11. Беспроводные сети (1245069), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, при организации сети ZigBeeустройств предоставляется возможность существенно расширить количество аналоговых и дискретных входовконтроллера.ZigBee–сеть до 12 устройств: контроллер + ретрансляторы + датчикиZigBeeдатчикРетрансляторРетрансляторКонтроллерМС8(12)с ZigBeeРетрансляторZigBeeдатчикZigBeeдатчикZigBeeдатчикРис. 2. Применение технологии ZigBeeСети ZigBee называют самоорганизующимися и самовосстанавливающимися, т.к. ZigBee-устройства привключении питания благодаря встроенному ПО умеют сами находить друг друга и формировать сеть, а в случае выхода из строя какого-либо из узлов умеют устанавливать новые маршруты для передачи сообщений.Большую часть времени ДЧ проводят в спящем режиме. Сеансы связи осуществляются с заданным интервалом.
Питание ДЧ осуществляется от встроенной батарейки напряжением 3 В. В связи с малым энергопотреблением энергии батарейки хватает на несколько лет.3Для настройки ZigBee-датчиков используется программатор. Он подключается к ДЧ и к КОМПу. Спомощью программы ZigBee Sensor Configurator можно привязать ДЧ к контроллеру, задать необходимуюмощность сигнала и интервал между сеансами связи.Беспроводные сенсорные сетиНовейшие технологии беспроводной связи и прогресс в области производства микросхем позволили втечение последних нескольких лет перейти к практической разработке и внедрению нового класса сетей - беспроводных сенсорных сетей (БСС)/беспроводных датчиковых сетей/распределенных коммуникационныхсистем. Этот класс сетей обеспечивает миниатюризацию и энергоресурсосбережение разрабатываемых системуправленияБСС — это распределённая, самоорганизующаяся сеть множества датчиков/сенсоров (ДЧ) и исполнительных механизмов/устройств (ИМ), объединённых между собой посредством радиоканала.
Область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счет способности ретрансляции сообщений от одного элемента к другому.Одним из первых прототипов БСС можно считать систему SOSUS (гидроакустическая противолодочная система США, предназначенная для обнаружения и идентификации подводных лодок).Технологии БСС стали активно развиваться сравнительно недавно — в середине 90-х годов. Однаколишь в начале XXI века развитие микроэлектроники позволило производить для таких устройств достаточнодешевую элементную базу.Современные беспроводные сети в основном базируются на стандарте ZigBee.
Немалое количествоотраслей и сегментов рынка (производство, различные виды транспорта, обеспечение жизнедеятельности,охрана), готовых для внедрения БСС, и это количество непрерывно увеличивается. Тенденция обусловленаусложнением технологических процессов (ТП), развитием производства, расширяющимися потребностямичастных лиц в сегментах безопасности, контроля ресурсов и использования товароматериальных ценностей.Использование недорогих беспроводных сенсорных устройств контроля параметров открывает новые областидля применения систем телеметрии и контроля, такие как:- своевременное выявление возможных отказов ИМ, по контролю таких параметров, как вибрация,температура, давление и т. п.; - контроль доступа в режиме РВ к удаленным системам объекта мониторинга;- обеспечение охраны музейных ценностей; - обеспечение учёта экспонатов;- автоматическая ревизия экспонатов; - управление коммерческими активами;- автоматизация инспекции и технического обслуживания промышленных активов;- применение как компоненты в энерго- и ресурсосберегающих технологий;- контроль экологических параметров окружающей средыСледует отметить, что несмотря на длительную историю БСС, концепция построения БСС окончательно не оформилась и не выразилась в определенные программно-аппаратные (платформенные) решения.Архитектура и функционирование БССБСС состоят из миниатюрных вычислительно-коммуникационных устройств (ВКУ), или мотов(от англ.
motes — пылинки).ВКУ представляет собой плату размером обычно не более одного кубического дюйма. На плате размещаются ПРЦ, память — флэш и оперативная память, ЦАПы и АЦП, радиочастотный приемопередатчик, источник питания и датчики (ДЧ). ДЧ могут быть самыми разнообразными; они подключаются через цифровыеи аналоговые интерфейсы. Чаще других используются ДЧ температуры, давления, влажности, освещенности,вибрации, реже — магнитоэлектрические, химические (например, измеряющие содержание CO, CO2), звуковые и некоторые другие. Набор применяемых ДЧ зависит от функций, выполняемых БСС.
