Negli ultimi anni, sempre più persone in tutto il mondo hanno utilizzato il wireless reti di sensori. La progettazione efficace di WSN sta diventando un'area di ricerca nei principali siti di ricerca. In questo articolo parleremo della definizione di reti di sensori wireless e delle relative applicazioni.
Cos'è una rete di sensori wireless?
Una rete di sensori wireless (WSN) può essere definita come una rete wireless autoconfigurante. E non è richiesta alcuna infrastruttura aggiuntiva. È progettato per osservare condizioni fisiche o altre condizioni ambientali. Come pressione, movimento, temperatura, suono e vibrazione. Inoltre collega questi dati o informazioni direttamente a un ricevitore attraverso la rete. Questo ricevitore è spesso considerato il luogo principale per l'osservazione e l'analisi delle informazioni.
L'interfaccia tra l'utente e la rete sembra consistere in una stazione base o in un ricevitore. A questo punto, le persone possono inserire query in questa interfaccia e far raccogliere i risultati dal destinatario. Possono quindi recuperare le informazioni di cui hanno bisogno dalla rete.
Le reti di sensori wireless hanno migliaia di nodi di sensori. Questi nodi consentono loro di comunicare tra loro utilizzando segnali radio. Anche i nodi di sensori wireless sono dotati di potenti componenti. Questi componenti sono sensori, ricetrasmettitori radio, dispositivi informatici e alimentatori.
I nodi dei sensori wireless sono intrinsecamente limitati in termini di risorse. Questi nodi hanno velocità di elaborazione, capacità di archiviazione e larghezza di banda di comunicazione limitate.
Distribuiscono nodi di sensori nell'area. Successivamente, saranno responsabili dell'organizzazione dell'infrastruttura di rete appropriata. Avrà quindi luogo la comunicazione multi-hop con loro. I sensori di bordo iniziano quindi a raccogliere informazioni sui dati di interesse per l'utente. Il dispositivo di rete di sensori wireless gestisce la risposta alla richiesta inviata dalla stazione di controllo. Dopo aver ricevuto una query, esegue immediatamente un comando specifico o fornisce un campione di rilevamento all'utente.
I nodi del sensore di solito funzionano in modo continuo o guidato dagli eventi. GPS e gli algoritmi di posizionamento locale LPS possono ottenere informazioni specifiche sulla posizione e sul posizionamento.
I dispositivi sensori wireless sono generalmente dotati di attuatori efficienti. Questi attuatori sono progettati per "agire" in determinate condizioni. Queste reti sono spesso chiamate wireless sensore e attuatore reti.
I sensori wireless offrono maggiori vantaggi rispetto ai tradizionali sensori e controller autonomi. I WSN sono specifici del sito e possono essere posizionati vicino al sito di produzione. Consente inoltre agli utenti di personalizzare i nodi di rete per tenere traccia delle loro variabili di interesse. Gli utenti possono anche aumentare il numero di sensori e controller per area unitaria utilizzando molti nodi. L'uso di reti di sensori wireless può aiutare gli utenti a ridurre efficacemente il numero di sensori implementati e il costo della rete.
Tipi di reti di sensori wireless
Le reti di sensori wireless sono classificate in diversi tipi in base al loro ambiente di utilizzo. Le persone possono implementare queste reti su terra, sottoterra, sott'acqua, ecc. I tipi di WSN includono quanto segue:
- Reti di sensori wireless terrestri
- Reti di sensori wireless sotterranee
- Reti di sensori wireless subacquei
- Reti di sensori wireless multimediali
- Reti di sensori wireless mobili
Reti di sensori wireless terrestri
Una rete di sensori wireless terrestre è progettata per comunicare con le stazioni base. Il sensore wireless viene implementato in modalità strutturata (ad hoc) o non strutturata (pre-pianificata) per migliaia di nodi WSN. In una distribuzione non strutturata, i nodi del sensore sono distribuiti in modo casuale nell'area di destinazione rilasciata dal piano impostato. Ometti, la modalità strutturata considera il posizionamento ottimale, il posizionamento della griglia e i modelli di posizionamento 2D e 3D.
La rete di sensori wireless terrestri è dotata di una cella solare. La batteria viene utilizzata solo come fonte di energia ausiliaria e la potenza della batteria di rete stessa è limitata. WSN ottiene risparmi energetici attraverso poche operazioni. Come ciclo di lavoro ridotto, routing ottimizzato, latenza ridotta al minimo, ecc.
Reti di sensori wireless sotterranee
Le reti di sensori wireless sotterranee sono più costose delle reti di sensori wireless terrestri. Gli utenti devono considerare i costi di implementazione, manutenzione e attrezzatura prima di utilizzare questo WSN. Le reti di sensori wireless sotterranee hanno diversi nodi di sensori in grado di tracciare le condizioni del sottosuolo. Questi nodi di sensori sotterranei sono solitamente nascosti. Il resto dei nodi sono fuori terra. Inviano dati alla stazione base tramite nodi di sensori specializzati.
Le reti di sensori wireless sotterranee devono affrontare diverse sfide. È difficile per le persone caricare reti di sensori wireless sotterranee dispiegate sottoterra. Anche i nodi sensori dotati di batterie non hanno facile accesso all'energia. In secondo luogo, anche l'ambiente sotterraneo rende il segnale di comunicazione significativamente più debole. È difficile per le persone utilizzare la comunicazione wireless in questo ambiente.
Reti di sensori wireless subacquei
Secondo studi pertinenti, più di 70% dell'area terrestre appartiene a risorse marine. Le reti di sensori wireless sottomarini sono costituite da molti nodi di sensori e veicoli sott'acqua. Questi dispositivi e veicoli subacquei raccolgono dati dai nodi dei sensori distribuiti.
L'ambiente sottomarino rende la comunicazione wireless una sfida enorme. L'ambiente sottomarino è soggetto a ritardi di propagazione, larghezza di banda e guasti ai sensori. Uno equipaggia anche i WSN con batterie limitate che non possono essere ricaricate o sostituite per problemi di energia.
Reti di sensori wireless multimediali
Le reti di sensori wireless multimediali consentono alle persone di tracciare e tenere traccia di eventi multimediali. Ad esempio, alcuni video, immagini e audio. I nodi di sensori di rete sono principalmente dotati di telecamere e microfoni. Questi nodi di rilevamento sono collegati tramite Internet. Forniscono agli utenti il recupero dei dati, la compressione dei dati e le funzioni di correlazione.
Ci sono molti problemi con i WSN multimediali. Ad esempio, larghezza di banda elevata, elevato consumo di energia e tecniche di elaborazione e compressione difficili. Inoltre, i contenuti multimediali devono avere una larghezza di banda elevata per fornire correttamente i contenuti.
Reti di sensori wireless mobili
Una rete di sensori wireless mobile è costituita da nodi di sensori che possono muoversi liberamente. Questi nodi possono interagire con l'ambiente fisico e calcolare il rilevamento e la comunicazione. Le reti di sensori wireless mobili sono più versatili dei sensori statici. Ha anche più vantaggi. Le WSN mobili hanno una capacità di canale superiore, una migliore efficienza energetica, ecc.
Applicazioni di reti di sensori wireless
Varie applicazioni di WSN sono ampiamente utilizzate nel mondo. In base alla natura delle applicazioni di rete di sensori wireless, possiamo classificarle in cinque categorie. Sono i seguenti:
- Militare
- Salute
- Ambiente
- Animale e vegetale
- Industriale
Applicazioni militari
Il settore militare è considerato dai più come la forza trainante della ricerca sulle reti di sensori. Questo campo è anche la prima area dell'attività umana a utilizzare i WSN. Man mano che la tecnologia dei sensori avanza, può supportare un'ampia gamma di operazioni. Le applicazioni militari WSN sono principalmente la sorveglianza del campo di battaglia, la sorveglianza del combattimento e il rilevamento degli intrusi.
I sensori possono essere utilizzati per rilevare sostanze composte da sostanze chimiche, biologiche e radiologiche. E materiali industriali tossici (TIM). Per rilevare le intrusioni, si userebbero diversi tipi di WSN. Come i sensori a infrarossi, optoelettronici, laser e di vibrazione. Tra questi, i nodi di WSN utilizzeranno RADAR, LIDAR, LADAR e sensori a ultrasuoni per rilevare la distanza dall'oggetto target. In questo caso, RADAR significa rilevamento radio e distanza, e LIDAR è rilevamento luce e distanza. E LADAR è rilevamento e portata laser. I sensori LADAR ea infrarossi aiutano anche nell'imaging rapido.
La distribuzione di nodi di sensori sul campo di battaglia vicino a percorsi che le forze nemiche potrebbero utilizzare è una delle applicazioni WSN efficaci. Un WSN sul campo di battaglia può funzionare senza assistenza e manutenzione manuale continua e inviare la sua posizione. Devi essere consapevole che ci sono molte variabili sul campo di battaglia. Pertanto, la copertura e il consumo energetico dei nodi del sensore svolgono un ruolo importante in questo caso.
Applicazioni sanitarie
Le reti di sensori wireless utilizzano dispositivi medici e indossabili avanzati nel campo della salute. Sensori medici rintracciare i pazienti in strutture mediche, ospedali oa casa. Allo stesso tempo, i dispositivi indossabili monitorano i segni vitali di questi pazienti in tempo reale. La combinazione di sensori medicali e dispositivi indossabili offre molti vantaggi. Consente ai medici di monitorare le condizioni di salute dei pazienti da remoto. Riduce significativamente il costo del trattamento per i pazienti.
Un ottimo esempio sono gli elettrocardiogrammi in tempo reale (ECG). I sensori in tempo reale utilizzati dagli ECG forniscono ai pazienti assistenza medica personalizzata. I sensori in tempo reale consentono inoltre ai medici di monitorare i livelli di zucchero nel sangue dei pazienti e altre diagnosi.
Applicazioni ambientali
Il monitoraggio continuo delle condizioni ambientali in un'area specifica viene ottenuto utilizzando WSN. WSN aiuta anche ad aiutarlo a migliorare le applicazioni ambientali. La rete può impedire che danneggi la salute delle persone attraverso pericolose malattie trasmesse per via aerea. Le applicazioni ambientali WSN più comuni sono il monitoraggio della qualità dell'acqua e il monitoraggio dell'aria.
Rete di sensori wireless per monitorare la qualità dell'acqua
Le persone possono utilizzare il sistema cyber-fisico di PipeSense per valutare la qualità dell'acqua potabile fresca. Il sistema utilizza un WSN basato su RFID all'interno della condotta per il monitoraggio della qualità dell'acqua. La rete supporta la fornitura di varie informazioni sulla domanda idrica o sulla qualità dell'acqua. Sono inoltre disponibili per la visualizzazione alcune informazioni sulla manutenzione, come i punti deboli o le perdite dei tubi. La pipeline gestisce i sensori RFID per raccogliere informazioni dal sistema e inviarle al servizio dati designato. Quindi gli algoritmi utilizzano queste informazioni per fornire supporto decisionale.
Monitoraggio dell'aria
Le persone possono utilizzare reti di sensori wireless per monitorare la qualità dell'aria nelle aree occupate da forze ostili. WSN-AQMS è un tipico esempio di applicazione di monitoraggio dell'aria. Il sistema combina sensori di gas con Libelium waspmotes. La combinazione dei due può misurare i parametri di qualità dell'aria per gas come ozono, CO e NO 2.
Applicazioni vegetali e animali
WSN può essere applicato al monitoraggio delle serre e al miglioramento del suo funzionamento. Gli agricoltori possono raccogliere parametri ambientali utilizzando un sistema chiamato AEMS. Il sistema utilizza sensori WSN insieme a telecamere CCTV. Gli agricoltori possono raccogliere e monitorare i dati sulla crescita delle colture all'interno e all'esterno della serra. Raccolgono principalmente parametri ambientali. Come temperatura, intensità della luce, umidità, pressione atmosferica, precipitazioni, ecc.
Le persone possono monitorare la crescita dei raccolti nelle serre attraverso questo sistema. Allo stesso tempo, le persone possono anche usarli per aumentare i raccolti o migliorare la qualità del raccolto modificando determinati fattori ambientali.
Applicazioni industriali
L'applicazione di WSN in varie applicazioni industriali risolve molti problemi. Molti sistemi logistici utilizzeranno WSN per il monitoraggio in tempo reale di vari parametri ambientali. Aiuta i lavoratori a gestire meglio i pacchi. Distribuzione del sistema basata su WSN, le aziende possono tenere traccia delle condizioni di trasporto di vari percorsi di trasporto. Ad esempio, la temperatura e l'umidità all'interno di un container per camion in movimento. I risultati dello studio mostrano che l'utilizzo di WSN nella logistica migliora la qualità fornendo una migliore supervisione. Aiuta anche a ridurre i costi riducendo le perdite durante il trasporto.
L'applicazione di WSN nella logistica della catena del freddo può migliorarne il monitoraggio e la gestione. WSN può monitorare vari parametri ambientali in tempo reale. Può fornire alle imprese dati accurati per soddisfare le esigenze logistiche della catena del freddo.
Esistono molte altre potenziali applicazioni per le reti di sensori wireless.
- Internet delle cose
- Automazione e casa intelligente
- Video sorveglianza
- Monitoraggio del traffico
- Monitoraggio dei dispositivi medici
Non c'è dubbio che le reti di sensori wireless abbiano capacità straordinarie. Le reti di sensori wireless offrono vantaggi significativi in tutte le aree dell'attività umana. Con la continua evoluzione della tecnologia, si prevede che la gamma di applicazioni WSN crescerà.
Domande frequenti sulle reti di sensori wireless
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Cosa sono le reti di sensori wireless e come funzionano?
Le reti di sensori wireless sono reti di piccoli sensori a basso costo che comunicano in modalità wireless per monitorare e controllare un ambiente fisico. I sensori raccolgono i dati e li inviano a un nodo centrale o stazione base per l'elaborazione.
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Quali sono i diversi tipi di sensori utilizzati nelle reti di sensori wireless?
I sensori utilizzati nelle reti di sensori wireless includono sensori di temperatura, umidità, pressione, movimento e luce.
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Quali sono i diversi protocolli di comunicazione utilizzati nelle reti di sensori wireless?
I protocolli di comunicazione utilizzati nelle reti di sensori wireless includono Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi e LoRaWAN, tra gli altri.
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In che modo le reti di sensori wireless gestiscono la gestione e l'elaborazione dei dati?
Le reti di sensori wireless gestiscono la gestione e l'elaborazione dei dati attraverso l'elaborazione locale su singoli sensori e l'elaborazione centralizzata su una stazione base o un server cloud.
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Quali sono le considerazioni sulla sicurezza quando si implementano le reti di sensori wireless?
Le considerazioni sulla sicurezza quando si implementano le reti di sensori wireless includono l'autenticazione, il controllo degli accessi, la crittografia e il rilevamento delle intrusioni.
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In che modo le reti di sensori wireless gestiscono la gestione dell'alimentazione per il funzionamento a lungo termine?
Le reti di sensori wireless gestiscono la gestione dell'alimentazione per il funzionamento a lungo termine tramite sensori a bassa potenza, raccolta di energia e modalità di sospensione.
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Quali sono alcuni degli scenari di implementazione comuni per le reti di sensori wireless?
Gli scenari di implementazione comuni per le reti di sensori wireless includono l'automazione degli edifici, il controllo dei processi industriali e il monitoraggio ambientale.
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In che modo le reti di sensori wireless gestiscono il posizionamento e l'ottimizzazione dei sensori per la massima copertura?
Le reti di sensori wireless gestiscono il posizionamento e l'ottimizzazione dei sensori per la massima copertura utilizzando algoritmi che ottimizzano il posizionamento dei sensori in base a fattori ambientali e requisiti di copertura.
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Quali sono le differenze tra reti di sensori wireless centralizzate e distribuite?
Le reti di sensori wireless centralizzate si basano su un nodo centrale o una stazione base per l'elaborazione e il controllo dei dati, mentre le reti di sensori wireless distribuite distribuiscono le funzioni di elaborazione e controllo tra i singoli sensori.
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In che modo le reti di sensori wireless possono essere integrate con altri sistemi di monitoraggio e controllo?
Le reti di sensori wireless possono essere integrate con altri sistemi di monitoraggio e controllo utilizzando API e protocolli, consentendo lo scambio di dati e l'interoperabilità.
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Come possono essere utilizzate le reti di sensori wireless per la manutenzione predittiva e il monitoraggio delle condizioni?
Le reti di sensori wireless possono essere utilizzate per la manutenzione predittiva e il monitoraggio delle condizioni raccogliendo e analizzando i dati sulle prestazioni delle apparecchiature e identificando potenziali problemi prima che diventino seri.
