ovisno o primjeni senzora mreže. Kao rezultat toga, cijena čvora je složen problem, s obzirom na količinu funkcionalnosti, čak i za manje od 1,00 USD.

3.4. Hardverske značajke

Čvor senzorske mreže sastoji se od četiri glavne komponente, kao što je prikazano na sl. 1: jedinica za prikupljanje podataka, jedinica za obradu, odašiljač i napajanje. Prisutnost dodatnih modula ovisi o mrežnoj aplikaciji, na primjer, mogu postojati lokacijski moduli, generator struje i mobilizator (MAC). Modul za prikupljanje podataka obično se sastoji od dva dijela: senzora i analogno-digitalnih pretvarača (ADC). Analogni signal koji generira senzor na temelju opaženog fenomena ADC pretvara u digitalni signal i zatim šalje u jedinicu za obradu. Modul za obradu, koji koristi integriranu memoriju, upravlja postupcima koji omogućuju, u suradnji s drugim čvorovima, izvršavanje dodijeljenih zadataka nadzora. Odašiljačka jedinica (primopredajnik) povezuje čvor s mrežom. Jedna od najvažnijih komponenti čvora je napajanje. Napajanje može biti punjivo, na primjer pomoću solarnih panela.

Većina čvorova koji prenose podatke i prikupljaju podatke moraju znati odakle se nalaze visoka preciznost. Stoga, u opća shema modul lokacije omogućen. Ponekad vam može trebati mobilizator koji, ako je potrebno, pomiče čvor kada je potrebno izvršiti zadatke. Svi ovi moduli možda će morati biti smješteni u kućište veličine kutije šibica. Veličina čvora može biti manja od kubičnog centimetra i dovoljno lagana da ostane u zraku. Osim veličine, postoje neka druga stroga ograničenja za čvorove. Oni moraju:
troše vrlo malo energije
rad s velikim brojem čvorova na malim udaljenostima,
imaju niske troškove proizvodnje
biti autonoman i raditi bez nadzora,
prilagoditi okolini.
Budući da čvorovi mogu postati nedostupni, vijek trajanja mreže senzora ovisi o snazi ​​pojedinačnih čvorova. Hrana je ograničen resurs i zbog ograničenja veličine. Na primjer, ukupna pohrana energije pametnog čvora je reda veličine 1 J. Za bežičnu integriranu senzorsku mrežu (WINS), prosječna razina napunjenosti trebala bi biti manja od 30 LA kako bi se osiguralo dugo vrijeme rada. Život senzorskih mreža moguće je produžiti korištenjem punjivih baterija, primjerice dobivanjem energije iz okoliša. Solarni paneli najbolji su primjer korištenja ponovnog punjenja. Komunikacijski modul čvora može biti pasivni ili aktivni optički uređaj, kao u pametnom čvoru, ili radiofrekvencijski (RF) odašiljač. RF prijenos zahtijeva modulacijski modul koji koristi određenu propusnost, modul za filtriranje, modul za demodulaciju, što ih čini složenijima i skupljima. Osim toga, može doći do gubitka u prijenosu podataka između dva čvora zbog činjenice da su antene smještene blizu tla. Međutim, radijska komunikacija je poželjna u većini postojećih dizajna mreža senzora jer su brzine prijenosa podataka niske (obično manje od 1 Hz), a brzine ciklusa prijenosa visoke zbog malih udaljenosti. Ove karakteristike dopuštaju korištenje niskih radio frekvencija. Međutim, dizajn energetski učinkovitih i niskofrekventnih radio odašiljača još uvijek je tehnički izazovan zadatak, a postojeće tehnologije koje se koriste u proizvodnji Bluetooth uređaja nisu dovoljno učinkovite za senzorske mreže jer troše puno energije. Iako se procesori stalno smanjuju u veličini i povećavaju snagu, obrada i pohrana podataka od strane čvora i dalje je njihova slaba točka. Na primjer, modul za obradu pametnog čvora sastoji se od procesora Atmel AVR8535 od 4 MHz, mikrokontrolera s 8 KB za upute, flash memorije, 512 bajta RAM-a i 512 bajta EEPROM-a. Ovaj modul, koji ima 3500 bajtova za OS i 4500 bajtova slobodne memorije za kod, koristi operativni sustav TinyOS. Modul za obradu drugog prototipa lAMPS čvora ima 59-206 MHz SA-1110 procesor. IAMPS čvorovi koriste L-OS operativni sustav s više niti. Većina zadataka prikupljanja podataka zahtijeva poznavanje položaja čvora. Budući da su čvorovi obično locirani nasumično i bez nadzora, moraju surađivati ​​pomoću sustava za pozicioniranje. Određivanje lokacije koristi se u mnogim protokolima za usmjeravanje mreže senzora (više detalja u odjeljku 4). Neki su predložili da bi svaki čvor trebao imati modul Global Positioning System (GPS) koji radi na udaljenosti do 5 metara. U radu se tvrdi da opremanje svih čvorova GPS-om nije nužno za rad senzorskih mreža. Postoji alternativni pristup gdje samo neki čvorovi koriste GPS i pomažu drugim čvorovima da odrede svoj položaj na tlu.

3.5. Topologija mreže

Činjenica da čvorovi mogu postati nedostupni i podložni čestim kvarovima čini održavanje mreže izazovnim zadatkom. Na području senzorske mreže može se postaviti od stotine do nekoliko tisuća čvorova. Raspoređuju se na deset metara udaljenosti. Gustoća čvorova može biti veća od 20 čvorova po kubnom metru. Gusti raspored mnogih čvorova zahtijeva pažljivo održavanje mreže. Obradit ćemo pitanja vezana uz održavanje i promjenu topologije mreže u tri faze:

3.5.1. Prethodno postavljanje i postavljanje čvorova može se sastojati od masovne disperzije čvorova ili instaliranja svakog zasebno. Mogu se rasporediti:

Razbacano iz aviona,
postavljanjem u raketu ili projektil
bačen katapultom (npr. s broda i sl.),
smještaj u tvornicu
svaki čvor pojedinačno postavlja čovjek ili robot.
Iako sam broj senzora i njihovo automatizirano postavljanje obično onemogućuje njihovo postavljanje prema pažljivo osmišljenom planu, početne sheme postavljanja trebale bi:
smanjiti troškove instalacije
eliminirati potrebu za bilo kakvom prethodnom organizacijom i unaprijed planiranjem,
povećati fleksibilnost postavljanja,
promovirati samoorganizaciju i toleranciju na pogreške.

3.5.2. Faza nakon postavljanja mreže

Nakon što je mreža postavljena, promjena u njezinoj topologiji povezana je s promjenom karakteristika čvorova. Nabrojimo ih:
položaj,
pristupačnost (zbog smetnji, buke, pokretnih prepreka itd.),
punjenje baterije,
neispravnosti
mijenjanje zadataka.
Čvorovi se mogu statički rasporediti. Međutim, kvar uređaja čest je zbog pražnjenja ili uništenja baterije. Moguće su senzorske mreže s visokom mobilnošću čvorova. Osim toga, čvorovi i mreže obavljaju različite zadatke i mogu biti podložni namjernom ometanju. Stoga je struktura mreže senzora sklona čestim promjenama nakon postavljanja.

3.5.3. Dodatna faza postavljanja čvora

Dodatni čvorovi mogu se dodati u bilo kojem trenutku radi zamjene neispravnih čvorova ili zbog promjene zadataka. Dodavanje novih čvorova stvara potrebu za reorganizacijom mreže. Suočavanje s čestim promjenama u topologiji peer-to-peer mreže koja sadrži mnogo čvorova i ima vrlo stroga ograničenja snage zahtijeva posebne protokole usmjeravanja. O ovom pitanju se detaljnije raspravlja u odjeljku 4.

3.6. Okoliš

Čvorovi su gusto smješteni vrlo blizu ili neposredno unutar promatranog fenomena. Stoga djeluju bez nadzora u udaljenim geografskim područjima. Oni mogu raditi
na prometnim raskrižjima
unutar velikih automobila
na dnu oceana
unutar tornada
na površini oceana tijekom tornada,
u biološki i kemijski onečišćenim područjima
na bojnom polju
u kući ili velikoj zgradi,
u velikom skladištu
privržen životinjama
vezan za brzo kretanje vozila
u kanalizaciju ili rijeku zajedno s protokom vode.
Ovaj popis daje ideju o uvjetima pod kojima čvorovi mogu raditi. Oni mogu raditi ispod visokotlačni na dnu oceana, u surovim okruženjima, među ostacima ili na bojnom polju, na ekstremnim temperaturama, kao što je u mlaznici motora zrakoplova ili u arktičkim regijama, na vrlo bučnim mjestima gdje ima mnogo smetnji.

