Ces dernières années, de plus en plus de personnes dans le monde utilisent le sans fil réseaux de capteurs. La conception efficace des WSN devient un domaine de recherche dans les principaux sites de recherche. Dans cet article, nous parlerons de la définition des réseaux de capteurs sans fil et de leurs applications associées.
Qu'est-ce qu'un réseau de capteurs sans fil ?
Un réseau de capteurs sans fil (WSN) peut être défini comme un réseau sans fil à configuration automatique. Et aucune infrastructure supplémentaire n'est nécessaire. Il est conçu pour observer les conditions physiques ou autres conditions environnementales. Tels que la pression, le mouvement, la température, le son et les vibrations. Il connecte également ces données ou informations directement à un récepteur via le réseau. Ce récepteur est souvent considéré comme le lieu principal d'observation et d'analyse des informations.
L'interface entre l'utilisateur et le réseau semble consister en une station de base ou un récepteur. À ce stade, les utilisateurs peuvent insérer des requêtes dans cette interface et faire collecter les résultats par le récepteur. Ils peuvent ensuite récupérer les informations dont ils ont besoin sur le réseau.
Les réseaux de capteurs sans fil ont des milliers de nœuds de capteurs. Ces nœuds leur permettent de communiquer entre eux en utilisant signaux radio. Les nœuds de capteurs sans fil sont également équipés de composants puissants. Ces composants sont la détection, les émetteurs-récepteurs radio, les appareils informatiques et les alimentations.
Les nœuds de capteurs sans fil sont par nature limités en ressources. Ces nœuds ont une vitesse de traitement, une capacité de stockage et une bande passante de communication limitées.
Ils déploient des nœuds capteurs dans la zone. Après cela, ils seront responsables de l'organisation de l'infrastructure réseau appropriée. Une communication multi-sauts avec eux aura alors lieu. Les capteurs embarqués commencent alors à collecter des informations sur les données qui intéressent l'utilisateur. Le dispositif de réseau de capteurs sans fil gère la réponse à la requête envoyée par la station de contrôle. Dès réception d'une requête, il exécute immédiatement une commande spécifique ou fournit un échantillon de détection à l'utilisateur.
Les nœuds de capteurs fonctionnent généralement de manière continue ou événementielle. GPS et les algorithmes de positionnement local LPS peuvent obtenir des informations de localisation et de positionnement spécifiques.
Les dispositifs de détection sans fil sont généralement équipés d'actionneurs efficaces. Ces actionneurs sont conçus pour « agir » dans certaines conditions. Ces réseaux sont souvent appelés sans fil capteur et actionneur réseaux.
Les capteurs sans fil offrent plus d'avantages que les capteurs et contrôleurs autonomes traditionnels. Les WSN sont spécifiques au site et peuvent être placés à proximité du site de production. Il permet également aux utilisateurs de personnaliser les nœuds du réseau pour suivre leurs variables d'intérêt. Les utilisateurs peuvent également augmenter le nombre de capteurs et de contrôleurs par unité de surface en utilisant de nombreux nœuds. L'utilisation de réseaux de capteurs sans fil peut aider les utilisateurs à réduire efficacement le nombre de capteurs déployés ainsi que le coût du réseau.
Types de réseaux de capteurs sans fil
Les réseaux de capteurs sans fil sont classés en différents types en fonction de leur environnement d'utilisation. Les gens peuvent déployer ces réseaux sur terre, sous terre, sous l'eau, etc. Les types de WSN incluent les suivants :
- Réseaux de capteurs terrestres sans fil
- Réseaux souterrains de capteurs sans fil
- Réseaux de capteurs sans fil sous-marins
- Réseaux de capteurs sans fil multimédia
- Réseaux de capteurs sans fil mobiles
Réseaux de capteurs terrestres sans fil
Un réseau de capteurs terrestres sans fil est conçu pour communiquer avec des stations de base. Le capteur sans fil est déployé en mode structuré (ad hoc) ou non structuré (pré-planifié) pour des milliers de nœuds WSN. Dans un déploiement non structuré, les nœuds de capteur sont répartis de manière aléatoire dans la zone cible supprimée du plan défini. Omettre, le mode structuré prend en compte le placement optimal, le placement de la grille et les modèles de placement 2D et 3D.
