|
2 Проблема увеличения времени жизни беспроводных сенсорных сетей
2.1 Понятие беспроводной сенсорной сети
Сенсорная сеть представляет собой распределенную самоконфигурируемую беспроводную сеть, состоящую из малогабаритных интеллектуальных сенсорных устройств [5]. Каждое устройство оснащено микроконтроллером, приемопередатчиком, элементом питания и набором датчиков для измерения некоторых параметров окружающей среды, например, температуры, освещенности, вибрации, давления, уровня шума и других.
Сенсорные сети являются частным случаем ситуационных (в англоязычной литературе – ad hoc) сетей [9], представляющих собой распределенные системы равноправных узлов, в которых каждый узел может обмениваться данными с любым из своих соседей. Отличие сенсорных сетей в том, что в них элементы можно четко разделить по набору выполняемых функций. Исходя из этого выделяют три основных типа сетевых узлов:
а) оконечное устройство, выполняющее функции сбора данных с датчиков и передачи их в сеть. Как правило, большую часть времени оно находится в режиме пониженного энергопотребления, в котором основные потребители энергии - микроконтроллер и приемопередатчик – выключены;
б) маршрутизатор представляет собой элемент сети, выполняющий функции ретрансляции данных, приходящих с оконечных устройств, к точке сбора данных (координатору);
в) координатор (шлюз, сток) является элементом, принимающим данные со всей сети и передающим их приложению верхнего уровня по проводному либо более высокоскоростному беспроводному интерфейсу.
Как правило, координатор имеет постоянный источник питания и, в отличие от других узлов сети, не ограничен в ресурсах.
Такое разделение используется для построения централизованных систем мониторинга и управления, в которых координатор либо сам обрабатывает информацию со всей сети, либо передает ее на устройство с большим количеством ресурсов (например, персональный компьютер). Распределенные системы на сенсорных сетях пока мало распространены из-за ограниченного функционала конечных узлов.
На сегодняшний день в области сенсорных сетей широко применяются аппаратные решения со следующими характеристиками:
RISС-процессор с частотой от 8 до 32 МГц;
объем оперативной памяти от 8 до 192 Кбайт; - объем внешней флеш-памяти от 0,5 до 8 Мбайт.
Особенно важными являются характеристики потребляемой мощности в различных режимах. Типовые значения приведены в таблице 2.1. Более подробно характеристики существующих аппаратных платформ будут представлены в четвертой главе настоящей диссертации.
Таблица 2.1 - Режимы работы беспроводных модулей БСС
Режим работы
|
Обозначение мощности
|
Типовое значение, мВт
|
Прием
|
Prx
|
52
|
Передача
|
Ptx
|
45
|
Обработка
|
Pa
|
20
|
Режим сна
|
Ps
|
0,03
|
2.1.1 Практическое применение БСС
Сенсорные сети традиционно находят свое применение в различных системах мониторинга и управления, таких как охранное-пожарное наблюдение, климат-контроль [10], удаленный сбор показаний с бытовых и промышленных датчиков, экологический мониторинг.
Существует и ряд нестандартных приложений, изначально несвойственных БСС, но, тем не менее, активно изучаемых - передача мультимедиа данных [4], данных инерциальных датчиков в системах слежения или захвата движения [3].
В последнее время увеличивается число приложений, предполагающих использование мобильных элементов, что актуально в контексте рассматриваемых в настоящей работе методов. Среди наиболее перспективных приложений мобильных БСС можно отметить следующие:
Сети подводного мониторинга.
В последние годы были изучены возможности развертывания подводных сенсорных сетей для мониторинга состояния мирового океана в отдельных его областях. Но, как было показано в одной из работ [11], использование традиционных БСС под водой сталкивается с целым рядом трудностей. Во-первых, это на несколько порядков больший коэффициент затухания, требующий использования более мощных передатчиков. Вовторых, более высокая вероятность выхода компонентов из строя, из-за которой приходится закладывать в структуре сети избыточность. Наконец, под водой отсутствуют какие-либо возможности использовать альтернативные источники энергии. Поэтому для данного приложения модели и методы увеличения времени автономной работы БСС особенно актуальны.
Системы контроля местоположения вещей в пространстве.
Самые распространенные примеры - контроль товаров на складе или передвижного оборудования на большом предприятии [7].
Системы персональной телемедицины [6], состоящие из множества носимых сенсоров и позволяющие контролировать ключевые показатели жизнедеятельности человека, при этом фиксируя его местонахождение при возникновении опасных отклонений от нормы.
В связи со всеми вышеописанными приложениями следует также отметить тенденцию выхода все большего количества устройств в глобальную сеть интернет, которая, согласно ряду исследований [8], уже привела к новому поколению интернета - интернету вещей, в котором обычные предметы становятся полноправными участниками всеобщего обмена информацией и взаимодействия. Сенсорные сети являются одной из базовых технологий интернета вещей, позволяющих любому предмету получать доступ в глобальную сеть.
Do'stlaringiz bilan baham: |