3.7. Metode prijenosa podataka

U senzorskoj mreži s više skokova čvorovi komuniciraju bežično. Komunikacija se može odvijati putem radija, infracrvenog ili optičkog medija. Kako bi se ove metode koristile globalno, prijenosni medij mora biti dostupan u cijelom svijetu. Jedna opcija za radiokomunikacije je korištenje industrijskih, znanstvenih i medicinskih (ISM) pojaseva koji su dostupni bez licence u većini zemalja. Neke od frekvencija koje se mogu koristiti opisane su u međunarodnoj tablici frekvencija sadržanoj u članku S5 Pravilnika o radijskom prometu (svezak 1). Neke od ovih frekvencija već se koriste u bežičnoj telefoniji i bežičnim lokalnim mrežama (WLAN). Za mreže senzora male veličine i niske cijene, pojačalo signala nije potrebno. Prema , hardverska ograničenja i kompromisi između učinkovitosti antene i potrošnje energije nameću određena ograničenja na izbor frekvencije prijenosa u mikrovalnom frekvencijskom području. Oni također nude 433 MHz ISM u Europi i 915 MHz ISM u Sjevernoj Americi. O mogućim modelima odašiljača za ove dvije zone raspravlja se u. Glavne prednosti korištenja ISM radiofrekvencija su širok spektar frekvencija i dostupnost diljem svijeta. Nisu vezani uz određeni standard, što daje više slobode za implementaciju strategija uštede energije u senzorskim mrežama. S druge strane, postoje razna pravila te ograničenja kao što su razni zakoni i smetnje postojećih aplikacija. Ti se frekvencijski pojasi nazivaju i nereguliranim frekvencijama. Većina današnje opreme čvorova temelji se na korištenju radio odašiljača. Bežični čvorovi IAMPS-a, opisani u , koriste Bluetooth-omogućene 2,4 GHz odašiljače i imaju integrirani sintetizator frekvencije. U radu je opisan uređaj čvorova male snage, koji koriste jedan radio prijenosni kanal koji radi na frekvenciji od 916 MHz. WINS arhitektura također koristi radio. Još mogući način komunikacija u senzorskim mrežama je infracrvena. IR komunikacija dostupna je bez licence i otporna je na električne smetnje. IR odašiljači su jeftiniji i jednostavniji za proizvodnju. Mnoga današnja prijenosna računala, dlanovnici i Mobiteli koristite IR sučelje za prijenos podataka. Glavni nedostatak takve komunikacije je zahtjev za izravnom vidljivošću između pošiljatelja i primatelja. To čini IR komunikaciju nepoželjnom za korištenje u senzorskim mrežama zbog prijenosnog medija. Zanimljiv način prijenosa je korištenje pametnih čvorova, koji su moduli za automatsko praćenje i obradu podataka. Za prijenos koriste optički medij. Postoje dvije sheme prijenosa, pasivna koja koristi retroreflektor kutne kocke (CCR) i aktivna koja koristi lasersku diodu i kontrolirana zrcala (o kojima se govori u ). U prvom slučaju nije potreban integrirani izvor svjetla, za prijenos signala koristi se konfiguracija s tri ogledala (CCR). Aktivna metoda koristi lasersku diodu i aktivni laserski komunikacijski sustav za slanje snopova svjetlosti do željenog prijemnika. Neobični zahtjevi primjene senzorskih mreža otežavaju izbor prijenosnog medija. Na primjer, pomorske primjene zahtijevaju korištenje vodenog prijenosnog medija. Ovdje morate koristiti dugovalno zračenje, koje može prodrijeti u površinu vode. Na teškom terenu ili na bojnom polju mogu se pojaviti pogreške i više smetnji. Osim toga, može se pokazati da antene čvora nemaju potrebnu visinu i snagu zračenja za komunikaciju s drugim uređajima. Stoga izbor prijenosnog medija mora biti popraćen pouzdanim shemama modulacije i kodiranja, koje ovise o karakteristikama prijenosnog kanala.

3.8. Potrošnja energije

Bežični čvor, budući da je mikroelektronički uređaj, može biti opremljen samo ograničenim napajanjem (

3.8.1. Veza

Čvor troši maksimalnu energiju na komunikaciju, koja uključuje i prijenos i primanje podataka. Možemo reći da za komunikaciju na malim udaljenostima uz malu snagu zračenja, prijenos i prijem zahtijevaju približno jednaku količinu energije. Sintetizatori frekvencije, oscilatori za kontrolu napona, fazno blokiranje (PLL) i pojačala snage zahtijevaju energiju, koja je ograničena. Važno je da u ovom slučaju ne uzimamo u obzir samo djelatnu snagu, već i potrošnju električne energije pri pokretanju odašiljača. Pokretanje odašiljača traje djelić sekunde, tako da troši zanemarive količine energije. Ova se vrijednost može usporediti s vremenom zaključavanja PLL-a. Međutim, kako se odaslani paket smanjuje, snaga lansiranja počinje dominirati potrošnjom energije. Kao rezultat toga, neučinkovito je stalno uključivati ​​i isključivati ​​odašiljač, jer većina energije će se potrošiti na to. Trenutno radio odašiljači male snage imaju standardne vrijednosti Pt i Pr od 20 dBm i Pout blizu 0 dBm. Imajte na umu da je PicoRadio usmjeren na računalo -20dBm. Dizajn malih, jeftinih odašiljača raspravlja se u izvoru. Na temelju svojih rezultata, autori ovog članka, s obzirom na proračunske i energetske procjene, vjeruju da bi vrijednosti Pt i Pr trebale biti barem za red veličine manje od gore navedenih vrijednosti.

3.8.2. Obrada podataka

Potrošnja energije obrade podataka mnogo je manja u usporedbi s prijenosom podataka. Primjer opisan u radu zapravo ilustrira ovu razliku. Na temelju Rayleighove teorije da se četvrtina snage gubi tijekom prijenosa, možemo zaključiti da će potrošnja energije za prijenos 1 KB na udaljenost od 100 m biti otprilike ista kao za izvršavanje 3 milijuna instrukcija brzinom od 100 milijuna instrukcija po sekundi (MIPS )/W od strane procesora. Stoga je lokalna obrada podataka ključna za smanjenje potrošnje energije u mreži senzora s više skokova. Stoga čvorovi moraju imati ugrađene računalne mogućnosti i biti u mogućnosti komunicirati s okolinom. Ograničenja cijene i veličine dovest će nas do odabira poluvodiča (CMOS) kao glavne tehnologije za mikroprocesore. Nažalost, oni imaju ograničenja u pogledu energetske učinkovitosti. CMOS zahtijeva napajanje svaki put kad promijeni stanje. Energija potrebna za promjenu stanja, proporcionalna frekvenciji sklopki, kapacitetu (ovisno o području) i fluktuacijama napona. Stoga je smanjenje napona napajanja učinkovit alat smanjiti potrošnju energije u aktivnom stanju. Dinamičko skaliranje napona, razmatrano u , nastoji prilagoditi snagu i frekvenciju procesora prema radnom opterećenju. Kada se smanji opterećenje mikroprocesora, jednostavno smanjenje frekvencije daje linearno smanjenje potrošnje energije, međutim, smanjenje radnog napona daje nam kvadratno smanjenje troškova energije. S druge strane, neće se koristiti sve moguće performanse procesora. To će dati rezultat ako uzmemo u obzir da vršna izvedba nije uvijek potrebna i stoga se radni napon i frekvencija procesora mogu dinamički prilagoditi zahtjevima obrade. Autori predlažu sheme predviđanja opterećenja na temelju adaptivne obrade postojećih profila opterećenja i analize nekoliko već izrađenih shema. Druge strategije za smanjenje snage procesora razmatraju se u . Treba napomenuti da se mogu koristiti dodatne sheme za kodiranje i dekodiranje podataka. U nekim slučajevima mogu se koristiti i integrirani krugovi. U svim tim scenarijima, struktura mreže senzora, radni algoritmi i protokoli ovise o odgovarajućim troškovima energije.

4. Arhitektura senzorskih mreža

Čvorovi su obično raspoređeni nasumično u cijelom području promatranja. Svaki od njih može prikupljati podatke i zna rutu prijenosa podataka natrag do središnjeg čvora, krajnjeg korisnika. Podaci se prenose korištenjem mrežne arhitekture s više skokova. Središnji čvor može komunicirati s upraviteljem zadataka putem interneta ili satelita. Stog protokola koji koriste središnji čvor i svi ostali čvorovi prikazan je na slici. 3. Skup protokola uključuje informacije o napajanju i informacije o ruti, sadrži informacije o mrežnom protokolu, pomaže u učinkovitoj komunikaciji preko bežičnog okruženja i promiče suradnju čvorova. Stog protokola sastoji se od aplikacijskog sloja, transportnog sloja, mrežnog sloja, sloja podatkovne veze, fizičkog sloja, sloja za upravljanje napajanjem, sloja za upravljanje mobilnošću i sloja za raspoređivanje zadataka. Ovisno o zadacima prikupljanja podataka, na aplikativnoj razini mogu se graditi različite vrste aplikacijskog softvera. prijenosni sloj pomaže u održavanju protoka podataka ako je potrebno. Mrežni sloj upravlja usmjeravanjem podataka koje osigurava transportni sloj. Budući da je okruženje bučno i čvorovi se mogu pomicati, MAC protokol mora minimizirati pojavu kolizija prilikom prijenosa podataka između susjednih čvorova. Fizički sloj je odgovoran za mogućnost prijenosa informacija. Ovi protokoli pomažu domaćinima u obavljanju zadataka uz uštedu energije. Sloj upravljanja napajanjem određuje kako bi čvor trebao koristiti napajanje. Na primjer, čvor može isključiti prijemnik nakon što primi poruku od jednog od svojih susjeda. To će vam pomoći da izbjegnete dobivanje duple poruke. Također, kada je čvoru prazna baterija, on komunicira svojim susjedima da ne može sudjelovati u usmjeravanju poruka. Koristit će svu preostalu energiju za prikupljanje podataka. Sloj kontrole mobilnosti (MAC) detektira i registrira kretanje čvorova, tako da uvijek postoji ruta za prijenos podataka do središnjeg čvora i čvorovi mogu odrediti svoje susjede. A poznavajući svoje susjede, čvor može uravnotežiti potrošnju energije radeći zajedno s njima. Voditelj zadataka planira i raspoređuje prikupljanje informacija za svaku regiju zasebno. Ne moraju svi čvorovi u istoj regiji pokretati zadatke sondiranja u isto vrijeme. Kao rezultat toga, neki čvorovi obavljaju više zadataka od drugih, ovisno o njihovom kapacitetu. Svi ovi slojevi i moduli potrebni su kako bi čvorovi radili zajedno i težili maksimalnoj energetskoj učinkovitosti, optimizirali rutu prijenosa podataka u mreži te međusobno dijelili resurse. Bez njih će svaki čvor raditi pojedinačno. Sa stajališta cijele mreže senzora, učinkovitije je ako čvorovi međusobno rade zajedno, što pomaže produžiti životni vijek samih mreža. Prije rasprave o potrebi uključivanja modula i kontrolnih slojeva u protokol, razmotrit ćemo tri postojeća rada na hrpi protokola, što je prikazano na slici 3. WINS model o kojem se govori u izvoru, u kojem su čvorovi povezani u distribuiranu mrežu i imaju pristup Internetu. Budući da se veliki broj WINS mrežnih čvorova nalazi na maloj udaljenosti jedan od drugog, multi-hop komunikacije smanjuju potrošnju energije na minimum. Informacije o okolišu koje prima čvor sekvencijalno se šalju središnjem čvoru ili WINS pristupniku kroz druge čvorove, kao što je prikazano na slici 2 za čvorove A, B, C, D i E. WINS pristupnik komunicira s korisnikom putem uobičajenih mrežnih protokola kao što je internet . WINS mrežni protokol protokola sastoji se od aplikacijskog sloja, mrežnog sloja, MAC sloja i fizičkog sloja. Pametni čvorovi (ili čestice prašine). Ti se čvorovi mogu pričvrstiti na predmete ili čak lebdjeti u zraku zbog svoje male veličine i težine. Koriste MEMS tehnologiju za optičku komunikaciju i prikupljanje podataka. Mrvice prašine mogu imati solarne ploče za punjenje tijekom dana. Za komunikaciju s odašiljačem optičke bazne stanice ili drugim česticama prašine potrebna im je linija vidljivosti. Uspoređujući arhitekturu mreže prašine s onom prikazanom na slici 2, može se reći da pametni čvorovi obično komuniciraju izravno s odašiljačem bazne stanice, no moguća je i komunikacija jedan na jedan. Drugi pristup razvoju protokola i algoritama za senzorske mreže je zbog zahtjeva fizičkog sloja. Protokoli i algoritmi moraju biti dizajnirani prema izboru fizičkih komponenti kao što su vrsta mikroprocesora i vrsta prijamnika. Ovaj pristup odozdo prema gore koristi se u modelu IAMPS i također uzima u obzir ovisnost aplikacijskog sloja, mrežnog sloja, MAC sloja i fizičkog sloja o hardveru glavnog računala. Čvorovi IAMPS komuniciraju s krajnjim korisnikom na potpuno isti način kao u arhitekturi prikazanoj na slici 2. Uspoređuju se različite sheme, kao što je podjela s vremenskom podjelom (TDMA) ili podjelom po frekvenciji (FDMA) i binarna modulacija ili M-modulacija u izvoru. Pristup odozdo prema gore znači da algoritmi čvora moraju poznavati hardver i koristiti mogućnosti mikroprocesora i odašiljača kako bi smanjili potrošnju energije. To može dovesti do razvoja različitih dizajna čvorova. A različiti dizajni čvorova dovest će do različitih vrsta senzorskih mreža. Što će zauzvrat dovesti do razvoja raznih algoritama za njihov rad.

