شبكات الاستشعار اللاسلكية. معدات الاختبار الآلي والميكانيكا عن بعدتطبيقات برامج معدات التغليف لشبكات الاستشعار

مكسيم سيرجيفسكي

سمحت أحدث تقنيات الاتصالات اللاسلكية والتقدم في إنتاج الدوائر الصغيرة على مدى السنوات القليلة الماضية بالانتقال إلى التطوير العملي وتنفيذ فئة جديدة من أنظمة الاتصالات الموزعة - شبكات الاستشعار.

تتكون شبكات الاستشعار اللاسلكية (شبكات الاستشعار اللاسلكية) من أجهزة كمبيوتر واتصالات مصغرة - mots ( من الانجليزية motes - جزيئات الغبار) ، أو أجهزة الاستشعار. القشرة عبارة عن لوحة لا يزيد حجمها عن بوصة مكعبة واحدة. تحتوي اللوحة على المعالج والذاكرة - الفلاش والتشغيل ، والمحولات الرقمية إلى التناظرية ومن التناظرية إلى الرقمية ، وجهاز إرسال واستقبال التردد اللاسلكي ، وإمدادات الطاقة ، وأجهزة الاستشعار. يمكن أن تكون أجهزة الاستشعار متنوعة للغاية ؛ أنها متصلة عبر الموصلات الرقمية والتناظرية. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام مستشعرات درجة الحرارة والضغط والرطوبة والضوء والاهتزاز ، في كثير من الأحيان - المغناطيسية الكهربائية والكيميائية (على سبيل المثال ، قياس محتوى ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون) والصوت وبعض الآخرين. تعتمد مجموعة المستشعرات المستخدمة على الوظائف التي تؤديها شبكات الاستشعار اللاسلكية. يتم تشغيل المحرك بواسطة بطارية صغيرة. تُستخدم الحركات فقط لجمع البيانات الحسية ومعالجتها الأولية ونقلها. يظهر شكل الروبوتات التي تنتجها جهات تصنيع مختلفة في الشكل. واحد.

تتم المعالجة الوظيفية الرئيسية للبيانات التي تم جمعها بواسطة motes في العقدة ، أو البوابة ، وهي كمبيوتر قوي إلى حد ما. ولكن من أجل معالجة البيانات ، يجب عليك أولاً الحصول عليها. لهذا الغرض ، يجب أن تكون العقدة مجهزة بهوائي. ولكن على أي حال ، لا يمكن الوصول إلى العقدة سوى القواطع القريبة بدرجة كافية منها ؛ بمعنى آخر ، لا تتلقى العقدة المعلومات مباشرة من كل ذرة. يتم حل مشكلة الحصول على المعلومات الحسية التي تم جمعها بواسطة mots على النحو التالي. يمكن للحشرات تبادل المعلومات مع بعضها البعض باستخدام أجهزة إرسال واستقبال التردد اللاسلكي. هذه ، أولاً ، المعلومات الحسية المقروءة من أجهزة الاستشعار ، وثانياً ، معلومات حول حالة الأجهزة ونتائج عملية نقل البيانات. تنتقل المعلومات من بعض الموتات إلى أخرى على طول السلسلة ، ونتيجة لذلك ، تتجاهل المقاطع الأقرب للبوابة جميع المعلومات المتراكمة إليها. إذا فشلت بعض المفاتيح ، يجب أن تستمر شبكة الاستشعار في العمل بعد إعادة التكوين. لكن في هذه الحالة ، بطبيعة الحال ، يتناقص عدد مصادر المعلومات.

لأداء الوظائف ، يتم تثبيت نظام تشغيل متخصص على كل محرك. تستخدم معظم شبكات الاستشعار اللاسلكية اليوم نظام TinyOS ، وهو نظام تشغيل تم تطويره في جامعة بيركلي. TinyOS هو برنامج مفتوح المصدر ؛ كان متوفرا على www.tinyos.net. TinyOS هو نظام تشغيل في الوقت الحقيقي يحركه الأحداث ومصمم للعمل في ظل موارد حوسبة محدودة. يسمح نظام التشغيل هذا للمفاتيح بإنشاء اتصالات مع الجيران تلقائيًا وتشكيل شبكة استشعار لطوبولوجيا معينة. ظهر الإصدار الأخير من TinyOS 2.0 في عام 2006.

العامل الأكثر أهمية في شبكات المستشعرات اللاسلكية هو السعة المحدودة للبطاريات المثبتة في الموتات. يجب ألا يغيب عن البال أنه عادة ما يكون من المستحيل استبدال البطاريات. في هذا الصدد ، من الضروري إجراء أبسط معالجة أولية فقط على mots ، مع التركيز على تقليل حجم المعلومات المرسلة ، والأهم من ذلك ، تقليل عدد دورات استقبال البيانات وإرسالها. لحل هذه المشكلة ، تم تطوير بروتوكولات اتصال خاصة ، وأشهرها بروتوكولات تحالف ZigBee. تم إنشاء هذا التحالف (الموقع الإلكتروني www.zigbee.org) في عام 2002 خصيصًا لتنسيق العمل في مجال شبكات الاستشعار اللاسلكية. وهي تضم أكبر مطوري الأجهزة والبرامج: Philips و Ember و Samsung و IBM و Motorola و Freescale Semiconductor و Texas Instruments و NEC و LG و OKI والعديد من الآخرين (أكثر من 200 عضو في المجموع). إنتل ليست عضوا في التحالف ، على الرغم من أنها تدعم أنشطتها.

من حيث المبدأ ، لتطوير معيار ، بما في ذلك مجموعة بروتوكولات لشبكات الاستشعار اللاسلكية ، استخدم ZigBee معيار IEEE 802.15.4 المطور مسبقًا ، والذي يصف الطبقة المادية ومستوى الوصول إلى الوسيط لشبكات نقل البيانات اللاسلكية عبر مسافات قصيرة (حتى 75 مترًا) مع استهلاك منخفض للطاقة ، ولكن بدرجة عالية من الموثوقية. بعض خصائص نقل البيانات الراديوية لمعيار IEEE 802.15.4 موضحة في الجدول. واحد.

الجدول 1. خصائص الإرسال الراديوي IEEE 802.15.4

في الوقت الحالي ، طورت ZigBee المعيار الوحيد في هذا المجال ، والذي يدعمه إنتاج منتجات الأجهزة والبرامج المتوافقة تمامًا. تسمح بروتوكولات ZigBee للأجهزة بوضع السبات ب حولمعظم الوقت ، مما يطيل عمر البطارية بشكل كبير.

من الواضح أنه ليس من السهل تطوير مخططات تبادل البيانات بين المئات بل وحتى آلاف النقاط. من بين أمور أخرى ، من الضروري مراعاة حقيقة أن شبكات الاستشعار تعمل في نطاقات تردد غير مرخصة ، وبالتالي ، في بعض الحالات ، قد يحدث تداخل ناتج عن مصادر خارجية لإشارات الراديو. يُنصح أيضًا بتجنب الإرسال المتكرر لنفس البيانات ، بالإضافة إلى مراعاة أنه نظرًا لعدم كفاية كثافة الطاقة والتأثيرات الخارجية ، ستفشل المقاطع إلى الأبد أو لبعض الوقت. في جميع هذه الحالات ، يجب تعديل أنظمة الاتصال. نظرًا لأن أحد أهم ميزات TinyOS هو الاختيار التلقائي لمخطط تنظيم الشبكة وطرق نقل البيانات ، فإن شبكات الاستشعار اللاسلكية هي في الأساس ذاتية التكوين.

في أغلب الأحيان ، يجب أن تكون القذرة قادرة على تحديد موقعها بشكل مستقل ، على الأقل فيما يتعلق بالذرة الأخرى التي ستنقل إليها البيانات. أي ، أولاً ، يتم تحديد جميع الموتات ، ثم يتم تشكيل مخطط التوجيه. بشكل عام ، يتم تقسيم جميع الموتات - أجهزة معيار ZigBee - إلى ثلاث فئات وفقًا لمستوى التعقيد. أعلىهم - المنسق - يدير تشغيل الشبكة ، ويخزن البيانات حول هيكلها ويعمل كبوابة لنقل البيانات التي تم جمعها بواسطة شبكة الاستشعار اللاسلكية بأكملها لمزيد من المعالجة. عادة ما تستخدم شبكات الاستشعار منسق واحد. المحرك ذو التعقيد المتوسط \u200b\u200bهو جهاز التوجيه ، أي يمكنه استقبال البيانات ونقلها ، وكذلك تحديد اتجاه الإرسال. أخيرًا ، يمكن لأبسط موتو نقل البيانات فقط إلى أقرب جهاز توجيه. وهكذا ، اتضح أن معيار ZigBee يدعم شبكة ذات بنية عنقود (الشكل 2). تتكون الكتلة بواسطة جهاز توجيه وأبسط جزيئات تطلب منها بيانات حسية. تقوم أجهزة التوجيه العنقودية بترحيل البيانات إلى بعضها البعض ، وفي النهاية يتم تمرير البيانات إلى المنسق. عادة ما يكون للمنسق رابط إلى شبكة IP ، حيث يتم إرسال البيانات للمعالجة النهائية.

في روسيا ، هناك تطورات جارية أيضًا تتعلق بإنشاء شبكات استشعار لاسلكية. وبالتالي ، تقدم شركة High-Tech Systems منصة الأجهزة والبرامج الخاصة بها MeshLogic لبناء شبكات استشعار لاسلكية (موقع الويب www.meshlogic.ru). يتمثل الاختلاف الرئيسي بين هذه المنصة و ZigBee في تركيزها على بناء شبكات شبكة نظير إلى نظير (الشكل 3). في مثل هذه الشبكات ، تكون وظيفة كل ذرة واحدة. تتيح إمكانية التنظيم الذاتي والشفاء الذاتي لشبكات الهيكل الشبكي ، في حالة توقف جزء من المفاتيح عن العمل ، تكوين بنية شبكة جديدة تلقائيًا. صحيح ، على أي حال ، أنت بحاجة إلى وحدة وظيفية مركزية تستقبل جميع البيانات وتعالجها ، أو بوابة لنقل البيانات إلى وحدة المعالجة. غالبًا ما يُطلق على الشبكات المنشأة تلقائيًا المصطلح اللاتيني Ad Hoc ، والذي يعني "حالة معينة".

في شبكات MeshLogic ، يمكن لكل mote إجراء ترحيل الحزمة ، وهو ما يشبه في الوظيفة جهاز توجيه ZigBee. شبكات MeshLogic ذاتية التنظيم تمامًا: لا توجد عقدة منسقة. يمكن استخدام أجهزة مختلفة كأجهزة إرسال واستقبال للترددات الراديوية في MeshLogic ، ولا سيما Cypress WirelessUSB ، والتي تعمل ، مثل أجهزة ZigBee ، في نطاق تردد 2.4 ... 2.4835 جيجاهرتز. وتجدر الإشارة إلى أن الطبقات السفلية من حزمة البروتوكولات موجودة فقط لمنصة MeshLogic. يُعتقد أنه سيتم إنشاء المستويات العليا ، ولا سيما مستويات الشبكة والتطبيق ، لتطبيقات محددة. التكوينات والمعلمات الأساسية لاثنين من ذرات MeshLogic وذرة ZigBee موضحة في الجدول. 2.

الجدول 2. الخصائص الرئيسية للجرثومة من مختلف الصانعين

لاحظ أنه لا توجد مستشعرات لمس مدمجة في هذه اللوحات.

دعنا نشير أولاً إلى ما يميز شبكات الاستشعار اللاسلكية عن شبكات الحوسبة التقليدية (السلكية واللاسلكية):

• الغياب التام لأي كبلات - كهربائية ، اتصالات ، إلخ ؛
• إمكانية الوضع المضغوط أو حتى دمج mots في الكائنات البيئية ؛
• موثوقية كل من العناصر الفردية ، والأهم من ذلك ، النظام بأكمله ؛ في بعض الحالات ، يمكن للشبكة أن تعمل في حالة تشغيل 10-20٪ فقط من أجهزة الاستشعار (mots) ؛
• لا حاجة للموظفين للتركيب والصيانة.

يمكن استخدام شبكات الاستشعار في العديد من مجالات التطبيق. تعد شبكات الاستشعار اللاسلكية تقنية جديدة واعدة وجميع المشاريع ذات الصلة قيد التطوير في الغالب. دعنا نشير إلى المجالات الرئيسية لتطبيق هذه التكنولوجيا:

• أنظمة الدفاع والأمن ؛
• تحكم بيئي؛
• مراقبة المعدات الصناعية
• انظمة حماية؛
• مراقبة حالة الأراضي الزراعية ؛
• إدارة امدادات الطاقة؛
• التحكم في أنظمة التهوية وتكييف الهواء والإضاءة ؛
• إنذار حريق؛
• مراقبة المخزون؛
• تتبع نقل البضائع ؛
• مراقبة الحالة الفسيولوجية للشخص ؛
• مراقبة الموظفين.

