Mavzu: Simsiz sensor tarmoqlar

MUXAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI TOSHKENT AXBOROT
TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI URGANCH FILIALI

Kompyuter injiniring fakulteti 961-19 guruh

3-kurs talabasi Shakirboyev Shoxruhning
Kompyuter tarmoqlari fanidan yozgan
MUSTAQIL ISHI


Mavzu: Simsiz sensor tarmoqlar
Simsiz sensorli tarmoqlar - bu kompyuterlar jismoniy dunyo bilan to'g'ridan -to'g'ri bog'langan va foydalanuvchilarning xohish -istaklarini taxmin qila oladigan, shuningdek ular uchun qarorlar qabul qila oladigan keyingi davrga o'tishning o'ziga xos qadami. Keling, bunday sensorli tarmoqlar bizga kelajakda nima berishi haqida bir oz orzu qilaylik. Kichkintoylar chaqaloqlarning nafas olayotganini tasavvur qiling; klinikadagi bemorlarning ahvolini kuzatuvchi bilaguzuklar; tutun detektorlari, ular kerak bo'lganda nafaqat o't o'chiruvchilarni chaqira oladi, balki ularni olov manbasi va yong'inning murakkabligi darajasi to'g'risida oldindan xabardor qiladi. Elektron qurilmalar bir -birini taniy oladi, quvvat manbalari ularga "yangilanishi" kerakligini eslatadi.
Quvvatni boshqarish uchun sensorli tarmoqlardan foydalanish ajoyib energiya tejashga erishadi. Sizning kvartirangizda bunday nazorat tarmog'ini tasavvur qiling. Joylashuvingizni kuzatish orqali sensorlar orqangizdagi chiroqni o'chirishi va kerak bo'lganda yoqishi mumkin bo'ladi. Xo'sh, agar siz bunday tarmoqlardan ko'cha va yo'llarning yoritilishini nazorat qilish uchun foydalansangiz, elektr energiyasi etishmasligi muammosi o'z -o'zidan yo'qoladi.
Sensorli tarmoqlar ertangi haqiqatga aylanishi uchun bu yo'nalishdagi tadqiqotlar allaqachon olib borilmoqda. Va bu sohada etakchi - kelajakdagi barcha ilg'or hisoblash texnologiyalarini qo'llab -quvvatlaydigan Intel korporatsiyasi. O'z-o'zini shakllantirish va kerak bo'lganda avtomatik sozlash imkoniyatiga ega simsiz ko'p tugunli sensorli tarmoqlarni rivojlantirishga alohida e'tibor qaratilmoqda. Ushbu texnologiyani amalga oshirish bir -biri bilan mustaqil ravishda aloqa o'rnatadigan, atrof -muhitdagi ba'zi o'zgarishlar to'g'risida hisobot bera oladigan arzon, lekin juda murakkab yarimo'tkazgichli sensorli qurilmalar tarmog'ini joylashtirishga imkon beradi. Masalan, Slyuda sensori 128 kilobaytli flesh -xotira dasturi, ma'lumotlarni saqlash uchun 256 kilobaytli flesh -xotira va 900 MGts chastotali radio uzatgich bilan birga keladi. Ushbu qurilmalarning ba'zilari operatsion tizimda ishlaydi TinyOS, bu operatsion tizimning kodi ochiq manba va hamma narsadan iborat
Bunday qurilmalar mutlaqo yangi sohalarda, masalan, yangi tug'ilgan chaqaloqning sog'lig'ini kuzatib boradigan va uning hayotiy funktsiyalarining eng muhim ko'rsatkichlari, yarimo'tkazgichli sensorlar o'rnatilgan aqlli fermalar to'g'risida hisobot beradigan aqlli kiyimlar, ko'rpa ishlab chiqarishda qo'llanilishini topadi. tuproq sug'orishni boshqaradi tizim va urug'lantirish. Intel korporatsiyasida sensorli tarmoqlarni tadqiq qilish Kaliforniyada joylashgan mashhur Intel Berkeley tadqiqot laboratoriyasi.
