センサー ネットワーク: 定義とアプリケーション

センサー ネットワークは、統合された監視、制御、およびワイヤレス通信システムを人々に提供します。センサー ネットワーク アプリケーションは、私たちの生活をより安全で効率的にするのに役立ちます。人々はさまざまな分野でセンサー ネットワークを利用できます。 1 軒の家を監視するような小規模なものから、地球規模の地震を検出するような大規模なものまであります。

センサーネットワークとは？

センサー ネットワークは、有線または無線ネットワーク インフラストラクチャを備えた小型の電力供給デバイスで構成されます。それらは、それらが配置されている環境のさまざまな条件を記録します。一部の産業施設、農場、および病院の現場で使用できます。センサー ネットワークは、インターネットまたはコンピューター ネットワークへの接続をサポートします。これらのネットワークを使用して、指定されたシステムにデータをアップロードします。その後、データはシステムによって保存、分析、および使用されます。センサー ネットワークの実装により、コンピューターはより用途の広いものになります。人々は、コンピューターを通じて障壁なく周囲と対話することができます。

こちらが ウィキペディアからのセンサー ネットワークの定義:

無線および有線センサー ネットワーク

センサー ネットワークは、ワイヤレス ネットワークと有線ネットワークの両方をサポートします。 無線センサー (WSN) は、センサーを接続するための多くのテクノロジの使用をサポートしています。一般的なテクノロジーには、Bluetooth、WiFi、近距離無線通信 (NFC)、およびセルラー。有線センサーは、主にイーサネット ケーブルを使用して接続するため、比較的制限があります。

WSN は展開と保守が簡単で、有線センサーよりもデバイスの柔軟性が高くなります。センサーとワイヤレス技術の組み合わせにより、多くの想像が現実のものになりました。ワイヤレス センサー ネットワークは、従来の技術に取って代わりました。 IoTのキーテクノロジーとなっています。テクノロジーの進化に伴い、WSN は物理的なネットワーク インフラストラクチャを変更することなく使用できます。

センサーネットワークはどのように機能しますか?

センサー ネットワークは、センサー ノード、アクチュエータ ノード、ゲートウェイ、およびクライアントで構成されます。センサーは、センサー ノードをグループ化して、異なるトポロジのネットワークを形成できます。主に以下の方法で運営されています。

• センサー ノードはデータを追跡し、他のセンサー ノードに送信します。
• センサーが収集したデータをシステムに送信すると、多くのセンサー ノードがゲートウェイ ノードに到達してデータを処理する場合があります。
• 処理されたデータは、管理ノードに送信されます。
• ユーザーは、データを監視するかどうかを決定し、管理ノードでデータを収集するように指示できます。

センサーとは？

センサーは、センシング ネットワーク ノードの単純な結合です。センサーは、 環境からの物理的入力を測定する.また、物理要素を人間または機械が解釈できるデータに変換します。ほとんどのセンサーは電子的で、収集したデータを電子データに変換します。ガラス温度計など、一部のセンサーは比較的単純です。ガラス製温度計は、主に視覚的なデータをユーザーに提示します。センサーはさまざまな用途に使用できます。例としては、温度と距離の測定、煙の検出、圧力の調整などがあります。

電子センサーには、主にアナログとデジタルの 2 種類があります。アナログセンサーは、収集された生物学的データをアナログ信号に変換します。一方、デジタルセンサーは、それを可能な値の限られたセットに変換します。したがって、アナログ センサーはデジタル センサーよりも精度が高くなります。

センサーには多くの種類があります。私たちの普通の車には、数十種類のセンサーが搭載されています。サービス技術者は、タイヤ空気圧センサーを使用して、タイヤが漏れているか、より多くの空気が必要かどうかを判断できます。一部の自動運転車には超音波センサーが搭載されます。超音波センサーは主に、車両とその環境内の他の物体との間の距離を測定するために使用されます。ホーム セキュリティ システムは、モーション センサーを使用して、より大きなオブジェクトの動きを検出します。ホーム監視に使用されるモーション センサーは、パッシブ赤外線 PIR システムとも呼ばれます。このシステムは、センサー環境で赤外線放射を検出します。