Književnost

1. G.D. Abowd, J.P.G. Sterbenz, Završno izvješće o međuagencijskoj radionici o istraživačkim pitanjima za pametna okruženja, IEEE Personal Communications (listopad 2000.) 36–40.
2. J. Agre, L. Clare, Integrirana arhitektura za kooperativne senzorske mreže, IEEE Computer Magazine (svibanj 2000.) 106-108.
3. AKO. Akyildiz, W. Su, Protokol poboljšanog usmjeravanja s obzirom na napajanje (PAER). za senzor mreže, Georgia Tech Technical Report, siječanj 2002., predan za objavljivanje.
4. A. Bakre, B.R. Badrinath, I-TCP: neizravni TCP za mobilne hostove, Zbornik radova 15. međunarodne konferencije o distribuiranim računalnim sustavima, Vancouver, BC, svibanj 1995., str. 136–143 (prikaz, stručni).
5. P. Bauer, M. Sichitiu, R. Istepanian, K. Premaratne, Mobilni pacijent: bežične distribuirane senzorske mreže za praćenje i njegu pacijenata, Zbornik radova 2000 IEEE EMBS Međunarodna konferencija o primjeni informacijske tehnologije u biomedicini, 2000., str. 17–21.
6. M. Bhardwaj, T. Garnett, A.P. Chandrakasan, Gornje granice životnog vijeka senzorskih mreža, IEEE Međunarodna konferencija o komunikacijama ICC’01, Helsinki, Finska, lipanj 2001.
7. P. Bonnet, J. Gehrke, P. Seshadri, Ispitivanje fizičkog svijeta, IEEE Personal Communications (listopad 2000.) 10–15.

Izum se odnosi na bežične senzorske mreže za automatizirane nadzorne sustave. Tehnički rezultat je osigurati učinkovito usmjeravanje, produžiti vijek trajanja mreže i povećati pouzdanost. Predlaže se metoda i sustav za distribuirano uravnoteženje prometa u bežičnoj senzorskoj mreži temeljen na algoritmu usmjeravanja od izvornog čvora do odredišnog čvora, pri čemu je bežična senzorska mreža predstavljena kao graf G (N, M), gdje su N mrežni čvorovi i M su rubovi, postoji K ruta, a informacije se generiraju brzinom Q c i prenose preko komunikacijskog kanala C brzinom q c, i i-ti čvor ima rezervu energije E i, a svako lice ij ima težinu/cijenu e ij, što odgovara energiji za prijenos jednog paketa podataka od čvora i do j, a životni vijek T i svakog čvora je definiran kao

Na svakom čvoru se utvrđuje tablica usmjeravanja i postavlja vektor prijenosa poruka, provodi se analiza opcija rute prema najoptimalnijim ukupnim vektorima koji se izračunavaju prema tablici usmjeravanja. Da bi se to postiglo, određuje se životni vijek cijele mreže T sys = min i ∈ N T i (q c). Maksimizacija životnog vijeka definira se kao maksimiziraj T sys, a rute se distribuiraju kako bi se postigao maksimalni životni vijek cijele mreže, pri čemu se izbor rute u mreži temelji na korištenju prijenosa s najmanjim troškovima na svakom čvoru, a najskuplji su isključeni. 2 n. i 9 z.p. f-li, 4 ilustr.

Područje tehnike kojem izum pripada

Izum se odnosi na područje bežičnih komunikacija i može se koristiti u automatiziranim nadzornim sustavima koji rade neovisno i kao dio višerazinskih informacijskih i kontrolnih sustava, posebno u sustavima za praćenje okolišnih ili industrijskih parametara u stvarnom vremenu s čvorovima raspoređenim na velikim područja i nemaju žičane komunikacijske vodove i električne vodove.

Vrhunac umjetnosti

Trenutačno mreže senzora sve više zauzimaju mjesto u nadzornim aplikacijama. raznim mjestima i događanja. U vezi s razvojem bežične komunikacijske tehnologije, postalo je moguće razviti bežične distribuirane senzorske mreže (RSN). Distribuirane senzorske mreže razlikuju se od konvencionalnih mreža po svojim ograničenim energetskim resursima, maloj računskoj snazi, potrebi za gušćim lokacijama i niskoj cijeni po čvoru. Ove značajke iz drugih mreža (na primjer, mobilne) definiraju nove ciljeve za njihovu primjenu. Bežične senzorske mreže naširoko su korištene u mnogim područjima ljudske djelatnosti i stoga sada dobivaju veliku pozornost.

Distribuirana mreža senzora sastoji se od mnogo jeftinih, samostalnih, višenamjenskih čvorova koji se nalaze u području praćenja. Svaki čvor se sastoji od skupa blokova, kao što su: senzor koji služi za primanje podataka iz okoline, jedinica za prijem i prijenos podataka, mikrokontroler za obradu i kontrolu signala i izvor energije. Procesor napaja samostalna baterija s ograničenim energetskim resursom, što dovodi do značajnih ograničenja u potrošnji energije. Održavanje senzorskih čvorova, kao što je zamjena baterija, skupo je, posebno kada se čvorovi nalaze na teško dostupnim područjima, tako da većina senzorskih mreža ne zahtijeva održavanje i radi dok se baterija ne isprazni. Ovo svojstvo senzorskih mreža vrlo je važno u razvoju algoritama usmjeravanja u DCN-ovima, koji omogućuju povećanje učinkovitosti potrošnje mrežne energije.

Dakle, postoji mnogo načina za uštedu energetskih resursa čvorova u senzorskoj mreži, a slika 1 prikazuje njihovu klasifikaciju. Metode se mogu podijeliti u tri velike skupine - to je očuvanje energije uz pomoć radnih ciklusa, na temelju količine prenesenih informacija i na mobilnosti.

Radni ciklusi uključuju kontrolu topologije i upravljanje napajanjem. Kontrola topologije ima za cilj korištenje ili smanjenje redundantnih veza u mreži kako bi se uštedjeli resursi. Potrošnja se može kontrolirati primjenom različitih štedljivih protokola za kontrolu pristupa medijima (MAC protokoli) i načina rada uređaja. Druga klasa metoda štednje energije temelji se na količini prenesenih informacija, kao i na ekonomičnom dobivanju tih informacija. Energija koja se troši na obradu informacija neusporedivo je manja od energije potrebne za njihov prijenos, stoga se koristi intramrežna obrada podataka, kompresija podataka ili predviđanje podataka. Repetitori se također koriste za uštedu energije za čvorove mreže senzora.

Metode usmjeravanja mogu se podijeliti u sljedeće kategorije: izravno, hijerarhijsko i geografsko usmjeravanje.

Izravno usmjeravanje podrazumijeva prijenos poruka od čvora do čvora u mreži, pri čemu svaki čvor obavlja istu funkciju prijenosa i/ili relejiranja, za razliku od hijerarhijskog, gdje je dodijeljen jedan ili više čvorova za prikupljanje i obradu informacija. Nedostatak izravnog usmjeravanja je taj što će mreže koje prikupljaju informacije s određenog područja slati puno suvišnih informacija, osobito ako je mreža senzora gusta. Kako bi se izbjegla redundantnost informacija, koriste se posebni algoritmi za dobivanje informacija ne iz čvorova, već iz određenog područja mreže. Na primjer, poznat je algoritam Sensor Protocols for Information via Negotiation (SPIN), gdje bazna stanica šalje zahtjev u određenu regiju senzorske mreže. Po primitku zahtjeva, čvorovi domene ispunjavaju zahtjev, lokalno razmjenjuju podatke i šalju natrag generalizirani odgovor.

Kod hijerarhijskog usmjeravanja, za prikupljanje i obradu potrebno je koristiti čvorove s velikom zalihom energije, što je, iako omogućuje uštedu na prijenosu puno manjih količina već obrađenih podataka, često neprihvatljivo zbog homogenosti instrumenata. koristi ili druge poteškoće. Kako ne biste koristili specijalizirane čvorove, postoji nekoliko tehnologija. Tako je poznata tehnologija Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH), kada funkciju prikupljanja preuzima naizmjenično nekoliko čvorova mreže senzora, odabranih prema određenom algoritmu, čime se raspoređuje opterećenje čvora prikupljanja.

