Sensornetzwerke: Definition & Anwendungen

Sensor Netzwerke bieten Menschen integrierte Überwachungs-, Steuerungs- und drahtlose Kommunikationssysteme. Die Anwendung von Sensornetzwerken trägt dazu bei, uns ein sichereres und effizienteres Leben zu ermöglichen. Menschen können Sensornetzwerke in vielen verschiedenen Bereichen einsetzen. Sie können so klein sein wie die Überwachung eines einzelnen Hauses oder so groß wie die globale Erdbebenerkennung.

Was ist ein Sensornetzwerk?

Sensornetzwerke bestehen aus kleinen, mit Strom versorgten Geräten mit kabelgebundener oder drahtloser Netzwerkinfrastruktur. Sie führen Aufzeichnungen über die verschiedenen Bedingungen in der Umgebung, in der sie sich befinden. Sie können in einigen Industrieanlagen, landwirtschaftlichen Betrieben und Krankenhäusern eingesetzt werden. Sensornetzwerke unterstützen Verbindungen zum Internet oder zu Computernetzwerken. Es verwendet diese Netzwerke, um Daten auf ein bestimmtes System hochzuladen. Die Daten werden dann vom System gespeichert, analysiert und verwendet. Die Implementierung von Sensornetzwerken macht Computer vielseitiger. Über Computer können Menschen barrierefrei mit ihrer Umgebung interagieren.

Hier ist das Definition von Sensornetzwerken aus Wikipedia:

Drahtlose und kabelgebundene Sensornetzwerke

Sensornetzwerke unterstützen sowohl drahtlose als auch kabelgebundene Netzwerke. Drahtloser Sensor (WSN) unterstützt die Verwendung vieler Technologien zum Verbinden von Sensoren. Einige gängige Technologien sind Bluetooth, WiFi, Near Field Communication (NFC) und Mobilfunk. Kabelgebundene Sensoren sind relativ begrenzt, da sie hauptsächlich Ethernet-Kabel verwenden, um sie anzuschließen.

WSNs sind einfacher bereitzustellen und zu warten und ermöglichen mehr Geräteflexibilität als kabelgebundene Sensoren. Die Kombination von Sensoren und drahtloser Technologie hat viele Vorstellungen in die Realität umgesetzt. Drahtlose Sensornetzwerke haben traditionelle Technologien ersetzt. Sie ist zur Schlüsseltechnologie des IoT geworden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie unterstützen WSNs die Verwendung ohne Änderung der physischen Netzwerkinfrastruktur.

Wie funktioniert ein Sensornetzwerk?

Ein Sensornetzwerk besteht aus Sensorknoten, Aktorknoten, Gateways und Clients. Sensoren können Sensorknoten gruppieren, um Netzwerke unterschiedlicher Topologien zu bilden. Es arbeitet hauptsächlich auf folgende Weise.

• Die Sensorknoten verfolgen und senden die Daten an die anderen Sensorknoten.
• Während die Sensoren die gesammelten Daten an das System senden, können viele Sensorknoten die Daten verarbeiten, wenn sie die Gateway-Knoten erreichen.
• Die verarbeiteten Daten werden an den Verwaltungsknoten übermittelt.
• Der Benutzer kann bestimmen, ob die Daten überwacht werden, und Anweisungen zum Sammeln der Daten am Verwaltungsknoten geben.

Was ist ein Sensor?

Ein Sensor ist einfach eine Verknüpfung von Sensornetzknoten. Ein Sensor kann auch ein gewöhnungsbedürftiges Gerät sein physikalische Inputs aus seiner Umgebung messen. Es wandelt auch physikalische Elemente in Daten um, die ein Mensch oder eine Maschine interpretieren kann. Die meisten Sensoren sind elektronisch und wandeln die gesammelten Daten in elektronische Daten um. Einige Sensoren sind relativ einfacher, wie z. B. Glasthermometer. Glasthermometer präsentieren dem Benutzer hauptsächlich visuelle Daten. Sensoren können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden. Beispiele sind Temperatur- und Abstandsmessung, Raucherkennung, Druckregulierung etc.

