Что такое беспроводная сенсорная сеть (WSN)?

В последние годы все больше людей во всем мире используют беспроводную связь. сенсорные сети. Эффективный дизайн WSN становится областью исследований в крупных исследовательских центрах. В этой статье мы поговорим об определении беспроводных сенсорных сетей и связанных с ними приложениях.

Что такое беспроводная сенсорная сеть?

Беспроводная сенсорная сеть (WSN) может быть определена как самонастраивающаяся беспроводная сеть. И никакой дополнительной инфраструктуры не требуется. Он предназначен для наблюдения за физическими или другими условиями окружающей среды. Например, давление, движение, температура, звук и вибрация. Он также соединяет эти данные или информацию напрямую с приемником через сеть. Этот приемник часто считается основным местом для наблюдения и анализа информации.

Интерфейс между пользователем и сетью, по-видимому, состоит из базовой станции или приемника. На этом этапе люди могут вставлять запросы в этот интерфейс и получать результаты, полученные получателем. Затем они могут получить необходимую им информацию из сети.

Беспроводные сенсорные сети имеют тысячи сенсорных узлов. Эти узлы позволяют им общаться друг с другом, используя радиосигналы. Беспроводные сенсорные узлы также оснащены мощными компонентами. Этими компонентами являются датчики, радиопередатчики, вычислительные устройства и источники питания.

Узлы беспроводных датчиков по своей природе ограничены в ресурсах. Эти узлы имеют ограниченную скорость обработки, емкость хранилища и пропускную способность связи.

Они развертывают сенсорные узлы в этом районе. После этого они будут отвечать за организацию соответствующей сетевой инфраструктуры. Тогда будет иметь место многоскачковая связь с ними. Затем бортовые датчики начинают собирать информацию об интересующих пользователя данных. Беспроводное сенсорное сетевое устройство отвечает на запрос, отправленный станцией управления. Получив запрос, он немедленно выполняет определенную команду или предоставляет пользователю образец датчика.

Узлы датчиков обычно работают непрерывно или по событиям. GPS и алгоритмы локального позиционирования LPS могут получать конкретную информацию о местоположении и позиционировании.

Беспроводные сенсорные устройства обычно оснащены эффективными исполнительными механизмами. Эти приводы предназначены для «действия» при определенных условиях. Эти сети часто называют беспроводными. датчик и привод сети.

Беспроводные датчики предлагают больше преимуществ, чем традиционные автономные датчики и контроллеры. WSN привязаны к конкретной площадке и могут быть размещены рядом с производственной площадкой. Это также позволяет пользователям настраивать сетевые узлы для отслеживания интересующих их переменных. Пользователи также могут увеличить количество датчиков и контроллеров на единицу площади, используя множество узлов. Использование сетей беспроводных датчиков может помочь пользователям эффективно сократить количество развернутых датчиков, а также стоимость сети.

Типы беспроводных сенсорных сетей

Сети беспроводных датчиков подразделяются на разные типы в зависимости от условий их использования. Люди могут развертывать эти сети на суше, под землей, под водой и т. д. Типы WSN включают следующие:

• Наземные беспроводные сенсорные сети
• Подземные беспроводные сенсорные сети
• Подводные беспроводные сенсорные сети
• Мультимедийные беспроводные сенсорные сети
• Мобильные беспроводные сенсорные сети

Наземные беспроводные сенсорные сети

Наземная беспроводная сенсорная сеть предназначена для связи с базовыми станциями. Беспроводной датчик развертывается в структурированном (ad hoc) или неструктурированном (заранее запланированном) режиме для тысяч узлов WSN. При неструктурированном развертывании сенсорные узлы случайным образом распределяются в целевой области, удаленной от заданной плоскости. Пропустить, структурированный режим учитывает оптимальное размещение, размещение сетки и 2D- и 3D-модели размещения.