Питание ВКУ осуществляется от небольшой батареи.БСС является сегодня устоявшимся термином (англ. Sensor Networks), обозначающим распределенную,самоорганизующуюся, устойчивую к отказу отдельных элементов сеть из необслуживаемых и не требующихспециальной установки устройств. Каждый узел сенсорной сети может содержать различные ДЧ для контролявнешней среды, микрокомпьютер и радиоприемопередатчик. Это позволяет устройству проводить измерения,самостоятельно проводить начальную обработку данных и поддерживать связь с внешней информационнойсистемой.Технология ZigBee, известная как БСС/WSN (Wireless Sensor Network), является одним из современныхнаправлений развития самоорганизующихся отказоустойчивых распределенных систем наблюдения и управления ресурсами и процессами.
Сегодня технология БСС, является единственной беспроводной технологией, с4помощью которой можно решить задачи мониторинга и контроля, которые критичны к времени работы ДЧ.Объединенные в беспроводную сенсорную сеть ДЧ образуют территориально распределенную самоорганизующуюся систему сбора, обработки и передачи ИНФ. Основной областью применения является контроль и мониторинг измеряемых параметров физических сред и объектов.Принятый стандарт IEEE 802.15.4 описывает контроль доступа к беспроводному каналу и физическийуровень для низкоскоростных беспроводных персональных сетей, т.е. два нижних уровня согласно сетевоймодели OSI.
«Классическая» АРХ сенсорной сети основана на типовом узле, который включает в себя (примертипового узла RC2200AT-SPPIO): радиотракт; процессорный модуль; элемент питания; различные ДЧ.ВКУ используются только для сбора, первичной обработки и передачи сенсорных данных. Внешний видВКУ, выпускаемых различными производителями, приведен на рис. 3.Рис. 3Основная функциональная обработка данных, собираемых посредством ВКУ, осуществляется на узле,или шлюзе, который представляет собой достаточно мощный компьютер (КОМП).
Но для того, чтобы обработать данные, их нужно сначала получить. Для этой цели узел обязательно оснащается антенной. Но в любомслучае доступными для узла оказываются только ВКУ, находящиеся достаточно близко от него; другими словами, узел не получает ИНФ непосредственно от каждого ВКУ. Проблема получения сенсорной ИНФ, собираемой ВКУ, решается следующим образом. ВКУ могут обмениваться между собой ИНФ с помощью приемопередатчиков, работающих в радиодиапазоне. Это, во-первых, сенсорная ИНФ, считываемая с ДЧ, а во-вторых,ИНФ о состоянии устройств и результатах процесса передачи данных. ИНФ передается от одних ВКУ другимпо цепочке, и в итоге ближайшие к шлюзу ВКУ сбрасывают ему всю аккумулированную ИНФ.
Если частьВКУ выходит из строя, работа сенсорной сети после реконфигурации должна продолжаться. Но в этом случае,естественно, уменьшается число источников ИНФ.Для выполнения функций на каждое ВКУ устанавливается специализированная операционная система(ОС). В настоящее время в большинстве БСС используется TinyOS — ОС, разработанная в УниверситетеБеркли. TinyOS относится к ПО с открытым кодом; оно доступно по адресу: www.tinyos.net. TinyOS — этоуправляемая событиями ОСРВ, рассчитанная на работу в условиях ограниченных вычислительных ресурсов.Эта ОС позволяет ВКУ автоматически устанавливать связи с соседями и формировать БСС заданной топологии.
Последний релиз TinyOS 2.0 появился в 2006 году.TinyOS — компонентная ОС с открытым исходным кодом и предназначенная для беспроводных сетейдатчиков; она является встраиваемой ОС написанной на языке nesC и представляет собой ряд взаимодействующих задач и процессов. Предназначена для объединения с так называемой «умной пылью». TinyOS разрабатывается консорциумом, который возглавляют Калифорнийский университет в Беркли совместно с исследовательским подразделением компании Intel.Умная пыль — термин, используемый для описания самоорганизующихся крошечных устройств (групповых роботов), обменивающихся беспроводными сигналами и работающими как единая система. Предполагается, что базовые элементы «умной пыли» — моты (англ. mote - пылинка) - в итоге будут размером с частицу песка или даже пыли.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