Bugungi kunda mavjud bo'lgan eksperimental sensorli tarmoqlar yuqoridagi talablarga qisman javob beradi. Shunday qilib, bugungi kunda tarmoqlar qamrov doirasi cheklangan yuzlab datchiklardan iborat va faqat aniq belgilangan vazifalarni bajaradi. Ular ma'lum bir turdagi ma'lumotni bitta sensordan boshqasiga va faqat ma'lum bir tarmoqli kengligida uzatishga qodir. Energiya iste'moli ham ahamiyatsiz emas. - Batareya bir necha kunga yetadi. Mavjud sensorli sensorlar hali ham inert bo'lib qolmoqda va ishning ishonchliligi va ko'rinmasligi haqida hech qanday gap yo'q (hech bo'lmaganda kattaligi tufayli). Va, albatta, bunday sensorlar ancha qimmat, shuning uchun yuzlab datchiklar tarmog'i arzon emas. Ammo shuni esda tutish kerakki, biz eksperimental tarmoqlar va kelajak texnologiyasini rivojlantirish haqida gapirayapmiz. Shu bilan birga, eksperimental sensorli tarmoqlar allaqachon foyda keltirmoqda. Intel Berkli tadqiqot laboratoriyasi, Atlantika instituti va Kaliforniya universiteti birgalikda yaratgan shunday sensorlar tarmog'i Meynning Buyuk o'rdak orolida ishlaydi.
Bu tarmoqning maqsadi orolda yashovchi turli biologik organizmlarning mikro muhitini o'rganishdir. Insonning har qanday aralashuvi (hatto o'rganish maqsadida ham) ba'zida keraksiz bo'ladi. bu erda sensorli tarmoqlar yordamga keladi, bu esa odamlarning bevosita ishtirokisiz barcha kerakli ma'lumotlarni to'plashga imkon beradi.
Sensor tarmog'i tugun elementlari sifatida ikkita taxtadan foydalanadi. Birinchi taxtada harorat sensori, namlik va barometrik bosim sensori va infraqizil sensor mavjud. Ikkinchi taxtada mikroprotsessor (4 MGts), 1 KB tezkor xotira, dasturlar va ma'lumotlarni saqlash uchun flesh xotira, quvvat manbai (ikkita AA batareyasi) va radio uzatuvchi mavjud. 900 MGts chastotada ishlaydigan qabul qiluvchi. Datchiklar sizga barcha kerakli ma'lumotlarni ro'yxatdan o'tkazishga va uni asosiy kompyuter ma'lumotlar bazasiga o'tkazishga imkon beradi. Barcha sensorlar oldindan sinchkovlik bilan tekshiriladi - datchikli doska ikki kun davomida suvga botiriladi va uning funksionalligini nazorat qiladi. Barcha sensorli tugunlar bitta simsiz tarmoqni tashkil qiladi va ular ma'lumot almashish imkoniyatiga ega.
Shu bilan birga, ma'lumotni masofaviy tarmoq tugunidan shlyuzga (Gateway Sensor) o'tkazish zanjir bo'ylab, ya'ni bir tarmoq tugunidan ikkinchisiga o'tadi, bu sizga katta qamrov zonasini yaratishga imkon beradi. Ma'lumot shlyuz orqali asosiy kompyuterga etib boradi. Shlyuz yo'nalishli antennadan foydalanadi, bu uzatish masofasini 300 m gacha oshirishga imkon beradi.Host kompyuterdan ma'lumot sun'iy yo'ldosh orqali Kaliforniyada joylashgan tadqiqot markaziga uzatiladi.
Laboratoriya xodimlari aniq biologiya va biochiplar yaratish ustida faol ishlamoqda. Qattiq narsalar olamini sezuvchi idrok qilishdan tashqari, suyuq muhit va biologik, rivojlanayotgan ob'ektlarni "sezish" ehtimoli o'rganilmoqda.
Bunday tadqiqotlar tibbiyot va farmatsevtika sohasini rivojlantirish, kimyoviy jarayonlarni amalga oshirish va biologik mahsulotlar ishlab chiqarish uchun ulkan istiqbollarni ochib beradi. Sensorli tarmoqlarning asosiy maqsadi foydali ma'lumotlarni qabul qilish va uzatish bo'lgani uchun, Berklidagi Intel laboratoriyasi mutaxassislari sensorlarni nazorat qilish uchun javobgar bo'lgan ob'ektlar bilan birlashtirish usulini ishlab chiqish bilan band, shuningdek "aktuatorlar" ni yaratish imkoniyatlarini o'rganmoqda. " - sensorlarga asoslangan qurilmalar, ularning holatini ro'yxatga olish bilan emas, balki vaziyatga ta'sir qilishi mumkin.