Usmjeravanje temeljeno na lokaciji naziva se i geometrijsko usmjeravanje jer se za pronalaženje rute koristi geometrijski smjer do bazne stanice. Postoji i usmjeravanje po virtualnim koordinatama, koje se grade ne samo ovisno o stvarnom položaju čvora, već također uzimaju u obzir prirodne površinske nepravilnosti, prepreke, razinu prijenosnog kanala itd.

Poznato je i višenitno usmjeravanje, gdje je isporuka poruke iz jednog čvora moguća duž nekoliko puteva. Nedavno se velika pažnja posvećuje usmjeravanju na zahtjev na baznoj stanici, na primjer, na temelju pronalaženja najkraće staze i njenog održavanja, uzimajući u obzir lošu vezu i kvar čvorova. Međutim, čvorovi koji se nalaze na najkraćoj udaljenosti brzo se troše, što dovodi do prekida veze i smanjenja životnog vijeka mreže, što se često shvaća kao životni vijek prvog čvora koji zakaže. Stoga postoji potreba za stvaranjem tehnologije za maksimiziranje životnog vijeka senzorske mreže, što se rješava ovom ili onom metodom linearnog programiranja.

Stoga je patent RU 2439812 C1, objavljen 2012-01-10, IPC H04W 36/00, poznat kao tehničko rješenje blisko u biti, koje otkriva samokonfigurirajuću senzorsku mrežu mnoštva senzora i aktuatora na temelju usmjeravanja ovisno o zemljopisna lokacija. Mreža senzora sastoji se od središnje jedinice za obradu podataka (DCPD) i N baznih stanica (BS) ravnomjerno ili nasumično raspoređenih duž granica područja pokrivenosti mreže, gdje su BS prostorno referencirane na globalne koordinate pozicioniranja i sadrže memoriju za pohranu vrijednosti koeficijenta pouzdanosti, koji je broj između navedene minimalne i maksimalne vrijednosti. Faktor pouzdanosti za BS postavlja se približno jednako maksimalnoj vrijednosti. Unutar područja pokrivenosti senzorske mreže, M čvorova su ravnomjerno ili nasumično smješteni, s M>>N. Čvorovi su opremljeni memorijom za pohranjivanje vrijednosti prostornih referentnih koordinata, koje se inicijaliziraju na slučajne vrijednosti tijekom proizvodnje, te za pohranjivanje faktora pouzdanosti, koji se inicijalizira na vrijednost približno jednaku minimalnoj vrijednosti faktora pouzdanosti. Svaki čvor i BS uspostavljaju vezu s najviše K susjednih čvorova i BS, a vrijednost K ovisi o propusnim karakteristikama komunikacijskog kanala, karakteristikama performansi i potrošnji energije mikroprocesora uključenih u njihov sastav. Nakon uspostavljanja veze, čvorovi i BS obavljaju operaciju međusobnog određivanja vrijednosti prostornih koordinata. Da bi se to postiglo, svaki čvor ili BS ciklički prenosi vrijednosti vlastite memorije za pohranjivanje vrijednosti koordinata prostorne reference i memorije za pohranjivanje vrijednosti koeficijenta povjerenja. U svakom ciklusu obrade čvor prima vrijednosti koordinata i koeficijenata pouzdanosti od svih susjednih uređaja s kojima je uspostavljena veza, te utvrđuje izračunate vrijednosti vlastitih koordinata i vlastitog koeficijenta pouzdanosti metodom ponderiranog prosjeka. vrijednosti vlastitih koordinata i koordinata susjednih uređaja, koristeći koeficijente pouzdanosti kao težinske koeficijente samog uređaja i susjednih uređaja. Dakle, čvorovi mreže senzora dobivaju prostornu referencu. Za usmjeravanje poruke od DCMS-a do čvora s koordinatama (x, y, z), on prosljeđuje poruku jednom ili više BS-a koji su najbliži traženim koordinatama. Naznačeni BS-ovi šalju poruku do najbližih čvorova, a čvorovi sukcesivno - do svojih najbližih čvorova u smjeru vektora usmjerenog na traženu točku (x, y, z). Čvorovi prostorno vezani za točke koje se nalaze na udaljenosti koja ne prelazi radijus osjetljivosti mreže senzora r percipiraju poruku onako kako je upućena njima. Daljnja arbitraža čvorova za odabir konačnog odredišta poruke, kao i slanje potvrde o primitku poruke, provodi se po potrebi, na temelju tehnički zahtjevi na funkcioniranje mreže. Za usmjeravanje poruke od čvora do podatkovnog centra, čvorovi dodatno opremaju memoriju za pohranjivanje popisa koordinata najbližeg BS-a. Za slanje poruke DCDC-u, čvor šalje poruku jednom ili više susjednih čvorova u smjeru vektora usmjerenog na točku s koordinatama BS-a, kada poruka stigne do BS-a, šalje poruku izravno na DCDC i, ako je potrebno, šalje poruku potvrde prijenosa odašiljačkom čvoru.

Nedostatak takve samokonfigurirajuće senzorske mreže i načina njezina rada je složenost korištene opreme povezana s potrebom postavljanja i korištenja koordinata prostorne reference čvorova i baznih stanica, a ovo rješenje ne omogućuje dug životni vijek cijele mreže u cjelini.

Kao najbliži analog – prototip, možemo predložiti metodu usmjeravanja s maksimalnim životnim vijekom u Ad-hoc bežičnoj mreži, objavljenu u publikaciji Arvind Sankar i Zhen Liu, Maximum Lifetime Routing in Wireless Ad-hoc Networks, INFOCOM 2004, Twenty -third Annual Joint Conference of the IEEE, Computer and Communications Societies, vol.2, p.p.1089-1097, gdje se formulira problem maksimiziranja vijeka trajanja senzorske mreže koji se rješava metodom linearnog programiranja, odnosno algoritmom predlaže se minimiziranje zbroja potencijalnih funkcija svih redova čekanja.

Nedostatak ove metode je niska učinkovitost, budući da se čvorovi koji se nalaze na najkraćoj udaljenosti često brzo troše, što dovodi do prekida komunikacije i smanjenja životnog vijeka mreže.

Prema tome, postoji potreba za rješavanjem gornjih problema iz stanja tehnike.

Suština izuma

Tehnički rezultat na koji je usmjeren predloženi izum je, posebice: osiguranje učinkovitog usmjeravanja i produljenje vijeka trajanja bežične senzorske mreže za nadzor razne predmete i parametrima u stvarnom vremenu, pri čemu je važna informacija svakog čvora, povećavajući funkcionalnost, pouzdanost i smanjujući troškove korištenja sustava za nadzor. Primjenom predloženog rješenja poboljšat će se radna učinkovitost nadziranog objekta zbog duljeg vijeka trajanja baterije autonomnog napajanja, što će omogućiti snimanje i prijenos podataka o parametrima objekta i/ili okoline dulje vrijeme. .

Bit predložene metode za raspodijeljeno uravnoteženje prometa u bežičnoj senzorskoj mreži je primjena novog algoritma usmjeravanja od izvornog čvora do odredišnog čvora. Komunikacija između navedenih čvorova u senzorskoj mreži provodi se, na primjer, korištenjem Zigbee protokola, ili u nelicenciranom radiofrekvencijskom pojasu, ili putem mobilne digitalne radio mreže, ili putem bilo kojeg drugog prikladnog bežičnog komunikacijskog protokola. Distribuirana mreža senzora može se prikazati kao graf G (N, M), koji definira skup navedenih čvorova i veza između njih, gdje su N čvorovi mreže, a M rubovi, a postoji i K ruta. Informacije se generiraju brzinom Q c i prenose preko komunikacijskog kanala C brzinom q c, a i-ti čvor ima rezervu energije E i, a svako lice ij ima težinu/cijenu e ij, što odgovara energija za prijenos jednog paketa podataka od čvora i do j, dok je životni vijek T i svakog čvora definiran kao

Zatim se utvrđuje tablica usmjeravanja na svakom čvoru i postavlja se vektor prijenosa poruke, provodi se analiza opcije rute prema najoptimalnijim ukupnim vektorima, koji se izračunavaju iz tablice usmjeravanja, za to se određuje životni vijek cijele mreže T sys

Dakle, maksimizacija životnog vijeka definirana je kao maximize T sys , a da bi se postigao maksimalni životni vijek cijele mreže, distribuiraju se rute za prenesene informacije, dok se izbor prometne rute u mreži temelji na korištenju najjeftinijih prijenosa na svakom čvoru, a prilikom izgradnje rute, oni najskuplji su isključeni.čvorovi na temelju izračunatog T i .

Najmanje jedan izvorni čvor sadrži samonapajajući senzor za mjerenje i praćenje fizikalnih parametara (količina), koji vrši nadzor u zadanom mrežnom području i prenosi poruke (pakete podataka) s izmjerenim parametrima do najmanje jednog odredišnog čvora.

Alternativno, u svakom čvoru, kako bi se podaci praćenja doveli u jedinstveni oblik, oni mogu izvršiti primarnu obradu fizičkih parametara primljenih od senzora, na primjer, njihovim akumuliranjem u memoriji, usrednjavanjem, analogno-digitalnim pretvaranjem u odgovarajući kod. Kao mjerni parametri za praćenje npr. okoliša koriste se različiti parametri kao što su temperatura, tlak, vlažnost, osvijetljenost, dim, razina vibracija itd.

Alternativno, izbor rute u generiranju i/ili ažuriranju tablice usmjeravanja se vrši u skladu s kombinacijama kriterija kao što je duljina rute, mjerena brojem usmjerivača kroz koje je potrebno proći do odredišnog čvora; propusnost komunikacijskog kanala; predviđeno ukupno vrijeme prijenosa; trošak komunikacijskog kanala; količina preostale energije u čvoru.

Alternativno, metoda dodatno ažurira vrijednosti životnog vijeka T i svakog čvora ili životnog vijeka cijelog sustava T sys u skladu sa spomenutom kombinacijom kriterija, koja se provodi prilikom slanja poruke od izvornog čvora do odredišnog čvora. ili kada se otkrije prekid veze između čvorova.

Alternativno, nakon izgradnje tablice usmjeravanja, funkcija prijenosa paketa po optimalnim stazama (rutama) implementirana je prilikom slanja paketa, svaki mrežni čvor stavlja adresu sljedećeg čvora u zaglavlje paketa na razini kontrole pristupa medijima (MAC razina ).

