Беспроводные сенсорные сети реферат

Обновлено: 04.07.2024

Рис. 1. Архитектура типичной беспроводной сенсорной сети

IEEE802.15.4 — это стандартный протокол беспроводной связи, разработанный для беспроводных персональных сетей (WPAN). Он определяет физический уровень и уровень канала передачи данных в OSI в семиуровневой модели и фокусируется на низких скоростях передачи данных, низком энергопотреблении и функциях передачи на короткие расстояния. Беспроводная сенсорная сеть (WSN) [2], использующая стандарт IEEE802.15.4, может применяться в множестве приложений, таких как интеллектуальные сети, интеллектуальная логистика, мониторинг окружающей среды, домашняя автоматизация и т. Д.

ZigBee [3] определяет протоколы верхнего уровня выше IEEE 802.15.4. Его хорошо известные характеристики включают низкую стоимость, низкую скорость передачи данных и низкое энергопотребление. Предложенный альянсом ZigBee, ZigBee можно рассматривать как одну из популярных технологий в WSN. Устройства ZigBee могут связываться друг с другом и передавать данные между устройствами в локальной сети ZigBee. Поскольку протокол ZigBee несовместим с существующим интернет-протоколом (IP), он не отправляет данные напрямую на серверы в Интернете. В случае необходимости требуется дополнительный вспомогательный механизм перевода.

В настоящее время предпринимаются многочисленные попытки внедрить Интернет-протокол (IP) в WSN. Если сенсорные устройства имеют встроенную поддержку протокола IP, им не требуются дополнительные вспомогательные механизмы трансляции, и сенсорные устройства могут напрямую отправлять данные на серверы в Интернете. Поскольку существует много приложений, разработанных на основе протокола IP, это позволило бы нам сэкономить на разработке новых приложений верхнего уровня в устройствах. Исходя из этого, Инженерная рабочая группа по Интернету (IETF) сформировала рабочую группу IPv6 по беспроводной локальной персональной сети с низким энергопотреблением (6LoWPAN) [4], чтобы изучить, как применять протокол Интернета версии 6 (IPv6) в WSN.

Однако ZigBee и 6LoWPAN — это просто протоколы сетевого уровня, которые соединяют узлы вместе. В связи с быстро растущим числом датчиков, как эффективно управлять устройствами в WSN, стало важной темой, которой в последние годы уделяется большое внимание. В настоящее время до сих пор не существует универсального стандарта протокола сетевого управления для совместного управления разнородными устройствами ZigBee и 6LoWPAN. Некоторые многообещающие кандидаты в управление WSN включают простой протокол управления сетью (SNMP) и протокол инициации сеанса (SIP) [5], которые оба являются протоколами прикладного уровня.

Поскольку пропускная способность беспроводной линии связи в WSN ограничена, WSN нестабильны, и пакеты легко теряются во время процессов передачи. Поэтому традиционная система управления сетью, которая использует SNMP поверх UDP для мониторинга интернет-маршрутизаторов, плохо работает в WSN. В этой статье рассматриваются SIP и SNMP, передаваемые по протоколу управления потоком (SCTP) [6]. SCTP предлагает высокую производительность и высокую надежность передачи, которые могут преодолеть недостатки WSN. Мы проиллюстрируем, как SIP через SCTP или SNMP через SCTP может обеспечить лучшую эффективность для управления устройствами в WSN.

В последние годы WSN является одной из важных новых сетевых технологий. Существует два популярных протокола WSN: ZigBee и 6LoWPAN. Различные поставщики оборудования разрабатывают свои собственные инструменты управления сетью, такие как ZigBee Sensor Monitor, который поддерживает модуль ZigBee CC2530ZDK, разработанный Texas Instruments. Каждый поставщик может предложить свой собственный инструмент управления, что-то из проприетарных протоколов управления. Отсутствие единого инструмента управления открытой сетью является препятствием для управления устройствами ZigBee и 6LoWPAN в WSN.