Le réseau de capteurs terrestres sans fil est équipé d'une cellule solaire. La batterie est utilisée uniquement comme source d'énergie auxiliaire et la puissance de la batterie du réseau elle-même est limitée. WSN réalise des économies d'énergie grâce à quelques opérations. Tels que le cycle de service réduit, le routage optimisé, la latence réduite, etc.
Réseaux souterrains de capteurs sans fil
Les réseaux de capteurs sans fil souterrains sont plus chers que les réseaux de capteurs sans fil terrestres. Les utilisateurs doivent tenir compte des coûts de déploiement, de maintenance et d'équipement avant d'utiliser ce WSN. Les réseaux de capteurs sans fil souterrains ont plusieurs nœuds de capteurs qui peuvent suivre les conditions du sous-sol. Ces nœuds de capteurs souterrains sont généralement cachés. Les autres nœuds sont au-dessus du sol. Ils envoient des données à la station de base via des nœuds de capteurs spécialisés.
Les réseaux souterrains de capteurs sans fil sont confrontés à plusieurs défis. Il est difficile pour les gens de recharger les réseaux souterrains de capteurs sans fil déployés sous terre. Même les nœuds de capteurs équipés de batteries n'ont pas facilement accès à l'énergie. Deuxièmement, l'environnement souterrain rend également le signal de communication beaucoup plus faible. Il est difficile pour les gens d'utiliser la communication sans fil dans cet environnement.
Réseaux de capteurs sans fil sous-marins
Selon des études pertinentes, plus de 70% de la surface terrestre appartiennent aux ressources marines. Les réseaux de capteurs sans fil sous-marins se composent de nombreux nœuds de capteurs et de véhicules sous-marins. Ces appareils et véhicules sous-marins collectent des données à partir des nœuds de capteurs déployés.
L'environnement sous-marin fait de la communication sans fil un énorme défi. L'environnement sous-marin est sujet aux retards de propagation, à la bande passante et aux défaillances des capteurs. On équipe également les WSN de batteries limitées qui ne peuvent pas être rechargées ou remplacées pour des problèmes d'énergie.
Réseaux de capteurs sans fil multimédia
Les réseaux de capteurs sans fil multimédia permettent aux gens de suivre et de suivre les événements multimédias. Par exemple, certaines vidéos, images et audio. Les nœuds de capteurs du réseau sont principalement équipés de caméras et de microphones. Ces nœuds de détection sont connectés via Internet. Ils fournissent aux utilisateurs des fonctions de récupération de données, de compression de données et de corrélation.
Il existe de nombreux problèmes avec les WSN multimédias. Par exemple, une bande passante élevée, une consommation d'énergie élevée et des techniques de traitement et de compression difficiles. De plus, le multimédia doit être à large bande passante pour diffuser correctement le contenu.
Réseaux de capteurs sans fil mobiles
Un réseau de capteurs sans fil mobile se compose de nœuds de capteurs qui peuvent se déplacer librement. Ces nœuds peuvent interagir avec l'environnement physique et calculer la détection et la communication. Les réseaux de capteurs sans fil mobiles sont plus polyvalents que les capteurs statiques. Il a aussi plus d'avantages. Les WSN mobiles ont une capacité de canaux supérieure, une meilleure efficacité énergétique, etc.
Applications des réseaux de capteurs sans fil
Diverses applications des WSN sont largement utilisées dans le monde. En fonction de la nature des applications des réseaux de capteurs sans fil, nous pouvons les classer en cinq catégories. Ils sont les suivants :
- Militaire
- Santé
- Environnement
- Animal et végétal
- Industriel
Applications militaires
Le secteur militaire est considéré par la plupart comme le moteur de la recherche sur les réseaux de capteurs. Ce domaine est également le premier domaine d'activité humaine à utiliser les WSN. À mesure que la technologie des capteurs progresse, elle peut prendre en charge un large éventail d'opérations. Les applications militaires WSN sont principalement la surveillance du champ de bataille, la surveillance de combat et la détection d'intrus.
Les capteurs peuvent être utilisés pour détecter des substances composées de substances chimiques, biologiques et radiologiques. Et les matériaux industriels toxiques (TIM). Pour détecter les intrusions, on utiliserait plusieurs types de WSN. Tels que les capteurs infrarouges, optoélectroniques, laser et de vibration. Parmi eux, les nœuds de WSN utiliseront des capteurs RADAR, LIDAR, LADAR et à ultrasons pour détecter la distance à l'objet cible. Dans ce cas, RADAR signifie détection et télémétrie radio, et LIDAR est détection et télémétrie de la lumière. Et LADAR est la détection et la télémétrie laser. Les capteurs LADAR et infrarouges aident également à l'imagerie rapide.
Le déploiement de nœuds de capteurs sur le champ de bataille à proximité de chemins que les forces ennemies pourraient utiliser est l'une des applications WSN efficaces. Un WSN sur le champ de bataille peut fonctionner sans surveillance et maintenance manuelles continues et envoyer son emplacement. Vous devez être conscient qu'il existe de nombreuses variables sur le champ de bataille. Ainsi, la couverture et la consommation d'énergie des nœuds de capteurs jouent ici un rôle important.
Demandes de santé
Les réseaux de capteurs sans fil utilisent des dispositifs médicaux et portables avancés dans le domaine de la santé. Capteurs médicaux suivre les patients dans des établissements médicaux, des hôpitaux ou à domicile. Dans le même temps, des appareils portables suivent les signes vitaux de ces patients en temps réel. La combinaison de capteurs médicaux et de dispositifs portables offre de nombreux avantages. Il permet aux médecins de suivre à distance l'état de santé des patients. Il réduit considérablement le coût du traitement pour les patients.
Les électrocardiogrammes (ECG) en temps réel en sont un excellent exemple. Les capteurs en temps réel utilisés par les ECG fournissent aux patients une aide médicale personnalisée. Des capteurs en temps réel permettent également aux médecins de suivre la glycémie des patients et d'autres diagnostics.
Applications environnementales
La surveillance continue des conditions environnementales dans une zone spécifique est réalisée à l'aide du WSN. WSN contribue également à l'aider à améliorer les applications environnementales. Le réseau peut l'empêcher de nuire à la santé des personnes par le biais de maladies dangereuses transmises par l'air. Les applications environnementales WSN les plus courantes sont la surveillance de la qualité de l'eau et la surveillance de l'air.
Réseau de capteurs sans fil pour surveiller la qualité de l'eau
Les gens peuvent utiliser le système cyber-physique de PipeSense pour évaluer la qualité de l'eau potable fraîche. Le système utilise un WSN basé sur RFID dans le pipeline pour la surveillance de la qualité de l'eau. Le réseau prend en charge la fourniture de diverses informations sur la demande en eau ou la qualité de l'eau. Certaines informations de maintenance, telles que les points faibles ou les fuites de tuyaux, sont également disponibles pour visualisation. Le pipeline gère les capteurs RFID pour collecter les informations du système et les envoyer au service de données désigné. Ensuite, les algorithmes utilisent ces informations pour fournir une aide à la décision.
Surveillance de l'air
Les gens peuvent utiliser des réseaux de capteurs sans fil pour suivre les zones de qualité de l'air occupées par des forces hostiles. WSN-AQMS est un exemple typique d'application de surveillance de l'air. Le système combine des capteurs de gaz avec des waspmotes Libelium. La combinaison des deux peut mesurer les paramètres de qualité de l'air pour des gaz tels que l'ozone, le CO et le NO 2.
Applications végétales et animales
Le WSN peut être appliqué à la surveillance des serres et à l'amélioration de leur fonctionnement. Les agriculteurs peuvent collecter des paramètres environnementaux à l'aide d'un système appelé AEMS. Le système utilise des capteurs WSN en conjonction avec des caméras CCTV. Les agriculteurs peuvent collecter et suivre les données de croissance des cultures à l'intérieur et à l'extérieur de la serre. Ils collectent principalement des paramètres environnementaux. Tels que la température, l'intensité lumineuse, l'humidité, la pression atmosphérique, les précipitations, etc.
Les gens peuvent suivre la croissance des cultures dans les serres grâce à ce système. Dans le même temps, les gens peuvent également les utiliser pour augmenter les rendements ou améliorer la qualité des cultures en modifiant certains facteurs environnementaux.
Applications industrielles
L'application de WSN dans diverses applications industrielles résout de nombreux problèmes. De nombreux systèmes logistiques utiliseront WSN pour la surveillance en temps réel de divers paramètres environnementaux. Cela aide les travailleurs à mieux gérer les colis. Déploiement du système basé sur WSN, les entreprises peuvent suivre les conditions de transport de divers itinéraires de transport. Par exemple, la température et l'humidité à l'intérieur d'un conteneur de camion en mouvement. Les résultats de l'étude montrent que l'utilisation des WSN dans la logistique améliore la qualité en offrant une meilleure supervision. Il contribue également à réduire les coûts en réduisant les pertes lors du transport.
L'application du WSN dans la logistique de la chaîne du froid peut améliorer son suivi et sa gestion. WSN peut suivre divers paramètres environnementaux en temps réel. Il peut fournir aux entreprises des données précises pour répondre aux besoins logistiques de la chaîne du froid.
Il existe de nombreuses autres applications potentielles pour les réseaux de capteurs sans fil.
- Internet des objets
- Automatisation et maison intelligente
- Vidéosurveillance
- Surveillance du trafic
- Surveillance des dispositifs médicaux
Il ne fait aucun doute que les réseaux de capteurs sans fil ont des capacités extraordinaires. Les réseaux de capteurs sans fil offrent des avantages significatifs dans tous les domaines de l'activité humaine. À mesure que la technologie continue d'évoluer, la gamme d'applications WSN devrait s'élargir.
À propos des réseaux de capteurs sans fil FAQ
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Que sont les réseaux de capteurs sans fil et comment fonctionnent-ils ?
Les réseaux de capteurs sans fil sont des réseaux de petits capteurs à faible coût qui communiquent sans fil pour surveiller et contrôler un environnement physique. Les capteurs collectent des données et les envoient à un nœud central ou à une station de base pour traitement.
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Quels sont les différents types de capteurs utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil ?
Les capteurs utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil comprennent des capteurs de température, d'humidité, de pression, de mouvement et de lumière.
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Quels sont les différents protocoles de communication utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil ?
Les protocoles de communication utilisés dans les réseaux de capteurs sans fil incluent Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi et LoRaWAN, entre autres.
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Comment les réseaux de capteurs sans fil gèrent-ils la gestion et le traitement des données ?
Les réseaux de capteurs sans fil gèrent la gestion et le traitement des données via un traitement local sur des capteurs individuels et un traitement centralisé sur une station de base ou un serveur cloud.
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Quelles sont les considérations de sécurité lors de la mise en œuvre de réseaux de capteurs sans fil ?
Les considérations de sécurité lors de la mise en œuvre des réseaux de capteurs sans fil incluent l'authentification, le contrôle d'accès, le cryptage et la détection des intrusions.
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Comment les réseaux de capteurs sans fil gèrent-ils la gestion de l'alimentation pour un fonctionnement à long terme ?
Les réseaux de capteurs sans fil gèrent la gestion de l'alimentation pour un fonctionnement à long terme grâce à des capteurs à faible consommation d'énergie, à la récupération d'énergie et aux modes veille.
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Quels sont certains des scénarios de déploiement courants pour les réseaux de capteurs sans fil ?
Les scénarios de déploiement courants pour les réseaux de capteurs sans fil incluent l'automatisation des bâtiments, le contrôle des processus industriels et la surveillance de l'environnement.
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Comment les réseaux de capteurs sans fil gèrent-ils le placement et l'optimisation des capteurs pour une couverture maximale ?
Les réseaux de capteurs sans fil gèrent le placement et l'optimisation des capteurs pour une couverture maximale à l'aide d'algorithmes qui optimisent le placement des capteurs en fonction des facteurs environnementaux et des exigences de couverture.
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Quelles sont les différences entre les réseaux de capteurs sans fil centralisés et distribués ?
Les réseaux de capteurs sans fil centralisés reposent sur un nœud central ou une station de base pour le traitement et le contrôle des données, tandis que les réseaux de capteurs sans fil distribués répartissent les fonctions de traitement et de contrôle entre les capteurs individuels.
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Comment les réseaux de capteurs sans fil peuvent-ils être intégrés à d'autres systèmes de surveillance et de contrôle ?
Les réseaux de capteurs sans fil peuvent être intégrés à d'autres systèmes de surveillance et de contrôle à l'aide d'API et de protocoles, permettant l'échange de données et l'interopérabilité.
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Comment les réseaux de capteurs sans fil peuvent-ils être utilisés pour la maintenance prédictive et la surveillance de l'état ?
Les réseaux de capteurs sans fil peuvent être utilisés pour la maintenance prédictive et la surveillance de l'état en collectant et en analysant des données sur les performances des équipements et en identifiant les problèmes potentiels avant qu'ils ne deviennent graves.