Predlaže se i sustav za distribuirano balansiranje prometa u distribuiranoj senzorskoj mreži koji se temelji na algoritmu usmjeravanja od izvornog čvora do odredišnog čvora u distribuiranoj senzorskoj mreži prema predloženoj metodi, a sastoji se od: odredišnog čvora povezanog bežičnim komunikacijskim kanalom s izvorni čvor, koji je senzorski modul u kojem se nalazi primopredajnik, senzor fizičkih parametara, mikrokontroler za obradu i upravljanje i autonomni izvor njihovog napajanja, a odredišni čvor sadrži primopredajnik, sredstvo za prikupljanje primljenih informacija i sredstva za obradu i prikaz informacija primljenih od senzorskih modula za izradu modela predmeta ili prostora koji se proučava.

Alternativno, moduli senzora mogu se podijeliti u grupe, a svaka grupa je bežično povezana s odredišnim čvorom putem vlastitog primopredajnika. Praćenje okolišnih ili industrijskih parametara u realnom vremenu provodi se točkasto u određenom području, pri čemu prvi podskup spomenutog skupa izvornih čvorova obavlja funkcije nadzora, a drugi podskup izvornih čvorova obavlja samo funkcije prijenosa i primanja paketa podataka. s izmjerenim fizičkim parametrima primljenim od prvog podskupa izvornih čvorova.

Ove i druge konstruktivne i funkcionalne značajke a prednosti predloženog izuma postat će očite iz detaljnog opisa njegovih varijanti, koje treba čitati zajedno s crtežom.

Kratak opis crteža

Slika 1 prikazuje dobro poznatu klasifikaciju načina uštede energije čvorova u mreži senzora.

Na slici 2 prikazan je algoritam za izradu senzorske mreže na temelju ankete.

Slika 3 prikazuje senzorsku mrežu u obliku grafa G (N, M).

Slika 4 prikazuje opcije za određivanje ruta.

Detaljan opis izuma

Predložen je algoritam na kojem se temelji tehnologija automatizirano prikupljanje i prijenos podataka putem predloženog RSS-a (mreža autonomnih bežičnih samoorganizirajućih mobilnih uređaja) do jedne točke za izgradnju modela objekta ili prostora koji se proučava. Ovaj se model uglavnom može koristiti za izgradnju mreža za praćenje okolišnih ili industrijskih parametara u stvarnom vremenu, praćenje stanja životni ciklus zgrada i građevina, u projektiranju i izgradnji rekreacijskih područja i objekata izgradnje sanitarnih odmarališta, kao iu drugim područjima automobilske industrije, na željeznički promet, V radovi na cesti, u medicini.

Predloženi izum omogućuje značajno povećanje funkcionalnosti, pouzdanosti i smanjenje troškova korištenja takvih sustava nadzora. Smanjenje troškova neraskidivo je povezano s konstruktivnim, funkcionalnim i softverskim objedinjavanjem dijelova koji čine sustav, što podrazumijeva temeljitu analizu zahtjeva i istraživanje kako izgraditi univerzalnu softversku i hardversku platformu za izradu sustava za praćenje ekološkog stanja. okoliša na temelju tehnologije bežičnih senzorskih mreža. Da bi se to postiglo, istražuju se različiti parametri: temperatura, tlak, vlažnost, osvjetljenje, dim, vibracije, koji se prikupljaju kroz samoorganizirajuće mreže senzora. RCC se sastoji od krajnjih uređaja, međuusmjerivača, mrežnog koordinatora i namjenske točke za prikupljanje podataka, ponekad se takva točka naziva mrežni pristupnik, služi za pretvaranje podataka iz radio kanala u mrežu organiziranu na optičkim ili bakrene žice- Ethernet. Senzori za prikupljanje fizičkih parametara pričvršćuju se na mrežne čvorove – krajnje uređaje koji se preko mrežnog koordinatora ugrađuju u jedinstvenu strukturu, npr. pomoću ZigBee protokola. To vam omogućuje da postavite mrežu za nadzor u kratkom vremenskom razdoblju minimalni trošak i dovoljno visoku pouzdanost.

Svaka PCC jedinica opremljena je autonomnim izvorom napajanja, što im omogućuje ugradnju na teško dostupna mjesta za uzimanje potrebnih očitanja uz minimalne troškove rada. Značajka predloženog izuma je stvaranje jedinstvenog skalabilnog softvera i hardvera, koji se sastoji od skupa modula potrebnih za implementaciju, koji vam omogućuje kontrolu uređaja za maksimalno moguće vrijeme rada, au isto vrijeme automatski generirati pouzdan model prostorno heterogene sredine. Komunikacija između uređaja odvija se putem radijskog kanala u različitim komunikacijskim standardima, uključujući Zigbee protokol, u nelicenciranom frekvencijskom području ili putem mobilne digitalne radio mreže. Prikupljeni podaci za obradu omogućuju korištenje ovakvog sustava za izradu ekološkog 3D modela proučavanog okoliša/prostora ili objekta koji se proučava, značajno smanjujući vrijeme potrebno za obradu i dobivanje informacija te financijska sredstva. Bit predloženog algoritma, nazvanog dvije ljestvičaste logike, je upravljanje elementima RCC-a, što omogućuje balansiranje opterećenja mrežnih čvorova na takav način da se preneseni podaci šalju najbližem mrežnom čvoru ne nasumično, već onom koji ima najveću rezervu energije u trenutnom trenutku. Algoritam koji se koristi za funkcioniranje RCC-a omogućuje promjenu opterećenja mrežnih čvorova na način da cijela mreža ostane operativna najdulje moguće vrijeme.

Korištenje RSS-a može pružiti značajne prednosti, i tehnološke i ekonomske, u odnosu na tradicionalne sustave prikupljanja i obrade podataka. Temeljno povećanje performansi prikupljanja i obrade digitalne telemetrije, postignuto upotrebom RSS-a, omogućuje vam agresivan prodor na tržište i prelazak na tehnološka rješenja nove generacije, čime je omogućen i lako implementiran nastanak novih automatiziranih sustava koji rade u realnom vremenu na temelju tehnologije u oblaku. Kako tehnologija napreduje, trebao bi doći do prijelaza s povezanih lokalnih nadzornih mreža na opsežne sustave praćenja, nadzora i predviđanja temeljene na bežičnim SRS-ovima.

Na slici 2 prikazan je primjer usmjeravanja i izgradnje senzorske mreže na temelju anketiranja. RCC se sastoji od mnogo jeftinih, samostalnih, višenamjenskih čvorova koji se nalaze u području praćenja. Svaki čvor se sastoji od skupa blokova, kao što je senzor koji se koristi za primanje podataka iz okoline, jedinica za primanje i odašiljanje podataka, mikrokontroler za obradu i kontrolu signala i mali izvor energije. Procesor napaja samostalna baterija s ograničenim energetskim resursom, što dovodi do značajnih ograničenja u potrošnji energije. Održavanje senzorskih čvorova, kao što je zamjena autonomne baterije, skupo je, pogotovo kada se čvorovi nalaze na teško dostupnim mjestima, tako da većina senzorskih mreža ne zahtijeva održavanje i radi dok se baterija ne isprazni.

Algoritam usmjeravanja omogućuje vam izradu rute na temelju zahtjeva i odgovora. Mrežni koordinator 1 šalje zahtjev za emitiranje HELLO i prima odgovore od routera (usmjerivača) 2. Svaki router također šalje zahtjev za emitiranje i prima odgovore od susjednih uređaja, to mogu biti drugi routeri ili krajnji uređaji 3. Na temelju primljenih odgovora (signal snaga, vrijeme odziva i drugi parametri), koordinator gradi tablicu usmjeravanja na svakom usmjerivaču. Nadalje, izbor rute se provodi u standardnom algoritmu određivanjem grafa težine s minimalnom ukupnom vrijednošću.

U pravilu su senzorski čvorovi opremljeni istom vrstom uređaja s određenim skupom funkcija. Nakon instalacije, tijekom rada, senzorski čvorovi se moraju organizirati u komunikacijsku mrežu, gdje svaki čvor koristi samo one funkcije koje su potrebne za rješavanje zadatka. Usmjeravanje se također događa automatski. Osim primarnog usmjeravanja, potrebna je i redovita ponovna izgradnja mreže, jer uređaji mogu izgubiti komunikacijski kanal ili otkazati zbog razloga povezanih s vanjskim ili unutarnjim čimbenicima.

Rad svakog senzorskog čvora usmjeren je na mjerenje različitih parametara okoliša, kao što su temperatura, tlak, svjetlost, vlažnost, dim, razina vibracija, itd. Ova raznolikost parametara podrazumijeva različite primjene, kao što su prikupljanje podataka i praćenje okoliša, praćenje raznih proizvodni objekti, smješteni u zasebnoj zgradi i na velikom području, objekti naftne i plinske industrije, transportni objekti, vojne primjene itd. Senzorske mreže obavljaju različite zadatke koji se mogu grubo podijeliti u dvije kategorije. Prva kategorija zadataka povezana je s detekcijom događaja koji se događaju vrlo rijetko, ali zahtijevaju trenutnu obavijest i/ili lociranje. U drugu kategoriju (monitoring) spadaju poslovi kontinuiranog mjerenja neke veličine tijekom dužeg vremenskog razdoblja. Ovdje vrijeme kašnjenja može biti jednako karakterističnom vremenu promjene mjerenog parametra. Praćenje se može provoditi točku po točku na bilo kojem području, s točkastim mjerenjem glavni dio čvorova ima ulogu odašiljača, a samo mali dio čvorova izravno nadzire.

Predlaže se algoritam usmjeravanja s uravnoteženjem prometa u distribuiranoj senzorskoj mreži. Da bi se to postiglo, distribuirana mreža senzora može se prikazati kao graf G (N, M) s N čvorova i M rubova, koji predstavlja skup postojećih čvorova i mogućih veza između njih, kao što je prikazano na slici 3. Svaki i-ti čvor u početku ima rezervu energije E i . Svaki rub ij ima težinu/cijenu e ij , koja odgovara energiji za prijenos jednog paketa podataka od čvora i do j. Vjeruje se da postoji K ruta, a informacije se generiraju brzinom Q c i prenose preko komunikacijskog kanala C brzinom q c.