Для управления устройствами WSN с открытыми стандартными протоколами в некоторых предыдущих исследованиях предлагалось использовать протокол SNMP, в то время как в других предлагалось использовать протокол SIP. SIP и SNMP являются протоколами прикладного уровня, которые могут использоваться в различных базовых сетях. И SIP, и SNMP могут работать по TCP и UDP, в зависимости от того, предпочтительнее ли надежность или эффективность.

Основные термины (генерируются автоматически): WSN, SIP, SNMP, SCTP, IETF, UDP, протокол, сеть, управление устройствами, устройство.

ГОСТ

Беспроводные сенсорные сети — это распределенные, самоорганизующиеся сети с множеством датчиков и исполнительных устройств, которые объединены между собой при помощи радиоканала.

Введение

Сенсорной сетью является структура, которая состоит из датчиков, вычислительных модулей и компонентов, предназначенных для связи, имеющие своей целью запись, наблюдение и реагирование на события или явления. События могут коррелироваться с разными аспектами, к примеру, с физической реальностью, промышленными объектами, биологическими системами или инфраструктурной системой ИТ (информационных технологий), при этом контролирующими или наблюдательными органами могут быть потребительское приложение, правительство, гражданская, военная или промышленная организация. Подобная структура сенсорных сетей может быть использована для удаленного зондирования, медицинских телеметрических исследований, систем, реализующих наблюдение, мониторинг, сбор данных и так далее.

Беспроводные сенсорные сети

Стандартная сенсорная сеть включает в свой состав датчики, контроллеры и системы, предназначенные для связи. В случае, если система, предназначенная для связи в сенсорной сети, выполнена с применением беспроводного протокола, то такие сети именуются беспроводными сенсорными сетями, то есть, WSN (Wireless Sensor Networks). Структурная организация такой сети показана на рисунке ниже.

Готовые работы на аналогичную тему

Рисунок 1. Структурная организация беспроводной сенсорной сети. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Необходимо отметить, что беспроводные сенсорные сети в качестве единого целого могут считаться одной из важнейших технологий двадцать первого века. Последние разработки в сфере MEMS-сенсоров (микро электромеханических систем) и беспроводной связи предоставили возможность создания дешевых, маломощные, миниатюрных и интеллектуальных датчиков, которые могут устанавливаться в обширном пространстве, а связь с ними можно обеспечить через беспроводные каналы связи и сеть Интернет для разных гражданских и военных приложений.

Беспроводная сенсорная сеть может состоять из сенсорных узлов, развернутых с высоким уровнем плотности и часто в значительных количествах, которые способны поддерживать распознавание, обработку данных, встроенные вычисления и связь. Передовые проекты в сфере инженерии, связи и сетей способствовали возникновению новейших версий датчиков и беспроводных систем. Подобные передовые датчики можно использовать как мост между физическим и цифровым миром. Датчики применяются во многих устройствах, отраслях промышленности, машинах и окружающей среде, и они способны помочь избежать сбоев инфраструктуры, аварий, а также они применяются для сохранения природных ресурсов, сохранения дикой природы, повышения производительности, обеспечения безопасности и так далее.

Стандартная беспроводная сенсорная сеть состоит из двух основных элементов:

Сенсорного узла.
Сетевой архитектуры.

Сенсорный узел в WSN включает в свой состав четыре основных компонента, а именно - источник питания, датчик, блок обработки, систему связи, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 2. Сенсорный узел в WSN. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Датчик предназначен для сбора аналоговых данных из физического мира, а аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет преобразование этих данных в цифровую информацию. Главный процессор, роль которого, как правило, играет микропроцессор или микроконтроллер, исполняет интеллектуальную обработку данных и манипулирование ими.

Система связи обычно включает в свой состав устройства радиосвязи, как правило, это радиостанции ближнего действия, предназначенные для передачи и приема данных. Так как весь набор элементов может считаться модулями, обладающими низким энергопотреблением, то для питания всей системы может быть использована маленькая батарея, к примеру, CR-2032.