Наземная беспроводная сенсорная сеть оснащена солнечным элементом. Батарея используется только как вспомогательный источник энергии, а мощность самой сетевой батареи ограничена. WSN обеспечивает экономию энергии с помощью нескольких операций. Например, малый рабочий цикл, оптимизированная маршрутизация, минимальная задержка и т. д.

Подземные беспроводные сенсорные сети

Подземные беспроводные сенсорные сети дороже, чем наземные беспроводные сенсорные сети. Пользователи должны учитывать затраты на развертывание, обслуживание и оборудование, прежде чем использовать этот WSN. Подземные беспроводные сенсорные сети имеют несколько сенсорных узлов, которые могут отслеживать подземные условия. Эти подземные сенсорные узлы обычно скрыты. Остальные узлы находятся над землей. Они отправляют данные на базовую станцию через специализированные сенсорные узлы.

Подземные беспроводные сенсорные сети сталкиваются с рядом проблем. Людям трудно заряжать подземные беспроводные сенсорные сети, развернутые под землей. Даже сенсорные узлы, оснащенные батареями, не имеют легкого доступа к энергии. Во-вторых, подземная среда также значительно ослабляет сигнал связи. Людям трудно использовать беспроводную связь в этой среде.

Подводные беспроводные сенсорные сети

Согласно соответствующим исследованиям, более 70% земной поверхности принадлежит морским ресурсам. Подводные беспроводные сенсорные сети состоят из множества сенсорных узлов и транспортных средств, находящихся под водой. Эти подводные устройства и транспортные средства собирают данные с развернутых сенсорных узлов.

Подводная среда делает беспроводную связь огромной проблемой. Подводная среда подвержена задержкам распространения, пропускной способности и отказам датчиков. Один также оснащает WSN батареями ограниченного объема, которые нельзя перезаряжать или заменять из-за проблем с энергией.

Мультимедийные беспроводные сенсорные сети

Мультимедийные беспроводные сенсорные сети позволяют людям отслеживать и отслеживать мультимедийные события. Например, некоторые видео, изображения и аудио. Узлы сетевых датчиков в основном оснащены камерами и микрофонами. Эти сенсорные узлы связаны через Интернет. Они предоставляют пользователям функции поиска, сжатия данных и корреляции.

Есть много проблем с мультимедийными WSN. Например, высокая пропускная способность, высокое энергопотребление и сложные методы обработки и сжатия. Кроме того, мультимедиа должны иметь высокую пропускную способность для правильной доставки контента.

Мобильные беспроводные сенсорные сети

Мобильная беспроводная сенсорная сеть состоит из сенсорных узлов, которые могут свободно перемещаться. Эти узлы могут взаимодействовать с физической средой, а также выполнять измерения и связь. Сети мобильных беспроводных датчиков более универсальны, чем статические датчики. Плюсов у него больше. Мобильные WSN имеют превосходную пропускную способность канала, лучшую энергоэффективность и т. д.

Применение беспроводных сенсорных сетей

В мире широко используются различные приложения БСС. Основываясь на характере приложений беспроводной сенсорной сети, мы можем разделить их на пять категорий. Они следующие:

• Военный
• Здоровье
• Среда
• Животное и растение
• промышленный

Военные приложения

Военный сектор, по мнению большинства, является движущей силой исследований сенсорных сетей. Эта область также является первой областью человеческой деятельности, в которой используются WSN. По мере развития сенсорных технологий они могут поддерживать широкий спектр операций. Военные приложения WSN - это, прежде всего, наблюдение за полем боя, боевое наблюдение и обнаружение злоумышленников.

Датчики могут использоваться для обнаружения веществ, состоящих из химических, биологических и радиологических веществ. И токсичные промышленные материалы (ТИМ). Для обнаружения вторжений можно было бы использовать несколько типов WSN. Такие как инфракрасные, оптоэлектронные, лазерные и вибрационные датчики. Среди них узлы WSN будут использовать RADAR, LIDAR, LADAR и ультразвуковые датчики для определения расстояния до целевого объекта. В данном случае РАДАР означает радиообнаружение и определение дальности, а ЛИДАР — обнаружение света и определение дальности. А LADAR - это лазерное обнаружение и дальнометрия. LADAR и инфракрасные датчики также помогают в быстрой визуализации.