Životni vijek T i svakog čvora bit će jednak u takvom sustavu

Prema korištenom algoritmu, tablicu usmjeravanja određuje koordinator na svakom čvoru. Izgrađen je vektor prijenosa poruke. Zatim se provodi analiza mogućih opcija rute prema najoptimalnijim ukupnim vektorima koji se izračunavaju iz tablice usmjeravanja. Dakle, cilj je uštedjeti ukupnu energiju utrošenu u cijeloj mreži za prijenos jednog paketa. Ovo je učinkovito za podatkovne mreže gdje je životni vijek mreže određen vremenom tijekom kojeg je mreža sposobna slati poruke.

U mrežama u kojima svaki čvor istovremeno obavlja dvije funkcije: mjerenje neke veličine i odašiljanje poruka, odnosno senzorska mreža obavlja funkciju praćenja fizikalnih veličina u određenom području, vrijednost svakog čvora bitna je za potpunu sliku.

Tada je životni vijek cijelog sustava T sys definiran kao:

Zadatak maksimiziranja vijeka trajanja izgledat će ovako: maksimizirati T sys , a za postizanje maksimalnog vijeka trajanja cijelog sustava potrebno je rasporediti rute za odaslane informacije. Bit predložene metode usmjeravanja s balansiranjem prometa u RCC-u je da se izbor prometne rute u mreži temelji na korištenju najjeftinijih prijenosa na svakom čvoru koji može biti uključen u prijenos podataka. Drugim riječima, najskuplji hop-hopovi (tranzitni dio ili prijelaz u mreži između dva mrežna čvora kroz koji se prenosi promet) isključeni su iz mogućih opcija rute podatkovnog paketa, čime se štedi energija na svakom čvoru i smanjenje vjerojatnosti kvara čvora, što eliminira kolaps cijele mjerne mreže zbog činjenice da je jedan čvor već prestao obavljati stvarna mjerenja.

Odabir opcije rute (prikazano na sl. 4) prilikom generiranja i ažuriranja tablice usmjeravanja vrši se u skladu s kombinacijama kriterija kao što su: duljina rute, mjerena brojem usmjerivača kroz koje trebate ići do odredišta; propusnost komunikacijskog kanala; predviđeno ukupno vrijeme tranzita; trošak komunikacijskog kanala; količina preostale energije u čvoru.

Nakon konstruiranja tablice usmjeravanja, algoritam implementira funkciju prijenosa paketa po optimalnim stazama tako što prilikom slanja paketa kroz usmjerivač svaki čvor lokalne mreže postavlja adresu sljedećeg primatelja u zaglavlje paketa na MAC razini. . Dakle, u gornjem primjeru na slici 3, na temelju minimalnih ukupnih troškova (težina/cijena) u čvorovima (slika 4), bit će odabrana ruta 1, sa zbrojem troškova težine/cijene - 9, kao minimalnom vrijednošću . Dakle, prolazak prometa kroz čvorove trase 1 će dovesti do potpunog energetskog iscrpljivanja čvora 4 što je prije moguće, što će onesposobiti ove čvorove i isključiti mogućnost prikupljanja parametara na potrebnim točkama istraživanja.

Međutim, kada se koristi predloženi distribuirani algoritam za uravnoteženje prometa na temelju težinskih koeficijenata, bit će odabrana ruta 2, što će omogućiti senzorskoj mreži da postoji red veličine dulje. To je moguće zahvaljujući činjenici da se opterećenje na svim čvorovima, u slučaju predloženog algoritma, raspoređuje sustavnije na sve mrežne čvorove.

Predmetni izum može se implementirati korištenjem različitih funkcionalnosti i/ili hardvera, softvera, procesora posebne namjene i/ili njihovih kombinacija. Poželjno je da se izum implementira kao kombinacija hardvera i softvera. Softver je poželjno implementiran kao aplikacijski program opipljivo implementiran na programsku pohranu/čitač. Aplikacijski program može preuzeti ili izvršiti računalo koje sadrži bilo koju arhitekturu i implementiran je na računalnoj platformi koja ima hardver: jedan ili više središnjih procesora, memoriju s izravnim pristupom i ulazno-izlazna sučelja. Različita ostvarenja izuma opisanog gore prikazana su radi razumijevanja i samo kao primjer, i ne bi trebala biti ograničena na ove primjere.

1. Metoda za distribuirano balansiranje prometa temeljena na algoritmu usmjeravanja od izvornog čvora do odredišnog čvora u distribuiranoj senzorskoj mreži,
u ovom slučaju distribuirana mreža senzora je predstavljena kao graf G (N, M), koji karakterizira skup navedenih čvorova i veza između njih, gdje su N čvorovi mreže, a M su rubovi, tj. su K ruta, a informacije se generiraju brzinom Q c i prenose preko komunikacijskog kanala S brzinom q c, štoviše, i-ti čvor ima rezervu energije E i, a svaka strana ij ima težinu/cijenu e ij , što odgovara energiji za prijenos jednog paketa podataka od čvora i do j,
životni vijek T i svakog čvora je definiran kao

tablica usmjeravanja je određena na svakom čvoru i postavljen je vektor prijenosa poruke,
provodi se analiza mogućih opcija rute prema najoptimalnijim ukupnim vektorima, koji se izračunavaju iz tablice usmjeravanja, za to se određuje životni vijek cijele mreže T sys


u ovom slučaju maksimizacija životnog vijeka definirana je kao maximize T sys , a za postizanje maksimalnog životnog vijeka cijele mreže raspoređuju se rute za prenesene informacije, dok se izbor prometne rute u mreži temelji na korištenju najjeftinijih prijenosa na svakom čvoru, a najskuplji su isključeni prilikom konstruiranja rute.

2. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time što najmanje jedan izvorni čvor sadrži senzor sa vlastitim napajanjem koji mjeri i nadzire fizičke parametre u danom području i prenosi pakete podataka s izmjerenim fizičkim parametrima do najmanje jednog odredišnog čvora.

3. Metoda prema zahtjevu 2, naznačena time što se koriste senzori za mjerenje fizičkih parametara za praćenje okoline na temelju praćenja sljedećih parametara: temperatura, tlak, vlažnost, osvijetljenost, dim, razina vibracija.

4. Metoda prema zahtjevu 3, naznačena time što najmanje jedan izvorni čvor izvodi primarnu obradu fizičkih parametara dobivenih od navedenih senzora, na primjer, akumulaciju, usrednjavanje, analogno-digitalnu konverziju.

5. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time, da se komunikacija između čvorova u senzorskoj mreži izvodi korištenjem Zigbee protokola, ili u nelicenciranom radiofrekvencijskom pojasu, ili putem mobilne digitalne radio mreže, ili putem bilo kojeg drugog bežičnog komunikacijskog protokola.

6. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time što komunikacijski kanal između izvornog čvora i odredišnog čvora sadrži usmjerivač koji je u interakciji s tim čvorovima.

7. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time što se odabir rute prilikom generiranja i/ili ažuriranja tablice usmjeravanja vrši u skladu s kombinacijama takvih kriterija kao što je duljina rute, mjerena brojem usmjerivača kroz koje potrebno je proslijediti do odredišnog čvora, propusnost komunikacijskog kanala, predviđeno ukupno vrijeme prijenosa, količinu preostale energije na čvoru, cijenu komunikacijskog kanala.

8. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time što se nakon izgradnje tablice usmjeravanja, funkcija prijenosa paketa duž optimalnih ruta implementira prilikom slanja paketa, gdje svaki mrežni čvor postavlja adresu sljedećeg čvora u zaglavlje paketa na srednja razina kontrole pristupa (MAC razina).

9. Metoda prema bilo kojem od zahtjeva 1, 6, 7, naznačena time što metoda nadalje uključuje korak ažuriranja vrijednosti životnog vijeka T i svakog čvora ili životnog vijeka cijelog sustava T sys u skladu s sa navedenom kombinacijom kriterija, koja se provodi prilikom slanja poruke od izvornog čvora do odredišnog čvora, ili kada se otkrije prekid veze između čvorova.

10. Distribuirani sustav za uravnoteženje prometa u bežičnoj senzorskoj mreži za praćenje fizičkih parametara u skladu s metodom prema bilo kojem od zahtjeva 1 do 9, koji sadrži mnoštvo izvornih čvorova međusobno povezanih, i odredišni čvor povezan s najmanje jednim izvorom čvor, koji je senzorski modul, gdje se nalazi primopredajnik, senzor fizičkih parametara, mikrokontroler za obradu i upravljanje i autonomni izvor napajanja, senzorski moduli su podijeljeni u grupe i svaka grupa je povezana sa odredišnim čvorom preko svog primopredajnik, dok odredišni čvor sadrži primopredajnik, sredstva za prikupljanje primljenih informacija i sredstva za obradu i prikaz informacija primljenih od senzorskih modula za izgradnju modela objekta ili prostora koji se proučava.

11. Sustav u skladu s patentnim zahtjevom 10, naznačen time što se praćenje provodi točkasto u određenom području, gdje najmanje jedan podskup navedenog skupa izvornih čvorova obavlja funkcije nadzora putem svojih senzora fizičkih parametara, a drugi podskup izvora čvorovi preko svojih primopredajnika obavljaju samo funkcije primanja i prijenosa paketa podataka s izmjerenim fizičkim parametrima primljenih od spomenutog podskupa izvorišnih čvorova.

Slični patenti:

IZUM: Izum se odnosi na bežičnu komunikacijsku tehnologiju i može se koristiti za proširenu koordinaciju smetnji između stanica. UČINAK: omogućavanje korisničkoj opremi da identificira zaštićene resurse uz smanjenu interferenciju susjednih ćelija.

Izum se odnosi na bežičnu komunikaciju i namijenjen je da osigura da signal relativnog odobrenja i signal apsolutnog odobrenja mogu biti obrađeni na temelju odnosa između relativnog odobrenja i apsolutnog odobrenja.

Izum se odnosi na radiokomunikacije. UČINAK: pružanje u izvješću informacija koje se odnose na stanje kanala u proizvoljnom frekvencijskom pojasu iz mnoštva frekvencijskih pojasa, i povećanje propusnosti.

Izum se odnosi na bežičnu komunikaciju i može se koristiti za određivanje šuma hardvera. Tehnički rezultat je povećanje točnosti određivanja vrijednosti buke hardvera, čime se rješava problem netočnosti rezultata fiksnog mjerenja zbog promjena buke hardvera uslijed promjena temperature.