من بين عدد كبير إلى حد ما من الأمثلة على استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية ، سنفرد اثنين. ولعل الأكثر شهرة هو نشر الشبكة على متن ناقلة نفط BP. هناك ، باستخدام شبكة مبنية على أساس معدات إنتل ، تمت مراقبة حالة السفينة من أجل تنظيم الصيانة الوقائية لها. قامت شركة BP بتحليل ما إذا كانت شبكة الاستشعار يمكن أن تعمل على متن السفن في درجات الحرارة القصوى والاهتزاز العالي والمستويات الكبيرة من تداخل التردد اللاسلكي الموجود في بعض مناطق السفينة. كانت التجربة ناجحة ، وأعيد تكوينها تلقائيًا عدة مرات واستعادتها إلى الشبكة.

مثال على مشروع تجريبي آخر تم تنفيذه هو نشر شبكة استشعار في قاعدة للقوات الجوية الأمريكية في فلوريدا. أظهر النظام قدرة جيدة على التعرف على الأجسام المعدنية المختلفة ، بما في ذلك الأجسام المتحركة. أتاح استخدام شبكة الاستشعار اكتشاف تغلغل الأشخاص والسيارات في المنطقة الخاضعة للسيطرة وتتبع تحركاتهم. لحل هذه المشاكل ، استخدمنا موتات مزودة بأجهزة استشعار كهربائية مغناطيسية ودرجة الحرارة. في الوقت الحالي ، يتوسع نطاق المشروع ، ويتم بالفعل تثبيت شبكة استشعار لاسلكية على موقع اختبار بمساحة 10.000 × 500 م ، وتقوم العديد من الجامعات الأمريكية بتطوير برنامج التطبيق المقابل.

مكسيم سيرجيفسكي

سمحت أحدث تقنيات الاتصالات اللاسلكية والتقدم في إنتاج الدوائر الصغيرة على مدى السنوات القليلة الماضية بالانتقال إلى التطوير العملي وتنفيذ فئة جديدة من أنظمة الاتصالات الموزعة - شبكات الاستشعار.

تتكون شبكات الاستشعار اللاسلكية (شبكات الاستشعار اللاسلكية) من أجهزة كمبيوتر واتصالات مصغرة - mots ( من الانجليزية motes - جزيئات الغبار) ، أو أجهزة الاستشعار. القشرة عبارة عن لوحة لا يزيد حجمها عن بوصة مكعبة واحدة. تحتوي اللوحة على المعالج والذاكرة - الفلاش والتشغيل ، والمحولات الرقمية إلى التناظرية ومن التناظرية إلى الرقمية ، وجهاز إرسال واستقبال التردد اللاسلكي ، وإمدادات الطاقة ، وأجهزة الاستشعار. يمكن أن تكون أجهزة الاستشعار متنوعة للغاية ؛ أنها متصلة عبر الموصلات الرقمية والتناظرية. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام مستشعرات درجة الحرارة والضغط والرطوبة والضوء والاهتزاز ، في كثير من الأحيان - المغناطيسية الكهربائية والكيميائية (على سبيل المثال ، قياس محتوى ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون) والصوت وبعض الآخرين. تعتمد مجموعة المستشعرات المستخدمة على الوظائف التي تؤديها شبكات الاستشعار اللاسلكية. يتم تشغيل المحرك بواسطة بطارية صغيرة. تُستخدم الحركات فقط لجمع البيانات الحسية ومعالجتها الأولية ونقلها. يظهر شكل الروبوتات التي تنتجها جهات تصنيع مختلفة في الشكل. واحد.

تتم المعالجة الوظيفية الرئيسية للبيانات التي تم جمعها بواسطة motes في العقدة ، أو البوابة ، وهي كمبيوتر قوي إلى حد ما. ولكن من أجل معالجة البيانات ، يجب عليك أولاً الحصول عليها. لهذا الغرض ، يجب أن تكون العقدة مجهزة بهوائي. ولكن على أي حال ، لا يمكن الوصول إلى العقدة سوى القواطع القريبة بدرجة كافية منها ؛ بمعنى آخر ، لا تتلقى العقدة المعلومات مباشرة من كل ذرة. يتم حل مشكلة الحصول على المعلومات الحسية التي تم جمعها بواسطة mots على النحو التالي. يمكن للحشرات تبادل المعلومات مع بعضها البعض باستخدام أجهزة إرسال واستقبال التردد اللاسلكي. هذه ، أولاً ، المعلومات الحسية المقروءة من أجهزة الاستشعار ، وثانياً ، معلومات حول حالة الأجهزة ونتائج عملية نقل البيانات. تنتقل المعلومات من بعض الموتات إلى أخرى على طول السلسلة ، ونتيجة لذلك ، تتجاهل المقاطع الأقرب للبوابة جميع المعلومات المتراكمة إليها. إذا فشلت بعض المفاتيح ، يجب أن تستمر شبكة الاستشعار في العمل بعد إعادة التكوين. لكن في هذه الحالة ، بطبيعة الحال ، يتناقص عدد مصادر المعلومات.

لأداء الوظائف ، يتم تثبيت نظام تشغيل متخصص على كل محرك. تستخدم معظم شبكات الاستشعار اللاسلكية اليوم نظام TinyOS ، وهو نظام تشغيل تم تطويره في جامعة بيركلي. TinyOS هو برنامج مفتوح المصدر ؛ كان متوفرا على www.tinyos.net. TinyOS هو نظام تشغيل في الوقت الحقيقي يحركه الأحداث ومصمم للعمل في ظل موارد حوسبة محدودة. يسمح نظام التشغيل هذا للمفاتيح بإنشاء اتصالات مع الجيران تلقائيًا وتشكيل شبكة استشعار لطوبولوجيا معينة. ظهر الإصدار الأخير من TinyOS 2.0 في عام 2006.

العامل الأكثر أهمية في شبكات المستشعرات اللاسلكية هو السعة المحدودة للبطاريات المثبتة في الموتات. يجب ألا يغيب عن البال أنه عادة ما يكون من المستحيل استبدال البطاريات. في هذا الصدد ، من الضروري إجراء أبسط معالجة أولية فقط على mots ، مع التركيز على تقليل حجم المعلومات المرسلة ، والأهم من ذلك ، تقليل عدد دورات استقبال البيانات وإرسالها. لحل هذه المشكلة ، تم تطوير بروتوكولات اتصال خاصة ، وأشهرها بروتوكولات تحالف ZigBee. تم إنشاء هذا التحالف (الموقع الإلكتروني www.zigbee.org) في عام 2002 خصيصًا لتنسيق العمل في مجال شبكات الاستشعار اللاسلكية. وهي تضم أكبر مطوري الأجهزة والبرامج: Philips و Ember و Samsung و IBM و Motorola و Freescale Semiconductor و Texas Instruments و NEC و LG و OKI والعديد من الآخرين (أكثر من 200 عضو في المجموع). إنتل ليست عضوا في التحالف ، على الرغم من أنها تدعم أنشطتها.

من حيث المبدأ ، لتطوير معيار ، بما في ذلك مجموعة بروتوكولات لشبكات الاستشعار اللاسلكية ، استخدم ZigBee معيار IEEE 802.15.4 المطور مسبقًا ، والذي يصف الطبقة المادية ومستوى الوصول إلى الوسيط لشبكات نقل البيانات اللاسلكية عبر مسافات قصيرة (حتى 75 مترًا) مع استهلاك منخفض للطاقة ، ولكن بدرجة عالية من الموثوقية. بعض خصائص نقل البيانات الراديوية لمعيار IEEE 802.15.4 موضحة في الجدول. واحد.

الجدول 1. خصائص الإرسال الراديوي IEEE 802.15.4

في الوقت الحالي ، طورت ZigBee المعيار الوحيد في هذا المجال ، والذي يدعمه إنتاج منتجات الأجهزة والبرامج المتوافقة تمامًا. تسمح بروتوكولات ZigBee للأجهزة بوضع السبات ب حولمعظم الوقت ، مما يطيل عمر البطارية بشكل كبير.

من الواضح أنه ليس من السهل تطوير مخططات تبادل البيانات بين المئات بل وحتى آلاف النقاط. من بين أمور أخرى ، من الضروري مراعاة حقيقة أن شبكات الاستشعار تعمل في نطاقات تردد غير مرخصة ، وبالتالي ، في بعض الحالات ، قد يحدث تداخل ناتج عن مصادر خارجية لإشارات الراديو. يُنصح أيضًا بتجنب الإرسال المتكرر لنفس البيانات ، بالإضافة إلى مراعاة أنه نظرًا لعدم كفاية كثافة الطاقة والتأثيرات الخارجية ، ستفشل المقاطع إلى الأبد أو لبعض الوقت. في جميع هذه الحالات ، يجب تعديل أنظمة الاتصال. نظرًا لأن أحد أهم ميزات TinyOS هو الاختيار التلقائي لمخطط تنظيم الشبكة وطرق نقل البيانات ، فإن شبكات الاستشعار اللاسلكية هي في الأساس ذاتية التكوين.

في أغلب الأحيان ، يجب أن تكون القذرة قادرة على تحديد موقعها بشكل مستقل ، على الأقل فيما يتعلق بالذرة الأخرى التي ستنقل إليها البيانات. أي ، أولاً ، يتم تحديد جميع الموتات ، ثم يتم تشكيل مخطط التوجيه. بشكل عام ، يتم تقسيم جميع الموتات - أجهزة معيار ZigBee - إلى ثلاث فئات وفقًا لمستوى التعقيد. أعلىهم - المنسق - يدير تشغيل الشبكة ، ويخزن البيانات حول هيكلها ويعمل كبوابة لنقل البيانات التي تم جمعها بواسطة شبكة الاستشعار اللاسلكية بأكملها لمزيد من المعالجة. عادة ما تستخدم شبكات الاستشعار منسق واحد. المحرك ذو التعقيد المتوسط \u200b\u200bهو جهاز التوجيه ، أي يمكنه استقبال البيانات ونقلها ، وكذلك تحديد اتجاه الإرسال. أخيرًا ، يمكن لأبسط موتو نقل البيانات فقط إلى أقرب جهاز توجيه. وهكذا ، اتضح أن معيار ZigBee يدعم شبكة ذات بنية عنقود (الشكل 2). تتكون الكتلة بواسطة جهاز توجيه وأبسط جزيئات تطلب منها بيانات حسية. تقوم أجهزة التوجيه العنقودية بترحيل البيانات إلى بعضها البعض ، وفي النهاية يتم تمرير البيانات إلى المنسق. عادة ما يكون للمنسق رابط إلى شبكة IP ، حيث يتم إرسال البيانات للمعالجة النهائية.

في روسيا ، هناك تطورات جارية أيضًا تتعلق بإنشاء شبكات استشعار لاسلكية. وبالتالي ، تقدم شركة High-Tech Systems منصة الأجهزة والبرامج الخاصة بها MeshLogic لبناء شبكات استشعار لاسلكية (موقع الويب www.meshlogic.ru). يتمثل الاختلاف الرئيسي بين هذه المنصة و ZigBee في تركيزها على بناء شبكات شبكة نظير إلى نظير (الشكل 3). في مثل هذه الشبكات ، تكون وظيفة كل ذرة واحدة. تتيح إمكانية التنظيم الذاتي والشفاء الذاتي لشبكات الهيكل الشبكي ، في حالة توقف جزء من المفاتيح عن العمل ، تكوين بنية شبكة جديدة تلقائيًا. صحيح ، على أي حال ، أنت بحاجة إلى وحدة وظيفية مركزية تستقبل جميع البيانات وتعالجها ، أو بوابة لنقل البيانات إلى وحدة المعالجة. غالبًا ما يُطلق على الشبكات المنشأة تلقائيًا المصطلح اللاتيني Ad Hoc ، والذي يعني "حالة معينة".

في شبكات MeshLogic ، يمكن لكل mote إجراء ترحيل الحزمة ، وهو ما يشبه في الوظيفة جهاز توجيه ZigBee. شبكات MeshLogic ذاتية التنظيم تمامًا: لا توجد عقدة منسقة. يمكن استخدام أجهزة مختلفة كأجهزة إرسال واستقبال للترددات الراديوية في MeshLogic ، ولا سيما Cypress WirelessUSB ، والتي تعمل ، مثل أجهزة ZigBee ، في نطاق تردد 2.4 ... 2.4835 جيجاهرتز. وتجدر الإشارة إلى أن الطبقات السفلية من حزمة البروتوكولات موجودة فقط لمنصة MeshLogic. يُعتقد أنه سيتم إنشاء المستويات العليا ، ولا سيما مستويات الشبكة والتطبيق ، لتطبيقات محددة. التكوينات والمعلمات الأساسية لاثنين من ذرات MeshLogic وذرة ZigBee موضحة في الجدول. 2.