Es gibt zwei Haupttypen von elektronischen Sensoren, analoge und digitale. Ein analoger Sensor wandelt die gesammelten biologischen Daten in ein analoges Signal um. Auf der anderen Seite wandeln digitale Sensoren es in eine begrenzte Menge möglicher Werte um. Somit haben analoge Sensoren eine höhere Genauigkeit als digitale Sensoren.

Es gibt viele Arten von Sensoren. In unseren gewöhnlichen Autos sind Dutzende verschiedener Arten von Sensoren vorhanden. Ein Servicetechniker kann mithilfe eines Reifendrucksensors feststellen, ob ein Reifen undicht ist oder mehr Luft benötigt. Einige selbstfahrende Autos werden mit Ultraschallsensoren ausgestattet. Ultraschallsensoren werden hauptsächlich verwendet, um den Abstand zwischen einem Fahrzeug und anderen Objekten in seiner Umgebung zu messen. Heimsicherheitssysteme erkennen die Bewegung größerer Objekte mithilfe von Bewegungssensoren. Bewegungsmelder für die Heimüberwachung werden auch als Passiv-Infrarot-PIR-Systeme bezeichnet. Dieses System detektiert Infrarotstrahlung in der Sensorumgebung.

Anwendungen für Sensornetzwerke

Heimsicherheits-Sensornetzwerke

Heimsicherheit Sensornetzwerke sollen unbefugte Besucher erkennen. Normalerweise können wir verschiedene Arten von Sensoren auswählen, um Daten für die Erkennung zu sammeln. Sie können beispielsweise aus Sicherheitskameras, Türöffnungssensoren und Öffnungsmagnetsensoren wählen. Natürlich können Sie auch intelligentere akustisch basierte Glasbruchsensoren, Bewegungsmelder usw. wählen.

Die von diesen Sensoren gesammelten Daten werden an ein zentrales System übermittelt. Das System speichert die Daten, damit der Benutzer sie anzeigen kann. Einige ausgefeiltere Systeme können die Daten auch analysieren. Sie warnen den Benutzer, wenn genügend Einbruchsdaten gesammelt wurden. Diese Sensornetzwerkanwendung ist für die Haussicherheit äußerst wichtig.

Umweltüberwachung

Mit Sensornetzwerken können mehr Daten gesammelt werden als mit herkömmlichen Umweltüberwachungsmethoden. Herkömmliche Überwachungsmethoden basieren auf der manuellen Erfassung. Forscher gehen ins Feld, um Proben zu sammeln, und bringen sie zur Analyse und Aufzeichnung der Ergebnisse zurück ins Labor. Diese Erfassungsmethode ist arbeitsintensiv und nimmt mehr Zeit in Anspruch. Infolgedessen werden mit herkömmlichen Überwachungsmethoden keine nennenswerten Datenmengen generiert.

Sensornetzwerke sind ein automatisierter und skalierbarer Ansatz. Sie können viele Sensoren an verschiedenen Stellen in einem Bereich platzieren, um automatisch Umgebungsdaten zu sammeln. Diese Daten umfassen Windgeschwindigkeit, Wassertemperatur und Lufttemperatur. Die gesammelten Umweltdaten werden automatisch an einen zentralen Server zur Verarbeitung übermittelt.

Bojen mit Sensoren sind in der Region der Großen Seen in den Vereinigten Staaten zu sehen. Diese Bojen verwenden Sensoren, um Umweltdaten wie Wellenhöhe, Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit zu sammeln. Die meisten dieser Bojen sind im Besitz von Forschungsgruppen, einige befinden sich jedoch in Privatbesitz. Sie senden die gesammelten Umweltdaten zur einheitlichen Speicherung und Verarbeitung an denselben Server.