Izum se odnosi na bežičnu komunikaciju. Tehnički rezultat sastoji se u pružanju nekoliko razina točnosti povratne sprege, fleksibilnoj konfiguraciji povratne veze različite točnosti u skladu sa specifičnim potrebama, te učinkovitom korištenju povratnih servisnih podataka.

Izum se odnosi na bežični komunikacijski sustav i namijenjen je smanjenju vjerojatnosti interferencije između slojeva koji odgovaraju različitim tokovima kodnih riječi i poboljšanju točnosti procjene kanala.

Izum se odnosi na bežične sustave. Tehnički rezultat je poboljšanje u pouzdanosti primanja HARQ-ACK-a kada je kodiran korištenjem blok koda u odnosu na slučaj kada je kodiran korištenjem koda za ponavljanje.

Izum se odnosi na mobilne komunikacije. Tehnički rezultat sastoji se u pružanju identifikacije pristupnih točaka (femto ćelija) prisutnih u danom području (područje pokrivenosti dane makro ćelije). Sukob koji proizlazi iz dodjele istih identifikatora višestrukim čvorovima rješava se korištenjem tehnika otkrivanja sukoba i primjenom jedinstvenih identifikatora za te čvorove. U nekim aspektima, pristupna točka i/ili pristupni terminal mogu izvoditi operacije povezane s otkrivanjem kolizije i/ili dodjelom jedinstveni identifikator riješiti sukob. 4 n. i 29 h. str. f-ly, 23 ilustr.

Izum se odnosi na mobilne komunikacije. UČINAK: Omogućuje primopredaju između domena s komutacijom krugova i domena s komutacijom paketa. Izum je namijenjen otkrivanju događaja aktivacije kontinuiteta glasovnog poziva s jednim zračnim sučeljem koji ukazuje na primopredaju korisničke opreme između paketno komutirane domene i krugovno komutirane domene (4A); obustaviti rad signalizacijskih radijskih nositelja kontrolne ravnine prema proceduri za premještanje uslužnog podsustava radijske mreže (4B); za resetiranje obustavljenih radio nositelja signalizacije (4C) i nastavak rada suspendiranih radio nositelja signalizacije u predanoj domeni, pri čemu postupak reaktivacije uključuje zaštitu signalizacijskih radio nositelja kontrolne razine predane domene korištenjem iste mapirane sigurnosti ključ koji se koristi za šifriranje radijskih pristupnih kanala korisničke ravnine u predanoj domeni (4D). 4 n. i 12 z. str. f-ly, 4 ilustr.

Izum se odnosi na metodu i uređaj u komunikacijskom sustavu, posebno za pružanje unatrag kompatibilnog izvornog backhaula u razvijenoj univerzalnoj zemaljskoj radio pristupnoj mreži (E-UTRAN). Tehnički rezultat je eliminacija ili smanjenje smetnji koje nastaju kada samoprijenosna komunikacijska linija između čvora B (eNB) i relejnog čvora (RN) i radijskih pristupnih linija u ćeliji rade u istom frekvencijskom spektru. Navedeni tehnički rezultat se postiže stvaranjem najmanje jednog prekida u navedenim prijenosima silazne veze od RN do najmanje jednog mobilnog terminala (UE); primanje prijenosa od donorskog eNB-a tijekom navedenog najmanje jednog prekida, spomenuti prijenosi se događaju u frekvencijskim pojasima koji se preklapaju, a navedeni najmanje jedan prekid stvoren je upotrebom Multicast/Broadcast Single Frequency Network (MBSFN-podokvir). 4 n. i 23 z.p. f-ly, 11 ilustr.

Izum se odnosi na mobilne komunikacije. Tehnički rezultat sastoji se u osiguravanju uravnoteženja opterećenja na pristupnim točkama. Stanična pristupna točka od mnoštva međusobno povezanih staničnih pristupnih točaka prima od prvog korisničkog uređaja zahtjev za pokušaj povezivanja koji bi uzrokovao da pristupna točka premaši prvi unaprijed određeni prag propusnosti. Stanična pristupna točka odabire jedan od prethodno povezanih korisničkih uređaja i odgovarajući jedan od mnoštva mobilnih pristupnih točaka međusobno povezanih. Stanična pristupna točka inicira primopredaju odabranog jednog od prethodno spojenih korisničkih uređaja na odgovarajući jedan od niza međusobno povezanih staničnih pristupnih točaka i uspostavlja vezu s prvim korisničkim uređajem. 14 w.p. f-ly, 7 ilustr.

Izum se odnosi na komunikacijske sustave, posebice za prijenos podataka korištenjem veličine podataka fiksne duljine ili promjenjive duljine. Tehnički rezultat sastoji se u poboljšanju kontrole protoka podataka. Ovaj tehnički rezultat postiže se činjenicom da mobilni sustav prijenos podataka uključuje upravljački uređaj i uređaj bazne stanice. Prijenos podataka između kontrolnog uređaja i uređaja bazne stanice izvodi se korištenjem veličine podataka fiksne duljine i veličine podataka varijabilne duljine, dok se šalje poruka zahtjeva za postavljanjem radijske veze (RADIO LINK SETUP REQUEST) uređaju bazne stanice, koji pokreće radio postupak postavljanja veze, dok navedena poruka uključuje informacije o formatu veličine jedinice podataka protokola na sloju kontrole radio veze (RLC PDU); i poništavanje procedure ako poruka RADIO LINK SETUP REQUEST ne uključuje informacije o proširenoj PDU veličini maksimalne namjenske kontrole pristupa medijima (MAC-d), a informacije o formatu veličine pokazuju da veličina podataka RLC PDU-a ima promjenjivu duljinu. 7 n. i 17 z.p. f-ly, 13 ilustr.

Izum se odnosi na tehnologiju bežične komunikacije i može se koristiti za sinkronizaciju vremena. Metoda implementirana u čvoru sustava koji razmjenjuje informacije sa skupinom baznih stanica, od kojih svaka sadrži odgovarajući interni sat, sastoji se u pružanju informacija o vremenu svakoj od baznih stanica i primanju takvih informacija od njih, u generiranju vremena referentnog sustava na temelju na najmanje , informacije o vremenu, i u pružanju jedne od baznih stanica, čiji odgovarajući interni sat nije sinkroniziran s vanjskom referentnom vremenskom skalom, informacije o vremenskoj sinkronizaciji za sinkronizaciju internog sata ove bazne stanice s vremenom referentnog sustava. UČINAK: Vremenska sinkronizacija baznih stanica koje ne primaju signal iz globalnog navigacijskog satelitskog sustava. 5 n. i 40 z.p. f-li, 4 ilustr.

Izum se odnosi na bežičnu komunikaciju. Tehnički rezultat je osiguranje stabilnosti veza i ušteda energije baterije pri korištenju kombiniranja nosača. Mobilna stanica UE ovog izuma je mobilna stanica koja komunicira s radio baznom stanicom pomoću dva ili više nositelja uključujući prvog nositelja i drugog nositelja, navedena mobilna stanica uključuje prvi komunikacijski modul koji može komunicirati na prvom nositelju i mjerenje modul drugi nosač, konfiguriran za mjerenje drugog nosača; pri čemu je prvi komunikacijski modul konfiguriran, ako je mjerni razmak postavljen za mjerenje drugog nosača, da komunicira na prvom nosaču, ne uzimajući u obzir navedeni mjerni razmak kada je aktiviran drugi nosač, i da odbije komunikaciju na prvom nosaču nosač u navedenom mjernom razmaku, kada drugi nosač nije aktiviran. 5 n. i 7 z.p. f-lj, 16 ilustr.

Izum se odnosi na područje radiokomunikacija. Tehnički rezultat je jednostavno i učinkovito primanje od strane kontrolnog čvora u radiokomunikacijskoj mreži informacija o kvaliteti u radiokomunikacijskoj mreži. Otkriven je korisnički uređaj koji ima načine rada od najmanje povezanog načina (CONN) i načina mirovanja (IDLE), koji sadrži mjerni modul konfiguriran za mjerenje kvalitete radio komunikacije u načinu mirovanja u skladu s informacijama o zadatku mjerenja koje pokazuju da korisnička oprema je unaprijed konfigurirana za izvješćivanje izmjerene vrijednosti radijske kvalitete baznoj stanici, modul za pohranjivanje konfiguriran za pohranu informacija o zadatku mjerenja i izmjerene vrijednosti radijske kvalitete izmjerene mjernim modulom, a odašiljački modul konfiguriran za , ako je unaprijed određeno stanje poruke (uvjet prisutnosti zapisa), odašiljanje indikatora koji pokazuje prisutnost izmjerene vrijednosti radijske kvalitete baznoj stanici u povezanom načinu rada i, kao odgovor na zahtjev bazne stanice, odašiljanje signala poruke koji sadrži izmjerenu vrijednost kvalitete radija. 2 n. i 6 z.p. f-lj, 12 ilustr.

Izum se odnosi na bežične senzorske mreže za automatizirane nadzorne sustave. Tehnički rezultat je osigurati učinkovito usmjeravanje, produžiti vijek trajanja mreže i povećati pouzdanost. Predlaže se metoda i sustav za distribuirano uravnoteženje prometa u bežičnoj senzorskoj mreži temeljen na algoritmu usmjeravanja od izvornog čvora do odredišnog čvora, gdje je bežična senzorska mreža predstavljena kao graf G, gdje su N mrežni čvorovi, a M rubova, postoji K ruta, a informacije se generiraju brzinom Qc i prenose se preko komunikacijskog kanala C brzinom qc, a i-ti čvor ima rezervu energije Ei, a svaka strana ij ima težinu eij, što odgovara energiji za prijenos jednog paketa podataka od čvora i do j, a životni vijek Ti svakog čvora je definiran kao . Na svakom čvoru se utvrđuje tablica usmjeravanja i postavlja vektor prijenosa poruka, provodi se analiza opcija rute prema najoptimalnijim ukupnim vektorima koji se izračunavaju prema tablici usmjeravanja. Da bi se to postiglo, određuje se životni vijek cijele mreže Tsysmini∈N Ti. Maksimizacija životnog vijeka definirana je kao maksimiziranje Tsys, a kako bi se postigao maksimalni životni vijek cijele mreže, rute se distribuiraju, pri čemu se izbor rute u mreži temelji na korištenju najnižih troškova prijenosa na svakom čvoru, a najskuplji one su isključene. 2 n. i 9 z.p. f-li, 4 ilustr.