الجدول 2. الخصائص الرئيسية للجرثومة من مختلف الصانعين

لاحظ أنه لا توجد مستشعرات لمس مدمجة في هذه اللوحات.

دعنا نشير أولاً إلى ما يميز شبكات الاستشعار اللاسلكية عن شبكات الحوسبة التقليدية (السلكية واللاسلكية):

• الغياب التام لأي كبلات - كهربائية ، اتصالات ، إلخ ؛
• إمكانية الوضع المضغوط أو حتى دمج mots في الكائنات البيئية ؛
• موثوقية كل من العناصر الفردية ، والأهم من ذلك ، النظام بأكمله ؛ في بعض الحالات ، يمكن للشبكة أن تعمل في حالة تشغيل 10-20٪ فقط من أجهزة الاستشعار (mots) ؛
• لا حاجة للموظفين للتركيب والصيانة.

يمكن استخدام شبكات الاستشعار في العديد من مجالات التطبيق. تعد شبكات الاستشعار اللاسلكية تقنية جديدة واعدة وجميع المشاريع ذات الصلة قيد التطوير في الغالب. دعنا نشير إلى المجالات الرئيسية لتطبيق هذه التكنولوجيا:

• أنظمة الدفاع والأمن ؛
• تحكم بيئي؛
• مراقبة المعدات الصناعية
• انظمة حماية؛
• مراقبة حالة الأراضي الزراعية ؛
• إدارة امدادات الطاقة؛
• التحكم في أنظمة التهوية وتكييف الهواء والإضاءة ؛
• إنذار حريق؛
• مراقبة المخزون؛
• تتبع نقل البضائع ؛
• مراقبة الحالة الفسيولوجية للشخص ؛
• مراقبة الموظفين.

من بين عدد كبير إلى حد ما من الأمثلة على استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية ، سنفرد اثنين. ولعل الأكثر شهرة هو نشر الشبكة على متن ناقلة نفط BP. هناك ، باستخدام شبكة مبنية على أساس معدات إنتل ، تمت مراقبة حالة السفينة من أجل تنظيم الصيانة الوقائية لها. قامت شركة BP بتحليل ما إذا كانت شبكة الاستشعار يمكن أن تعمل على متن السفن في درجات الحرارة القصوى والاهتزاز العالي والمستويات الكبيرة من تداخل التردد اللاسلكي الموجود في بعض مناطق السفينة. كانت التجربة ناجحة ، وأعيد تكوينها تلقائيًا عدة مرات واستعادتها إلى الشبكة.

مثال على مشروع تجريبي آخر تم تنفيذه هو نشر شبكة استشعار في قاعدة للقوات الجوية الأمريكية في فلوريدا. أظهر النظام قدرة جيدة على التعرف على الأجسام المعدنية المختلفة ، بما في ذلك الأجسام المتحركة. أتاح استخدام شبكة الاستشعار اكتشاف تغلغل الأشخاص والسيارات في المنطقة الخاضعة للسيطرة وتتبع تحركاتهم. لحل هذه المشاكل ، استخدمنا موتات مزودة بأجهزة استشعار كهربائية مغناطيسية ودرجة الحرارة. في الوقت الحالي ، يتوسع نطاق المشروع ، ويتم بالفعل تثبيت شبكة استشعار لاسلكية على موقع اختبار بمساحة 10.000 × 500 م ، وتقوم العديد من الجامعات الأمريكية بتطوير برنامج التطبيق المقابل.

شبكات الاستشعار اللاسلكية: نظرة عامة

Akuldiz I.F.

مترجم من اللغة الإنجليزية: Levzhinsky A.S.

حاشية. ملاحظة

تصف المقالة مفاهيم شبكات الاستشعار ، التي أصبح تنفيذها ممكنًا نتيجة للجمع بين الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة والاتصالات اللاسلكية والإلكترونيات الرقمية. تتم دراسة مهام وإمكانات شبكات الاستشعار ، ويتم إجراء نظرة عامة على الحقائق التي تؤثر على تطورها. يتم أيضًا النظر في بنية شبكات استشعار المباني والخوارزميات والبروتوكولات المطورة لكل طبقة من طبقات العمارة. تستكشف المقالة قضايا تنفيذ شبكات الاستشعار.

1 المقدمة

جعلت التطورات الحديثة في تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) والاتصالات اللاسلكية والإلكترونيات الرقمية من الممكن إنشاء موتات (عُقد) منخفضة التكلفة ومنخفضة الطاقة ومتعددة الوظائف (عُقد) صغيرة وتتواصل مباشرة مع بعضها البعض. تعتمد شبكات الاستشعار على العمل المشترك لعدد كبير من العقد الصغيرة ، والتي تتكون من وحدات الحصول على البيانات ومعالجتها ، وجهاز إرسال. تتمتع هذه الشبكة بمزايا كبيرة مقارنة بمجموعة من أجهزة الاستشعار التقليدية. هناك نوعان من السمات الرئيسية لأجهزة الاستشعار التقليدية: يمكن أن تكون أجهزة الاستشعار بعيدة عن الظاهرة المرصودة. يتطلب هذا النهج العديد من أجهزة الاستشعار التي تستخدم بعض التقنيات المتطورة لعزل الأهداف عن الضوضاء.
يمكنك نشر أجهزة استشعار متعددة تجمع البيانات فقط. تصميم مواقع الاستشعار وطوبولوجيا بعناية. سينقلون الملاحظات إلى العقد المركزية ، حيث سيتم جمع البيانات ومعالجتها.
تتكون الشبكة الحسية من عدد كبير من العقد (mots) التي تقع بكثافة بالقرب من الظاهرة المرصودة. لا يلزم حساب موضع الجروح مقدمًا. يتيح ذلك وضعهم بشكل عشوائي في مناطق يصعب الوصول إليها أو استخدامها لعمليات الإغاثة التي تتطلب استجابة سريعة. من ناحية أخرى ، هذا يعني أن بروتوكولات وخوارزميات الشبكة لتشغيل motes يجب أن تكون ذاتية التنظيم. ميزة فريدة أخرى لشبكات الاستشعار هي تعاون العقد الفردية. تم تجهيز Mots بمعالج. لذلك ، بدلاً من نقل البيانات الأصلية ، يمكنهم معالجتها عن طريق إجراء حسابات بسيطة ونقل البيانات الضرورية والمعالجة جزئيًا فقط. توفر الميزات الموضحة أعلاه مجموعة واسعة من التطبيقات لشبكات الاستشعار. يمكن استخدام هذه الشبكات في الرعاية الصحية والاحتياجات العسكرية والأمن. على سبيل المثال ، يمكن للطبيب مراقبة البيانات الفسيولوجية للمريض عن بُعد. هذا مناسب لكل من المريض ويسمح للطبيب بفهم حالته الحالية. يمكن استخدام شبكات الاستشعار لاكتشاف العوامل الكيميائية الأجنبية في الهواء والماء. يمكنهم المساعدة في تحديد نوع وتركيز وموقع الملوثات. في الأساس ، توفر شبكات الاستشعار فهماً أفضل للبيئة. نتصور أنه في المستقبل ، ستكون شبكات الاستشعار اللاسلكية جزءًا لا يتجزأ من حياتنا ، أكثر من أجهزة الكمبيوتر الشخصية الحالية. تتطلب هذه المشاريع وغيرها التي تتطلب استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية تقنيات خاصة. تم تطوير العديد من البروتوكولات والخوارزميات للشبكات اللاسلكية التقليدية من نظير إلى نظير ، لذا فهي غير مناسبة تمامًا للميزات والمتطلبات الفريدة لشبكات الاستشعار. فيما يلي الاختلافات بين شبكات الاستشعار وشبكات الند للند: يمكن أن يكون عدد العقد في شبكة المستشعر أعلى بعدة مرات من العقد في شبكة نظير إلى نظير.
العقد متباعدة بإحكام.
العقد عرضة للفشل.
يمكن أن يتغير هيكل شبكة المستشعر بشكل متكرر
تستخدم العقد بشكل أساسي رسائل البث ، بينما تعتمد معظم شبكات الند للند على الاتصال من نقطة إلى نقطة.
العقد محدودة في الطاقة وقوة المعالجة والذاكرة.
لا يمكن أن يكون للعقد رقم تعريف عالمي (GID) نظرًا للكمية الكبيرة من الحمل والعدد الكبير من أجهزة الاستشعار.
نظرًا لأن العقد في الشبكة تقع بكثافة ، يمكن أن تكون العقد المجاورة قريبة جدًا من بعضها البعض. وبالتالي ، فإن التوصيلات متعددة القفزات في شبكات الاستشعار ستستهلك طاقة أقل من التوصيلات المباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الطاقة المنخفضة لإشارة الإرسال ، وهو أمر مفيد في المراقبة السرية. يمكن للاتصالات متعددة القفزات التغلب بشكل فعال على بعض الصعوبات في الاتصالات اللاسلكية لمسافات طويلة. يعد انخفاض استهلاك الطاقة أحد أهم قيود العقد. تمتلك Mots مصادر طاقة محدودة. لذلك ، بينما تهدف الشبكات التقليدية إلى تحقيق جودة إشارة عالية ، يجب أن تركز بروتوكولات الشبكة الخاصة بالموتات بشكل أساسي على الحفاظ على الطاقة. يجب أن يكون لديهم آليات تمكن المستخدم من إطالة العمر الافتراضي للذرة إما عن طريق تقليل عرض النطاق الترددي أو زيادة زمن الوصول. يشارك العديد من الباحثين حاليًا في تصميم الدوائر التي تفي بهذه المتطلبات. في هذه المقالة ، سنقدم نظرة عامة على البروتوكولات والخوارزميات المتاحة حاليًا لشبكات الاستشعار. هدفنا هو توفير فهم أفضل لقضايا البحث الحالية في هذا المجال. سنحاول أيضًا استكشاف قيود التصميم وتحديد الأدوات التي يمكن استخدامها لحل مشاكل التصميم. تم تنظيم المقالة على النحو التالي: في القسم الثاني ، نصف إمكانات وفائدة شبكات الاستشعار. في القسم 3 ، نناقش العوامل التي تؤثر على تصميم مثل هذه الشبكة. سيتم النظر في دراسة تفصيلية للتقنيات الموجودة في هذا المجال في القسم 4. وسنلخصها في القسم 5.

2. تطبيق شبكات الاستشعار اللاسلكية

يمكن أن تتكون شبكات الاستشعار من أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار ، مثل أجهزة الاستشعار الزلزالية والمغناطيسية والحرارية والأشعة تحت الحمراء والصوتية القادرة على إجراء مجموعة متنوعة من القياسات البيئية. على سبيل المثال ، مثل:
درجة الحرارة،
رطوبة،
حركة السيارات،
حالة البرق ،
الضغط،
تكوين التربة ،
مستوى الضوضاء،
وجود أو عدم وجود بعض الأشياء ،
الحمل الميكانيكي
الخصائص الديناميكية مثل السرعة والاتجاه وحجم الكائن.
يمكن استخدام الموتات للاستشعار المستمر ، واكتشاف الأحداث وتحديدها. يعد مفهوم الاستشعار الدقيق والاتصال اللاسلكي بالعديد من التطبيقات الجديدة لهذه الشبكات. قمنا بتصنيفها وفقًا للمجالات الرئيسية: التطبيقات العسكرية ، والبحوث البيئية ، والرعاية الصحية ، والاستخدام في المنازل والمناطق التجارية الأخرى. ولكن يمكنك توسيع هذا التصنيف وإضافة المزيد من الفئات ، مثل استكشاف الفضاء والمعالجة الكيميائية والإغاثة في حالات الكوارث.

2.1. الاستخدام العسكري

يمكن أن تكون شبكات الاستشعار اللاسلكية جزءًا لا يتجزأ من أنظمة القيادة العسكرية والاتصالات والاستخبارات والمراقبة والتوجيه (C4ISRT). يعد النشر السريع والتنظيم الذاتي والمرونة من سمات شبكات الاستشعار التي تجعلها أداة واعدة لحل المهام المعينة. نظرًا لأن شبكات الاستشعار يمكن أن تستند إلى نشر كثيف للعقد التي يمكن التخلص منها ورخيصة ، فإن تدمير بعضها أثناء الأعمال العدائية لن يؤثر على العملية العسكرية بنفس طريقة تدمير أجهزة الاستشعار التقليدية. لذلك ، يعد استخدام شبكات الاستشعار أكثر ملاءمة للمعارك. دعونا نذكر بعض الطرق الأخرى لاستخدام مثل هذه الشبكات: مراقبة أسلحة وذخائر القوات الصديقة ، ومراقبة المعركة ؛ التوجه على الأرض تقييم الأضرار الناجمة عن المعارك ؛ الكشف عن الهجمات النووية والبيولوجية والكيميائية. مراقبة القوات والأسلحة والذخيرة الصديقة: يمكن للقادة والقادة مراقبة حالة قواتهم باستمرار ، وحالة وتوافر المعدات والذخيرة في ساحة المعركة باستخدام شبكات الاستشعار. يمكن إرفاق أجهزة الاستشعار بكل مركبة ومعدات وذخيرة مهمة تبلغ عن حالتها. يتم جمع هذه البيانات معًا في العقد الرئيسية وإرسالها إلى المديرين التنفيذيين. يمكن أيضًا إعادة توجيه البيانات إلى المستويات العليا من التسلسل الهرمي للأوامر لدمجها مع بيانات من أجزاء أخرى. ملاحظات القتال: يمكن تغطية الأقسام والمسارات والطرق والمضائق الحرجة بسرعة بواسطة شبكات الاستشعار لدراسة أنشطة قوات العدو. أثناء العمليات أو بعد وضع الخطط الجديدة ، يمكن نشر شبكات الاستشعار في أي وقت لمراقبة المعركة. استطلاع لقوات العدو والتضاريس: يمكن نشر شبكات الاستشعار في المناطق الحرجة ، ويمكن جمع البيانات القيمة والمفصلة وفي الوقت المناسب عن قوات العدو والتضاريس في غضون دقائق قبل أن يتمكن العدو من اعتراضها. الاستهداف: يمكن استخدام شبكات الاستشعار في أنظمة توجيه الذخيرة الذكية. تقييم الضرر بعد القتال: مباشرة قبل الهجوم أو بعده ، يمكن نشر شبكات الاستشعار في منطقة الهدف لجمع بيانات تقييم الضرر. الكشف عن الهجمات النووية والبيولوجية والكيميائية: عند استخدام الأسلحة الكيميائية أو البيولوجية ، التي يقترب استخدامها من الصفر ، من المهم تحديد العوامل الكيميائية بدقة وفي الوقت المناسب. يمكن استخدام شبكات الاستشعار كنظم لمنع الهجمات الكيميائية أو البيولوجية ، وستساعد البيانات التي يتم جمعها في وقت قصير على تقليل عدد الضحايا بشكل كبير. يمكنك أيضًا استخدام شبكات الاستشعار للاستطلاع التفصيلي بعد اكتشاف مثل هذه الهجمات. على سبيل المثال ، يمكن إجراء استطلاع في حالة التلوث الإشعاعي دون تعريض الناس للإشعاع.

2.2. التطبيق البيئي

بعض المناطق في البيئة حيث يتم استخدام شبكات الاستشعار: تتبع حركة الطيور والحيوانات الصغيرة والحشرات ؛ رصد حالة البيئة من أجل تحديد تأثيرها على المحاصيل والثروة الحيوانية ؛ الري. مراقبة الأرض على نطاق واسع واستكشاف الكواكب ؛ الكشف الكيميائي / البيولوجي ؛ الكشف عن حرائق الغابات؛ بحوث الأرصاد الجوية أو الجيوفيزيائية ؛ كشف الفيضانات وأبحاث التلوث. الكشف عن حرائق الغابات: نظرًا لإمكانية نشر الفئران بشكل استراتيجي وبكثافة في الغابة ، يمكنها نقل مصدر الحريق بالضبط قبل أن يصبح الحريق خارج نطاق السيطرة. يمكن نشر الملايين من أجهزة القياس بشكل دائم. يمكن تجهيزها بألواح شمسية ، حيث يمكن ترك العقد دون مراقبة لأشهر أو حتى سنوات. ستعمل الموتات معًا لأداء مهام الاستشعار الموزعة والتغلب على العقبات مثل الأشجار والصخور التي تحجب أجهزة الاستشعار السلكية. رسم خرائط الحالة الحيوية للبيئة: يتطلب مناهج متطورة لدمج المعلومات عبر الزمان والمكان. أدى التقدم في تكنولوجيا الاستشعار عن بعد والجمع الآلي للبيانات إلى خفض تكاليف البحث بشكل كبير. تتمثل ميزة هذه الشبكات في إمكانية توصيل العقد بالإنترنت ، مما يسمح للمستخدمين عن بُعد بالتحكم في البيئة ومراقبتها ومراقبتها. في حين أن أجهزة الاستشعار المحمولة جواً والأقمار الصناعية مفيدة في مراقبة مجموعة واسعة من الأنواع ، مثل التعقيد المكاني لأنواع النباتات السائدة ، فإنها لا تسمح بمراقبة العناصر الصغيرة التي تشكل معظم النظام البيئي. نتيجة لذلك ، هناك حاجة لنشر عقد شبكة أجهزة الاستشعار اللاسلكية في الميدان. أحد الأمثلة على التطبيق هو تجميع خريطة بيئية بيولوجية في محمية طبيعية في جنوب كاليفورنيا. يتم تغطية ثلاث مناطق بواسطة شبكة ، لكل منها 25-100 عقدة ، والتي تُستخدم للمراقبة المستمرة لحالة البيئة. الكشف عن الفيضانات: أحد الأمثلة على الكشف عن الفيضانات هو نظام الإنذار الأمريكي. عدة أنواع من أجهزة الاستشعار الموجودة في نظام التنبيه تكتشف هطول الأمطار ومستوى المياه والطقس. تستكشف المشاريع البحثية مثل مشروع قاعدة بيانات الأجهزة COUGAR في جامعة كورنيل ومشروع DataSpace في جامعة روتجرز طرقًا مختلفة للتفاعل مع العقد الفردية على الشبكة لإنشاء لقطات وجمع بيانات طويلة الأجل. الزراعة: تتمثل فائدة شبكات الاستشعار أيضًا في القدرة على مراقبة مستويات مبيدات الآفات في المياه وتآكل التربة ومستويات تلوث الهواء في الوقت الفعلي.

2.3 التطبيق في الطب

ومن التطبيقات في الطب أجهزة المعاقين. مراقبة المريض التشخيص مراقبة استخدام الأدوية في المستشفيات ؛ جمع البيانات الفسيولوجية البشرية. ومراقبة الأطباء والمرضى في المستشفيات. المراقبة الفسيولوجية البشرية: يمكن تخزين البيانات الفسيولوجية التي يتم جمعها بواسطة شبكات الاستشعار لفترة طويلة من الزمن ويمكن استخدامها في البحث الطبي. يمكن للعقد المثبتة أيضًا تتبع حركات كبار السن ومنع السقوط ، على سبيل المثال. هذه العقد صغيرة الحجم وتوفر للمريض حرية أكبر في الحركة ، وفي نفس الوقت تسمح للأطباء بتحديد أعراض المرض مسبقًا. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تساهم في حياة أكثر راحة للمرضى مقارنة بالعلاج في المستشفى. لاختبار إمكانية وجود مثل هذا النظام ، تم إنشاء "المنزل الذكي الصحي" في كلية الطب في غرونوبل بفرنسا. ... مراقبة الأطباء والمرضى في المستشفى: لكل مريض عقدة شبكة صغيرة وخفيفة الوزن. كل عقدة لها مهمتها الخاصة. على سبيل المثال ، يمكن للمرء مراقبة معدل ضربات القلب بينما يأخذ الآخر قراءة ضغط الدم. يمكن للأطباء أيضًا الحصول على عقدة حتى يتمكن الأطباء الآخرون من العثور عليها في المستشفى. مراقبة الأدوية في المستشفيات: يمكن ربط العقد بالأدوية ، وبالتالي يمكن تقليل فرص صرف الدواء الخاطئ. لذلك ، سيكون لدى المرضى عقد تحدد حساسيتهم والأدوية اللازمة. أظهرت الأنظمة المحوسبة كما هو موضح في أنها يمكن أن تساعد في تقليل الآثار الجانبية للأدوية التي لا يتم صرفها بشكل خاطئ.

2.4 استخدام المنزلي

أتمتة المنزل: يمكن دمج العقد الذكية في الأجهزة المنزلية مثل المكانس الكهربائية وأفران الميكروويف والثلاجات وأجهزة الفيديو. يمكنهم التفاعل مع بعضهم البعض ومع شبكة خارجية عبر الإنترنت أو القمر الصناعي. سيسمح ذلك للمستخدمين النهائيين بإدارة الأجهزة في المنزل بسهولة ، محليًا وعن بعد. البيئة الذكية: يمكن أن يتخذ تصميم البيئة الذكية نهجين مختلفين ، أي يركز على الإنسان أو يركز على التكنولوجيا. في حالة النهج الأول ، يجب أن تتكيف البيئة الذكية مع احتياجات المستخدمين النهائيين من حيث التفاعل معهم. بالنسبة للأنظمة التي تركز على التكنولوجيا ، يجب تطوير تقنيات الأجهزة الجديدة وحلول الشبكات وتطبيقات البرامج الوسيطة. تم وصف أمثلة حول كيفية استخدام العقد لإنشاء بيئات ذكية في. يمكن بناء العقد في الأثاث والأجهزة ، ويمكنهم التواصل مع بعضهم البعض وخادم الغرفة. يمكن لخادم الغرفة أيضًا التواصل مع خوادم الغرفة الأخرى للتعرف على الخدمات التي يقدمونها ، مثل الطباعة والمسح الضوئي والفاكس. يمكن دمج هذه الخوادم وعقد الاستشعار في الأجهزة المضمنة الموجودة وتشكل أنظمة ذاتية التنظيم والتنظيم والتكيف على أساس نموذج نظرية التحكم ، كما هو موضح في الورقة.

3. العوامل المؤثرة في تطوير نماذج شبكة الاستشعار.

يعتمد تصميم شبكات الاستشعار على العديد من العوامل ، والتي تشمل التسامح مع الخطأ ، وقابلية التوسع ، وتكاليف الإنتاج ، ونوع بيئة التشغيل ، وطوبولوجيا شبكة المستشعر ، وقيود الأجهزة ، ونموذج الاتصال ، واستهلاك الطاقة. يعتبر العديد من الباحثين هذه العوامل. ومع ذلك ، لا تأخذ أي من هذه الدراسات في الاعتبار بشكل كامل جميع العوامل التي تؤثر على تصميم الشبكات. إنها مهمة لأنها تعمل كمبدأ توجيهي لتطوير بروتوكول أو خوارزميات لشبكات الاستشعار. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام هذه العوامل لمقارنة النماذج المختلفة.

3.1. التسامح مع الخطأ

قد تفشل بعض المكونات بسبب نقص الطاقة أو التلف المادي أو تدخل طرف ثالث. يجب ألا يؤثر فشل العقدة على شبكة المستشعر. هذه مسألة موثوقية ومرونة. تحمل الخطأ - القدرة على الحفاظ على وظائف شبكة المستشعر دون انقطاع في حالة فشل العقدة. يتم نمذجة الموثوقية Rk (t) أو التسامح مع الخطأ للعقدة باستخدام توزيع Poisson لتحديد احتمال عدم فشل العقدة في الفترة الزمنية (0 ؛ t) وتجدر الإشارة إلى أن البروتوكولات والخوارزميات يمكن أن تركز على مستوى التسامح مع الخطأ المطلوب لبناء شبكات الاستشعار ... إذا كانت البيئة التي توجد بها العقد أقل عرضة للعبث ، فقد تكون البروتوكولات أقل مقاومة للعبث. على سبيل المثال ، إذا تم تضمين العقد في منزل لمراقبة مستويات الرطوبة ودرجة الحرارة ، يمكن أن تكون متطلبات تحمل الخطأ منخفضة ، نظرًا لأن شبكات الاستشعار هذه لا يمكن أن تفشل و "ضوضاء" البيئة لا تؤثر على تشغيلها. من ناحية أخرى ، إذا تم استخدام العقد في ساحة المعركة للمراقبة ، فيجب أن تكون المرونة عالية ، لأن المراقبة أمر بالغ الأهمية ويمكن تدمير العقد أثناء الأعمال العدائية. نتيجة لذلك ، يعتمد مستوى المرونة على تطبيق شبكات الاستشعار ويجب تصميم النماذج مع وضع ذلك في الاعتبار.

3.2 قابلية التوسع

يمكن أن يكون عدد العقد المنشورة لدراسة الظاهرة في حدود المئات أو الآلاف. اعتمادًا على التطبيق ، يمكن أن يصل الرقم إلى القيم القصوى (الملايين). يجب أن تكون الطرز الأحدث قادرة على التعامل مع هذا العدد من العقد. يجب عليهم أيضًا استخدام كثافة عالية من شبكات الاستشعار ، والتي يمكن أن تتراوح من بضع عقد إلى عدة مئات في منطقة يمكن أن يكون قطرها أقل من 10 أمتار. يمكن حساب الكثافة وفقًا ،

3.3 تكاليف الإنتاج

نظرًا لأن شبكات الاستشعار تتكون من عدد كبير من العقد ، يجب أن تكون تكلفة كل عقدة لتبرير التكلفة الإجمالية للشبكة. إذا كانت تكلفة الشبكة أعلى من تكلفة نشر أجهزة الاستشعار التقليدية ، فهي غير مجدية اقتصاديًا. نتيجة لذلك ، يجب أن تكون تكلفة كل عقدة منخفضة. الآن تكلفة العقدة التي تستخدم جهاز إرسال Bluetooth أقل من 10 دولارات. سعر PicoNode حوالي 1 دولار. وبالتالي ، يجب أن تكون تكلفة عقدة شبكة الاستشعار أقل بكثير من دولار واحد لتكون مجدية اقتصاديًا. تكلفة عقدة Bluetooth ، التي تعتبر جهازًا رخيصًا ، أعلى 10 مرات من متوسط \u200b\u200bأسعار عقد شبكة المستشعرات. لاحظ أن العقدة تحتوي أيضًا على بعض الوحدات الإضافية ، مثل وحدة الحصول على البيانات ووحدة معالجة البيانات (الموضحة في القسم 3.4.) بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجهيزها بنظام تحديد المواقع أو مولد الطاقة اعتمادًا على تطبيق شبكات الاستشعار. نتيجة لذلك ، تعد تكلفة العقدة مشكلة صعبة بالنظر إلى مقدار الوظائف حتى بأقل من دولار واحد.

3.4. ميزات الأجهزة

تتكون عقدة شبكة الاستشعار من أربعة مكونات رئيسية ، كما هو موضح في الشكل. 1: وحدة الحصول على البيانات ووحدة المعالجة وجهاز الإرسال وإمدادات الطاقة. يعتمد توافر وحدات إضافية على تطبيق الشبكات ، على سبيل المثال ، قد تكون هناك وحدات تحديد المواقع ومولد طاقة وجهاز تعبئة (MAC). تتكون وحدة الحصول على البيانات عادة من جزأين: أجهزة الاستشعار والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC). يتم تحويل الإشارة التناظرية التي تم إنشاؤها بواسطة المستشعر بناءً على الظاهرة المرصودة إلى إشارة رقمية باستخدام ADC ثم تغذيتها إلى وحدة المعالجة. تقوم وحدة المعالجة ، التي تستخدم الذاكرة المدمجة ، بإدارة الإجراءات التي تمكنها من أداء مهام المراقبة المعينة مع العقد الأخرى. تقوم وحدة الإرسال (جهاز الإرسال والاستقبال) بتوصيل العقدة بالشبكة. يعد مصدر الطاقة أحد أهم مكونات التجميع. يمكن إعادة شحن مصدر الطاقة ، على سبيل المثال باستخدام الألواح الشمسية.

تحتاج معظم العقد التي تنقل البيانات وتجمعها إلى معرفة موقعها بدقة عالية. لذلك ، يتم تضمين وحدة تحديد الموقف في المخطط العام. في بعض الأحيان قد تحتاج إلى ناشط ، يقوم ، إذا لزم الأمر ، بتحريك الوحدة عند الضرورة لإكمال المهام المعينة. قد تحتاج كل هذه الوحدات إلى وضعها في حاوية بحجم علبة الثقاب. يمكن أن يكون حجم العقدة أقل من سنتيمتر مكعب وخفيف بدرجة كافية للبقاء في الهواء. بصرف النظر عن الحجم ، هناك بعض القيود الصارمة الأخرى على العقد. يجب عليهم :
تستهلك القليل من الطاقة ،
العمل مع عدد كبير من العقد على مسافات قصيرة ،
لديها تكلفة إنتاج منخفضة
أن تكون مستقلاً وتعمل بدون رقابة ،
التكيف مع البيئة.
نظرًا لأنه قد يتعذر الوصول إلى العقد ، فإن عمر شبكة المستشعرات يعتمد على قوة العقد الفردية. مصدر الطاقة محدود وبسبب قيود الحجم. على سبيل المثال ، يبلغ إجمالي إمداد الطاقة للعقدة الذكية حوالي 1 ج. بالنسبة لشبكة الاستشعار اللاسلكية المتكاملة (WINS) ، يجب أن يكون متوسط \u200b\u200bمستوى الشحن أقل من 30 LA لضمان وقت تشغيل طويل. من الممكن إطالة عمر شبكات الاستشعار باستخدام بطاريات قابلة لإعادة الشحن ، على سبيل المثال ، عن طريق سحب الطاقة من البيئة. تعد الألواح الشمسية مثالًا رئيسيًا على استخدام إعادة الشحن. يمكن أن تكون وحدة نقل بيانات العقدة جهازًا ضوئيًا سلبيًا أو نشطًا ، كما هو الحال في العقدة الذكية أو جهاز إرسال تردد الراديو (RF). يتطلب إرسال الترددات الراديوية وحدة تعديل تستخدم نطاقًا تردديًا معينًا ، ووحدة ترشيح ، وإزالة التشكيل ، مما يجعلها أكثر تعقيدًا وتكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، من الممكن حدوث خسائر في إرسال البيانات بين عقدتين بسبب حقيقة أن الهوائيات تقع بالقرب من الأرض. ومع ذلك ، يُفضل الاتصال اللاسلكي في معظم مشاريع شبكات الاستشعار الحالية ، حيث تكون ترددات نقل البيانات منخفضة (عادةً أقل من 1 هرتز) ومعدلات دورة الإرسال مرتفعة بسبب المسافات القصيرة. تسمح هذه الخصائص باستخدام ترددات لاسلكية منخفضة. ومع ذلك ، لا يزال تصميم أجهزة الإرسال اللاسلكية ذات الكفاءة في استخدام الطاقة وذات التردد المنخفض مهمة صعبة تقنيًا ، والتقنيات الحالية المستخدمة في تصنيع أجهزة Bluetooth ليست فعالة بما يكفي لشبكات الاستشعار لأنها تستهلك الكثير من الطاقة. على الرغم من أن المعالجات اليوم تتناقص باستمرار في الحجم وتتزايد قوتها ، إلا أن معالجة البيانات وتخزينها بواسطة العقدة لا تزال نقطة ضعفها. على سبيل المثال ، تتكون وحدة معالجة العقدة الذكية من معالج Atmel AVR8535 بسرعة 4 ميجاهرتز ، ومتحكم دقيق بسعة 8 كيلوبايت للتعليمات ، وذاكرة فلاش ، و 512 بايت من ذاكرة الوصول العشوائي ، و 512 بايت من EEPROM. تستخدم هذه الوحدة ، التي تحتوي على 3500 بايت لنظام التشغيل و 4500 بايت من الذاكرة الخالية للرمز ، نظام التشغيل TinyOS. تحتوي وحدة المعالجة الخاصة بنموذج أولي آخر لعقدة lAMPS على معالج SA-1110 بتردد 59-206 ميجاهرتز. يستخدم مضيفو IAMPS نظام التشغيل L-OS متعدد الخيوط. تتطلب معظم مهام جمع البيانات معرفة موضع العقدة. نظرًا لأن العقد عادة ما تكون عشوائية وغير مراقبة ، فيجب أن تتعاون باستخدام نظام تحديد المواقع. يُستخدم تحديد الموقع في العديد من بروتوكولات توجيه شبكة أجهزة الاستشعار (انظر القسم 4 لمزيد من التفاصيل). يقترح البعض أن كل عقدة لديها وحدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي تعمل في نطاق 5 أمتار. تجادل الورقة بأن تزويد جميع العقد بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ليس ضروريًا لكي تعمل شبكات الاستشعار. هناك طريقة بديلة ، حيث تستخدم بعض العقد فقط نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وتساعد العقد الأخرى في تحديد موقعها على الأرض.

3.5 طوبولوجيا الشبكة

إن حقيقة أن العقد يمكن أن تصبح غير متوفرة وعرضة للفشل المتكرر تجعل صيانة الشبكة صعبة. من مئات إلى عدة آلاف من العقد يمكن أن توجد على أراضي شبكة الاستشعار. يتم نشرهم على بعد عشرة أمتار. يمكن أن تكون كثافة العقد أعلى من 20 عقدة لكل متر مكعب. يتطلب الترتيب الكثيف للعديد من العقد صيانة دقيقة للشبكة. سنغطي القضايا المتعلقة بالصيانة وتغييرات طوبولوجيا الشبكة على ثلاث مراحل:

3.5.1. يمكن أن يتكون النشر المسبق والنشر الفعلي للعقد من تشتت جماعي للعقد أو تثبيت كل واحدة على حدة. يمكن نشرها:

من طائرة
عن طريق وضع صاروخ أو مقذوف
تم رميها بواسطة مقلاع (على سبيل المثال ، من سفينة ، إلخ) ،
وضع النبات
يتم وضع كل عقدة على حدة بواسطة إنسان أو روبوت.
في حين أن العدد الهائل من أجهزة الاستشعار ونشرها التلقائي عادة ما يحول دون وضعها وفقًا لخطة معدة بعناية ، فإن تصميمات النشر الأولية يجب أن:
تقليل تكاليف التركيب ،
يلغي الحاجة إلى أي تنظيم أولي وتخطيط أولي ،
زيادة مرونة التنسيب ،
تعزيز التنظيم الذاتي والمرونة.

3.5.2. مرحلة ما بعد الشبكة

بعد نشر الشبكة ، يرتبط التغيير في هيكلها بتغيير في خصائص العقد. دعنا نذكرهم:
موضع،
إمكانية الوصول (بسبب التداخل والضوضاء والعقبات المتحركة وما إلى ذلك) ،
شحن البطارية ،
الأعطال
تغيير المهام المعينة.
يمكن توسيع العقد بشكل ثابت. ومع ذلك ، فإن فشل الجهاز شائع بسبب استنزاف البطارية أو تدميرها. شبكات الاستشعار مع قابلية تنقل عالية للعقدة ممكنة. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي العقد والشبكات مهام مختلفة وقد تخضع لتداخل متعمد. وبالتالي ، فإن هيكل شبكة المستشعرات عرضة للتغييرات المتكررة بعد النشر.

3.5.3. مرحلة نشر العقدة الإضافية

يمكن إضافة عقد إضافية في أي وقت لاستبدال العقد المعيبة أو فيما يتعلق بتغيير المهام. تخلق إضافة عقد جديدة الحاجة إلى إعادة تنظيم الشبكة. يتطلب التعامل مع التغييرات المتكررة في هيكل شبكة نظير إلى نظير ، والتي تحتوي على العديد من العقد ولها قيود صارمة للغاية على استهلاك الطاقة ، بروتوكولات توجيه خاصة. تمت مناقشة هذه المسألة بمزيد من التفصيل في القسم 4.

3.6 بيئة

العقد معبأة بشكل كثيف بالقرب من الظاهرة المرصودة أو مباشرة. وبالتالي ، فهم يعملون دون رقابة في المناطق الجغرافية النائية. يمكنهم العمل
عند مفترق طرق مزدحم ،
داخل السيارات الكبيرة ،
في قاع المحيط
داخل إعصار ،
على سطح المحيط أثناء الإعصار ،
في المناطق الملوثة بيولوجيا وكيميائيا
في ساحة المعركة ،
في منزل أو مبنى كبير ،
في مستودع كبير ،
تعلق على الحيوانات
تعلق على المركبات سريعة الحركة
في مجاري أو نهر مع مجرى مائي.
تعطي هذه القائمة فكرة عن الظروف التي يمكن أن تعمل العقد بموجبها. يمكن أن تعمل تحت ضغط مرتفع في قاع المحيط ، في البيئات القاسية ، في الحطام أو في ساحة المعركة ، في درجات الحرارة القصوى ، مثل فوهة محرك الطائرة ، أو في المناطق القطبية الشمالية ، في الأماكن الصاخبة للغاية حيث يوجد الكثير من التدخل.

3.7 طرق نقل البيانات

في شبكة المستشعرات متعددة القفزات ، تتصل العقد لاسلكيًا. يمكن إجراء الاتصال عبر الراديو أو الأشعة تحت الحمراء أو الوسائط البصرية. من أجل استخدام هذه الأساليب عالميًا ، يجب أن يكون وسيط الإرسال متاحًا في جميع أنحاء العالم. أحد خيارات الاتصالات اللاسلكية هو استخدام النطاقات الصناعية والعلمية والطبية (ISM) ، والتي تتوفر بدون ترخيص في معظم البلدان. يرد وصف بعض أنواع الترددات التي يمكن استخدامها في جدول الترددات الدولي الوارد في المادة S5 من لوائح الراديو (المجلد 1). بعض هذه الترددات مستخدمة بالفعل في المهاتفة اللاسلكية والشبكات المحلية اللاسلكية (WLAN). بالنسبة لشبكات الاستشعار ذات الحجم الصغير والتكلفة المنخفضة ، لا يلزم وجود مضخم إشارة. وفقًا لقيود الأجهزة والتسوية بين كفاءة الهوائي واستهلاك الطاقة ، يتم فرض قيود معينة على اختيار تردد الإرسال في نطاق الميكروويف. كما أنها توفر 433 ميجا هرتز ISM في أوروبا و 915 ميجا هرتز ISM في أمريكا الشمالية. تمت مناقشة نماذج المرسلات المحتملة لهاتين المنطقتين في. تتمثل المزايا الرئيسية لاستخدام الترددات الراديوية ISM في مدى واسع من الترددات وتوافرها في جميع أنحاء العالم. فهي غير مقيدة بمعيار معين ، مما يمنح حرية أكبر في تنفيذ استراتيجيات توفير الطاقة في شبكات الاستشعار. من ناحية أخرى ، هناك قواعد وقيود مختلفة ، مثل القوانين المختلفة والتدخل من التطبيقات الحالية. يشار إلى نطاقات التردد هذه أيضًا على أنها ترددات غير متحكم فيها. تعتمد معظم معدات العقدة الحديثة على استخدام أجهزة الإرسال اللاسلكي. تستخدم العقد اللاسلكية IAMPS الموضحة في أجهزة الإرسال المتوافقة مع تقنية Bluetooth بتردد 2.4 جيجا هرتز وتحتوي على مُركب تردد متكامل. تم وصف جهاز العقد منخفضة الطاقة في العمل ، فهي تستخدم قناة إرسال راديو واحدة تعمل بتردد 916 ميجاهرتز. تستخدم بنية WINS أيضًا الاتصالات اللاسلكية. طريقة أخرى ممكنة للاتصال في شبكات الاستشعار هي منفذ الأشعة تحت الحمراء. الاتصال بالأشعة تحت الحمراء متاح بدون ترخيص ومحمي من التداخل الكهربائي. أجهزة إرسال الأشعة تحت الحمراء أرخص وأسهل في التصنيع. تستخدم العديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف المحمولة اليوم الأشعة تحت الحمراء لنقل البيانات. العيب الرئيسي لهذا الاتصال هو شرط وجود خط نظر بين المرسل والمستقبل. هذا يجعل اتصال الأشعة تحت الحمراء غير مرغوب فيه للاستخدام في شبكات المستشعرات بسبب وسيط الإرسال. تستخدم العقد الذكية طريقة نقل مثيرة للاهتمام ، وهي وحدات للمراقبة التلقائية ومعالجة البيانات. يستخدمون وسيطًا ضوئيًا للإرسال. هناك نوعان من مخططات الإرسال ، سلبي باستخدام عاكس رجعي مكعب الزاوية (CCR) ونشط باستخدام صمام ثنائي ليزر ومرايا متحكم بها (تمت مناقشته في). في الحالة الأولى ، لا يلزم وجود مصدر ضوء متكامل ؛ يتم استخدام تكوين ثلاثي المرآة (CCR) لنقل الإشارة. تستخدم الطريقة النشطة صمام ثنائي ليزر ونظام اتصال ليزر نشط لإرسال أشعة ضوئية إلى المستقبل المقصود. تجعل المتطلبات غير العادية لتطبيق شبكات الاستشعار اختيار وسيط الإرسال أمرًا صعبًا. على سبيل المثال ، تتطلب التطبيقات البحرية استخدام وسيط نقل مائي. هنا تحتاج إلى استخدام إشعاع طويل الموجة يمكنه اختراق سطح الماء. في التضاريس الصعبة أو في ساحة المعركة ، يمكن أن تحدث أخطاء ومزيد من التدخل. بالإضافة إلى ذلك ، قد يتضح أن هوائيات العقد لا تحتوي على الارتفاع المطلوب وقوة الإشعاع للاتصال بالأجهزة الأخرى. لذلك ، يجب أن يكون اختيار وسيط الإرسال مصحوبًا بخطط تشكيل وتشفير موثوقة ، اعتمادًا على خصائص قناة الإرسال.

3.8 استهلاك الطاقة

لا يمكن تزويد العقدة اللاسلكية ، كونها جهازًا إلكترونيًا دقيقًا ، إلا بمصدر طاقة محدود (

3.8.1. الاتصالات

تستهلك العقدة أقصى طاقة للاتصال ، والتي تتضمن إرسال واستقبال البيانات. يمكننا القول أنه من أجل الاتصال عبر مسافات قصيرة بقدرة انبعاث منخفضة ، يتطلب الإرسال والاستقبال نفس كمية الطاقة تقريبًا. تتطلب أجهزة توليف التردد ومذبذبات التحكم في الجهد وحجب الطور (PLL) ومضخمات الطاقة طاقة محدودة في الموارد. من المهم في هذه الحالة ألا نأخذ في الاعتبار الطاقة النشطة فقط ، بل نأخذ في الاعتبار أيضًا استهلاك الطاقة عند بدء تشغيل أجهزة الإرسال. يبدأ جهاز الإرسال في العمل خلال جزء من الثانية ، لذلك يستهلك كميات ضئيلة من الطاقة. يمكن مقارنة هذه القيمة مع وقت قفل PLL. ومع ذلك ، مع انخفاض الحزمة المرسلة ، تبدأ قوة البداية في السيطرة على استهلاك الطاقة. نتيجة لذلك ، من غير الفعال تشغيل وإيقاف تشغيل جهاز الإرسال طوال الوقت. سيتم إنفاق معظم الطاقة على هذا. في الوقت الحالي ، تحتوي أجهزة الإرسال اللاسلكية منخفضة الطاقة على قيم Pt و Pr قياسية تبلغ 20 ديسيبل مللي واط وخطوة قريبة من 0 ديسيبل ميلي واط. لاحظ أن جهاز PicoRadio الذي يستهدف الكمبيوتر هو -20 ديسيبل ميلي واط. تتم مناقشة تصميم أجهزة الإرسال صغيرة الحجم وغير مكلفة في المصدر. بناءً على نتائجهم ، يعتقد مؤلفو هذه المقالة ، مع الأخذ في الاعتبار الميزانية وتقديرات استهلاك الطاقة ، أن قيم Pt و Pr يجب أن تكون على الأقل مرتبة أقل من القيم المذكورة أعلاه.

3.8.2. معالجة البيانات

استهلاك الطاقة لمعالجة البيانات أقل بكثير من نقل البيانات. يوضح المثال الموضح في العمل هذا التناقض. استنادًا إلى نظرية رايلي التي تقول إن ربع الطاقة تُفقد أثناء الإرسال ، يمكن استنتاج أن استهلاك الطاقة لنقل 1 كيلوبايت على مسافة 100 متر سيكون تقريبًا نفس استهلاك 3 ملايين أمر بسرعة 100 مليون تعليمات في الثانية (MIPS ) / معالج W. وبالتالي ، فإن المعالجة المحلية أمر بالغ الأهمية لتقليل استهلاك الطاقة في شبكة استشعار متعددة القفزات. لذلك ، يجب أن تحتوي العقد على إمكانيات حاسوبية مدمجة وأن تكون قادرة على التفاعل مع البيئة. ستقودنا قيود التكلفة والحجم إلى اختيار أشباه الموصلات (CMOS) باعتبارها التقنية الرئيسية للمعالجات الدقيقة. لسوء الحظ ، لديهم قيود على كفاءة الطاقة. يتطلب CMOS الطاقة في كل مرة يتم فيها تغيير الحالة. تتناسب الطاقة المطلوبة لتغيير الحالة مع تردد التبديل والسعة (حسب المنطقة) وتقلبات الجهد. لذلك ، فإن تقليل جهد الإمداد هو وسيلة فعالة لتقليل استهلاك الطاقة النشط. يسعى مقياس الجهد الديناميكي الذي تمت مناقشته في البحث إلى تكييف مصدر الطاقة وتردد المعالج ليناسب حجم العمل. عندما يتم تقليل حمل المعالجة على المعالج الدقيق ، يؤدي تقليل التردد ببساطة إلى انخفاض خطي في استهلاك الطاقة ، ومع ذلك ، فإن تقليل جهد التشغيل يمنحنا انخفاضًا في استهلاك الطاقة وفقًا للقانون التربيعي. من ناحية أخرى ، لن يتم استخدام كل أداء ممكن للمعالج. سيكون هذا مفيدًا إذا كنت تأخذ في الاعتبار أن ذروة الأداء ليست مطلوبة دائمًا ، وبالتالي ، يمكن تكييف جهد التشغيل وتردد المعالج ديناميكيًا مع متطلبات المعالجة. يقترح المؤلفون مخططات توقع عبء العمل بناءً على المعالجة التكيفية لملفات تعريف الحمل الحالية وتحليل العديد من المخططات التي تم إنشاؤها بالفعل. تمت مناقشة الاستراتيجيات الأخرى لتقليل طاقة المعالج في. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن استخدام مخططات إضافية لتشفير وفك تشفير البيانات. يمكن أيضًا استخدام الدوائر المتكاملة في بعض الحالات. في كل هذه السيناريوهات ، تعتمد بنية شبكة المستشعرات وخوارزميات التشغيل والبروتوكولات على استهلاك الطاقة المقابل.