Размещение сенсорных узлов на поле боя рядом с путями, которые могут использовать силы противника, является одним из эффективных приложений WSN. WSN на поле боя может работать без постоянного ручного обслуживания и обслуживания и передавать свое местоположение. Вы должны знать, что на поле боя есть много переменных. Таким образом, покрытие и энергопотребление сенсорных узлов играют здесь важную роль.

Приложения для здоровья

Беспроводные сенсорные сети используют передовые медицинские и носимые устройства в области здравоохранения. Медицинские датчики отслеживать пациентов в медицинских учреждениях, больницах или дома. В то же время носимые устройства отслеживают показатели жизнедеятельности этих пациентов в режиме реального времени. Сочетание медицинских датчиков и носимых устройств дает множество преимуществ. Это позволяет врачам удаленно отслеживать состояние здоровья пациентов. Это значительно удешевляет лечение пациентов.

Ярким примером являются электрокардиограммы (ЭКГ) в реальном времени. Датчики реального времени, используемые ЭКГ, предоставляют пациентам персонализированную медицинскую помощь. Датчики в режиме реального времени также позволяют врачам отслеживать уровень сахара в крови пациентов и другие диагнозы.

Экологические приложения

Непрерывный мониторинг состояния окружающей среды на конкретной территории достигается с помощью БСС. WSN также помогает улучшить экологические приложения. Сеть может предотвратить нанесение вреда здоровью людей через опасные заболевания, передающиеся воздушно-капельным путем. Более распространенными экологическими приложениями WSN являются мониторинг качества воды и мониторинг воздуха.

Сеть беспроводных датчиков для мониторинга качества воды

Люди могут использовать киберфизическую систему PipeSense для оценки качества пресной питьевой воды. В системе используется WSN на основе RFID. внутри трубопровода для контроля качества воды. Сеть поддерживает предоставление различной информации о водопотреблении или качестве воды. Некоторая информация о техническом обслуживании, например о слабых местах или утечках в трубах, также доступна для просмотра. Конвейер обрабатывает датчики RFID для сбора информации из системы и отправки ее в назначенную службу данных. Затем алгоритмы используют эту информацию для поддержки принятия решений.

Мониторинг воздуха

Люди могут использовать сети беспроводных датчиков для отслеживания качества воздуха в районах, занятых враждебными силами. WSN-AQMS — типичный пример приложения для мониторинга воздуха. Система сочетает в себе газовые датчики с мотыльками Libelium. Их комбинация позволяет измерять параметры качества воздуха для таких газов, как озон, CO и NO 2 .

Приложения для растений и животных

WSN можно применять для мониторинга теплиц и улучшения их работы. Фермеры могут собирать параметры окружающей среды с помощью системы под названием AEMS. В системе используются датчики WSN в сочетании с камерами видеонаблюдения. Фермеры могут собирать и отслеживать данные о росте урожая внутри и снаружи теплицы. В основном они собирают параметры окружающей среды. Например, температура, интенсивность света, влажность, давление воздуха, осадки и т. д.

С помощью этой системы люди могут отслеживать рост урожая в теплицах. В то же время люди также могут использовать их для повышения урожайности или улучшения качества урожая путем изменения определенных факторов окружающей среды.

Промышленное применение

Применение БСС в различных промышленных приложениях решает множество проблем. Многие логистические системы будут использовать WSN для мониторинга различных параметров окружающей среды в режиме реального времени. Это помогает работникам лучше обрабатывать пакеты. Развертывание системы на основе WSN позволяет компаниям отслеживать транспортные условия различных транспортных маршрутов. Например, температура и влажность внутри контейнера движущегося грузовика. Результаты исследования показывают, что использование WSN в логистике повышает качество за счет лучшего контроля. Это также способствует снижению затрат за счет снижения потерь при транспортировке.