Shubhasiz, sensorli tarmoqlar harbiy dasturlar uchun foydalidir, tarmoqlarning mumkin bo'lgan variantlaridan biri Afg'onistonda "jangovar" sinovdan o'tkazilgan bo'lib, u erda AQSh harbiylari dushman harbiy texnikasining harakatini kuzatish uchun bir necha yuz datchiklarni joylashtirgan. Biroq, kirish haqida Haqiqiy tarmoqlar hayotimizda deyishga hali erta, tarmoq xatolarga bardoshli. Sensorli tarmoqqa xizmat ko'rsatishni rad etish (DoS) hujumi - bu tarmoqning o'z vazifasini bajarish qobiliyatini kamaytiradigan yoki yo'q qiladigan har qanday hodisa. Mualliflar sensorli tarmoq protokollarini qatlamli arxitekturaga asoslashni taklif qilmoqdalar, bu tarmoq samaradorligiga putur etkazishi mumkin, lekin uning ishonchliligini oshiradi. Har bir qatlam uchun xos bo'lgan DoS hujumlarining turlari va qabul qilinadigan himoya usullari muhokama qilinadi. Shunday qilib, bugungi kunda ham, nomukammal va juda tor doirada bo'lishiga qaramay, sensorlar tarmoqlari fanda va keyinchalik hayotda qo'llanilmoqda.
Simsiz sensorlar va boshqaruv qurilmalaridan tashkil topgan va aqlli algoritmlardan foydalangan holda o'zini o'zi tashkil qila oladigan simsiz sensorlar tarmoqlari (BSS, Simsiz Sensor Tarmoqlari) inson salomatligi, atrof-muhit holati, sanoatning ishlashini kuzatishning keng ko'lamli istiqbollarini namoyish etadi. Har xil resurslarni hisobga oladigan transport tizimlari va boshqalar. Axborot byulletenining bu sonida FSS sohasidagi simsiz sensorlarning uzluksiz ishlashini ta'minlash va ularni zamonaviy iqtisodiyotning ikki sohasida - ilg'or ishlab chiqarish va aqlli energiya (aqlli tarmoq ).
Simsiz sensorlar tarmoqlarini rivojlantirish uchun ularni elektr ta'minoti muammosini hal qilish muhim ahamiyatga ega. Tashqi manbalardan konvertatsiya qilinadigan, minimal energiya sarfi bilan bardoshli avtonom qurilmalarni yaratish istiqbolli tendentsiya. Simsiz sensorli qurilmalar, masalan, ularga transmitterdan yuborilgan radio signallari (radiochastota identifikatori (RFID) qurilmalari yoki kontaktsiz smart -kartalar) bilan quvvatlanishi mumkin. Bu energiya qurilma tomonidan sensorni qayta zaryad qilish uchun ham, kuzatilayotgan ob'ektning hozirgi holati to'g'risida ma'lumotli javob signalini ishlab chiqarish uchun ham ishlatiladi.
Yana bir usul - bu tashqi muhitdan energiyani passiv konvertatsiya qilish (energiya yig'ish): quyosh energiyasi (juda aniq ob -havo sharoitida xonadan tashqarida), issiqlik energiyasi, mexanik tebranish energiyasi (yaqinda ishlaydigan qurilmalardan - yig'ish mashinalari, konveyerlar va boshqalar). , Sensorning o'zi tebranish energiyasi (kiyiladigan asboblar holatida), atrofdagi elektr asboblaridan (shu jumladan Wi-Fi) chiqadigan radio radio emissiyasi.
Resurslar va ishlab chiqarish quvvatlaridan oqilona foydalanish, ko'p miqdorda ifloslantiruvchi chiqindilar paydo bo'lishi, korxonalardagi ob'ektlarning holatini doimiy kuzatib borishning yo'qligi - zamonaviy sanoatning bu va boshqa muammolari ishlab chiqarishning ilg'or modeliga o'tishni rag'batlantiradi.
Bu yangi materiallar va ekologik toza texnologiyalardan foydalanish (yashil texnologiyalar), shuningdek, AKT va aqlli tizimlarning, xususan, robototexnika va simsiz sensor tarmoqlarining keng qo'llanilishi bilan tavsiflanadi.
Sanoat simsiz sensorlar tarmoqlari (IBSS) ilg'or ishlab chiqarishni joriy etishda eng muhim omil hisoblanadi. Korxonadagi ob'ektlarning holatini (asbob -uskunalar, konveyerlar, yig'ish mashinalari, reaktorlar) nazorat qilish va kuzatish uchun sensorlar ma'lumotlarini qayta ishlaydigan va boshqaruv moslamalari yordamida boshqariladigan ob'ektlar bilan o'zaro aloqada bo'ladigan simsiz sensorlar va axborot tizimlari bir -biriga bog'langan. Bunday avtomatlashtirilgan tizim korxonadagi ko'rsatkichlarning har qanday o'zgarishiga munosabat bildiradi, xodimlarni baxtsiz hodisalar va muammoli vaziyatlar to'g'risida xabardor qiladi, uskunalardan foydalanish samaradorligini tahlil qiladi, atrof -muhitning ifloslanish darajasini va chiqindilar hajmini baholaydi.