4. هندسة شبكات الاستشعار

عادة ما توجد العقد بشكل عشوائي في جميع أنحاء منطقة المراقبة. يمكن لكل منهم جمع البيانات ومعرفة مسار نقل البيانات مرة أخرى إلى العقدة المركزية ، إلى المستخدم النهائي. يتم إرسال البيانات باستخدام بنية شبكة متعددة القفزات. يمكن أن تتواصل العقدة المركزية مع مدير المهام عبر الإنترنت أو القمر الصناعي. مكدس البروتوكول الذي تستخدمه العقدة المركزية وجميع العقد الأخرى موضحة في الشكل. 3. تتضمن مجموعة البروتوكولات معلومات حول معلومات الطاقة والمسار ، وتحتوي على معلومات حول بروتوكولات الشبكة ، وتساعد على الاتصال بكفاءة من خلال بيئة لاسلكية ، وتسهل على العقد العمل معًا. تتكون مجموعة البروتوكول من طبقة التطبيق وطبقة النقل وطبقة الشبكة وطبقة ارتباط البيانات والطبقة المادية وطبقة إدارة الطاقة وطبقة إدارة التنقل وطبقة جدولة المهام. اعتمادًا على مهام جمع البيانات ، يمكن إنشاء أنواع مختلفة من برامج التطبيقات على مستوى التطبيق. تساعد طبقة النقل في الحفاظ على تدفق البيانات ، إذا لزم الأمر. توفر طبقة الشبكة توجيه البيانات التي توفرها طبقة النقل. نظرًا لأن البيئة بها ضوضاء غريبة ويمكن نقل العقد ، يجب أن يقلل بروتوكول MAC من حدوث التصادمات عند نقل البيانات بين العقد المجاورة. الطبقة المادية مسؤولة عن القدرة على نقل المعلومات. تساعد هذه البروتوكولات العقد على إكمال المهام مع الحفاظ على الطاقة. تحدد طبقة إدارة الطاقة كيفية استخدام العقدة للطاقة. على سبيل المثال ، قد تقوم العقدة بإيقاف تشغيل جهاز الاستقبال بعد تلقي رسالة من أحد جيرانها. سيساعدك هذا في تجنب تلقي رسالة مكررة. بالإضافة إلى ذلك ، عندما تكون العقدة ذات شحن بطارية منخفض ، فإنها تتصل بجيرانها بأنها لا تستطيع المشاركة في توجيه الرسائل. سيستخدم أي طاقة متبقية لجمع البيانات. تحدد طبقة إدارة التنقل (MAC) حركة العقد وتسجيلها ، لذلك هناك دائمًا مسار لنقل البيانات إلى عقدة مركزية ويمكن للعقد تحديد جيرانها. ومعرفة جيرانها ، يمكن للعقدة موازنة استهلاك الطاقة من خلال العمل معهم. يخطط مدير المهام وجدولة جمع المعلومات لكل منطقة على حدة. ليست كل العقد في نفس المنطقة مطلوبة لأداء مهام الصوت في نفس الوقت. نتيجة لذلك ، تؤدي بعض العقد مهامًا أكثر من غيرها ، اعتمادًا على قوتها. كل هذه الطبقات والوحدات ضرورية لكي تعمل العقد معًا وتسعى جاهدة لتحقيق أقصى قدر من كفاءة الطاقة ، وتحسين مسار نقل البيانات في الشبكة ، وكذلك مشاركة موارد بعضها البعض. بدونهم ، ستعمل كل عقدة على حدة. من وجهة نظر شبكة المستشعرات بأكملها ، يكون من الأفضل أن تعمل العقد مع بعضها البعض ، مما يساعد على إطالة عمر الشبكات نفسها. قبل مناقشة الحاجة إلى تضمين الوحدات النمطية وطبقات التحكم في البروتوكول ، نأخذ في الاعتبار ثلاث أوراق موجودة في حزمة البروتوكول ، والتي تظهر في الشكل 3. نموذج WINS الذي تمت مناقشته في المصدر ، والذي يتم فيه دمج العقد في شبكة موزعة ولديها إمكانية الوصول إلى الإنترنت. نظرًا لوجود عدد كبير من مضيفي WINS بالقرب من بعضهم البعض ، فإن الاتصالات متعددة القفزات تحافظ على استهلاك الطاقة عند الحد الأدنى. يتم توجيه المعلومات البيئية التي يتلقاها المضيف بشكل تسلسلي إلى الموقع المركزي أو بوابة WINS من خلال مواقع أخرى كما هو موضح في الشكل 2 للمواقع A و B و C و D و E. تتصل بوابة WINS بالمستخدم من خلال بروتوكولات الشبكة الشائعة مثل الإنترنت. ... يتكون مكدس بروتوكول شبكة WINS من طبقة تطبيق وطبقة شبكة وطبقة MAC وطبقة مادية. العقد الذكية (أو جزيئات الغبار). يمكن ربط هذه العقد بالأشياء أو حتى تطفو في الهواء بسبب صغر حجمها ووزنها. يستخدمون تقنية MEMS للاتصالات الضوئية والحصول على البيانات. يمكن أن تحتوي قوالب الغبار على ألواح شمسية لإعادة شحنها خلال النهار. إنها تتطلب خط رؤية للتواصل مع جهاز إرسال بصري أو محطة أساسية أو أي بقعة غبار أخرى. بمقارنة بنية شبكة بجزيئات الغبار مع تلك الموضحة في الشكل 2 ، يمكننا القول أن العقد الذكية ، كقاعدة عامة ، تتصل مباشرة بجهاز إرسال المحطة الأساسية ، ولكن الاتصال الفردي ممكن أيضًا. هناك طريقة أخرى لتطوير البروتوكولات والخوارزميات لشبكات الاستشعار مدفوعة بمتطلبات الطبقة المادية. يجب تصميم البروتوكولات والخوارزميات وفقًا لاختيار المكونات المادية مثل نوع المعالجات الدقيقة ونوع أجهزة الاستقبال. يتم استخدام هذا النهج التصاعدي في نموذج IAMPS ويأخذ في الاعتبار أيضًا اعتماد طبقة التطبيق وطبقة الشبكة وطبقة MAC والطبقة المادية على الأجهزة المضيفة. تتفاعل عقد IAMPS مع المستخدم النهائي بنفس الطريقة تمامًا كما هو الحال في الهندسة المعمارية الموضحة في الشكل 2. تتم مقارنة مخططات مختلفة ، على سبيل المثال ، تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDMA) أو تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDMA) والتشكيل الثنائي أو التشكيل M عند المصدر. يعني النهج التصاعدي أن خوارزميات العقدة يجب أن تعرف الأجهزة وأن تستخدم قدرات المعالجات الدقيقة وأجهزة الإرسال لتقليل استهلاك الطاقة. يمكن أن يؤدي هذا إلى تطوير تصميمات مختلفة للعقدة. وستؤدي تصميمات العقد المختلفة إلى أنواع مختلفة من شبكات الاستشعار. وهذا بدوره سيؤدي إلى تطوير خوارزميات مختلفة لعملهم.

الأدب

1. ج. عبود ، ج. Sterbenz ، التقرير النهائي عن ورشة العمل المشتركة بين الوكالات حول قضايا البحث للبيئات الذكية ، IEEE Personal Communications (أكتوبر 2000) 36-40.
2. جي أجري ، إل كلير ، هندسة متكاملة لشبكات الاستشعار التعاونية ، مجلة آي إي إي إي للكمبيوتر (مايو 2000) 106-108.
3. إذا. اكيلديز ، دبليو سو ، بروتوكول التوجيه المعزز للطاقة (PAER) لشبكات الاستشعار ، تقرير جورجيا التقني التقني ، يناير 2002 ، المقدم للنشر.
4. أ بكري ، ب. بادريناث ، I-TCP: TCP غير المباشر للمضيفين المتنقلين ، وقائع المؤتمر الدولي الخامس عشر لأنظمة الحوسبة الموزعة ، فانكوفر ، كولومبيا البريطانية ، مايو 1995 ، ص. 136-143.
5. P. Bauer ، M. Sichitiu ، R. Istepanian ، K. Premaratne ، المريض المتنقل: شبكات الاستشعار اللاسلكية الموزعة لمراقبة المريض ورعايته ، Proceedings 2000 IEEE EMBS International Conference on Information Technology Applications in Biomedicine، 2000، pp. 17-21.
6. إم بهاردواج ، ت. جارنيت ، أ. Chandrakasan ، الحدود العليا على عمر شبكات الاستشعار ، مؤتمر IEEE الدولي للاتصالات ICC'01 ، هلسنكي ، فنلندا ، يونيو 2001.
7. P. Bonnet، J. Gehrke، P. Seshadri، Querying the Physical World، IEEE Personal Communications (أكتوبر 2000) 10-15.

تعتمد جميع مجالات الحياة تقريبًا في القرن الحادي والعشرين على تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT). لا يتم تبادل البيانات بين الأشخاص فحسب ، بل يتم أيضًا تبادل جميع أنواع الأنظمة الذكية والهواتف المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة الصراف الآلي وأجهزة الاستشعار. ما لا يقل عن 5 مليارات جهاز متصل بالفعل بإنترنت الأشياء. يرتبط عمل أي مجمعات كبيرة - الصناعية والطاقة والزراعة ومراكز التسوق والمتاحف والمكاتب والمباني السكنية - بالمراقبة المستمرة للوضع على أراضيها. تقوم المستشعرات الحساسة في الوقت الفعلي بمراقبة صحة الجهاز وتنظيم تفاعل الأجهزة مع بعضها البعض والتحذير من الحاجة إلى استبدالها أو حول حالات الطوارئ. مع الكميات المتزايدة من البيانات بسرعة ، أنت بحاجة إلى طريقة بسيطة ومريحة لتبادلها بين الأجهزة ومراكز البيانات.

النسخة المطبوعة:

تُظهر شبكات الاستشعار اللاسلكية (BSS ، شبكات الاستشعار اللاسلكية) ، التي تتكون من أجهزة استشعار لاسلكية وأجهزة تحكم وقادرة على التنظيم الذاتي باستخدام خوارزميات ذكية ، آفاق الاستخدام على نطاق واسع لمراقبة صحة الإنسان ، وحالة البيئة ، وعمل الأنظمة الصناعية وأنظمة النقل ، وحساب الموارد المختلفة يعرض هذا العدد من النشرة الاتجاهات التكنولوجية في مجال FSS المتعلقة بضمان التشغيل المستمر لأجهزة الاستشعار اللاسلكية وتطبيقاتها في مجالين من مجالات الاقتصاد الحديث - التصنيع المتقدم والطاقة الذكية (الشبكة الذكية).

أجهزة استشعار الشحن الذاتي

لتطوير شبكات الاستشعار اللاسلكية ، من المهم حل مشكلة مصدر الطاقة الخاص بهم. يتمثل الاتجاه الواعد في إنشاء أجهزة مستقلة متينة بأقل استهلاك للطاقة - محولة من مصادر خارجية.

يمكن تشغيل أجهزة الاستشعار اللاسلكية ، على سبيل المثال ، عن طريق إشارات الراديو المرسلة إليها من جهاز إرسال (مثل أجهزة تحديد تردد الراديو (RFID) أو البطاقات الذكية بدون تلامس). يتم استخدام هذه الطاقة بواسطة الجهاز لإعادة شحن المستشعر ولتوليد إشارة استجابة بمعلومات حول الحالة الحالية للكائن المتحكم فيه.

طريقة أخرى هي التحويل السلبي للطاقة من البيئة الخارجية (تجميع الطاقة): الطاقة الشمسية (خارج الغرفة في طقس صافٍ إلى حد ما) ، الطاقة الحرارية ، طاقة الاهتزاز الميكانيكية (من الأجهزة التي تعمل في مكان قريب - آلات التجميع ، الناقلات ، إلخ) ، طاقة اهتزاز المستشعر نفسه (في حالة الأجهزة القابلة للارتداء) ، انبعاثات الراديو في الخلفية من الأجهزة الكهربائية المحيطة (بما في ذلك Wi-Fi).

تنفيذ إنتاج متطور يعتمد على شبكات الاستشعار اللاسلكية

الاستخدام غير المناسب للموارد ومرافق الإنتاج ، وتوليد كمية كبيرة من النفايات الملوثة ، وعدم وجود مراقبة مستمرة لحالة المرافق في الشركات - هذه وغيرها من مشاكل الصناعة الحديثة تحفز الانتقال إلى نموذج التصنيع المتقدم. يتميز باستخدام مواد جديدة وتقنيات صديقة للبيئة (التقنيات الخضراء) ، وكذلك الاستخدام الواسع لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والأنظمة الذكية ، ولا سيما الروبوتات وشبكات الاستشعار اللاسلكية.

تعد شبكات الاستشعار اللاسلكية الصناعية (IBSS) أهم عامل في تنفيذ الإنتاج المتقدم. للتحكم في حالة الكائنات في المؤسسة ومراقبتها (المعدات ، والناقلات ، وآلات التجميع ، والمفاعلات) ، يتم استخدام مجموعة من أجهزة الاستشعار اللاسلكية وأنظمة المعلومات المترابطة التي تعالج البيانات من أجهزة الاستشعار وتتفاعل مع الكائنات الخاضعة للرقابة باستخدام أجهزة التحكم. يتفاعل مثل هذا النظام الآلي مع أي تغييرات في المؤشرات في المؤسسة ، ويخطر الموظفين بالحوادث والمواقف المشكلة ، ويحلل كفاءة استخدام المعدات ، ويقيم مستوى التلوث البيئي وحجم النفايات المتولدة.

الشبكات الذكية

تعتبر المشكلة العالمية المتمثلة في الاستخدام غير الرشيد للكهرباء ملحة بشكل خاص بالنسبة لروسيا. ارتفاع تكاليف توليد الكهرباء يزيد من تكلفة الإنتاج مما يضع عبئًا مضاعفًا على المستخدم النهائي. لتحسين كفاءة وموثوقية أنظمة الطاقة ، تتجه العديد من البلدان نحو مفهوم الشبكات الذكية (الشبكة الذكية).

تتحكم هذه الشبكة في الوقت الفعلي في جميع مصادر التوليد المتصلة بها وشبكات النقل والتوزيع والأشياء التي تستهلك الكهرباء. للتحكم في شبكة الكهرباء "الذكية" ، يتم استخدام شبكات الاستشعار اللاسلكية ، والتي تتحكم في حجم إنتاج الطاقة واستهلاك الطاقة في أجزاء مختلفة منها. بمساعدة أنظمة المعلومات ، يتم حساب التوزيع الأمثل للطاقة في الشبكة ، ويتم إجراء التنبؤات لفصول وفترات مختلفة من اليوم ، ويتم مزامنة إنتاج الطاقة وتسليمها ، ومراقبة سلامة خطوط الكهرباء. لزيادة كفاءة شبكة الطاقة ، يتم إيقاف تشغيل عناصرها غير الحرجة لفترة النشاط المنخفض.

يتم مراقبة الاتجاهات التكنولوجية العالمية من قبل معهد الدراسات الإحصائية واقتصاديات المعرفة في المدرسة العليا للاقتصاد () كجزء من برنامج HSE للبحوث الأساسية.