Несмотря на название, сенсорный узел имеет в своем составе не только сенсорные компоненты, но также и другие важные составляющие, такие, как модули обработки, связи и хранения. Благодаря всем этим элементам и модификациям узел датчика должен отвечать за сбор данных физического мира, анализ сети, корреляцию данных и объединение данных других датчиков с собственной информацией.

Архитектура беспроводной сенсорной сети представлена на рисунке ниже.

Рисунок 3. Архитектура беспроводной сенсорной сети. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Если значительное число сенсорных узлов располагается в обширной области для совместного мониторинга физической среды, то соединение в сеть всех этих сенсорных узлов является одинаково важным. Сенсорный узел в WSN должен не только связываться с другими сенсорными узлами, но также должен иметь связь с базовой станцией, применяя каналы беспроводной связи.

Базовая станция выполняет отправку команд на сенсорные узлы, а сенсорные узлы должны исполнять задачу, путем взаимодействия друг с другом. После сбора требуемых данных сенсорные узлы должны вернуть данные вновь на базовую станцию. Базовая станция также работает в качестве шлюза для других сетей через Интернет. После приема данных от узлов датчиков базовая станция исполняет несложную обработку данных и транслирует обновленный информационный набор пользователям через Интернет.

Если все узлы датчика подключены к базовой станции, то он определяется как архитектура сети с одним переходом (или односкачковая архитектура). Хотя передача на большие расстояния является возможной, потребление энергии для связи при этом будет существенно больше, чем для сбора и вычисления информационных данных. Необходимо отметить, что многоскачковая сетевая архитектура, как правило, применяется в серьезных приложениях.

Реферат
Список определений, обозначений и сокращений
Введение
Беспроводная сенсорная сеть
Основные принципы работы
Аппаратное обеспечение и стандарты
Преимущества сенсорных сетей
Военное применение
Системы дистанционного наблюдения за полем боя на базе РСП
Беспилотные летательные аппараты
Заключение
Литература

Этот отчет посвящен применению беспроводных сенсорных сетей в военных целях.
Число страниц: 30
Рисунков: 7
Таблиц: 1
Источников в списке литературы: 5
Ключевые слова: Беспроводная сенсорная сеть; ZigBee; 6LoWPAN; ANSI; WirelessHART, БПЛА.

В то время как люди только знакомятся с использованием беспроводных устройств, исследования в области беспроводных сетей намного опережают существующие тенденции на современном рынке. В начале 2000 ученые начали исследовать возможное использование сенсорных датчиков совместно с беспроводной сетью. Это исследование привело к развитию нового вида коммуникационных сетей под названием Беспроводные сенсорные сети.
Сенсорный датчик (или сенсор) – это миниатюрное устройство, обладающее определенными свойствами. Он может зондировать окружающее его пространство и собирать информацию в виде информационных сигналов. Сенсор имеет радиопередатчик, который позволяет передавать информационные сигналы на базовую станцию через беспроводные средства связи. Но этот радиопередатчик имеет ограниченную дальность передачи до 50 м. Этот недостаток можно компенсировать за счет использования большого количества таких сенсоров. Это достаточно легко осуществимо, так как подобное использование не является дорогостоящим благодаря маленькому размеру и невысокой цене сенсорных датчиков.
Одной из привлекательных характеристик сенсоров является то, что они могут быть очень маленькими по размеру, меньше монеты, и ожидается, что в будущем они станут еще меньше. К тому же они очень дешевые. Обычный сенсорный датчик стоит примерно 5-10 долларов.
Учитывая миниатюрные размеры и низкую себестоимость таких датчиков, они в большом количестве могут быть использованы для сбора информации и ее беспроводной передачи. Сенсорные сети могут быть использованы как в военной, так и в гражданской сферах. Впервые использование сенсорных сетей началось в военной сфере для слежения за целью в боевой обстановке. Например, тысячи сенсорных датчиков могут быть заброшены вертолетом на поле военных действий, они будут зондировать и посылать информацию о вражеских танках и солдатах непосредственно с места сражения. Это очень эффективный метод, который обеспечивает более точную информацию по сравнению с традиционными методами слежения за целью.
Начиная с 2000 года путем учреждения значительного количества грантов, в США начали поощряться исследования в области сенсорных сетей. Однако позднее, принимая во внимание значительные преимущества, сенсорные сети стали эффективно применяться и в гражданской сфере [1].