Simsiz sensorlar tarmog'i radiokanal orqali o'zaro bog'langan, ko'plab sensorlar (sensorlar) va aktuatorlarning tarqatilgan, o'z-o'zini tashkil etuvchi tarmog'i. Bundan tashqari, bunday tarmoqning qamrov doirasi xabarlarni bir elementdan boshqasiga o'tkazish qobiliyati tufayli bir necha metrdan bir necha kilometrgacha o'zgarishi mumkin. Foydalanish tarixi va ko'lami Sensor tarmog'ining birinchi prototiplaridan biri suv osti kemalarini aniqlash va aniqlash uchun mo'ljallangan SOSUS tizimi hisoblanadi. Simsiz sensorli tarmoqlar texnologiyasi nisbatan yaqinda - 90 -yillarning o'rtalarida faol rivojlana boshladi. Biroq, faqat 21 -asrning boshlarida mikroelektronikaning rivojlanishi bunday qurilmalar uchun ancha arzon elementlar bazasini ishlab chiqarishga imkon berdi. Zamonaviy simsiz tarmoqlar asosan ZigBee standartiga asoslangan.
Sensorli tarmoqlarni joriy etishga tayyor bo'lgan ko'plab sanoat va bozor segmentlari (ishlab chiqarish, transportning har xil turlari, hayotni ta'minlash, xavfsizlik) va bu raqam doimiy ravishda o'sib bormoqda. Bu tendentsiya texnologik jarayonlarning murakkabligi oshishi, ishlab chiqarishning rivojlanishi, shaxslarning xavfsizlik, resurslarni nazorat qilish va zaxiralardan foydalanish segmentlariga bo'lgan ehtiyojining kengayishi bilan bog'liq. Yarimo'tkazgich texnologiyalarining rivojlanishi bilan sanoat, uy -joy kommunal xo'jaligi va uy xo'jaliklarida sensor tarmoqlarini qo'llash bilan bog'liq yangi amaliy muammolar va nazariy muammolar paydo bo'ladi. Parametrlarning arzon simsiz sensorli boshqaruv qurilmalaridan foydalanish telemetriya va boshqaruv tizimlarini qo'llash uchun yangi maydonlarni ochadi,
Simsiz sensorlar tarmoqlari (WSN) miniatyurali hisoblash moslamalari - sensorlar (harorat, bosim, yorug'lik, tebranish darajasi, joylashuvi va boshqalar uchun sensorlar) va ma'lum bir radio diapazonida ishlaydigan signal uzatgichlardan iborat. Moslashuvchan arxitektura, o'rnatish xarajatlarining pasayishi aqlli sensorlarning simsiz tarmoqlarini boshqa simsiz va simli aloqa interfeyslaridan ajratib turadi, ayniqsa, bir -biriga ulangan ko'p sonli qurilmalar haqida gap ketganda, sensorli tarmoq 65000 ta qurilmani ulash imkonini beradi. Simsiz echimlar narxining doimiy pasayishi, ularning operatsion parametrlarining oshishi bizni simli echimlardan telemetrik ma'lumotlarni yig'ish tizimlariga, masofadan tashxis qo'yish va axborot almashishga bosqichma -bosqich yo'naltirishga imkon beradi.
"Sensor tarmog'i"-bugungi kunda yaxshi ma'lum bo'lgan atama (ing. Sensor tarmoqlari), maxsus o'rnatishni talab qilmaydigan, qarovsiz qurilmalar tarmog'ining alohida elementlarining ishdan chiqishiga chidamli, tarqatilgan, o'zini o'zi tashkil etuvchi.
Sensor tarmog'ining har bir tugunida tashqi muhitni kuzatish uchun turli datchiklar, mikrokompyuter va radio qabul qilgich bo'lishi mumkin. Bu qurilmaga o'lchovlarni amalga oshirish, ma'lumotlarni dastlabki qayta ishlashni mustaqil amalga oshirish va tashqi axborot tizimi bilan aloqani saqlash imkonini beradi.