Применение WSN в логистике холодовой цепи может улучшить ее мониторинг и управление. WSN может отслеживать различные параметры окружающей среды в режиме реального времени. Он может предоставить предприятиям точные данные для удовлетворения потребностей в логистике холодовой цепи.

Есть много других потенциальных приложений для беспроводных сенсорных сетей.

• Интернет вещей
• Автоматизация и умный дом
• Видеонаблюдение
• Мониторинг трафика
• Мониторинг медицинского оборудования

Нет никаких сомнений в том, что беспроводные сенсорные сети обладают исключительными возможностями. Беспроводные сенсорные сети предлагают значительные преимущества во всех сферах человеческой деятельности. Поскольку технология продолжает развиваться, ожидается, что диапазон приложений WSN будет расти.

---

О беспроводных сенсорных сетях Часто задаваемые вопросы

1. Что такое беспроводные сенсорные сети и как они работают?

   Сети беспроводных датчиков — это сети небольших недорогих датчиков, которые обмениваются данными по беспроводной сети для мониторинга и управления физической средой. Датчики собирают данные и отправляют их на центральный узел или базовую станцию для обработки.

2. Какие типы датчиков используются в беспроводных сенсорных сетях?

   Датчики, используемые в беспроводных сенсорных сетях, включают датчики температуры, влажности, давления, движения и света.

3. Какие протоколы связи используются в беспроводных сенсорных сетях?

   Протоколы связи, используемые в беспроводных сенсорных сетях, включают среди прочего Zigbee, Bluetooth, Wi-Fi и LoRaWAN.

4. Как беспроводные сенсорные сети справляются с управлением и обработкой данных?

   Сети беспроводных датчиков обеспечивают управление данными и их обработку посредством локальной обработки на отдельных датчиках и централизованной обработки на базовой станции или облачном сервере.

5. Каковы соображения безопасности при внедрении беспроводных сенсорных сетей?

   Вопросы безопасности при реализации беспроводных сенсорных сетей включают аутентификацию, контроль доступа, шифрование и обнаружение вторжений.

6. Как беспроводные сенсорные сети обеспечивают управление питанием для долгосрочной работы?

   Сети беспроводных датчиков обеспечивают управление питанием для долгосрочной работы с помощью датчиков с низким энергопотреблением, сбора энергии и спящих режимов.

7. Каковы некоторые из распространенных сценариев развертывания беспроводных сенсорных сетей?

   Общие сценарии развертывания беспроводных сенсорных сетей включают автоматизацию зданий, управление производственными процессами и мониторинг окружающей среды.

8. Как беспроводные сенсорные сети справляются с размещением и оптимизацией сенсоров для максимального покрытия?

   Сети беспроводных датчиков управляют размещением датчиков и оптимизируют их для максимального покрытия, используя алгоритмы, которые оптимизируют размещение датчиков в зависимости от факторов окружающей среды и требований к покрытию.

9. Каковы различия между централизованными и распределенными сетями беспроводных датчиков?

   Централизованные сети беспроводных датчиков полагаются на центральный узел или базовую станцию для обработки данных и управления, в то время как распределенные сети беспроводных датчиков распределяют функции обработки и управления между отдельными датчиками.

10. Как можно интегрировать беспроводные сенсорные сети с другими системами мониторинга и управления?

    Сети беспроводных датчиков могут быть интегрированы с другими системами мониторинга и управления с использованием API и протоколов, что обеспечивает обмен данными и совместимость.

11. Как можно использовать беспроводные сенсорные сети для профилактического обслуживания и мониторинга состояния?

    Сети беспроводных датчиков можно использовать для профилактического обслуживания и мониторинга состояния путем сбора и анализа данных о производительности оборудования и выявления потенциальных проблем до того, как они станут серьезными.