В англоязычной литературе беспроводную сеть называют WSN.
Беспроводные сенсорные сети строятся из узлов, называемых моты (mote) – небольших автономных устройств с питанием от батарей и микрочипами с радиосвязью на частоте, например, 2,4 ГГц. Специальное программное обеспечение позволяет мотам само организовываться в распределенные сети, связываться друг с другом, опрашивать и обмениваться данными с ближайшими узлами, расстояние до которых обычно не превышает 100 метров.
Развитие беспроводных сенсорных сетей изначально было мотивированно военными задачами, например, наблюдением за полем боя. В настоящее время беспроводные сенсорные сети используются все шире во многих областях гражданской жизнедеятельности для мониторинга, отслеживания и контроля. Вот некоторые приложения:
• Экологический мониторинг
• Мониторинг окружающей среды
• Акустическое обнаружение
• Сейсмическое обнаружение
• Военное наблюдение
• Прослеживание учетной записи
• Акустическое обнаружение движения объекта в охранных системах.
• противопожарная безопасность
• Мониторинг промышленных процессов, использование в MES системах
• Медицинский мониторинг
• Мониторинг пространств
• Мониторинг процесса
• контроль трафика
• контроль движения объектов
• Наблюдения за состоянием здоровья
При обычном применении WSN разбросана в регионе, где происходит сбор данных через сенсорные узлы.

Рисунок 2. 3-х уровневая схема сети: 1-й уровень сенсоров и шлюза, 2-й уровень сервера, 3-й уровень тонкого клиента

Каждый узел мот оснащен радиотрансивером или другим устройством беспроводной связи, небольшим микроконтроллером и источником энергии, обычно батареей. Возможно использование батарей солнечного освещения или других альтернативных источников энергии.
С точки зрения интерфейсов сенсорные узлы можно представить себе как небольшие компьютеры. Они, как правило, состоят из процессорного блока с ограниченной вычислительной мощностью и недостаточной памятью, датчика (включая конкретную схему кондиционирования), устройств коммуникации (как правило, радио или же оптический приемопередатчик) и источник питания, как правило, в виде батареи.
Базовая станция одного или нескольких компонентов WSN действует как шлюз между сенсорными узлами и конечными пользователями. Данные от отдаленных элементов передаются по сети между ближайшими от узла к узлу, по радиоканалу. В итоге с ближайшего мота пакет с данными передается на шлюз. Шлюз соединен, как правило, USB кабелем с сервером. На сервере - собранные данные обрабатываются, хранятся и могут быть доступны через WEB оболочку широкому числу пользователей.
Стоимость сенсорного узла меняется от сотни долларов до нескольких центов, в зависимости от размера сенсорной сети и ее сложности.
Особенностями WSN являются:
• Небольшие сенсорные узлы
• Ограниченные возможности для сборки и хранения данных
• Жесткие экологические условия
• Отказы узла
• Подвижность узлов
• Динамическая топология сети
• Отказы коммуникаций
• Разнородность узлов
• Крупномасштабные развертывания
• Автоматическая операция
Данные с беспроводных сенсорных сетей, как правило, сохраняются в виде цифровых данных в центральной базе станции. Есть много программ, как TosGUI MonSense, ГНС, облегчающих просмотр этих больших объемов данных. Кроме того, Открытый консорциум (OGC) указывает стандарты для совместимости и взаимодействия метаданных кодировки, что позволит в режиме реального времени любому лицу осуществлять наблюдение или контроль за беспроводной сенсорной сетью через Web Browser.