Sensor tarmoqlari deb nomlanuvchi 802.15.4 / ZigBee qisqa masofali o'rni texnologiyasi. WSN - simsiz sensorlar tarmog'i), resurslar va jarayonlarni kuzatish va boshqarish uchun o'z-o'zini tashkil etuvchi xatolarga bardoshli taqsimlangan tizimlarni ishlab chiqishning zamonaviy tendentsiyalaridan biridir. Bugungi kunda simsiz sensorli tarmoqlar texnologiyasi sensorlarning ishlash muddati uchun muhim bo'lgan monitoring va nazorat vazifalarini hal qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan yagona simsiz texnologiya. Sensorlar simsiz aloqa tarmog'iga birlashtirilgan bo'lib, ular ma'lumotlarni yig'ish, qayta ishlash va uzatish uchun geografik taqsimlangan o'z-o'zini tashkil qilish tizimini tashkil qiladi.
Qo'llanilishning asosiy sohasi - bu jismoniy muhit va ob'ektlarning o'lchangan parametrlarini nazorat qilish va monitoring qilish. Qabul qilingan IEEE 802.15.4 standarti simsiz kanalga kirishni boshqarishni va past tezlikdagi simsiz shaxsiy tarmoqlar uchun jismoniy qatlamni, ya'ni OSI tarmoq modeliga muvofiq ikkita pastki qatlamni tavsiflaydi.
"Klassik" sensorli tarmoq arxitekturasi odatiy tugunga asoslangan bo'lib, u odatdagi RC2200AT-SPPIO tuguniga misolni o'z ichiga oladi:
radio yo'li;
protsessor moduli;
batareya;
turli xil sensorlar.

Oddiy tugun uch turdagi qurilmalar bilan ifodalanishi mumkin:

Tarmoq koordinatori (FFD - to'liq funktsional qurilma);
* global muvofiqlashtirishni, tarmoq parametrlarini tashkil
qilishni va o'rnatishni amalga oshiradi;
*xotira va quvvat manbaini talab qiladigan uchta turdagi
qurilmalarning eng murakkabi;
To'liq funktsional qurilma (FFD);
* 802.15.4 -ni qo'llab -quvvatlash;
*qo'shimcha xotira va quvvat sarfi tarmoq koordinatori
vazifasini bajarishga imkon beradi;
*barcha turdagi topologiyalarni qo'llab-quvvatlash (nuqta-
nuqta, yulduz, daraxt, to'r);
*tarmoq koordinatori sifatida ishlash qobiliyati; tarmoqdagi
boshqa qurilmalarga kirish imkoniyati;
(RFD - kamaytirilgan funksiya qurilmasi);
*802.15.4 funktsiyalarining cheklangan to'plamini qo'llab –
quvvatlaydi;
*"nuqta-nuqta", "yulduz" topologiyalarini qo'llab-quvvatlash; *muvofiqlashtiruvchi vazifasini bajarmaydi;
*tarmoq koordinatori va yo'riqnoma bilan bog'lanadi;

Simsiz sensorlar tarmoqlari sohasidagi ochiq standartlar orasida faqat ZigBee standarti ilgari qabul qilingan 802.15.4 standarti asosida ratifikatsiya qilingan, u jismoniy qatlam (PHY) va simsiz shaxsiy maydon uchun o'rta kirish qatlamini (MAC) tavsiflaydi. tarmoqlar (WPAN). Bu texnologiya dastlab yuqori ma'lumot uzatish tezligini talab qilmaydigan vazifalar uchun ishlab chiqilgan. Bunday tarmoqlarning qurilmalari iloji boricha arzon bo'lishi kerak, o'ta past energiya sarfi.

ZigBee echimlarining shubhasiz afzalliklari orasida muhim kamchiliklarni ta'kidlash lozim. Masalan, uch xil toifadagi qurilmalarning mavjudligi (koordinatorlar, routerlar va terminal qurilmalari) tarmoqning alohida elementlari ishdan chiqqan taqdirda tarmoqning xatolarga bardoshliligini sezilarli darajada pasaytiradi. Bundan tashqari, bunday qurilish tizimni loyihalash bosqichida qurilmalarni joylashtirishni rejalashtirishni talab qiladi, shunga muvofiq tarmoqning topologiyaning o'zgarishiga qarshiligi keskin kamayadi.
Tarmoqli tarmoqlar-ko'p hujayrali peer-to-peer tarmoqlari, unda etkazib berish jarayonida har bir tugun paketlarni uzatishi mumkin-bu kamchiliklarning hammasidan mahrum. Bunday tarmoqning tugunlari teng va bir -birining o'rnini bosadi - buning natijasida tizimning miqyosi yaxshilanadi va uning xatolarga chidamliligi oshadi.