センサー ネットワーク アプリケーション

ホーム セキュリティ センサー ネットワーク

ホームセキュリティ センサー ネットワークは、許可されていない訪問者を検出するように設計されています。通常、さまざまなタイプのセンサーを選択して、検出用のデータを収集できます。たとえば、セキュリティ カメラ、ドア オープン センサー、オープン磁気センサーから選択できます。もちろん、よりスマートな音響ベースのガラス破損センサー、モーション検出器などを選択することもできます。

これらのセンサーによって収集されたデータは、中央システムに送信されます。システムは、ユーザーが表示できるようにデータを保存します。より高度なシステムの中には、データを分析できるものもあります。十分な侵入データが収集されると、ユーザーに警告します。このセンサー ネットワーク アプリケーションは、ホーム セキュリティにとって非常に重要です。

環境モニタリング

センサー ネットワークを使用すると、従来の環境モニタリング方法よりも多くのデータを収集できます。従来の監視方法は、手作業による収集に基づいていました。研究者は現場に行ってサンプルを収集し、分析と結果の記録のために研究室に持ち帰ります。この収集方法は労働集約的であり、より多くの時間がかかります。その結果、従来の監視方法を使用して大量のデータが生成されることはありません。

センサー ネットワークは、自動化されたスケーラブルなアプローチです。エリア内のさまざまな場所に多数のセンサーを配置して、環境データを自動的に収集できます。このデータには、風速、水温、気温が含まれます。収集された環境データは、処理のために中央サーバーに自動的に送信されます。

センサーを使用したブイは、米国の五大湖地域で見られます。これらのブイはセンサーを使用して、波高、気温、風速などの環境データを収集します。これらのブイのほとんどは研究グループが所有していますが、個人所有のものもあります。収集した環境データを同じサーバーに送信して、一元的に保存および処理します。

上のセンサーによって収集されたデータは、 五大湖ブイ 基本的にウェブ上で公開されています。五大湖ブイ ポータルにアクセスすると、知りたい情報を表示できます。エリー湖のブイの中には、テキスト メッセージを送信できるものもあります。ブイは、最新の環境データで自動的に応答します。

地方自治体の監視

監視ネットワークの確立 カメラは犯罪の発生率を減らすのに役立ちます。犯罪は都市のどこにでも発生する可能性があります。警察は通報を受けながらすぐには現場に行けません。このように、都市に監視カメラのネットワークを構築することは、警察が犯罪を迅速に解決するための効果的な方法の 1 つです。市内のすべての監視カメラが同じシステムに接続されています。警察署は、システムを通じて報告された場所の監視を表示できます。そして、犯罪者に関する情報を調べることができます。収集された情報は、警察が犯罪者をより迅速に逮捕するのに役立ちます。

イリノイ州シカゴ市は、監視カメラの大規模なネットワークを運用しています。このネットワークは、30,000 台以上のセキュリティ カメラで構成されています。追加のカメラは、警察官、ボート、および指揮車両で利用できます。

一部の防犯カメラには、他のアクセサリも付属しています。これらのアクセサリは、追加の機能を提供します。一部のシカゴの道路や高速道路のカメラには、自動ナンバー プレート リーダーが装備されています。車が通り過ぎると、テクノロジーが自動的にナンバープレートの写真を撮ります。そして、写真をテキストに変換してデータベースにアップロードします。その後、データベースは各ナンバー プレートを追跡します。警察はデータベースを使用して、車両がどこにあるか、行方不明の車両かどうか、運転手が容疑者であるかどうかを知ることができます。