عند إعداد حرف الاتجاه ، تم استخدام المصادر التالية: توقعات التطور العلمي والتكنولوجي للاتحاد الروسي حتى عام 2030 (prognoz2030.hse.ru) ، مواد المجلة العلمية "البصيرة" (foresight-journal.hse.ru) ، البيانات شبكة العلوم, يدور في مدارو idc.com و marketandmarkets.com و wintergreenresearch.com و greentechmedia.com و greenpatrol.ru وما إلى ذلك.

لقد اقترب اليوم بالفعل حيث سيتم دمج مئات الملايين من أجهزة استشعار أشباه الموصلات في كل ما هو ممكن ، من مفتاح التشغيل إلى عربة الأطفال. ولن يكونوا جميعًا قادرين على العمل كمستشعرات ذكية فحسب ، بل سيكونون قادرين أيضًا على إجراء معالجة المعلومات الأولية ، وكذلك التفاعل مع بعضهم البعض ، وتشكيل شبكة استشعار لاسلكية واحدة. في الوقت نفسه ، لن تستهلك هذه المستشعرات الكهرباء عمليًا ، لأن البطاريات المصغرة المدمجة ستكون كافية لعدة سنوات ، أي طوال عمر أجهزة الاستشعار. سيكون هذا نوعًا جديدًا من الناحية المفاهيمية لنظام الكمبيوتر الذي يعمل باستخدام شبكة استشعار لاسلكية. تسمى هذه الشبكة شبكات الاستشعار اللاسلكية المخصصة. مصطلح Ad-hoc مستعار من الشبكات اللاسلكية الحديثة ، مثل معيار IEEE 802.11b. هذه الشبكات اللاسلكية لها وضعان للاتصال: البنية التحتية و Ad-hoc. في وضع البنية التحتية ، لا تتفاعل عقد الشبكة مع بعضها البعض بشكل مباشر ، ولكن من خلال نقطة الوصول ، التي تعمل كنوع من المحور في الشبكة اللاسلكية (على غرار ما يحدث في شبكات الكابلات التقليدية). في الوضع المخصص ، الذي يُطلق عليه أيضًا اسم Peer-to-Peer ، تتواصل المحطات مباشرة مع بعضها البعض. وفقًا لذلك ، في شبكات الاستشعار اللاسلكية ، يعني الوضع Ad-hoc أن جميع أجهزة الاستشعار تتفاعل مباشرة مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى إنشاء نوع من الشبكة الخلوية

تعد شبكات الاستشعار اللاسلكية نوعًا من الخطوة نحو العصر التالي - عندما تكون أجهزة الكمبيوتر متصلة مباشرة بالعالم المادي وستكون قادرة على تخمين رغبات المستخدمين واتخاذ القرارات نيابةً عنهم.
دعونا نحلم قليلاً بما ستجلبه لنا شبكات الاستشعار هذه في المستقبل. تخيل أن أسرة الأطفال تستمع إلى تنفس الأطفال ؛ الأساور التي تراقب حالة المرضى في العيادة ؛ كاشفات الدخان ، والتي لا يمكنها فقط استدعاء رجال الإطفاء إذا لزم الأمر ، ولكن أيضًا إبلاغهم مسبقًا بمصدر الحريق ودرجة تعقيد الحريق. ستكون الأجهزة الإلكترونية قادرة على التعرف على بعضها البعض ، وستذكرهم مصادر الطاقة أنهم بحاجة إلى "التحديث".

تخيل مئات الآلاف من أجهزة الاستشعار متصلة ببعضها البعض في غابة. في مثل هذه الغابة ، سيكون من المستحيل ببساطة أن تضيع ، حيث سيتم تسجيل حركة الشخص وتحليلها بواسطة أجهزة الاستشعار. مثال آخر هو أجهزة الاستشعار في الحقل ، التي تم ضبطها لمراقبة حالة التربة ، واعتمادًا على الظروف المتغيرة ، تنظم الري وكمية السماد المطبق.
ستكون شبكات الاستشعار على الطرق مفيدة بنفس القدر. من خلال التواصل مع بعضهم البعض ، سيكونون قادرين على تنظيم تدفق السيارات. هذا هو حلم أي سائق - طرق خالية من الاختناقات المرورية! ستكون هذه الشبكات قادرة على التعامل مع هذه المهمة بكفاءة أكبر بكثير من أي وكالة. مشكلة التحكم
سيتم حل المخالفات على الطرق من تلقاء نفسها.

سيؤدي استخدام شبكات الاستشعار لإدارة الطاقة إلى توفير طاقة لا يصدق. تخيل شبكة تحكم كهذه في شقتك. من خلال تتبع موقعك ، ستتمكن المستشعرات من إطفاء الضوء خلفك وتشغيله حسب الحاجة. حسنًا ، إذا استخدمت مثل هذه الشبكات للتحكم في إنارة الشوارع والطرق ، فستختفي مشكلة نقص الكهرباء من تلقاء نفسها. من أجل أن تصبح شبكات الاستشعار حقيقة واقعة في الغد ، يتم إجراء البحث في هذا الاتجاه اليوم. والرائدة في هذا المجال هي شركة Intel ، التي تدعم جميع تقنيات الحوسبة المتقدمة في المستقبل. يتم إيلاء اهتمام خاص لتطوير شبكات الاستشعار اللاسلكية متعددة العقد ، القادرة على التكوين الذاتي والتكوين التلقائي حسب الحاجة. سيسمح تطبيق هذه التقنية بنشر شبكة من أجهزة استشعار أشباه الموصلات غير المكلفة ، ولكن في نفس الوقت شديدة التعقيد ، والتي ستكون قادرة على إقامة اتصال مع بعضها البعض بشكل مستقل ، والإبلاغ عن بعض التغييرات في البيئة. على سبيل المثال ، يأتي مستشعر Mica مزودًا بـ 128 كيلو بايت من برنامج ذاكرة فلاش ، و 256 كيلو بايت من ذاكرة فلاش لتخزين البيانات ، وجهاز إرسال لاسلكي 900 ميجا هرتز.
بعض هذه الأجهزة تعمل بنظام تشغيل
TinyOS ، رمز نظام التشغيل هذا مفتوح المصدر ويتكون من كل شيء
8.5 كيلو بايت.

سوف تجد مثل هذه الأجهزة تطبيقًا في مناطق جديدة بشكل أساسي ، على سبيل المثال ، في تطوير الملابس الذكية ، والبطانيات المتصلة التي ستراقب صحة المولود الجديد وتبلغ عن أهم مؤشرات وظائفه الحيوية ، والمزارع الذكية التي تقوم فيها أجهزة استشعار أشباه الموصلات المثبتة في التربة بإدارة الري
النظام والتخصيب. بحث شبكات الاستشعار في شركة إنتل
مختبر أبحاث Intel Berkeley الشهير ، الموجود في كاليفورنيا. شبكات الاستشعار التجريبية الموجودة اليوم تلبي بشكل جزئي المتطلبات المذكورة أعلاه. لذلك ، تتكون الشبكات اليوم من مئات من أجهزة الاستشعار ذات منطقة تغطية محدودة وتؤدي مهامًا محددة جيدًا فقط. فهي قادرة على نقل نوع معين فقط من المعلومات من جهاز استشعار إلى آخر وفي نطاق ترددي معين فقط. استهلاك الطاقة أيضا لا يستهان به
- البطارية تدوم لأيام قليلة فقط. لا تزال أجهزة الاستشعار الحالية خاملة تمامًا ، ولا يوجد شك في الموثوقية العالية وعدم الإحساس في التشغيل (على الأقل بسبب الحجم). وبالطبع ، فإن أجهزة الاستشعار هذه باهظة الثمن ، لذا فإن شبكة من مئات أجهزة الاستشعار ليست رخيصة. لكن يجب أن نتذكر أننا نتحدث عن شبكات تجريبية وتطوير تكنولوجيا المستقبل. في الوقت نفسه ، تقدم شبكات الاستشعار التجريبية بالفعل فوائد. إحدى شبكات الاستشعار هذه ، التي تم إنشاؤها بالاشتراك مع مختبر أبحاث إنتل بيركلي ، ومعهد أتلانتيك وجامعة كاليفورنيا ، تعمل في جزيرة جريت دك في ولاية مين.

الغرض من هذه الشبكة هو دراسة البيئة الدقيقة للكائنات البيولوجية المختلفة التي تعيش في الجزيرة.
أي تدخل بشري (حتى لغرض التعلم) يكون أحيانًا غير ضروري ،
هذا هو المكان الذي تأتي فيه شبكات الاستشعار إلى الإنقاذ ، مما يسمح بدون مشاركة بشرية مباشرة بجمع جميع المعلومات اللازمة.

تستخدم شبكة المستشعر لوحين كعقد. تحتوي اللوحة الأولى على مستشعر درجة الحرارة ومستشعرات الرطوبة والضغط الجوي ومستشعر الأشعة تحت الحمراء. اللوحة الثانية تحتوي على معالج دقيق (4 ميجا هرتز) ، وذاكرة وصول عشوائي 1 كيلو بايت ، وذاكرة فلاش لتخزين البرامج والبيانات ، ومصدر طاقة (بطاريتان AA) وجهاز إرسال لاسلكي /
جهاز استقبال يعمل بتردد 900 ميغا هرتز. تسمح لك المستشعرات بتسجيل جميع المعلومات الضرورية ونقلها إلى قاعدة بيانات الكمبيوتر المضيف. يتم اختبار جميع المستشعرات بدقة مسبقًا - يتم غمر اللوحة ذات المستشعرات في الماء لمدة يومين وتراقب وظائفها. تشكل جميع عقد الاستشعار شبكة لاسلكية واحدة ويمكنها تبادل المعلومات. في هذه الحالة ، يحدث نقل المعلومات من عقدة شبكة بعيدة إلى بوابة (Gateway Sensor) عبر سلسلة ، أي من عقدة شبكة إلى أخرى ، مما يسمح لك بإنشاء منطقة تغطية كبيرة.

تصل المعلومات إلى الكمبيوتر المضيف من خلال البوابة. تستخدم البوابة هوائي اتجاهي ، مما يسمح بزيادة مسافة الإرسال حتى 300 متر.من الكمبيوتر المضيف ، يتم نقل المعلومات عبر الأقمار الصناعية عبر الإنترنت إلى مركز الأبحاث الموجود في كاليفورنيا.

لا يقل عدد العاملين النشطين في المختبرات عن العمل على علم الأحياء الدقيق وإنشاء الرقائق الحيوية. بالإضافة إلى الإدراك الحسي لعالم الأشياء الصلبة ، يتم التحقيق في إمكانية "الشعور" بالوسائط السائلة والأشياء البيولوجية النامية. يفتح مثل هذا البحث آفاقًا هائلة للتطوير الطبي والصيدلاني ، وتنفيذ العمليات الكيميائية وتصنيع المنتجات البيولوجية. نظرًا لأن الغرض الرئيسي من شبكات الاستشعار هو إدراك ونقل المعلومات المفيدة ، فإن المتخصصين في مختبر إنتل في بيركلي منشغلون بتطوير طريقة للجمع بين المستشعرات والأشياء المسؤولة عن المراقبة ، كما يستكشفون إمكانية إنشاء "مشغلات" - أجهزة تعتمد على أجهزة استشعار تسمح لك بالتأثير الوضع ، وليس مجرد تسجيل حالتها. من الواضح أن شبكات الاستشعار مفيدة للتطبيقات العسكرية ، وكان أحد الاختلافات المحتملة للشبكات هو اختبار "القتال" في أفغانستان ، حيث نشر الجيش الأمريكي عدة مئات من أجهزة الاستشعار لتتبع تحركات المعدات العسكرية للعدو. ومع ذلك ، في المقدمة
من السابق لأوانه القول بأن الشبكات الحقيقية في حياتنا ، فإن الشبكة عرضة للتسامح مع الأخطاء. هجوم رفض الخدمة (DoS) على شبكة أجهزة الاستشعار هو أي حدث يقلل أو يلغي قدرة الشبكة على أداء وظيفتها المقصودة. يقترح المؤلفون تأسيس بروتوكولات شبكة المستشعرات على بنية ذات طبقات ، والتي يمكن أن تضر بكفاءة الشبكة ، ولكنها تزيد من موثوقيتها. تتم مناقشة أنواع هجمات DoS النموذجية لكل طبقة وطرق الحماية المقبولة. وهكذا ، حتى اليوم ، على الرغم من النقص وما زال نطاق الاستخدام ضيقًا تمامًا ، تُستخدم شبكات الاستشعار في العلم ، وفي وقت لاحق في الحياة.

تم استخدام المواد من المواقع: