În ultimii ani, proiectarea eficientă a unei rețele de senzori fără fir a devenit o zonă de lider în cercetare. Un senzor este un dispozitiv care răspunde și detectează un anumit tip de intrare atât din condițiile fizice sau de mediu, cum ar fi presiunea, căldura, lumina etc. Ieșirea senzorului este, în general, un semnal electric care este transmis unui controler pentru procesare ulterioară. .

Rețele de senzori fără fir (WSN)

O rețea de senzori fără fir poate fi definită ca o rețea de dispozitive care pot comunica informațiile colectate dintr-un câmp monitorizat prin legături fără fir. Datele sunt redirecționate prin mai multe noduri și, cu un gateway, datele sunt conectate la alte rețele, cum ar fi Ethernet wireless .

“circuit de încărcare lipo cu mai multe celule ”

Rețele de senzori fără fir

WSN este o rețea fără fir care constă din stații de bază și număr de noduri (senzori fără fir). Aceste rețele sunt utilizate pentru a monitoriza condițiile fizice sau de mediu, cum ar fi sunetul, presiunea, temperatura și transmiterea cooperativă a datelor prin rețea la locația principală, așa cum se arată în figură.

Topologii de rețea WSN

Pentru rețelele de comunicații radio, structura unui WSN include diverse topologii, cum ar fi cele prezentate mai jos.

Topologii de rețea pentru senzori fără fir

Topologii stelare

Topologia stelară este o topologie de comunicare, în care fiecare nod se conectează direct la o poartă. Un singur gateway poate trimite sau primi un mesaj către mai multe noduri la distanță. În topologii instantanee, nodurile nu au voie să-și trimită mesaje reciproc. Acest lucru permite comunicații cu latență scăzută între nodul de la distanță și gateway (stația de bază).

Datorită dependenței sale de un singur nod pentru a gestiona rețeaua, gateway-ul trebuie să se afle în raza de transmisie radio a tuturor nodurilor individuale. Avantajul include posibilitatea de a menține consumul de energie al nodurilor la distanță la un nivel minim și pur și simplu sub control. Dimensiunea rețelei depinde de numărul de conexiuni realizate la hub.

Topologii de copaci

Topologia arborelui este numită și ca topologie stelară în cascadă. În topologiile copacilor, fiecare nod se conectează la un nod care este plasat mai sus în copac, apoi la gateway. Principalul avantaj al topologiei arborelui este că extinderea unei rețele poate fi ușor posibilă și, de asemenea, detectarea erorilor devine ușoară. Dezavantajul acestei rețele este că se bazează foarte mult pe cablul autobuzului dacă se rupe, toată rețeaua se va prăbuși.

Topologii de plasă

Topologiile Mesh permit transmiterea datelor de la un nod la altul, care se află în raza sa de transmisie radio. Dacă un nod dorește să trimită un mesaj către alt nod, care se află în afara razei de comunicații radio, are nevoie de un nod intermediar pentru a transmiteți mesajul la nodul dorit. Avantajul acestei topologii mesh include izolarea ușoară și detectarea defecțiunilor în rețea. Dezavantajul este că rețeaua este mare și necesită investiții uriașe.

Tipuri de rețele WSN (Wireless Sensor Networks)

În funcție de mediu, tipuri de rețele sunt decise astfel încât acestea să poată fi desfășurate sub apă, subteran, pe uscat și așa mai departe. Diferite tipuri de WSN includ:

WSN terestre
WSN-uri subterane
WSN-uri subacvatice
WSN-uri multimedia
WSN-uri mobile

1. WSN terestre

WSN-urile terestre sunt capabile să comunice stațiile de bază în mod eficient și constau din sute până la mii de noduri de senzori fără fir desfășurate fie în mod nestructurat (ad hoc), fie structurat (preplanificat). Într-un mod nestructurat, nodurile senzorului sunt distribuite aleatoriu în zona țintă care este scăzută dintr-un plan fix. Modul preplanificat sau structurat ia în considerare plasarea optimă, plasarea grilei și modelele de plasare 2D, 3D.

În acest WSN, puterea bateriei este limitat însă, bateria este echipată cu celule solare ca sursă secundară de energie. Conservarea energiei acestor WSN-uri se realizează prin utilizarea operațiunilor cu ciclu de funcționare redus, minimizarea întârzierilor și rutare optimă etc.

2. WSN-uri subterane

Rețelele de senzori fără fir subterane sunt mai scumpe decât WSN-urile terestre în ceea ce privește implementarea, întreținerea și considerațiile legate de costul echipamentelor și planificarea atentă. Rețelele WSN sunt formate din mai multe noduri de senzori care sunt ascunse în pământ pentru a monitoriza condițiile subterane. Pentru a transmite informații de la nodurile senzorului la stația de bază, noduri suplimentare de chiuvetă sunt situate deasupra solului.