Аппаратное обеспечение беспроводного узла и протоколы сетевого взаимодействия между узлами оптимизированы по энергопотреблению для обеспечения длительного срока эксплуатации системы при автономных источниках питания. В зависимости от режима работы время жизни узла может достигать нескольких лет.
Стандарты, используемые в WSN:
• ZigBee
• Wibree
• 6lowpan
ZigBee является стандартом, предназначенным для использования таких вещей, как промышленный контроль, встроенное зондирование, сбора медицинских данных, автоматизации зданий. Развитию Zigbee способствует большой консорциум индустриальных компаний.
• WirelessHART является продолжением HART протокол для промышленной автоматизации. WirelessHART был добавлен в общей HART протокол как часть спецификации HART 7, который был утвержден фонд HART коммуникации в июне 2007 года.
• 6lowpan является заявленным стандартом для сетевой слоя, но он не был принят еще.
• ISA100 это еще одна работа в попытке войти в WSN технологию, но построено более широко включить обратную связь контроль в своей сфере. Внедрение ISA100 на основе ANSI стандартов планируется завершить к концу года 2008 года.
WirelessHART, ISA100, ZigBee, и все они основаны на тех же стандарт: IEEE 802.15.4 - 2005.

 Отсутствие необходимости в прокладке кабелей для электропитания и передачи данных;
 Низкая стоимость комплектующих, монтажа, пуско-наладки и технического обслуживания системы;
 Быстрота и упрощенность развертывания сети;
 Надежность и отказоустойчивость всей системы в целом при выходе из строя отдельных узлов или компонентов;
 Возможность внедрения и модификации сети на любом объекте без вмешательства в процесс функционирования самого объектах
 Возможность быстрого и при необходимости скрытного монтажа всей системы в целом.
Каждый сенсор размером с пивную крышку (но в будущем их размеры можно будет уменьшить в сотни раз) содержит процессор, память и радиопередатчик. Такие крышки можно разбросать на любой территории, а они сами наладят связь между собой, сформируют единую беспроводную сеть и начнут передавать данные на ближайший компьютер.
Объединенные в беспроводную сеть, сенсоры могут отслеживать параметры окружающей среды: движение, свет, температуру, давление, влажность и т.д. Мониторинг может осуществляться на очень большой территории, потому что сенсоры передают информацию по цепочке от соседа к соседу. Технология позволяет им годами (даже десятилетиями) работать без смены батарей. Сенсорные сети это универсальные органы чувств для компьютера, и все физические объекты в мире, оборудованные сенсорами, могут быть распознаны компьютером. В перспективе каждый из миллиардов сенсоров получит IP-адрес, и они даже могут сформировать нечто вроде Глобальной сенсорной сети. Возможности сенсорных сетей заинтересовали пока только военных и промышленность. Согласно последнему отчету компании ON World, которая специализируется на исследовании рынка сенсорных сетей, в этом году рынок переживает заметный подъем. Еще одним заметным событием в этом году стал выпуск первой в мире системы ZigBee на одной микросхеме (производства Ember) [2].