„Implementacija distribuiranog algoritma za uravnoteženje prometa u senzorskoj mreži za produljenje životnog vijeka I.V. Voronin, M.D. Khomenko...»

Implementacija distribuiranog algoritma za uravnoteženje prometa u

mreža senzora za produljenje vijeka trajanja

I.V. Voronin, M.D. Khomenko

Institut za laserske probleme informacijske tehnologije RAS

140700, Moskovska regija, Shatura, Svyatoozerskaya, 1

anotacija

Senzorske mreže sve više zauzimaju svoje mjesto u aplikacijama

praćenje raznih mjesta i događaja. Značajka

mreže je potreba za očuvanjem ograničenog naboja

šišmiš ar ei. Jedan od načina da uštedite novac je učinkovit

usmjeravanje. Rad je posvećen algoritmu distribuiranog usmjeravanja za uravnoteženje prometa u senzorskoj mreži. Omogućuje vam produljenje životnog vijeka mreže senzora za nadzor, gdje su informacije o svakom čvoru važne.

Uvod U vezi s razvojem elektronike i bežičnih komunikacija u dvadeset i prvom stoljeću, postalo je moguće razviti bežične distribuirane senzorske mreže (DSN). PCN se razlikuje od konvencionalnih mreža po svojim ograničenim energetskim resursima, maloj računskoj snazi, potrebi za gušćom lokacijom i niskim troškovima po čvoru. Ove značajke iz drugih mreža (na primjer, mobilne) definiraju nove ciljeve za korištenje RSS-a. Bežične senzorske mreže postale su naširoko korištene u mnogim područjima ljudske aktivnosti, pa stoga sada dobivaju veliku pozornost i znanstvene zajednice i industrije. Publikovano je iu tijeku je mnoštvo znanstvenih radova koji proučavaju problematiku postavljanja i rada RSS-a.

Distribuirana mreža senzora sastoji se od mnogo jeftinih, autonomnih, multifunkcionalnih čvorova (motes) koji se nalaze u području nadzora. Svaki čvor se sastoji od skupa blokova, kao što su: senzor koji služi za primanje podataka iz okoline, blok za primanje i prijenos podataka, mikrokontroler za obradu i kontrolu signala i izvor napajanja. Procesor napaja autonomna baterija s ograničenim energetskim resursom, što dovodi do značajnih ograničenja u potrošnji energije. Održavanje senzorskih čvorova, zamjena baterija su skupi, pogotovo kada se čvorovi nalaze na teško dostupnim mjestima, tako da je većina senzorskih mreža bez nadzora i radi dok se baterije ne isprazne. Ovo svojstvo senzorskih mreža vrlo je važno u razvoju algoritama usmjeravanja u RCC-u.

Slika 1: Izgradnja mreže anketiranjem Standardni algoritam vam omogućuje da izgradite rutu na temelju zahtjeva i odgovora. Mrežni koordinator (1, slika 1) - šalje zahtjev za emitiranje HE LLO i prima odgovore od usmjerivača na (2) Svaki usmjerivač također šalje zahtjev za emitiranje i prima odgovore od uređaja susjednih uređaja, to mogu biti drugi usmjerivači ili krajnji uređaji (3 ). Na temelju dobivenih odgovora (snaga signala, vrijeme odziva a), koordinator gradi tablicu usmjeravanja na svakom usmjerivaču e. Nadalje, izbor rute se provodi u standardnom algoritmu - određivanjem podjela težinskog grafa s minimalnim ukupnim vrijednost.

U pravilu su senzorski čvorovi opremljeni istom vrstom uređaja s određenim skupom funkcija. Nakon instalacije u procesu rada, senzorski čvorovi se moraju organizirati u komunikacijsku mrežu, pri čemu svaki čvor koristi samo one funkcije koje su potrebne za rješavanje dodijeljenog zadatka. Usmjeravanje se također događa automatski. Osim primarnog usmjeravanja, potrebna je i redovita obnova mreže, jer uređaji često mogu otkazati zbog razloga povezanih s vanjskim ili unutarnjim čimbenicima.

Rad svakog senzorskog čvora usmjeren je na mjerenje različitih parametara u okolini, kao što su temperatura, tlak, osvjetljenje i drugi. Ova raznolikost parametara podrazumijeva različite primjene u rasponu od praćenja okoliša do vojnih primjena.

Senzorne mreže obavljaju različite zadatke koji se mogu grubo podijeliti u dvije kategorije. Prva kategorija zadataka povezana je s detekcijom događaja koji se događaju vrlo rijetko, ali zahtijevaju trenutnu obavijest i/ili lociranje. U drugu kategoriju (monitoring) spadaju poslovi kontinuiranog mjerenja neke veličine tijekom dužeg vremenskog razdoblja. Ovdje vrijeme kašnjenja može biti jednako karakterističnom vremenu i promjeni mjerenog parametra. Monitoring se može provoditi točku po točku ili bilo koje područje. Kod točkastih mjerenja glavni dio čvorova ima ulogu odašiljača, a samo mali dio čvorova izravno nadzire.

Slika 2: Klasifikacija metoda uštede energije Postoji mnogo načina za uštedu energije u čvorovima. Pregled daje njihovu klasifikaciju, prikazanu na slici.

1. Sve metode konzerviranja mogu se podijeliti u tri velike skupine

je očuvanje energije kroz radne cikluse, temeljeno na količini prenesenih informacija i na mobilnosti. Radni ciklusi uključuju kontrolu topologije i upravljanje energijom. Kontrola topologije ima za cilj korištenje ili smanjenje redundantnih veza u mreži kako bi se sačuvali resursi. Potrošnja se može kontrolirati korištenjem različitih štedljivih MAC protokola i načina rada uređaja. Druga klasa metoda uštede energije temelji se na količini prenesenih informacija, kao i na ekonomičnom dobivanju tih informacija. Energija koja se troši na obradu informacija neusporedivo je manja od one potrebne za njihov prijenos, stoga se koristi unutarmrežna obrada podataka, kompresija podataka ili predviđanje podataka. Mobilni odvodi ili repetitori također se koriste za uštedu energije čvora u senzorskim mrežama.

Ovaj rad razmatra razvoj ekonomičnih algoritama u usmjeravanju nadzornih sustava, verifikaciju razvijenih algoritama za korištenje u poduzeću. Prvi odjeljak opisuje poznate algoritme usmjeravanja. Drugi opisuje razvijeni algoritam usmjeravanja, pokazuje način produljenja vremena rada pomoću ovog algoritma i procjenjuje stvarno vrijeme rada senzorske mreže bez održavanja. Ova je procjena eksperimentalno ispitana na stvarnoj senzorskoj mreži i omogućuje procjenu troškova povezanih s servisiranjem distribuirane senzorske mreže.

1. Postojeće metode usmjeravanja u RSS-u Postojeće metode usmjeravanja mogu se podijeliti u nekoliko kategorija: izravno, hijerarhijsko i usmjeravanje temeljeno na lokaciji. Izravno usmjeravanje podrazumijeva prijenos poruka od čvora do čvora u mreži gdje svaki čvor obavlja istu funkciju prijenosa i/ili relejnog releja, za razliku od hijerarhijskog, gdje je čvoru za prikupljanje i obradu dodijeljena obrada informacija. Nedostatak izravnog usmjeravanja je taj što će mreže koje prikupljaju informacije s nekog područja slati mnogo suvišnih informacija, osobito pri značajnoj gustoći s mrežom senzora. Kako bi se izbjegla redundantnost informacija, koriste se posebni algoritmi za dobivanje informacija ne iz čvorova, već iz određenog područja mreže. Primjerice, u radu je opisan algoritam SPIN 1, gdje bazna stanica šalje zahtjev u određenu regiju senzorske mreže. Nakon što zaprime zahtjev, čvorovi regije ispunjavaju zahtjev zahtjeva, lokalno razmjenjuju podatke i šalju natrag generalizirani odgovor.

Kod hijerarhijskog usmjeravanja za prikupljanje i obradu potrebno je koristiti čvorove s velikom rezervom energije, što je, iako omogućuje uštedu na prijenosu već obrađenih podataka znatno manjeg volumena, često neprihvatljivo zbog uniformnosti uređaji koji se koriste.u ili drugom teškom radu. Kako ne biste koristili specijalizirane čvorove, postoji nekoliko tehnologija. Na primjer, rad opisuje tehnologiju LE ACH 2, kada funkciju prikupljanja naizmjenično preuzima nekoliko čvorova u mreži senzora, odabranih prema određenom algoritmu, raspoređujući na taj način opterećenje čvora prikupljanja.

Geografsko usmjeravanje također se naziva i geometrijsko rutiranje jer se za pronalaženje rute koristi geometrijski smjer prema baznoj stanici.

S ovim usmjeravanjem, svaki čvor prosljeđuje poruku svom susjedu, čiji je zemljopisni položaj bliži ponoru. Osim rutiranja u geografskim koordinatama, postoji rutiranje u virtualnim koordinatama, koje se usklađuju ne samo ovisno o stvarnom položaju čvora, već također uzimaju u obzir prirodne površinske nepravilnosti, prepreke, razinu prijenosnog kanala itd.

SPIN - Senzorski protokoli za informacije putem pregovaranja LEACH - Niskoenergetska adaptivna hijerarhija grupiranja Postoji također usmjeravanje s više tokova, gdje je isporuka poruke s jednog čvora moguća na nekoliko načina. U posljednje vrijeme pojavio se velik broj radova na rutiranju, koji se mogu pogledati u radovima na zahtjev s bazne stanice. Prvi rad (na primjer) na usmjeravanju bio je usmjeren na pronalaženje najkraćeg puta, njegovo održavanje, uzimajući u obzir lošu vezu i kvar elemenata.

Međutim, čvorovi koji se nalaze na najkraćoj udaljenosti često se brzo troše, što dovodi do prekida veze i smanjenja životnog vijeka mreže, koji se često shvaća kao životni vijek prvog neuspjelog zla. Iz tog razloga u novijim radovima