WSN-uri subterane

Rețelele de senzori fără fir subterane desfășurate în sol sunt dificil de reîncărcat. Nodurile bateriei senzorului echipate cu o putere limitată a bateriei sunt greu de reîncărcat. În plus, mediul subteran face din comunicarea fără fir o provocare datorită nivelului ridicat de atenuare și pierderi de semnal.

3. Sub apă WSN-uri

Mai mult de 70% din pământ este ocupat cu apă. Aceste rețele constau din mai multe noduri de senzori și vehicule desfășurate sub apă. Vehiculele subacvatice autonome sunt utilizate pentru colectarea datelor de la aceste noduri ale senzorilor. O provocare a comunicației subacvatice este o întârziere lungă de propagare și lățimea de bandă și defectarea senzorilor.

Sub apă WSN-uri

Subacvatic, WSN-urile sunt echipate cu o baterie limitată care nu poate fi reîncărcată sau înlocuită. Problema conservării energiei pentru WSN-urile subacvatice implică dezvoltarea tehnicilor de comunicare și rețea subacvatică.

4. WSN-uri multimedia

Au fost propuse rețele de senzori fără fir multimedia pentru a permite urmărirea și monitorizarea evenimentelor sub formă de multimedia, cum ar fi imagistica, video și audio. Aceste rețele constau din noduri senzor cu costuri reduse, echipate cu microfoane și camere. Aceste noduri sunt interconectate între ele printr-o conexiune wireless pentru comprimarea datelor, recuperarea datelor și corelarea.

WSN-uri multimedia

Provocările cu WSN multimedia includ consum ridicat de energie, cerințe mari de lățime de bandă, procesare de date și tehnici de comprimare. În plus, conținutul multimedia necesită o lățime de bandă mare pentru ca conținutul să fie livrat corect și ușor.

5. WSN-uri mobile

Aceste rețele constau dintr-o colecție de noduri de senzori care pot fi mutate singure și pot fi interacționate cu mediul fizic. Nodurile mobile pot calcula sensul și comunica.

Rețelele mobile de senzori fără fir sunt mult mai versatile decât rețelele de senzori statici. Avantajele MWSN față de rețelele statice de senzori fără fir includ o acoperire mai bună și îmbunătățită, o eficiență energetică mai bună, o capacitate superioară a canalului și așa mai departe.

Limitările rețelelor de senzori fără fir

Poseda o capacitate de stocare foarte mica - cateva sute de kilobytes
Poseda o putere de procesare modesta-8MHz
Funcționează într-un interval scurt de comunicare - consumă multă energie
Necesită energie minimă - constrânge protocoale
Aveți baterii cu o durată de viață finită
Dispozitivele pasive furnizează puțină energie

Aplicații pentru rețele de senzori fără fir

Aceste rețele sunt utilizate în urmărirea mediului, cum ar fi detectarea pădurilor, urmărirea animalelor, detectarea inundațiilor, prognozarea și predicția vremii, precum și în aplicații comerciale precum predicția și monitorizarea activității seismice.
Aplicații militare , cum ar fi urmărirea și monitorizarea mediului, aplicațiile de supraveghere utilizează aceste rețele. Nodurile de senzori din rețelele de senzori sunt lăsate în câmpul de interes și sunt controlate de la distanță de către un utilizator. Urmărirea inamicului, detecțiile de securitate sunt, de asemenea, efectuate prin utilizarea acestor rețele.
Aplicațiile de sănătate, cum ar fi urmărirea și monitorizarea pacienților și medicilor, utilizează aceste rețele.
Cele mai frecvent utilizate aplicații de rețele de senzori fără fir în domeniul sistemelor de transport, cum ar fi monitorizarea traficului, gestionarea dinamică a rutei și monitorizarea parcărilor etc., utilizează aceste rețele.
Răspuns rapid de urgență, monitorizarea proceselor industriale , controlul automat al clădirii clădirii, monitorizarea ecosistemelor și habitatelor, monitorizarea sănătății structurale civile etc., utilizează aceste rețele.

Este vorba despre rețelele de senzori fără fir și despre aplicațiile acestora. Credem că informațiile despre toate tipurile diferite de rețele vă vor ajuta să le cunoașteți mai bine pentru cerințele dvs. practice. În afară de aceasta, pentru informații suplimentare despre wireless SCADA , întrebări și îndoieli cu privire la acest subiect sau proiecte electrice și electronice și orice sugestii, vă rugăm să ne comentați sau să ne scrieți în secțiunea de comentarii de mai jos.

Credite foto