Беспроводные сенсорные сети могут быть неотъемлемой частью военного управления, связи, разведки, наблюдения и систем ориентирование (C4ISRT). Быстрое развертывание, самоорганизации и отказоустойчивость – это характеристики сенсорных сетей, которые делают их перспективным инструментом для решения поставленных задач. Поскольку сенсорные сети могу быть основаны на плотном развертывании одноразовых и дешевых узлов, то уничтожение некоторых их них во время военных действий не повлияет на военную операцию так, как уничтожение традиционных датчик. Поэтому использование сенсорных сетей лучше подходит для сражений. Перечислим еще некоторые способы применение таких сетей: мониторинг вооружения и боеприпасов дружественных сил, наблюдение за боем; ориентация на местности; оценка ущерба от битв; обнаружение ядерных, биологических и химических атак. Мониторинг дружественных силы, вооружения и боеприпасов: лидеры и командиры мо-гут постоянно контролировать состояние своих войск, состояние и наличие оборудования и боеприпасов на поле боя с помощью сенсорных сетей. К каждому транспортному средству, оборудованию и важным боеприпасам могут быть прикреплены датчики, которые сообщают их статус. Эти данные собирается вместе в ключевых узлах, и направляются руководителям. Данные также могут быть переадресованы на верхние уровни иерархии командования для объединения с данными из других частей. Наблюдения боя: критические участки, пути, маршруты и проливы могут быть быстро покрыты сенсорными сетями для изучения деятельности сил противника. Во время операций или после разработки новых планов сенсорные сети могут быть развернуты в любое время для наблюдения за боем. Разведка сил противника и местности: Сенсорные сети могут быть развернуты на критических территориях, и могут быть собраны в течении нескольких минут ценные, подробные и своевременные данные о силах противника и местности, прежде чем враг сможет их перехватить. Ориентация: сенсорные сети могут быть использованы в системах наведения интеллектуальных боеприпасов. Оценка ущерба после боя: непосредственно перед или после нападения, сенсорные сети могут быть развернуты в целевой области для сбора данных об оценке ущерба. Обнаружение ядерных, биологических и химических атак: при применении химического или биологического оружия, использование которого близко к нулю, важное значение иметь своевременное и точное определение химических агентов. Могут быть использованы сенсорные сети в качестве систем предупреждения химических или биологических атак и данные собранные в короткие сроки помогут резко уменьшить количество жертв. Также можно использовать сенсорные сети для подробной разведки, после обнаружения таких атак. Например, можно осуществлять разведку в случае радиационных заражений не подвергая людей радиации [3].

Электромагнитные реагируют на изменение электромагнитного поля датчика под воздействием движущейся цели. Дальность обнаружения зависит от электропроводности грунта и не зависит от размера и массы цели. Электромагнитные РСП обычно используются совместно с сейсмическими, заменяя один или несколько его геофонов, а при одном геофоне - использует его передатчик.
Инфракрасные реагируют на ИК излучение цели, они могут быть пассивными или активными. В РСП поля боя используются в основном первые, а в охранных системах — вторые. Пассивные реагируют на цели, движущиеся со скоростью 0,3 - 50 км/ч. Активные срабатывают при пересечении цели ИК лучом, который располагается обычно на высоте 30 - 45 см над поверхностью земли.
Балансные реагируют на изменение давления в грунте при движении цели. Датчиком РСП является коаксиальный кабель (его емкость меняется под воз-действием динамического давления). В охранных балансных приборах применяются также датчики в виде двух шлангов, параллельно заглубленных на 40 - 45 см и заполненных смесью этилен-гликоля с водой, где находится пьезо-элементы.
Сейсмоакустические в качестве дежурного канала используют сейсмический, а акустический включается по команде для распознавания цели по сопровождающим ее движение звукам. В настоящее время именно эти РСП получили наиболее широкое распространение в ВС.

В РСП обрыва провода чувствительным элементом является тонкий двухжильный провод с пониженной прочностью на разрыв (в частности, в AN/GSS-9 - провод длиной 2 250 м и массой 0,225 кг) [4].

Среди средств разведки и наблюдения за полем боя в сухопутных войсках (СВ) Великобритании важное место занимают беспилотные летательные аппараты - БЛА (UAV - Unmanned Air Vehicle). Основными их задачами являются наблюдение, обнаружение, распознавание и слежение за целями в реальном масштабе времени круглосуточно в интересах артиллерийского полка дивизии и целеуказание ракетным системам залпового огня. Кроме того, на БЛА могут возлагаться задачи по обеспечению целеуказания, осуществлению радиоэлектронной разведки и РЭП, подавлению си-стем ПВО, ведению химической, бактериологической и радиационной разведки, радиоретрансляции.

Летная секция - основное тактическое подразде-ление, которое включает два расчета: первый - управления и пуска, второй - поиска и спасения БЛА.
Расчет управления БЛА располагает двумя автомашинами с прицепами. Пункт управления размещается в пуленепробиваемом контейнере, установленном на 4-т автомобиле, который оборудован системами защиты от воздействия мощного электромагнитного импульса и оружия массового поражения. Являясь командным пунктом летной секции, он обеспечивает управление полетом БЛА, прием и обработку полученных с помощью аппарата разведывательных данных, выдачу целеуказания и корректировку огня подразделений артиллерийского полка, в интересах которого он используется. Для решения последней задачи система связи полетной секции сопряжена с системой управления огнем артиллерийского полка.
Пункт управления имеет три боевых поста (БП): оператора управления выполнением задачи, дешифровальщика принятых изображений и оператора управления полетом. БП оснащены одинаковыми дисплеями, на которых в различных масштабах может высвечиваться карта местности, положение на ней БЛА и целей. Пункт управления оборудован автоматизированными устройствами, облегчающими решение задач поиска, обнаружения и распознавания целей, а управление аппаратом упрощено благодаря использованию автономного или командного режима управления полетом, не требующего пилотажных навыков.
В походном положении автомобиль буксирует прицеп с агрегатом электропитания, а автомашина "Лэнд Ровер" - прицеп, где располагается терминал связи. Последний оснащен моноимпульсной РЛС с остронаправленной антенной, работающей в диапазоне 30 КГц и предназначенной для отслеживания местонахождения БЛА, обеспечения засекреченной цифровой связи управления полетом и аппаратурой в подвесном контейнере, а также для приема видеосигналов в реальном масштабе времени и данных о состоянии летательного аппарата.
РЛС обеспечивает отслеживание БЛА по азимуту и дальности, а угол места определяется с учетом дальности и высоты полета, значение которых передаются с его борта.
Расчет пуска и спасения БЛА включает три автомашины, одна из которых - 4-т с пусковой установкой, подъемным краном, пневматической и гидравлической катапультой, пусковой рампой, аппаратурой запуска двигателя, встроенным оборудованием проверки работоспособности БЛА и аппаратурой программирования полета.
С целью повышения живучести компонентов летной секции расчеты обычно рассредоточиваются на местности. Так, связной терминал может находиться на удалении до 1 км от наземного пункта управления, а пусковая установка - до 20 км.
Управление летными секциями осуществляется с КП взвода, расположенного в автомобильном контейнере, аналогичном контейнеру пусковой установки (ПУ) летной секции [5].

В этом отчете рассмотрены сенсорные сети, их особенности и применение. В частности, было рассмотрено военное применение.

Я хочу посвятить свою статью технологиям беспроводных сенсорных сетей (wireless sensor networks), которая, как мне кажется, незаслуженно обделена вниманием хабра-сообщества. Основной причиной этого я вижу то, что технология пока так и не стала массовой и в большей части интересна скорее академическим кругам. Но я думаю в ближайшее время мы увидим много продуктов, так или иначе основанные на технологиях таких сетей. Я занимался исследованиями сенсорных сетей на протяжении нескольких лет, написал кандидатскую диссертацию на эту тему и ряд статей в российские и зарубежные журналы. Также мной был разработан курс по беспроводным сенсорным сетям, который я читал в Нижегородском Государственном Университете (ссылку на курс не привожу, если Вам интересно, могу дать ссылку в частном порядке). Имея опыт работы в данной области, хочу поделиться им с уважаемым сообществом, надеюсь Вам будет интересно.

Общие сведения

Беспроводные сенсорные сети получили большое развитие в последнее время. Такие сети, состоящие из множества миниатюрных узлов, оснащенных маломощным приемо-передатчиком, микропроцессором и сенсором, могут связать воедино глобальные компьютерные сети и физический мир. Концепция беспроводных сенсорных сетей привлекает внимание многих ученых, исследовательских институтов и коммерческих организаций, что обеспечило большой поток научных работ по данной тематике. Большой интерес к изучению таких систем обусловлен широкими возможностями применения сенсорных сетей. Беспроводные сенсорные сети, в частности, могут использоваться для предсказания отказа оборудования в аэрокосмических системах и автоматизации зданий. Из-за своей способности к самоорганизации, автономности и высокой отказоустойчивости такие сети активно применяются в системах безопасности и военных приложениях. Успешное применение беспроводных сенсорных сетей в медицине для мониторинга здоровья связано с разработкой биологических сенсоров совместимых с интегральными схемами сенсорных узлов. Но наибольшее распространение беспроводные сенсорные сети получили в области мониторинга окружающей среды и живых существ.