Die von den Sensoren auf der gesammelten Daten Bojen der Großen Seen werden im Wesentlichen öffentlich im Internet geteilt. Sie können die Informationen, die Sie wissen möchten, anzeigen, indem Sie das Great Lakes Buoy Portal besuchen. An einigen Bojen am Eriesee können Sie sogar Textnachrichten senden. Die Bojen werden Ihnen automatisch mit den neuesten Umweltdaten antworten.

Städtische Überwachung

Aufbau eines Überwachungsnetzes Kameras können dazu beitragen, die Kriminalitätsrate zu reduzieren. Kriminalität kann überall in der Stadt passieren. Die Polizei kann den Tatort nicht sofort erreichen, während sie einen Bericht erhält. Daher ist die Einrichtung eines Netzwerks von Überwachungskameras in einer Stadt eine der effektivsten Möglichkeiten, die Polizei bei der Aufklärung von Verbrechen zu beschleunigen. Alle Überwachungskameras in der Stadt sind mit demselben System verbunden. Polizeidienststellen können die Überwachung gemeldeter Standorte über das System einsehen. Und dann können sie Informationen über Kriminelle nachschlagen. Die gesammelten Informationen helfen der Polizei, Verbrecher schneller zu fassen.

Die Stadt Chicago, Illinois, betreibt ein großes Netzwerk von Überwachungskameras. Das Netzwerk besteht aus mehr als 30.000 Sicherheitskameras. Zusätzliche Kameras sind an Polizeibeamten, Booten und Einsatzfahrzeugen verfügbar.

Einige Überwachungskameras werden auch mit anderem Zubehör geliefert. Dieses Zubehör verleiht ihnen zusätzliche Funktionalität. Einige Straßen- und Autobahnkameras in Chicago sind mit automatischen Nummernschildlesern ausgestattet. Wenn ein Fahrzeug vorbeifährt, macht die Technologie automatisch ein Bild seines Nummernschilds. Und dann wird es das Foto in Text konvertieren, um es in die Datenbank hochzuladen. Anschließend verfolgt die Datenbank jedes Nummernschild. Die Polizei kann die Datenbank verwenden, um zu wissen, wo sich das Fahrzeug befindet, ob es sich um ein vermisstes Fahrzeug handelt und ob der Fahrer auf freiem Fuß verdächtigt wird.

Die Anwendung des Schussdetektornetzwerks hat auch die Häufigkeit von Waffengewalt in Chicago verringert. Das Netzwerk verwendet akustische und Infrarotsensoren in Verbindung, um die Quelle von Schüssen zu erkennen. Sie triangulieren die Position von Schüssen, um ihre genaue Position zu bestimmen. Da die Stadt nachts ruhiger sein kann als tagsüber, dringen die Schüsse weiter. Die von diesen Sensoren gesammelten und übertragenen Daten liefern einen genaueren Standort als das, was bei einem 911-Anruf gemeldet wird.

Erdbebenerkennung

Implementieren seismische Sensornetzwerke hat einen wissenschaftlicheren Ansatz zur Erkennung von Erdbeben gebracht. Diese seismischen Stationen bilden ein großes Netzwerk von seismischen Stationen. Weltweit gibt es über 150 seismische Stationen. Jede seismische Station wird speziell mit seismischen und geophysikalischen Sensoren ausgestattet. Die seismische Station ermöglicht es Wissenschaftlern, ihre Daten in Echtzeit über das Internet einzusehen. Es ermöglicht Wissenschaftlern, besser zu verstehen, was weltweit in der Erdkruste passiert.

Das globale Sensornetzwerk erfasst starke Erdbeben in vielen Ländern. Das regionale Sensornetz ist ziemlich dicht, sodass Menschen Erdbeben auf niedriger Ebene leicht erfassen können. Mit Daten von Tausenden von Sensoren weltweit können Computer Erdbebenbestimmungen vornehmen. Das System kann bestimmen, wann das Erdbeben kommt und wie stark es ist. Es wird auch eine Warnung an den Ort gesendet, an dem das Erdbeben bevorsteht. Obwohl ein paar Sekunden Warnung unbedeutend erscheinen mögen, können sie viele weitere Leben retten. Wenn die Menschen die Warnung erhalten, verlangsamen sie sofort die Fahrt und schalten die Gasventile ab. Die Dinge, die Menschen in diesen wenigen Sekunden tun können, können Leben retten.

Ich glaube, Sie haben ein vorläufiges Verständnis von Sensornetzwerken mit den oben genannten Inhalten. Es wird häufig in der Umweltüberwachung, der kommunalen Überwachung und der Erdbebenerkennung eingesetzt. Der Einsatz von Sensornetzwerken ermöglicht viele Automatisierungsaufgaben.

Über häufig gestellte Fragen zu Sensornetzwerken

1. Was sind Sensornetzwerke und wie funktionieren sie?

   Sensornetzwerke sind Netzwerke aus kleinen, kostengünstigen Sensoren, die Daten über eine physische Umgebung sammeln und drahtlos mit einem zentralen Knoten oder einer Basisstation kommunizieren. Sie sammeln und übertragen Daten von einzelnen Sensoren zur Verarbeitung und Analyse an eine zentrale Stelle.

2. Welche Arten von Sensoren werden in Sensornetzwerken verwendet?

   Zu den verschiedenen Arten von Sensoren, die in Sensornetzwerken verwendet werden, gehören unter anderem Temperatur-, Feuchtigkeits-, Druck-, Bewegungs- und Lichtsensoren.

3. Welche unterschiedlichen Kommunikationsprotokolle werden in Sensornetzwerken verwendet?

   Zu den verschiedenen Kommunikationsprotokollen, die in Sensornetzwerken verwendet werden, gehören unter anderem Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi und LoRaWAN.

4. Wie gehen Sensor Networks mit der Datenverwaltung und -verarbeitung um?

   Sensornetzwerke übernehmen die Datenverwaltung und -verarbeitung durch lokale Verarbeitung auf einzelnen Sensoren und zentralisierte Verarbeitung auf einer Basisstation oder einem Cloud-Server.

5. Wie handhabt Sensor Networks das Energiemanagement für den Langzeitbetrieb?

   Sensornetzwerke übernehmen das Energiemanagement für den Langzeitbetrieb durch Low-Power-Sensoren, Energy Harvesting und Sleep-Modi.

6. Was sind die Unterschiede zwischen kabelgebundenen und drahtlosen Sensornetzwerken?

   Kabelgebundene Sensornetzwerke verwenden physische Verbindungen zum Übertragen von Daten, während drahtlose Sensornetzwerke drahtlose Kommunikationsprotokolle zum Übertragen von Daten verwenden.

7. Wie gehen Sensornetzwerke mit Kommunikation und Datenübertragung ohne stabile Netzwerkverbindung um?

   Sensornetzwerke wickeln die Kommunikation und Datenübertragung ohne stabile Netzwerkverbindung durch Maschennetzwerke ab, die es einzelnen Sensoren ermöglichen, miteinander zu kommunizieren und Daten an eine Basisstation weiterzuleiten.

8. Wie können Sensornetzwerke mit anderen Überwachungs- und Steuerungssystemen integriert werden?

   Sensornetzwerke können mithilfe von APIs und Protokollen in andere Überwachungs- und Steuerungssysteme integriert werden, was Datenaustausch und Interoperabilität ermöglicht.

9. Wie können Sensornetzwerke für Predictive Maintenance und Condition Monitoring eingesetzt werden?

   Sensornetzwerke können für die vorausschauende Wartung und Zustandsüberwachung eingesetzt werden, indem Daten zur Geräteleistung gesammelt und analysiert und potenzielle Probleme identifiziert werden, bevor sie ernst werden.