銃声検出器ネットワークを適用することで、シカゴでの銃による暴力の発生も減少しました。このネットワークは、音響センサーと赤外線センサーを組み合わせて使用し、発砲源を検出します。銃声の位置を三角測量して、正確な位置を特定します。街は昼間よりも夜の方が静かなため、銃声が遠くまで届きます。これらのセンサーから収集および送信されたデータは、119 番通報で報告されるものよりも正確な位置情報を提供します。

地震検知

実装中 地震センサーネットワーク 地震を検出するためのより科学的なアプローチをもたらしました。これらの地震観測所は、地震観測所の大規模なネットワークを構成しています。世界には 150 以上の地震観測所があります。各地震観測所には、地震および地球物理センサーが特別に装備されます。地震観測所では、科学者がインターネット経由でリアルタイムでデータを表示できます。これにより、科学者は地球の地殻で世界中で何が起こっているのかをよりよく理解できるようになります。

グローバル センサー ネットワークは、多くの国で高レベルの地震を捉えています。地域のセンサー ネットワークは非常に密集しているため、低レベルの地震を簡単に捉えることができます。世界中の何千ものセンサーからのデータを使用して、コンピューターは地震の判断を下すことができます。このシステムは、地震がいつ発生し、どのくらいの強さであるかを判断できます。地震が起きようとしている場所にも警報が送られます。数秒間の警告は取るに足らないものに思えるかもしれませんが、より多くの命を救うことができます。人々は警報を受け取ると、すぐに走行中の列車の速度を落とし、ガス栓を閉めます。人々がその数秒でできることは、命を救うことができます。

以上の内容で、センサーネットワークについての予備知識はお持ちだと思います。環境モニタリング、都市監視、地震検知に広く使用されています。センサー ネットワークの適用により、多くの自動化タスクが可能になります。

センサーネットワークについてよくある質問

1. センサー ネットワークとは何ですか? また、どのように機能しますか?

   センサー ネットワークは、物理環境に関するデータを収集し、中央ノードまたは基地局とワイヤレスで通信する小型で低コストのセンサーのネットワークです。個々のセンサーからデータを収集し、中央の場所に送信して処理と分析を行います。

2. センサー ネットワークで使用されるさまざまな種類のセンサーは何ですか?

   センサー ネットワークで使用されるさまざまな種類のセンサーには、温度、湿度、圧力、モーション、および光センサーなどがあります。

3. センサー ネットワークで使用されるさまざまな通信プロトコルは何ですか?

   センサー ネットワークで使用されるさまざまな通信プロトコルには、Zigbee、Bluetooth、Wi-Fi、LoRaWAN などがあります。

4. センサー ネットワークはデータの管理と処理をどのように処理しますか?

   センサー ネットワークは、個々のセンサーでのローカル処理と、基地局またはクラウド サーバーでの集中処理によって、データの管理と処理を行います。

5. センサー ネットワークは、長期運用のための電力管理をどのように処理しますか?

   センサー ネットワークは、低電力センサー、エネルギー ハーベスティング、およびスリープ モードを通じて、長期運用のための電力管理を処理します。

6. 有線センサー ネットワークと無線センサー ネットワークの違いは何ですか?

   有線センサー ネットワークは物理接続を使用してデータを送信しますが、無線センサー ネットワークは無線通信プロトコルを使用してデータを送信します。

7. 安定したネットワーク接続がない場合、センサー ネットワークは通信とデータ転送をどのように処理しますか?

   センサー ネットワークは、個々のセンサーが相互に通信し、基地局にデータを中継できるメッシュ ネットワークを介して、安定したネットワーク接続なしで通信とデータ転送を処理します。

8. センサー ネットワークを他の監視および制御システムとどのように統合できますか?

   センサー ネットワークは、API とプロトコルを使用して他の監視および制御システムと統合できるため、データ交換と相互運用性が可能になります。

9. 予知保全と状態監視にセンサー ネットワークをどのように使用できますか?

   センサー ネットワークは、機器のパフォーマンスに関するデータを収集および分析し、深刻になる前に潜在的な問題を特定することにより、予知保全および状態監視に使用できます。