Железо

Из-за отсутствия четкой стандартизации в сенсорных сетях, существует несколько различных платформ. Все платформы отвечают основным базовым требованиям к сенсорным сетям: малая потребляемая мощность, длительное время работы, маломощные приемо-передатчики и наличие сенсоров. К основным платформам можно отнести MicaZ, TelosB, Intel Mote 2.

Микропроцессор: Atmel ATmega128L
7.3728 Мгц частота
128 Кб флеш-памяти для программ
4 Кб SRAM для данных
2 UART’s
SPI шина
I2С шина
Радио: ChipCon CC2420
Внешняя флеш-память: 512 Кб
51-pin дополнительный коннектор
восемь 10-битовых аналоговых I/O
21 цифровых I/O
Три программируемых LEDs
JTAG порт
Питание от двух батарей AA

Микропроцессор: MSP430 F1611
8 Мгц частота
48 Кб флеш-памяти для программ
10 Кб RAM для данных
UART
SPI шина
Втроенный 12-битовый ADC/DAC
DMA контроллер
Радио: ChipCon CC2420
Внешняя флеш-память: 1024 Кб
16-pin дополнительный коннектор
Три программируемых LEDs
JTAG порт
Опционально: Сенсоры освещенности, влажности, температуры.
Питание от двух батарей AA

320/416/520 МГц PXA271 XScale микропроцессор
32 Мбайта Флеш-памяти
32 Мбайта ОЗУ
Mini-USB интерфейс
I-Mote2 коннектор для внешних устройств(31+21 pin)
Radio: ChipCon CC2420
Светодиодные индикаторы
Питание от трех батарей AAA

Наиболее распространенным 3 года назад было использование чипсета CC2420 в качестве маломощного приемо-передатчика.

Программное обеспечение и передача данных

Основным стандартом передачи данных в сенсорных сетях является IEE802.15.4, которые специально был разработан для беспроводных сетей с маломощными приемо-передатчиками.

Никаких стандартов в области программного обеспечения в сенсорных сетях нет. Существует несколько сотен различных протоколов обработки и передачи данных, а также систем управления узлами. Наиболее распространенной операционной системой является система с открытым кодом – TinyOs (будучи в Стэнфордстком университете, лично познакомился с одним из разработчиков). Многие разработчики (особенно это касается коммерческих систем) пишут свою систему управления, часто на языке Java.

Программа управления сенсорного узла под управлением операционной системы TinyOs пишется на языке nesC.

Стоить отметить, что из-за дороговизны оборудования и сложности настройки сенсорных сетей, широкое распространение получили различные системы моделирования, в частности система TOSSIM, специально разработанная для моделирования работы узлов под управлением TinyOs.

Заключение

Сенсорные сети получают все большее распространение в России. Когда я начинал ими заниматься в 2003-ем году, количество человек в России, кто был знаком с данной технологией, можно было пересчитать по пальцам. В том числе в России этим занималась небезызвестная Luxsoft Labs.

Я работал с сенсорными сетями на протяжении 6 лет и могу многое рассказать про эти технологии. Если Хабрасообществу будет интересно и у меня будет возможность, то я с удовольствием напишу серию статей на эту тему. Могу затронуть такие вещи как: реальная работа с платформой TmoteSky, особенности программирования под систему TinyOs на языке nesC, оригинальные результаты исследований, полученных в нашей лаборатории, впечатления о 1.5 месяцах работы в Стэнфордском университете, в проекте по сенсорным сетям.

Читайте также: