Διανεμημένα δίκτυα αισθητήρων. Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (BSS). Οδηγοί και εμπόδια

Μέγεθος: px

Έναρξη εμφάνισης από τη σελίδα:

Αντίγραφο

1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 Γενικές πληροφορίες για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων 1.1 Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και πρότυπα Wi-Fi πρότυπο WiMAX Πρότυπο Bluetooth Πρότυπο HomeRF πρότυπο ZigBee 1.2 Μέθοδοι δρομολόγησης σε ασύρματα δίκτυα 2 Επισκόπηση και συγκριτικά χαρακτηριστικά των προσομοιωτών δικτύου και επιλογή του καταλληλότερου προσομοιωτή 2.1 Επισκόπηση εργαλείων προσομοίωσης ασύρματα δίκτυα αισθητήρων NS simulator Προσομοιωτής Cooja TOSSIM προσομοιωτής (TinyOS Simulator) προσομοιωτής OMNeT ++ 3 Συγκριτική ανάλυση προσομοιωτών NS-2 και OMNeT Γενικά συγκριτικά χαρακτηριστικά 3.2 Συμπέρασμα 3.3 Πρωτόκολλο δρομολόγησης AODV 3.4 Προσομοίωση πρωτοκόλλου AODV σε NS-2 και OMNeT Μοντέλο AODV στο NS Model AODV στο OMNeT ++ 4 Ανάπτυξη και εφαρμογή λογισμικού μοντέλου δρομολόγησης σε ασύρματο σύστημα επικοινωνίας 4.1 Μοντελοποίηση δικτύου 4.2 Εγκατάσταση και διαμόρφωση λογισμικού 4.3 Υλοποίηση λογισμικού μοντέλου ασύρματης επικοινωνίας 5 Ανάλυση των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν 5.1 Ανάλυση δικτύου καθυστερήσεις 5.2 Πρότυπο απόκλιση στους κόμβους του δικτύου 5.3 Μετάδοση πακέτων στο δίκτυο 5.4 Ανεπάρκεια παρεμβολών κατά τη μετάδοση 5.5 Κατανάλωση ισχύος κόμβων 5.6 Συμπεράσματα 6 Ασφάλεια ζωής 6.1 Υπολογισμός του συστήματος κλιματισμού 6.2 Υπολογισμός τεχνητού φωτισμού ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ ΛΙΣΤΩΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΠΗΓΩΝ ΛΙΣΤΟΣ ΣΥΝΤΟΜΗΤΩΝ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΩΝ

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων αναπτύσσουν ενεργά συστήματα αυτοματοποίησης και ελέγχου, παρακολούθησης και ελέγχου. Αλληλεπιδρώντας με συσκευές ελέγχου, οι αισθητήρες δημιουργούν ένα κατανεμημένο, αυτοοργανωμένο σύστημα συλλογής, επεξεργασίας και μετάδοσης πληροφοριών. Το αυτοοργανωτικό δίκτυο ορίζεται ως ένα σύστημα στο οποίο οι συσκευές μπορούν να βρουν η μία την άλλη και να σχηματίσουν ένα δίκτυο, και σε περίπτωση βλάβης οποιουδήποτε από τους κόμβους, μπορούν να δημιουργήσουν νέες διαδρομές για τη μετάδοση μηνυμάτων. Η τεχνολογία δικτύου αισθητήρων δεν απαιτεί ακριβά καλώδια για τη δημιουργία δικτύου μαζί με βοηθητικό εξοπλισμό (καλωδιακά κανάλια, τερματικά, ερμάρια κ.λπ.). Και δεδομένου ότι το δίκτυο αισθητήρων υποστηρίζει τις κύριες διεπαφές και πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή, είναι δυνατό να ενσωματωθεί στο υπάρχον δίκτυο χωρίς να πραγματοποιηθεί ανακατασκευή μεγάλης κλίμακας. Μικροσκοπικοί αισθητήρες που δεν απαιτούν κατανάλωση ενέργειας (η διάρκεια ζωής μπορεί να φτάσει αρκετά χρόνια) παρέχουν τη δυνατότητα τοποθέτησής τους σε δυσπρόσιτα μέρη και σε μεγάλες περιοχές. Οι ασύρματες λύσεις είναι απαραίτητες όταν πρέπει να συνδέονται συνεχώς κινούμενοι ή συχνά κινούμενοι κόμβοι. Ωστόσο, το μειονέκτημα των ασύρματων λύσεων είναι η χαμηλότερη αξιοπιστία τους, τόσο από την άποψη της εγγυημένης παράδοσης δεδομένων σε περιορισμένο χρονικό διάστημα, όσο και από την άποψη της προστασίας των μεταδιδόμενων πληροφοριών από μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση. Η ανάπτυξη και εφαρμογή δικτύων αισθητήρων σε όλους τους τομείς της ζωής θα προσφέρει τεράστιο αριθμό οφελών στην ανθρωπότητα. Το θέμα των ασύρματων δικτύων αισθητήρων δεν έχει ακόμη μελετηθεί επαρκώς, υπάρχουν επί του παρόντος ορισμένα άλυτα προβλήματα και περιορισμοί, αλλά τα πλεονεκτήματα προσελκύουν εταιρείες να αναπτύξουν πρότυπα για τη μετάδοση πληροφοριών σε δίκτυα αισθητήρων, για παράδειγμα, όπως το πρότυπο ZigBee Ε Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετήσει τα χαρακτηριστικά και τις παραμέτρους των σταθερών και κινητών συσκευών του δικτύου αισθητήρων στο σύστημα ZigBee.

3 Κεφάλαιο 1. Γενικές πληροφορίες σχετικά με τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων 1.1. Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και πρότυπα Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (BSS) είναι μία από τις πιο ελπιδοφόρες κατευθύνσεις στην ανάπτυξη τηλεπικοινωνιακών συστημάτων της εποχής, οι οποίες δημιουργούν νέες ευκαιρίες για επιστημονική έρευνα. Το μικροσκοπικό μέγεθος των κόμβων (πίνακας ενός κυβικού ιντσών), μια ενσωματωμένη ραδιοφωνική διασύνδεση, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και ένα αρκετά χαμηλό κόστος καθιστούν αυτό το δίκτυο πολύ κερδοφόρο για χρήση σε εκείνους τους τομείς της ζωής όπου είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν συστήματα ελέγχου και διαχείρισης ή παρακολουθεί την ασφάλεια. Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων χρειάζεται κυρίως σε περιοχές όπου είναι γενικά αδύνατο να τοποθετηθούν καλώδια για τεχνικούς, οικονομικούς ή οργανωτικούς λόγους. Ο κόμβος δικτύου αισθητήρων (mot) είναι ένας πίνακας που περιέχει τον πομποδέκτη, τον μικροελεγκτή, τις μπαταρίες, τη μνήμη και τον αισθητήρα. Οι αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με διάφορους τρόπους, συχνότερα οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για θερμοκρασία, πίεση, υγρασία, φωτισμό, σπανιότερα αισθητήρες δόνησης ή χημικής μέτρησης. Εγκαθίσταται ειδικό λογισμικό στις μηχανές, με τη βοήθεια του οποίου οργανώνουν ένα δίκτυο, ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους. Τα περισσότερα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων χρησιμοποιούν λογισμικό TinyOS που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϋ. Η μέγιστη απόσταση στην οποία είναι δυνατή η μετάδοση ενός μηνύματος δεν υπερβαίνει τα 100 μέτρα. Για τη λήψη και την αποστολή δεδομένων, κάθε κόμβος είναι εξοπλισμένος με κεραία. Η διαδικασία λειτουργίας του δικτύου αισθητήρων φαίνεται στο σχήμα 1.1. Εικόνα 1.1 Η διαδικασία εργασίας των σημείων δικτύου αισθητήρων

4 Οι κόμβοι του δικτύου αισθητήρων μπορούν να είναι ακίνητοι, σταθεροποιημένοι σε ένα συγκεκριμένο σημείο, μπορούν επίσης να συνδεθούν με κινητά αντικείμενα και να κινούνται ελεύθερα, ενώ παραμένουν μέρος του δικτύου. Οι μοτέρ μεταδίδουν πληροφορίες μεταξύ τους, και εκείνοι που βρίσκονται κοντά στην πύλη στέλνουν όλα τα συσσωρευμένα δεδομένα σε αυτήν. Εάν ορισμένα μοτέρ αποτύχουν, το δίκτυο συνεχίζει να λειτουργεί μετά την αναδιαμόρφωση. Το σχήμα 1.2 δείχνει τα εσωτερικά ενός κόμβου δικτύου αισθητήρων. Εικόνα 1.2 Κόμβος δικτύου αισθητήρων Πολλά πρότυπα μετάδοσης δεδομένων, όπως Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, HomeRF, ZigBee και ούτω καθεξής, μοιράζονται τη ζώνη 2,4 GHz, παρεμβάλλοντας έτσι το ένα στο άλλο Wi-Fi τυπικό εμπορικό σήμα Wi-Fi Wi-Fi -Fi Alliance για ασύρματα δίκτυα βασισμένα στο πρότυπο IEEE Ένας φορητός υπολογιστής ή ένας επικοινωνιακός χωρίς σύνδεση στο Διαδίκτυο είναι σήμερα ένα σχεδόν άχρηστο κομμάτι υλικού. Με την ευρεία χρήση του Wi-Fi για την επίλυση του προβλήματος της συνδεσιμότητας στο Διαδίκτυο, ο όρος έχει γίνει πολύ γνωστός. Παρά το γεγονός ότι η φράση Wireless Fidelity εμφανίστηκε αρχικά σε ορισμένα δελτία τύπου της WECA, αυτή τη στιγμή αυτή η διατύπωση έχει εγκαταλειφθεί και ο όρος Wi-Fi δεν αποκρυπτογραφείται με κανέναν τρόπο. Τα προϊόντα που προορίζονταν αρχικά για συστήματα ολοκλήρωσης αγοράς κυκλοφορούσαν με το σήμα WaveLAN και παρείχαν ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων από 1 έως 2 Mbps. Ο δημιουργός Wi-Fi Vic Hayes ήταν σε μια ομάδα που βοήθησε στην ανάπτυξη προτύπων όπως το IEEE b, το IEEE a και το IEEE g. Συνήθως, ένα διάγραμμα δικτύου Wi-Fi περιέχει τουλάχιστον ένα σημείο πρόσβασης και τουλάχιστον ένα πρόγραμμα-πελάτη.

5 Είναι επίσης δυνατή η σύνδεση δύο πελατών σε λειτουργία από σημείο σε σημείο (Ad-hoc), όταν το σημείο πρόσβασης δεν χρησιμοποιείται και οι πελάτες συνδέονται απευθείας μέσω προσαρμογέων δικτύου. Το σημείο πρόσβασης μεταδίδει το αναγνωριστικό δικτύου (SSID) χρησιμοποιώντας ειδικά πακέτα σηματοδότησης με ρυθμό 0,1 Mbps κάθε 100 ms. Επομένως, 0,1 Mbps είναι ο χαμηλότερος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων για Wi-Fi. Γνωρίζοντας το SSID του δικτύου, ο πελάτης μπορεί να μάθει εάν είναι δυνατή η σύνδεση σε αυτό το σημείο πρόσβασης. Όταν δύο AP με πανομοιότυπα SSID βρίσκονται εντός εμβέλειας, ο δέκτης μπορεί να επιλέξει μεταξύ τους με βάση την ισχύ του σήματος. Το πρότυπο Wi-Fi δίνει στον πελάτη πλήρη ελευθερία στην επιλογή των κριτηρίων για τη σύνδεση. Οι συσκευές Wi-Fi είναι ευρέως διαδεδομένες στη σημερινή αγορά. Η συμβατότητα εξοπλισμού είναι εγγυημένη λόγω της υποχρεωτικής πιστοποίησης με το λογότυπο Wi-Fi. Η ακτινοβολία από συσκευές Wi-Fi κατά τη μεταφορά δεδομένων είναι δύο τάξεις μεγέθους (100 φορές) μικρότερη από ό, τι από ένα κινητό τηλέφωνο. Η τεχνολογία επιτρέπει την ανάπτυξη ενός δικτύου χωρίς καλωδίωση, γεγονός που μπορεί να μειώσει το κόστος ανάπτυξης και / ή επέκτασης του δικτύου. Οι θέσεις όπου δεν μπορεί να εγκατασταθεί καλώδιο, όπως σε εξωτερικούς χώρους και σε κτίρια ιστορικής αξίας, μπορούν να εξυπηρετηθούν από ασύρματα δίκτυα. Η τεχνολογία επιτρέπει στις κινητές συσκευές να έχουν πρόσβαση στο δίκτυο. Το πρότυπο κρυπτογράφησης WEP μπορεί να σπάσει σχετικά εύκολα ακόμη και με τη σωστή διαμόρφωση (λόγω αδυναμίας του αλγορίθμου). Αν και οι νεότερες συσκευές υποστηρίζουν το πιο προηγμένο πρωτόκολλο κρυπτογράφησης δεδομένων WPA και WPA2, πολλά παλαιότερα σημεία πρόσβασης δεν το υποστηρίζουν και πρέπει να αντικατασταθούν. Η υιοθέτηση του προτύπου IEEE i (WPA2) τον Ιούνιο του 2004 έθεσε στη διάθεσή του ένα πιο αποτελεσματικό σύστημα ελέγχου ταυτότητας και κρυπτογράφησης για νέο εξοπλισμό. Τα πρωτόκολλα WPA και WPA2 απαιτούν ισχυρότερο κωδικό πρόσβασης από αυτόν που συνήθως ορίζεται από τον χρήστη. Το πρότυπο IEEE ορίζει δύο τρόπους λειτουργίας για το δίκτυο Ad-hoc (BSS Basic Service Set) και το σύνολο ESS Extended Service υποδομής. Η λειτουργία ad-hoc (αλλιώς "point-to-point") είναι ένα απλό δίκτυο στο οποίο η επικοινωνία μεταξύ σταθμών (πελατών) δημιουργείται απευθείας, χωρίς τη χρήση ειδικού σημείου πρόσβασης. Στη λειτουργία υποδομής ESS, ένα ασύρματο δίκτυο αποτελείται από τουλάχιστον ένα σημείο πρόσβασης συνδεδεμένο σε ενσύρματο δίκτυο και ένα σύνολο ασύρματων σταθμών πελατών. Για την οργάνωση ενός ασύρματου δικτύου σε κλειστό χώρο, χρησιμοποιούνται πομποί με κεραίες παντοκατευθυντικού χαρακτήρα. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα ραδιοκύματα 2,4 GHz ενδέχεται μερικές φορές να μην περνούν από τοίχους με μεγάλη περιεκτικότητα σε μεταλλικό οπλισμό (σε κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα, φέροντες τοίχους), οπότε θα πρέπει να εγκαταστήσετε τα δικά σας σημεία πρόσβασης σε δωμάτια που χωρίζονται ένας τέτοιος τοίχος. Η ισχύς που εκπέμπει ο πομπός του σημείου πρόσβασης ή του σταθμού πελάτη που λειτουργεί σύμφωνα με το πρότυπο IEEE δεν υπερβαίνει τα 0,1 W, αλλά

6, πολλοί κατασκευαστές σημείων ασύρματης πρόσβασης περιορίζουν την ισχύ μόνο μέσω λογισμικού και αρκεί απλώς να αυξήσετε την ισχύ στα 0,2-0,5 watt. Για σύγκριση, η ισχύς που εκπέμπεται από ένα κινητό τηλέφωνο είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη (κατά τη διάρκεια μιας κλήσης, έως 2 W). Δεδομένου ότι, σε αντίθεση με το κινητό τηλέφωνο, τα στοιχεία του δικτύου βρίσκονται μακριά από το κεφάλι, γενικά, τα ασύρματα δίκτυα υπολογιστών μπορούν να θεωρηθούν ασφαλέστερα από την άποψη της υγείας από τα κινητά τηλέφωνα. Τα ασύρματα προϊόντα συμβατά με IEEE προσφέρουν τέσσερα επίπεδα ασφάλειας: φυσικό, αναγνωριστικό SSID Service Service, αναγνωριστικό ελέγχου πρόσβασης πολυμέσων MAC ID και κρυπτογράφηση. Πολλοί οργανισμοί χρησιμοποιούν πρόσθετη κρυπτογράφηση (όπως το VPN) για προστασία από την εισβολή. Προς το παρόν, η κύρια μέθοδος σπασίματος του WPA2 είναι η εικασία κωδικού πρόσβασης, επομένως συνιστάται η χρήση σύνθετων αλφαριθμητικών κωδικών πρόσβασης για να γίνει η εργασία μαντεψίας κωδικού πρόσβασης όσο το δυνατόν πιο δύσκολη Το WiMAX Standard WiMAX (English Worldwide Interoperability for Microwave Access) είναι μια τεχνολογία τηλεπικοινωνιών αναπτύχθηκε για να παρέχει καθολική ασύρματη επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις για ένα ευρύ φάσμα συσκευών (από σταθμούς εργασίας και φορητούς υπολογιστές έως κινητά τηλέφωνα). Με βάση το πρότυπο IEEE, το οποίο ονομάζεται επίσης Wireless MAN (το WiMAX πρέπει να θεωρείται αργκό όνομα, καθώς δεν είναι τεχνολογία, αλλά το όνομα του φόρουμ όπου συμφωνήθηκε το Wireless MAN). Το WiMAX είναι κατάλληλο για την επίλυση του προβλήματος σύνδεσης σημείων πρόσβασης Wi-Fi μεταξύ τους και άλλων τμημάτων Διαδικτύου, καθώς και για την παροχή ασύρματης ευρυζωνικής πρόσβασης ως εναλλακτική λύση σε μισθωμένες γραμμές και xdsl. Το WiMAX σας επιτρέπει να έχετε πρόσβαση στο Διαδίκτυο με υψηλές ταχύτητες, με πολύ μεγαλύτερη κάλυψη από τα δίκτυα Wi-Fi. Αυτό επιτρέπει την τεχνολογία να χρησιμοποιηθεί ως κανάλια ραχοκοκαλιάς, η συνέχιση των οποίων είναι παραδοσιακές μισθωμένες και xdsl γραμμές, καθώς και τοπικά δίκτυα. Ως αποτέλεσμα, αυτή η προσέγγιση επιτρέπει τη δημιουργία κλιμακούμενων δικτύων υψηλής ταχύτητας εντός πόλεων. Το WiMAX είναι ένα σύστημα μεγάλης εμβέλειας που καλύπτει χιλιόμετρα χώρου και τυπικά χρησιμοποιεί άδεια φάσματος (αν και είναι δυνατές και μη αδειοδοτημένες συχνότητες) για την παροχή παροχής υπηρεσιών Διαδικτύου από σημείο σε σημείο στον τελικό χρήστη. Διαφορετικά πρότυπα της οικογένειας παρέχουν διαφορετικούς τύπους πρόσβασης, από κινητά (παρόμοια με τη μετάδοση δεδομένων σε κινητά τηλέφωνα) έως σταθερά (εναλλακτική λύση για την ενσύρματη πρόσβαση, στην οποία ο ασύρματος εξοπλισμός του χρήστη συνδέεται με μια τοποθεσία).

7 Σε αντίθεση με το WiMAX, το Wi-Fi είναι ένα σύστημα μικρότερης εμβέλειας, που καλύπτει συνήθως δεκάδες μέτρα και χρησιμοποιεί ζώνες συχνοτήτων χωρίς άδεια για να παρέχει πρόσβαση στο δίκτυο. Συνήθως, το Wi-Fi χρησιμοποιείται από τους χρήστες για πρόσβαση στο δικό τους τοπικό δίκτυο, το οποίο ενδέχεται να μην είναι συνδεδεμένο στο Διαδίκτυο. Εάν το WiMAX μπορεί να συγκριθεί με κινητές επικοινωνίες, τότε το Wi-Fi μοιάζει περισσότερο με σταθερό ασύρματο τηλέφωνο (ραδιοτηλέφωνο). Το WiMAX και το Wi-Fi έχουν εντελώς διαφορετικούς μηχανισμούς Ποιότητας Υπηρεσίας (QoS). Το WiMAX χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό που βασίζεται στη σύνδεση μεταξύ ενός σταθμού βάσης και μιας συσκευής χρήστη. Κάθε σύνδεση βασίζεται σε έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο προγραμματισμού που μπορεί να εγγυηθεί την παράμετρο QoS για κάθε σύνδεση. Το Wi-Fi, με τη σειρά του, χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό QoS παρόμοιο με αυτόν που χρησιμοποιείται στο Ethernet, στον οποίο τα πακέτα έχουν διαφορετικές προτεραιότητες. Αυτή η προσέγγιση δεν εγγυάται το ίδιο QoS για κάθε σύνδεση. Το σύνολο των πλεονεκτημάτων είναι εγγενές σε ολόκληρη την οικογένεια WiMAX, αλλά οι εκδόσεις του διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους. Οι προγραμματιστές του προτύπου αναζητούσαν βέλτιστες λύσεις τόσο για σταθερές όσο και για κινητές εφαρμογές, αλλά δεν ήταν δυνατό να συνδυαστούν όλες οι απαιτήσεις σε ένα πρότυπο. Αν και ορισμένες βασικές απαιτήσεις είναι οι ίδιες, η στόχευση τεχνολογιών σε διαφορετικές θέσεις της αγοράς οδήγησε στη δημιουργία δύο ξεχωριστών εκδόσεων του προτύπου (ή μάλλον, μπορούν να θεωρηθούν δύο διαφορετικά πρότυπα). Κάθε μία από τις προδιαγραφές WiMAX καθορίζει τα εύρη συχνοτήτων λειτουργίας, το εύρος ζώνης, την ισχύ εκπομπών, τις μεθόδους μετάδοσης και πρόσβασης, τις μεθόδους κωδικοποίησης και διαμόρφωσης σημάτων, τις αρχές της επαναχρησιμοποίησης ραδιοσυχνοτήτων και άλλους δείκτες. Επομένως, τα συστήματα WiMAX που βασίζονται σε εκδόσεις IEEE e και d είναι πρακτικά ασύμβατα. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο τεχνολογιών είναι ότι το σταθερό WiMAX επιτρέπει την εξυπηρέτηση μόνο στατικών συνδρομητών, ενώ το κινητό WiMAX επικεντρώνεται στην εργασία με χρήστες που ταξιδεύουν με ταχύτητες έως 150 χλμ. / Ώρα. Κινητικότητα σημαίνει την παρουσία λειτουργιών περιαγωγής και "απρόσκοπτη" εναλλαγή μεταξύ σταθμών βάσης όταν ο συνδρομητής μετακινείται (όπως συμβαίνει στα κυψελοειδή δίκτυα). Σε μια συγκεκριμένη περίπτωση, το κινητό WiMAX μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εξυπηρέτηση σταθερών χρηστών. Με την εφεύρεση του κινητού WiMAX, δίνεται όλο και περισσότερη έμφαση στην ανάπτυξη κινητών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων ειδικών συσκευών χειρός (παρόμοια με ένα κανονικό κινητό smartphone) και περιφερειακών υπολογιστών (ραδιόφωνα USB και κάρτες PC). Ο εξοπλισμός για τη χρήση δικτύων WiMAX παρέχεται από διάφορους κατασκευαστές και μπορεί να εγκατασταθεί τόσο σε εσωτερικούς χώρους (συσκευές στο μέγεθος ενός κανονικού μόντεμ xdsl) όσο και εκτός αυτού. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο εξοπλισμός που έχει σχεδιαστεί για εσωτερική χρήση και δεν απαιτεί επαγγελματικές δεξιότητες εγκατάστασης, φυσικά, είναι πιο βολικός, αλλά είναι ικανός να λειτουργεί σε σημαντικά μικρότερες αποστάσεις από το σταθμό βάσης από ό, τι επαγγελματικά.

8 εγκατεστημένες εξωτερικές συσκευές. Επομένως, ο εσωτερικός εξοπλισμός απαιτεί πολύ μεγαλύτερη επένδυση στην ανάπτυξη υποδομής δικτύου. Γενικά, τα δίκτυα WiMAX αποτελούνται από τα ακόλουθα κύρια μέρη: σταθμούς βάσης και συνδρομητών, καθώς και εξοπλισμό που συνδέει τους σταθμούς βάσης μεταξύ τους, με έναν πάροχο υπηρεσιών και με το Διαδίκτυο. Η δομή των δικτύων της οικογένειας προτύπων IEEE είναι παρόμοια με τα παραδοσιακά δίκτυα GSM (οι σταθμοί βάσης λειτουργούν σε αποστάσεις έως και δεκάδες χιλιόμετρα · για την εγκατάστασή τους, δεν είναι απαραίτητη η κατασκευή πύργων, επιτρέπεται η τοποθέτησή τους στις στέγες των σπιτιών, υπό την προϋπόθεση της όρασης μεταξύ των σταθμών). Το WiMAX χρησιμοποιείται τόσο για την επίλυση του προβλήματος "τελευταίου μιλίου" όσο και για την παροχή πρόσβασης στο δίκτυο σε δίκτυα γραφείων και περιφερειών. Για τη σύνδεση ενός σταθμού βάσης σε συνδρομητικό σταθμό, χρησιμοποιείται εύρος ραδιοκυμάτων υψηλής συχνότητας από 1,5 έως 11 GHz. Υπό ιδανικές συνθήκες, οι ρυθμοί δεδομένων μπορεί να είναι έως και 70 Mbps χωρίς να απαιτείται οπτική επαφή μεταξύ του σταθμού βάσης και του δέκτη. Δημιουργούνται συνδέσεις μεταξύ σταθμών βάσης (οπτική επαφή) χρησιμοποιώντας το εύρος συχνοτήτων από 10 έως 66 GHz, η τιμή ανταλλαγής δεδομένων μπορεί να φτάσει τα 140 Mbit / s. Σε αυτήν την περίπτωση, τουλάχιστον ένας σταθμός βάσης είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο του παρόχου χρησιμοποιώντας κλασικές ενσύρματες συνδέσεις. Ωστόσο, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των BS που συνδέονται με τα δίκτυα του παρόχου, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων και η αξιοπιστία του δικτύου στο σύνολό του. Το πρότυπο Bluetooth Bluetooth επιτρέπει την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ συσκευών όπως προσωπικούς υπολογιστές (επιτραπέζιους υπολογιστές, φορητούς υπολογιστές), κινητά τηλέφωνα, εκτυπωτές, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, ποντίκια, πληκτρολόγια, χειριστήρια, ακουστικά, ακουστικά σε αξιόπιστη, φθηνή, πανταχού παρούσα ραδιοσυχνότητα για επικοινωνία μικρής εμβέλειας. Το ασύρματο κανάλι επιτρέπει σε αυτές τις συσκευές να επικοινωνούν όταν βρίσκονται σε ακτίνα 1 έως 200 m η μία από την άλλη (το εύρος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από εμπόδια και παρεμβολές), ακόμη και σε διαφορετικά δωμάτια. Αξίζει να σημειωθεί ότι το AIRcable κυκλοφόρησε έναν προσαρμογέα Bluetooth Host XR με εμβέλεια περίπου 30 χλμ. Για να λειτουργούν μαζί οι συσκευές Bluetooth, είναι απαραίτητο όλες να υποστηρίζουν ένα κοινό προφίλ. Ένα προφίλ είναι μια συλλογή από δυνατότητες ή δυνατότητες που διατίθενται για μια συγκεκριμένη συσκευή Bluetooth. Η τεχνολογία Bluetooth βασίζεται στο εύρος συχνοτήτων χωρίς άδεια (σχεδόν παντού εκτός από τη Ρωσία) 2,4 2,4835 GHz. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιούνται ευρείες ζώνες προστασίας: το κάτω όριο της περιοχής συχνοτήτων είναι 2 GHz και το ανώτερο όριο είναι 3,5 GHz. Η συχνότητα (θέση του κέντρου του φάσματος) καθορίζεται με ακρίβεια ± 75 kHz. Η μετατόπιση συχνότητας δεν περιλαμβάνεται σε αυτό το διάστημα. Η κωδικοποίηση σημάτων πραγματοποιείται σύμφωνα με το σχήμα δύο επιπέδων GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Η λογική 0 και 1 αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικές συχνότητες. Στην καθορισμένη ζώνη συχνοτήτων

Το 9 διέθεσε 79 ραδιοφωνικά κανάλια 1 MHz το καθένα ασύρματη τεχνολογία HomeRF Standard HomeRF που στοχεύει ειδικά σε οικιακά δίκτυα. Η κύρια ιδέα πίσω από το HomeRF είναι ότι οι οικιακοί χρήστες έχουν πολύ διαφορετικές ανάγκες από τους εταιρικούς χρήστες. Αυτό σημαίνει ότι οι λύσεις που απαιτούν είναι ειδικά σχεδιασμένες για αυτούς. Το HomeRF προσπαθεί να λειτουργήσει σε αυτήν την αγορά παρέχοντας συσκευές που είναι εύλογα εύκολες στην εγκατάσταση, απλές στη χρήση και πιο προσιτές από τις σημερινές εταιρικές ασύρματες λύσεις. Το HomeRF βασίζεται σε πολλά υπάρχοντα πρότυπα φωνής και δεδομένων και τα ενσωματώνει σε μια ενιαία λύση. Λειτουργεί στη ζώνη ISM 2,4 GHz χρησιμοποιώντας FHSS. Η αναπήδηση συχνότητας συμβαίνει με ταχύτητα 50 έως 100 φορές το δευτερόλεπτο. Η εξάλειψη των παρεμβολών συμβαίνει μέσω του διαχωρισμού των σημάτων σε χρόνο και συχνότητα. Το HomeRF χρησιμοποιεί ραδιοφωνικούς πομπούς χαμηλής ισχύος παρόμοιους με αυτούς που χρησιμοποιούνται σε προσωπικά ασύρματα δίκτυα που βασίζονται στην τεχνολογία Bluetooth. Η διαφορά μεταξύ των δύο τεχνολογιών είναι ότι το HomeRF απευθύνεται μόνο στην οικιακή καταναλωτική αγορά, συμπεριλαμβανομένου του SWAP (Standard Wireless Access Protocol), το οποίο επιτρέπει στο HomeRF να χειρίζεται πιο αποτελεσματικά εφαρμογές πολυμέσων. Οι πομποί λειτουργούν σε απόσταση μέτρων από το σταθμό βάσης και μπορούν να ενσωματωθούν σε κάρτες Compact Flash. το πρότυπο περιγράφει ασύρματα δίκτυα προσωπικής περιοχής (WPAN). Το ZigBee απευθύνεται σε εφαρμογές που απαιτούν μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και υψηλή ασφάλεια δεδομένων σε χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων. Το κύριο χαρακτηριστικό της τεχνολογίας ZigBee είναι ότι, με σχετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υποστηρίζει όχι μόνο απλές ασύρματες τοπολογίες (point-to-point και star), αλλά και πολύπλοκα ασύρματα δίκτυα με τοπολογία mesh με αναμετάδοση και δρομολόγηση μηνυμάτων. Οι τομείς εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας είναι η κατασκευή ασύρματων δικτύων αισθητήρων, η αυτοματοποίηση οικιστικών και υπό κατασκευή χώρων, η δημιουργία ατομικού διαγνωστικού ιατρικού εξοπλισμού, βιομηχανικών συστημάτων παρακολούθησης και ελέγχου, καθώς και η ανάπτυξη ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης και προσωπικών υπολογιστών Το

10 Η επωνυμία προέρχεται από τη συμπεριφορά των μελισσών μετά την επιστροφή τους στην κυψέλη. Τα δίκτυα ZigBee εξετάστηκαν από το 1998 όταν προέκυψε η ανάγκη για αυτο-οργάνωση συστημάτων επικοινωνίας ZigBee, που απευθύνονται σε εφαρμογές που απαιτούν μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και υψηλή ασφάλεια δεδομένων σε χαμηλούς ρυθμούς μετάδοσης. Το ZigBee λειτουργεί στις βιομηχανικές, επιστημονικές και ιατρικές ζώνες (μπάντα ISM): 868 MHz στην Ευρώπη, 915 MHz στις ΗΠΑ και την Αυστραλία και 2,4 GHz στις περισσότερες χώρες του κόσμου (υπό τις περισσότερες δικαιοδοσίες στον κόσμο). Δεδομένου ότι η συσκευή ZigBee βρίσκεται σε κατάσταση αναστολής τις περισσότερες φορές, η κατανάλωση ενέργειας μπορεί να είναι πολύ χαμηλή, με αποτέλεσμα μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Μια συσκευή ZigBee μπορεί να ξυπνήσει (δηλαδή να πάει από τον ύπνο στην αφύπνιση) σε 15ms ή λιγότερο και η καθυστέρηση απόκρισης μπορεί να είναι πολύ χαμηλή, ειδικά σε σύγκριση με το Bluetooth, για το οποίο συνήθως φτάνει η καθυστέρηση που προκύπτει από τη μετάβαση από τον ύπνο στην ενεργή λειτουργία τρία δευτερόλεπτα. Λαμβάνοντας υπόψη κριτήρια όπως η τιμή των τσιπ, η φθηνότητα και η ταχύτητα υιοθέτησης της τεχνολογίας, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η ασυλία θορύβου, μπορούμε να πούμε ότι το ZigBee είναι συχνά η καλύτερη επιλογή τώρα. Τα τσιπ για την εφαρμογή του ZigBee παράγονται από γνωστές εταιρείες όπως Texas Instruments, Freescale, Atmel, STMicroelectronics, OKI κ.λπ. Αυτό εγγυάται χαμηλές τιμές για εξαρτήματα αυτής της τεχνολογίας. Το ZigBee είναι μια τεχνολογία που γεμίζει τη θέση των ασύρματων δικτύων χαμηλής ταχύτητας και χαμηλής ισχύος για συστήματα ελέγχου με μεγάλο αριθμό κόμβων, όπως συστήματα φωτισμού σε κτίρια, συστήματα παρακολούθησης βιομηχανικού εξοπλισμού κ.λπ. Επί του παρόντος, οι ενότητες ZigBee είναι αρκετά διαθέσιμες: ETRX2, ETRX3, που κυκλοφόρησε από την Telegesis. Για να εξοικειωθείτε με αυτά, υπάρχουν κιτ εκκίνησης που περιλαμβάνουν μονάδα συντονιστή με υποδοχή USB και άλλες τρεις μονάδες που μπορούν να διαμορφωθούν για να λειτουργούν δρομολογητή ή τελική συσκευή με αισθητήρες θερμοκρασίας και φωτός, κουμπιά δοκιμής κ.λπ. Ακολουθεί ένας συγκριτικός πίνακας των βασικών προτύπων

11 Πίνακας 1.1 Συγκριτικά χαρακτηριστικά των προτύπων ασύρματου δικτύου ZigBee Wi-Fi Bluetooth (IEEE) (IEEE b) (IEEE) Ζώνη συχνοτήτων 2, GHz 2,4-2,483 GHz 2,4-2,483 GHz Εύρος ζώνης kbps, 1 Πρωτόκολλο μεγέθους στοίβας, kbyte Περισσότερα από 1000 περισσότερα από 250 Συνεχής διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ημέρες Μέγιστος αριθμός κόμβων στο δίκτυο Εύρος λειτουργίας, m Απομακρυσμένη μετάδοση περιοχής Αντικατάσταση παρακολούθησης εφαρμογών και ενσύρματο έλεγχο πολυμέσων των πληροφοριών σύνδεσης (Διαδίκτυο, ταχυδρομείο, βίντεο) Τα χαρακτηριστικά που δίνονται στον Πίνακα 1.1 δείχνουν ότι το βέλτιστο πρότυπο για ένα δίκτυο αισθητήρων είναι το ZigBee 1.2. Μέθοδοι ασύρματης δρομολόγησης Υπάρχουν τρεις τύποι δρομολόγησης - απλοί, σταθεροί και προσαρμοστοί. Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους έγκειται στον βαθμό στον οποίο λαμβάνονται υπόψη οι αλλαγές τοπολογίας και το φορτίο του δικτύου κατά την επίλυση του προβλήματος επιλογής διαδρομής. Η απλή δρομολόγηση διαφέρει στο ότι κατά την επιλογή μιας διαδρομής, δεν λαμβάνεται υπόψη ούτε η αλλαγή στην τοπολογία του δικτύου ούτε η αλλαγή στην κατάσταση (φόρτωση). Δεν παρέχει κατευθυντική μετάδοση πακέτων και έχει χαμηλή απόδοση. Τα πλεονεκτήματά του είναι η απλότητα της εφαρμογής του αλγορίθμου δρομολόγησης και η εξασφάλιση της σταθερής λειτουργίας του δικτύου σε περίπτωση βλάβης των επιμέρους στοιχείων του. Ορισμένες πρακτικές εφαρμογές έχουν λάβει ποικιλίες απλής δρομολόγησης: τυχαία και χιονοστιβάδα. Η ιδιαιτερότητα της τυχαίας δρομολόγησης είναι ότι επιλέγεται μία τυχαία επιλεγμένη ελεύθερη κατεύθυνση για τη μετάδοση ενός πακέτου από έναν κόμβο επικοινωνίας. Το πακέτο "περιπλανιέται" πάνω από το δίκτυο και με μια πεπερασμένη πιθανότητα θα φτάσει ποτέ στον προορισμό. Ταυτόχρονα, δεν εξασφαλίζεται ούτε ο βέλτιστος χρόνος παράδοσης του πακέτου, ούτε η αποτελεσματική χρήση του εύρους ζώνης.

12 δυνατότητες δικτύου. Η δρομολόγηση χιονοστιβάδας (ή: η πλήρωση όλων των δωρεάν εξερχόμενων οδηγιών με πακέτα) περιλαμβάνει τη μετάδοση ενός πακέτου από έναν κόμβο προς όλες τις κατευθύνσεις, εκτός από το σημείο που το πακέτο ήρθε σε αυτόν τον κόμβο. Όπως συμβαίνει σε κάθε κόμβο, εμφανίζεται το φαινόμενο διάδοσης πακέτων, το οποίο υποβαθμίζει δραστικά τη χρήση εύρους ζώνης δικτύου. Για να αποφευχθεί αυτό, είναι απαραίτητο να επισημάνετε αντίγραφα του πακέτου και να καταστρέψετε διπλότυπα που διέρχονται επανειλημμένα από αυτό σε κάθε κόμβο. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η εγγυημένη παροχή του βέλτιστου χρόνου παράδοσης του πακέτου στον παραλήπτη, καθώς τουλάχιστον μία από όλες τις κατευθύνσεις προς τις οποίες μεταδίδεται το πακέτο παρέχει τέτοιο χρόνο. Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εκφορτωμένα δίκτυα όταν οι απαιτήσεις για ελαχιστοποίηση του χρόνου και της αξιοπιστίας της παράδοσης πακέτων είναι αρκετά υψηλές. Η σταθερή δρομολόγηση χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι κατά την επιλογή μιας διαδρομής, λαμβάνεται υπόψη η αλλαγή στην τοπολογία του δικτύου και η αλλαγή στο φορτίο της δεν λαμβάνεται υπόψη. Για κάθε κόμβο προορισμού, η κατεύθυνση μετάδοσης επιλέγεται σύμφωνα με τον πίνακα διαδρομών (κατάλογος), ο οποίος καθορίζει τις συντομότερες διαδρομές. Οι κατάλογοι καταρτίζονται στο κέντρο ελέγχου δικτύου. Συντάσσονται εκ νέου και τροποποιούνται όταν αλλάζει η τοπολογία του δικτύου. Η έλλειψη προσαρμογής στις αλλαγές φόρτωσης οδηγεί σε καθυστερήσεις πακέτων δικτύου. Διάκριση μεταξύ τύπων μονής διαδρομής και πολλαπλών διαδρομών σταθερής δρομολόγησης. Το πρώτο βασίζεται σε μια ενιαία διαδρομή για τη μετάδοση πακέτων μεταξύ δύο συνδρομητών, η οποία σχετίζεται με αστάθεια σε αστοχίες και υπερφόρτωση και η δεύτερη βασίζεται σε πολλές πιθανές διαδρομές μεταξύ δύο συνδρομητών, από τις οποίες επιλέγεται η προτιμώμενη διαδρομή. Η σταθερή δρομολόγηση χρησιμοποιείται σε δίκτυα με μικρή αλλαγή στην τοπολογία και σταθερή ροή πακέτων. Η προσαρμοστική δρομολόγηση ονομάζεται δρομολόγηση, στην οποία η απόφαση για την κατεύθυνση της μετάδοσης πακέτων λαμβάνεται λαμβάνοντας υπόψη τις αλλαγές τόσο στην τοπολογία όσο και στο φορτίο του δικτύου. Υπάρχουν αρκετές τροποποιήσεις της προσαρμοζόμενης δρομολόγησης, οι οποίες διαφέρουν ως προς τις πληροφορίες που χρησιμοποιούνται κατά την επιλογή μιας διαδρομής. Τροποποιήσεις όπως η τοπική, κατανεμημένη, κεντρική και υβριδική δρομολόγηση έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες. Η τοπική προσαρμοστική δρομολόγηση βασίζεται στη χρήση των διαθέσιμων πληροφοριών σε έναν δεδομένο κόμβο και περιλαμβάνει: έναν πίνακα διαδρομής που καθορίζει όλες τις κατευθύνσεις μετάδοσης πακέτων από αυτόν τον κόμβο. δεδομένα για την κατάσταση των γραμμών επικοινωνίας εξόδου (λειτουργούν ή δεν λειτουργούν) · το μήκος ουράς των πακέτων που περιμένουν να σταλούν. Δεν χρησιμοποιούνται πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση άλλων κόμβων επικοινωνίας. Ο πίνακας διαδρομών ορίζει τις συντομότερες διαδρομές που εξασφαλίζουν την παράδοση του πακέτου στον παραλήπτη στο συντομότερο χρονικό διάστημα. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η απόφαση επιλογής διαδρομής λαμβάνεται χρησιμοποιώντας τα πιο πρόσφατα δεδομένα κατάστασης κόμβου. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η "μυωπία" της, αφού η επιλογή της διαδρομής πραγματοποιείται χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η παγκόσμια κατάσταση ολόκληρου του δικτύου.

Επομένως, υπάρχει πάντα ο κίνδυνος μετάδοσης ενός πακέτου κατά μήκος μιας συμφόρησης. Η διανεμημένη προσαρμοστική δρομολόγηση βασίζεται στη χρήση πληροφοριών που καθορίζονται για τοπική δρομολόγηση και δεδομένων που λαμβάνονται από γείτονες δικτύου. Σε κάθε κόμβο, σχηματίζεται ένας πίνακας διαδρομής (κατάλογος) προς όλους τους κόμβους προορισμού, όπου υποδεικνύονται διαδρομές με τον ελάχιστο χρόνο καθυστέρησης πακέτων. Πριν ξεκινήσει το δίκτυο, αυτός ο χρόνος υπολογίζεται με βάση την τοπολογία του δικτύου. Κατά τη λειτουργία του δικτύου, οι κόμβοι ανταλλάσσονται περιοδικά με γειτονικούς κόμβους, τους λεγόμενους πίνακες καθυστέρησης, οι οποίοι υποδεικνύουν το φορτίο (μήκος ουράς πακέτων) του κόμβου. Μετά την ανταλλαγή των πινάκων καθυστέρησης, κάθε κόμβος υπολογίζει εκ νέου τις καθυστερήσεις και προσαρμόζει τις διαδρομές με βάση τα εισερχόμενα δεδομένα και το μήκος των ουρών στον ίδιο τον κόμβο. Οι πίνακες καθυστέρησης μπορούν να ανταλλάσσονται όχι μόνο περιοδικά, αλλά και ασύγχρονα σε περίπτωση ξαφνικών αλλαγών φορτίου ή τοπολογίας δικτύου. Λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση των γειτονικών κόμβων κατά την επιλογή μιας διαδρομής αυξάνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των αλγορίθμων δρομολόγησης, αλλά αυτό επιτυγχάνεται αυξάνοντας το φορτίο του δικτύου με πληροφορίες υπηρεσιών. Επιπλέον, οι πληροφορίες σχετικά με τις αλλαγές στην κατάσταση των κόμβων διαδίδονται σχετικά αργά στο δίκτυο, οπότε η επιλογή διαδρομής γίνεται με βάση κάπως ξεπερασμένα δεδομένα. Η κεντρική προσαρμοστική δρομολόγηση χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι το πρόβλημα δρομολόγησης για κάθε κόμβο δικτύου επιλύεται στο κέντρο δρομολόγησης (RC). Κάθε κόμβος παράγει περιοδικά ένα μήνυμα σχετικά με την κατάστασή του (το μήκος των ουρών και την υγεία των γραμμών επικοινωνίας) και το μεταδίδει στο CM. Με βάση αυτά τα δεδομένα, καταρτίζεται ένας πίνακας διαδρομής στο CM για κάθε κόμβο. Φυσικά, η μετάδοση μηνυμάτων στο CM, ο σχηματισμός και η διανομή πινάκων διαδρομής - όλα αυτά συνδέονται με χρονικές καθυστερήσεις, επομένως, με την απώλεια της αποτελεσματικότητας αυτής της μεθόδου, ειδικά όταν το φορτίο κυμαίνεται στο δίκτυο. Επιπλέον, υπάρχει κίνδυνος απώλειας ελέγχου δικτύου σε περίπτωση βλάβης CM. Η υβριδική προσαρμοστική δρομολόγηση βασίζεται στη χρήση πινάκων διαδρομής που αποστέλλονται από το CM στους κόμβους δικτύου, σε συνδυασμό με την ανάλυση του μήκους των ουρών στους κόμβους. Κατά συνέπεια, οι αρχές της κεντρικής και τοπικής δρομολόγησης εφαρμόζονται εδώ. Η υβριδική δρομολόγηση αντισταθμίζει τα μειονεκτήματα της κεντρικής δρομολόγησης (οι διαδρομές που δημιουργούνται από το κέντρο είναι κάπως ξεπερασμένες) και τοπικές (μέθοδος "μυωπίας") και αντιλαμβάνεται τα πλεονεκτήματά τους: οι διαδρομές του κέντρου αντιστοιχούν στην παγκόσμια κατάσταση του δικτύου και λαμβάνοντας υπόψη η τρέχουσα κατάσταση του κόμβου εξασφαλίζει την έγκαιρη λύση του προβλήματος. ...

14 Κεφάλαιο 2. Επισκόπηση και συγκριτικά χαρακτηριστικά των προσομοιωτών δικτύου και η επιλογή του καταλληλότερου προσομοιωτή 2.1. Επισκόπηση εργαλείων μοντελοποίησης για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Το πιο αποτελεσματικό εργαλείο για την αξιολόγηση των δεικτών ποιότητας των συστημάτων τηλεπικοινωνίας είναι η προσομοίωση. Ένας μεγάλος αριθμός προσομοιωτών δικτύου έχει αναπτυχθεί για το σκοπό αυτό. Ας εξετάσουμε τα πιο συνηθισμένα από αυτά: Το NS-2 Simulator NS-2 είναι ένα λογισμικό ανοιχτού κώδικα που έχει σχεδιαστεί για προσομοίωση διακριτών συμβάντων ενσύρματων και ασύρματων (κινητών) συστημάτων επικοινωνίας). Οι κύριες γλώσσες στον προσομοιωτή είναι η C ++ και η Tcl (Γλώσσα εντολών εργαλείου). Το OTCL (Object Tcl) χρησιμοποιείται για τη δημιουργία προσομοιώσεων. Το πρόγραμμα είναι ελεύθερα διαθέσιμο, μπορεί να μεταφορτωθεί από τον ιστότοπο του προγράμματος και να χρησιμοποιηθεί για ακαδημαϊκούς σκοπούς. Ο προσομοιωτής υποστηρίζει μεγάλο αριθμό πρωτοκόλλων, τύπων δικτύου, στοιχεία δικτύου, μοντέλα μετάδοσης δεδομένων. Για προσομοίωση ad-hoc δικτύων, υποστηρίζονται τα πρωτόκολλα δρομολόγησης AODV, DSDV, DSR και TORA, τα οποία απαιτούν πρόσθετη βελτίωση για να διασφαλιστεί η δυνατότητα εργασίας με κόμβους κινητής τηλεφωνίας. Στον προσομοιωτή NS-2, υπάρχει ένα μοντέλο που εφαρμόζει το πρότυπο IEEE. Η δομή των εξαρτημάτων του μοντέλου LR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area) και οι κύριες λειτουργίες του φαίνονται στο σχήμα 2.1.

15 Εικόνα 2.1 Συστατική δομή του μοντέλου LR-WPAN NS-2 Θα πρέπει να αναφερθεί ότι στις πρώτες εκδόσεις του μοντέλου εφαρμόστηκαν οι βασικές λειτουργίες του επιπέδου δικτύου ZigBee, αλλά αργότερα εξαιρέθηκαν από τη γενική πρόσβαση, αφού δεν συμμορφώθηκε πλήρως με αυτό το πρότυπο. Από αυτή την άποψη, προς το παρόν είναι δυνατή η χρήση μόνο πρωτοκόλλων δρομολόγησης που υπάρχουν στο NS-2, τα οποία δεν λαμβάνουν πλήρως υπόψη τις ιδιαιτερότητες των ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Υπάρχει μικρή τεκμηρίωση για τη χρήση του προσομοιωτή, λίγη εκπαιδευτική βιβλιογραφία. Προτείνεται να ανατρέξετε στη λίστα των συχνών ερωτήσεων και να αναλύσετε τον πηγαίο κώδικα του μοντέλου. Προσομοιωτής Cooja Ένας προσομοιωτής δικτύου, για το λειτουργικό σύστημα Contiki (OS), ειδικά σχεδιασμένος για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, επιτρέποντάς σας να αξιολογήσετε τις δυνατότητες του αναπτυγμένου δικτύου πριν από την πραγματική του εφαρμογή. Το Contiki είναι ένα φορητό λειτουργικό σύστημα για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, όπως κόμβοι αφής. Οι βιβλιοθήκες Contiki φορτώνονται και μεταγλωττίζονται από τον προσομοιωτή και το δίκτυο παρακολουθείται και αναλύεται χρησιμοποιώντας ορισμένες λειτουργίες. Παρόλο που ο προσομοιωτής έχει σχεδιαστεί για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, υποστηρίζει επίσης τη στοίβα πρωτοκόλλου TCP / IP. Το σχήμα 2.2 δείχνει το παράθυρο εργασίας του προσομοιωτή Cooja,

16 Εικόνα 2.2 Παράθυρο προσομοιωτή Cooja Ο προσομοιωτής χρησιμοποιεί τη γλώσσα Java για τη δημιουργία μοντέλων, αλλά σας επιτρέπει να γράφετε προγράμματα για συσκευές δικτύου στο C. Το Cooja είναι ένας επεκτάσιμος προσομοιωτής, για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται πρόσθετα πρόσθετα και διεπαφές. Η διεπαφή περιγράφει τις ιδιότητες του κόμβου αισθητήρα, τα πρόσθετα σάς επιτρέπουν να διαμορφώσετε την προσομοίωση, για παράδειγμα, να ελέγξετε την ταχύτητα της προσομοίωσης ή να παρακολουθήσετε και να ελέγξετε την κίνηση μεταξύ των κόμβων αισθητήρα. Ο προσομοιωτής υποστηρίζει την ταυτόχρονη προσομοίωση πολλαπλών δικτύων. Ένα από τα χαρακτηριστικά του προσομοιωτή Cooja είναι η ταυτόχρονη προσομοίωση σε τρία διαφορετικά επίπεδα - επίπεδο δικτύου, επίπεδο λειτουργικού συστήματος και επίπεδο οδηγιών κώδικα μηχανής. Το Cooja αναπτύχθηκε αρχικά για Linux και Windows / Cygwin, αλλά αργότερα ήρθε μια έκδοση και για MacOs. TOSSIM Simulator (TinyOS Simulator) Το TinyOS είναι ένα σύστημα ειδικά σχεδιασμένο για δίκτυα αισθητήρων. Έχει ένα μοντέλο προγραμματισμού συστατικών που περιγράφεται στη γλώσσα nesc. Το TinyOS δεν είναι λειτουργικό σύστημα με την παραδοσιακή έννοια. Είναι ένα περιβάλλον λογισμικού για ενσωματωμένα συστήματα και ένα σύνολο εξαρτημάτων που

17 σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μοντέλα προσομοίωσης για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, όπως το TOSSIM. Ο προσομοιωτής TOSSIM μπορεί να προσομοιώσει δίκτυα με διαστάσεις έως και αρκετές χιλιάδες κόμβους, και αναλύοντάς τα, να προβλέψει τη συμπεριφορά του δικτύου με μεγάλη ακρίβεια. Με την προσομοίωση δικτύων με πιθανές παρεμβολές και σφάλματα, ο προσομοιωτής δημιουργεί ένα απλό, αλλά ταυτόχρονα αποτελεσματικό μοντέλο όλων των πιθανών αλληλεπιδράσεων κόμβων στο δίκτυο. Περιγράφοντας το μοντέλο συσκευής TinyOS χαμηλής ισχύος, ο προσομοιωτής προσομοιώνει τη συμπεριφορά του κόμβου αισθητήρα με μεγάλη εμπιστοσύνη, περιγράφοντας τα χαρακτηριστικά του και πραγματοποιώντας μεγάλο αριθμό πειραμάτων. Για τη διευκόλυνση των προγραμματιστών, το TOSSIM υποστηρίζει μια γραφική διεπαφή χρήστη, παρέχοντας λεπτομερή απεικόνιση και αναπαραγωγή των ενεργειών του μοντέλου προσομοίωσης που εκτελείται. Ακολουθούν τα γενικά χαρακτηριστικά του εξομοιωτή TOSSIM: - επεκτασιμότητα Ο προσομοιωτής υποστηρίζει ένα μοντέλο δικτύου που αποτελείται από μεγάλο αριθμό κόμβων με διαφορετικές διαμορφώσεις. Το μεγαλύτερο από όλα τα ανεπτυγμένα δίκτυα, το TinyOS αποτελείται από περίπου 850 κόμβους, ο προσομοιωτής είναι σε θέση να υποστηρίξει τέτοια μοντέλα. - αξιοπιστία - ο προσομοιωτής περιγράφει τις διάφορες αλληλεπιδράσεις κόμβων που μπορεί να προκύψουν σε ένα πραγματικό δίκτυο. - Συνδεσιμότητα Ο προσομοιωτής συνδέει τον αλγόριθμο κατασκευής με τη γραφική του απεικόνιση, επιτρέποντας στους προγραμματιστές να δοκιμάσουν τον κώδικα προγράμματος που πρέπει να εκτελεστεί σε μια πραγματική συσκευή, καθώς και να αποδώσουν το δίκτυο. Η αρχιτεκτονική TOSSIM (Εικόνα 2.3) αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία: - διακριτή ροή γεγονότων. - ένα σύνολο στοιχείων λογισμικού που αντικαθιστούν τα αντίστοιχα στοιχεία υλικού των πραγματικών μοτέρ · - διευκολύνσεις επικοινωνίας που επιτρέπουν σε εξωτερικά προγράμματα να αλληλεπιδρούν με τον εξομοιωτή.

18 Εικόνα 2.3 Αρχιτεκτονική του προσομοιωτή OMNeT ++ του εξομοιωτή TOSSIM Αυτός ο προσομοιωτής είναι ένα σύστημα προσομοίωσης βασισμένο σε διακριτά γεγονότα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εργασίες όπως: -μοντελοποίηση ενσύρματων και ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας. - πρωτόκολλα προσομοίωσης · - μοντελοποίηση δικτύων αναμονής. Το OMNeT ++ είναι κατάλληλο για προσομοίωση οποιουδήποτε δικτύου με βάση ένα διακριτό συμβάν. Η διαδικασία εμφανίζεται εύκολα με τη μορφή αντικειμένων που ανταλλάσσουν μηνύματα. Το OMNeT ++ χρησιμοποιεί γλώσσα C ++ για μοντέλα προσομοίωσης. Τα μοντέλα προσομοίωσης σε συνδυασμό με τη γλώσσα υψηλού επιπέδου του NED συγκεντρώνονται σε μεγάλα εξαρτήματα και αντιπροσωπεύουν μεγάλα συστήματα. Ο προσομοιωτής διαθέτει γραφικά εργαλεία για τη δημιουργία μοντέλων και την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων σε πραγματικό χρόνο. Τα μοντέλα προγραμμάτων συναρμολογούνται από στοιχεία πολλαπλών χρήσεων που ονομάζονται modules. Οι μονάδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλές φορές και να συνδυαστούν όπως τα μπλοκ LEGO. Οι μονάδες διασυνδέονται χρησιμοποιώντας θύρες και συνδυάζονται σε σύνθετες μονάδες χρησιμοποιώντας τη γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου NED. Ο αριθμός των ενοτήτων που εισάγονται είναι απεριόριστος. Οι ενότητες επικοινωνούν περνώντας μηνύματα που περιέχουν αυθαίρετες δομές δεδομένων. Οι ενότητες μπορούν να μεταδώσουν

19 μηνύματα σε συγκεκριμένες θύρες και συνδέσεις με τον διακομιστή ή απευθείας μεταξύ τους. Το τελευταίο είναι χρήσιμο για τη μοντελοποίηση ασύρματων δικτύων, για παράδειγμα. Εικόνα 2.4 Γραφικός επεξεργαστής NED Η διαδικασία προσομοίωσης μπορεί να εκτελεστεί σε μια ποικιλία διεπαφών χρήστη. Το γραφικά κινούμενο περιβάλλον εργασίας χρήστη είναι βολικό για την επίδειξη και τον εντοπισμό σφαλμάτων του δικτύου και η διεπαφή της γραμμής εντολών είναι βολική για την πραγματοποίηση αλλαγών. OMNeT ++ συστατικά: 1) βιβλιοθήκη μοντελοποίησης ρίζας. 2) OMNeT ++ IDE βασισμένο στην πλατφόρμα Eclipse. 3) γραφική διεπαφή της εκτελούμενης προσομοίωσης, συνδέσεις με το εκτελέσιμο αρχείο (Tkenv). 4) μια διεπαφή χρήστη γραμμής εντολών για την εκτέλεση προσομοίωσης (Cmdenv). 5) τεκμηρίωση, παραδείγματα. Το OMNeT ++ λειτουργεί στα πιο κοινά λειτουργικά συστήματα: (Linux, Mac OS / X, Windows).

20 Εικόνα 2.5 Επεξεργαστής πηγαίου κώδικα NED Κεφάλαιο 3. Συγκριτική ανάλυση εργαλείων μοντελοποίησης NS-2 και OMNeT Γενικά συγκριτικά χαρακτηριστικά Αυτή η ενότητα παρέχει μια συγκριτική ανάλυση της χρήσης προϊόντων λογισμικού OMNeT ++ και NS-2 για τη δημιουργία ενός μοντέλου προσομοίωσης ασύρματου δίκτυο αισθητήρων (WSS) και ελέγξτε τις παραμέτρους του ... Σε αυτή τη διατριβή, δίνεται μεγάλη προσοχή σε προσομοιωτές όπως οι NS-2 και OMNeT ++, λόγω της μεγάλης επικράτησης του πρώτου (η έρευνα MobiHoc αποκάλυψε περίπου το 45% της χρήσης αυτού του προσομοιωτή για μοντελοποίηση δικτύου) και την απλότητα του τη διεπαφή προσομοιωτή OMNeT ++. Εάν η εφαρμογή των πρωτοκόλλων στο NS-2 είναι διαθέσιμη για δημόσια χρήση, τότε η εφαρμογή του ίδιου πρωτοκόλλου στο OMNeT ++ έχει δυσκολίες, καθώς η αρχιτεκτονική αυτών των προσομοιωτών είναι διαφορετική. Για την ανάλυση, διατυπώθηκαν και τέθηκαν κριτήρια, σύμφωνα με τα οποία καθένα από τα συστήματα ερευνήθηκε τόσο για τη δυνατότητα μοντελοποίησης ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων όσο και για την αντιστοιχία των προσομοιωμένων συμβάντων με πραγματικά γεγονότα που συμβαίνουν στο δίκτυο. Η μοντελοποίηση ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων θα καταστήσει δυνατή την προσέγγιση θεωρητικών υπολογισμών, την πρόβλεψη ενεργειών που συμβαίνουν σε ένα πραγματικό δίκτυο, την περιγραφή της αλληλεπίδρασης των κόμβων στο δίκτυο, τον έλεγχο νέων πρωτοκόλλων, την περιγραφή πιθανών λύσεων για τη βελτιστοποίηση αρχιτεκτονικών,

21 για να επιλέξετε συγκεκριμένες τοπολογίες για την εφαρμογή νέων λύσεων δικτύου. Ο Πίνακας (3.1) δείχνει τα γενικά συγκριτικά χαρακτηριστικά των δυνατοτήτων των προσομοιωτών NS-2 και OMNeT. Επίπεδο δικτύου ZigBee. Κατά συνέπεια, είναι πλήρως κατάλληλο για μοντελοποίηση και έρευνα ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Για περαιτέρω εργασία, επιλέγω το πρόγραμμα OMNeT ++. Θα προσομοιώσουμε το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο δρομολόγησης AODV.

22 Πίνακας 3.1 Συγκριτικά χαρακτηριστικά των δυνατοτήτων των παραμέτρων NS-2 και OMNeT ++ NS-2 OMNeT ++ Ευελιξία Το NS-2 αναπτύχθηκε στο OMNeT ++ και έχει ως εύκαμπτη δομή προσομοιωτή, προσομοίωσης TCP / IP. Κατά συνέπεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση προσομοιωμένων δικτύων με οποιοδήποτε δίκτυο του οποίου είναι τα συστατικά πακέτων δεδομένων. Το NS-2 έχει αλληλεπιδρά άκαμπτα μέσω αναπαραστάσεων κόμβων, περνώντας μήνυμα. πρωτόκολλα, σύνδεσμοι, παρουσίαση πακέτων, διευθύνσεις δικτύου, το οποίο έχει τα πλεονεκτήματά του, αλλά δεν σας επιτρέπει να κάνετε αλλαγές. Συγχρονισμός Διακριτά συμβάντα Διακριτά συμβάντα Πλατφόρμα συστήματος Linux, FreeBSD, Solaris. Linux, Unix, μοντελοποίηση Windows (Cygwin) Windows (Cygwin) Υποστήριξη Παρακολούθηση ροής Παρακολούθηση της ροής προσομοίωσης γραφικής προσομοίωσης, ανάπτυξης διεπαφής και τοπολογίας σε C ++, αποτελέσματα ανάλυσης και προσομοίωσης Τεκμηρίωση Τεκμηρίωση NS-2 OMNeT ++ έχει κατακερματιστεί, ελάχιστο διαθέσιμο εγχειρίδιο εκπαιδευτικής βιβλιογραφίας, εκπαιδευτική βιβλιογραφία, σεμινάρια βίντεο Η επεκτασιμότητα NS-2 δεν διαθέτει OMNeT ++ για επεκτασιμότητα μεγάλων δικτύων για υποστήριξη μεγάλων δικτύων. προσομοίωση Ο προσομοιωτής δεν διαθέτει μεγάλα δίκτυα. μοντέλα εφαρμογών και Περιορισμός μόνο της παροχής πρωτοκόλλων, στις δυνατότητες των μοντέλων υλικού του υπολογιστή που χρησιμοποιείται

23 3.3 Πρωτόκολλο δρομολόγησης AODV Το AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) είναι ένα δυναμικό πρωτόκολλο δρομολόγησης για ad-hoc δίκτυα κινητής τηλεφωνίας. Αυτό το πρωτόκολλο επιτρέπει στους κόμβους κινητών να δημιουργούν γρήγορα μια διαδρομή προς νέες κατευθύνσεις και δεν απαιτεί κόμβους για να αποθηκεύουν ανενεργές διαδρομές στη μνήμη. Το πρωτόκολλο AODV διασφαλίζει την έγκαιρη αναδρομολόγηση σε περίπτωση απώλειας δικτύου. Ένα διακριτικό χαρακτηριστικό είναι η εκχώρηση ενός αριθμού ακολουθίας κατά την ενημέρωση μιας διαδρομής. Προτιμάται η διαδρομή με τον μεγαλύτερο διαδοχικό αριθμό. Το πρωτόκολλο AODV ορίζεται από τους ακόλουθους τύπους μηνυμάτων: Αίτημα δημιουργίας διαδρομής (RREQ), μήνυμα απάντησης (RREP) και μήνυμα σφάλματος (PERR). Μπορεί να δοθεί η ακόλουθη περιγραφή της λειτουργίας του πρωτοκόλλου. Όταν ένας κόμβος χρειάζεται να μεταδώσει δεδομένα, στέλνει ένα RREQ για να δημιουργήσει μια διαδρομή μετάδοσης. Ο προσδιορισμός της διαδρομής πραγματοποιείται εάν το αίτημα φτάσει στον παραλήπτη του απευθείας ή μέσω ενδιάμεσων κόμβων. Η διαδρομή δημιουργείται εάν ο αιτών κόμβος έχει λάβει ένα μήνυμα απάντησης RREP. Το μήνυμα απάντησης έρχεται αυστηρά στον κόμβο αιτήματος και δεν αποστέλλεται σε ολόκληρο το δίκτυο (Εικόνα 3.1). Οι κόμβοι παρακολουθούν επίσης τον ενεργό σύνδεσμο διαδρομής. Εάν ο σύνδεσμος πέσει, αποστέλλεται ένα μήνυμα σφάλματος RERR για να ειδοποιήσει άλλους κόμβους για τη διακοπή του συνδέσμου. Αυτό το μήνυμα υποδεικνύει ότι η μετάδοση δεδομένων προς αυτήν την κατεύθυνση είναι αδύνατη και απαιτείται νέα διαδρομή. Εικόνα 3.1 Καθιέρωση διαδρομής Το AODV είναι πρωτόκολλο δρομολόγησης και συνεπώς έχει πίνακα δρομολόγησης. Ένας τέτοιος πίνακας δημιουργείται επίσης για προσωρινές σύντομες διαδρομές. Ο πίνακας περιέχει τα ακόλουθα πεδία: - διεύθυνση προορισμού. - σειριακός αριθμός του παραλήπτη · - σημείωση σχετικά με τον τρέχοντα σειριακό αριθμό ·

24 - σημειώσεις σχετικά με την κατάσταση της διαδρομής (ενεργή, μη λειτουργική, αποκατασταθεί, αποκατασταθεί). - τον αριθμό των αναμεταδόσεων (πόσες αναμεταδόσεις χρειάστηκαν για να φτάσουν στον προορισμό), - διάρκεια διαδρομής. Το πρωτόκολλο AODV έχει σχεδιαστεί για δίκτυα ad-hoc για κινητά που έχουν μέγεθος από δέκα έως χίλιους κόμβους και μπορεί να λειτουργεί με χαμηλούς, μεσαίους και υψηλούς ρυθμούς δεδομένων, καθώς και με διάφορα επίπεδα κίνησης δεδομένων. Το πρωτόκολλο AODV λειτουργεί στο επίπεδο εφαρμογής χρησιμοποιώντας το UDP ως πρωτόκολλο μεταφοράς. Είναι φυσιολογικό ένας κόμβος να λαμβάνει μια απάντηση RREP χωρίς να στέλνει το κατάλληλο αίτημα και ο κόμβος λήψης πρέπει να τον επεξεργαστεί. Τα πλεονεκτήματα αυτού του πρωτοκόλλου είναι ότι δεν δημιουργείται επιπλέον κίνηση όταν τα δεδομένα μεταδίδονται σε μια ήδη καθορισμένη διαδρομή και επίσης δεν απαιτείται μεγάλη ποσότητα μνήμης. Τα μειονεκτήματα του πρωτοκόλλου περιλαμβάνουν το γεγονός ότι χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να δημιουργηθεί μια διαδρομή στην αρχή.

25 3.4 Μοντελοποίηση της λειτουργίας του πρωτοκόλλου AODV στο NS-2 και μοντέλο OMNeT AODV στο NS-2. Εικόνα 3.2 Αρχιτεκτονική NS-2 Το σχήμα δείχνει ότι το NS-2 αποτελείται από TCL, OTCL, TCLCL, προγραμματιστή συμβάντων και στοιχεία δικτύου. Το TCL (Language Command Command Language) χρησιμοποιείται για τη δημιουργία διαφόρων σεναρίων προσομοίωσης στο NS-2. Το OTCL τοποθετείται ως γλώσσα ελέγχου, σκοπός της οποίας είναι η δημιουργία ενός περιβάλλοντος μοντελοποίησης. Το TCLCL λειτουργεί ως ένα μείγμα σεναρίων προσομοίωσης γραμμένων σε TCl και C ++. Πρώτα απ 'όλα, το NS2 είναι ένας προσομοιωτής που συντονίζει μοντέλα διαφόρων στοιχείων δικτύου και προγραμματιστές συμβάντων που εφαρμόζονται σε C ++. Για να δημιουργήσει ένα μοντέλο δικτύου, το OTCL χρησιμοποιεί αρχεία C ++ σε ένα σενάριο προσομοίωσης γραμμένο σε TCL και ένα πρόγραμμα προσομοίωσης που παράγεται σε OTCL. Εικόνα 3.3 Διαδικασία δημιουργίας ενός μοντέλου

26 Το σχήμα δείχνει τον τρόπο εκτέλεσης μιας προσομοίωσης στο NS-2. Πρώτα απ 'όλα, δημιουργείται ένα σενάριο που περιέχει το σενάριο προσομοίωσης και στη συνέχεια εισάγονται οι απαραίτητες παράμετροι. Ένα σενάριο προσομοίωσης είναι ένα αρχείο TCL που περιλαμβάνει παραμέτρους όπως πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται, διαχείριση ενέργειας, δεδομένα φυσικού επιπέδου κ.λπ. Αυτές οι παράμετροι δημιουργούνται στο NS-2 χρησιμοποιώντας μια αντικειμενοστραφή επέκταση σε C ++. Σε αυτήν την περίπτωση, θα χρησιμοποιήσουμε το πρωτόκολλο AODV ως πρωτόκολλο δρομολόγησης στο σενάριο προσομοίωσης. Το πρωτόκολλο AODV είναι ένα αρχείο C ++ στον κατάλογο NS-2. Σε αυτό το αρχείο C ++, το πρωτόκολλο AODV συνδέεται με το σενάριο προσομοίωσης OTCL. Το μοντέλο AODV στο OMNeT ++ OMNeT ++ έχει αρθρωτή δομή, η αρχιτεκτονική της οποίας φαίνεται στο σχήμα 3.4. Η βιβλιοθήκη στοιχείων μοντελοποίησης αποτελείται από απλές και πολύπλοκες ενότητες γραμμένες σε C ++. Οι απλές ενότητες συνδυάζονται σε σύνθετες ομάδες, όπως τα μπλοκ LEGO, δημιουργώντας έτσι αντικείμενα OMNeT ++. Αυτή η ιδιότητα είναι πολύ βολική, καθώς το πρόγραμμα διαθέτει έτοιμες βιβλιοθήκες ενοτήτων για διάφορες κατασκευές. Εικόνα 3.5 Μονάδες OMNeT ++ Η προσομοίωση πραγματοποιείται στο περιβάλλον που παρέχεται από τις βιβλιοθήκες διεπαφής χρήστη. (Envir, Cmdenv, Tkenv) Το περιβάλλον ελέγχει τη διαδικασία εισαγωγής δεδομένων, εξόδου, εντοπισμού σφαλμάτων, απόδοσης και κίνησης του μοντέλου προσομοίωσης.

27 Στο OMNeT ++, το πρωτόκολλο AODV εφαρμόζεται στη βιβλιοθήκη στοιχείων προσομοίωσης, το αρχείο NED δημιουργεί μονάδες και υπομονάδες. Εικόνα 3.6 δημιουργία μοντέλου στο NED Στο αρχείο NED δημιουργείται η προσομοίωση, βάσει της οποίας διαμορφώνεται το αρχείο INI, για τον καθορισμό των παραμέτρων δικτύου, χρόνου προσομοίωσης κ.λπ. Εικόνα 3.7 Λεπτομερής διαδικασία για τη δημιουργία προσομοίωσης δικτύου

28 Η εφαρμογή του πρωτοκόλλου AODV σε OMNeT ++ και NS2 θα αξιολογηθεί χρησιμοποιώντας το ίδιο σενάριο προσομοίωσης. Κεφάλαιο 4. Ανάπτυξη και εφαρμογή λογισμικού μοντέλου δρομολόγησης σε ασύρματο σύστημα επικοινωνίας 4.1 Προσομοίωση δικτύου Το σενάριο προσομοίωσης δικτύου περιέχει. 1. Router - εκτελεί μετάδοση δεδομένων, δρομολογεί πακέτα. 2. Ο συντονιστής σχηματίζει το δίκτυο, ορίζει τις ρυθμίσεις κατά τη σύνδεση της συσκευής στο δίκτυο. 3. Οι κόμβοι των ενοτήτων είναι τερματικές συσκευές με μπαταρία. Οι κόμβοι είναι ελεγκτές ή αισθητήρες. Ο αριθμός των κόμβων στο δίκτυο σχεδιάζεται ανάλογα με τις ανάγκες μιας συγκεκριμένης εφαρμογής. Εικόνα 4.1 Οπτικοποίηση του σεναρίου προσομοίωσης Η δουλειά του δρομολογητή και του συντονιστή είναι να δημιουργούν συνδέσεις μεταξύ κεντρικών υπολογιστών στο δίκτυο. Η προσομοίωση θα εκτελεστεί για επτά διαφορετικές χρονικές θέσεις με σταθερή ταχύτητα.

29 Πίνακας 4.1 Παράμετροι Παράμετρος Αριθμός κόμβων 50 Χρονικό διάστημα 0, 20, 40, 80, 120, 160, 200 δευτερόλεπτα Ταχύτητα 20 m / s Χρόνος προσομοίωσης 200 sec. Η μοντελοποίηση του πρωτοκόλλου AODV θα πραγματοποιηθεί σύμφωνα με τις παραμέτρους που περιγράφονται στον πίνακα 4.1. Εικόνα 4.2 Γραφική αναπαράσταση του δικτύου Με βάση τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, θα αναλύσουμε τα δεδομένα που λαμβάνονται συνδυάζοντάς τα σε συγκριτικά γραφήματα.

30 Σχήμα 4.3 PDR για NS-2 και OMNeT ++ Το σχήμα 4.3 δείχνει τον λόγο παροχής ακεραιότητας πακέτων (PDR) που λαμβάνεται από δύο προσομοιωτές. Μπορεί να φανεί ότι ο λόγος PDR είναι παρόμοιος σε όλα τα σημεία. Αλλά αν λάβουμε υπόψη την τιμή PDR σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα, μπορεί να φανεί ότι η μικρότερη τιμή επιτυγχάνεται με το OMNeT ++. Το Σχήμα 4.4 δείχνει τα αποτελέσματα της μελέτης απόδοσης που ελήφθη με τη χρήση δύο προσομοιωτών. Μετά την ανάλυση των προσομοιωτών, συμπεριλαμβανομένου του πηγαίου κώδικα, βρέθηκαν διαφορές στην εφαρμογή, δηλαδή είναι αδύνατο να αναπαραχθεί το σενάριο προσομοίωσης ενός προσομοιωτή σε έναν άλλο. Αποδείχθηκε επίσης ότι ακόμη και στην περίπτωση επιλογής των ίδιων παραμέτρων, ελήφθησαν διαφορετικά αποτελέσματα για το OMNeT ++ και το NS-2.

31 Αυτό οφείλεται στη διαφορά στους προσομοιωτές κατά την προσομοίωση. Εγκατάσταση και διαμόρφωση του λογισμικού Απαιτήσεις λειτουργικού συστήματος Για τη σωστή λειτουργία των OMNET ++ και MiXiM, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες απαιτήσεις συστήματος: Υποστηριζόμενες πλατφόρμες: Windows 7, 8 και XP? Mac OS X 10.7,10.8 και 10.9 Διανομές Linux. Μπορείτε να κατεβάσετε το λογισμικό OMNET ++ από τον ιστότοπο: Μπορείτε να κατεβάσετε το MiXiM από τον ακόλουθο σύνδεσμο: Εγκατάσταση και διαμόρφωση του λογισμικού Για να εγκαταστήσετε το OMNET ++, αντιγράψτε το αρχείο omnetpp-4.5-src.tgz στον επιθυμητό κατάλογο και αποσυσκευάστε το αρχεία. Βρείτε και εκτελέστε το αρχείο mingwenv.cmd στο φάκελο. Για να εγκαταστήσετε το OMNET ++, εισαγάγετε την εντολή: $. / Διαμόρφωση του σχήματος 4.5 Εγκατάσταση του OMNET ++

32 Αφού ολοκληρωθεί η εγκατάσταση, πρέπει να μεταγλωττίσετε το OMNET ++. Εισαγάγετε την εντολή: $ make Σχήμα Συλλογή αρχείων εγκατάστασης OMNET ++ Για να ξεκινήσετε το OMNET ++, εισαγάγετε την εντολή στο τερματικό: $ omnetpp

33 Εικόνα παράθυρο εργασίας OMNET ++ Για να εγκαταστήσετε το MiXiM, πρέπει να εισαγάγετε τα αρχεία στο OMNeT ++. Στο μενού, επιλέξτε Αρχεία> Εισαγωγή> Γενικά> Υφιστάμενα έργα στο χώρο εργασίας. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στο Επόμενο. Στο παράθυρο που εμφανίζεται, επιλέξτε τον κατάλογο με τα αρχεία εγκατάστασης του MiXiM. Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει το πλαίσιο αντιγραφής έργου στο χώρο εργασίας. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στο κουμπί Τέλος. Εικόνα Εγκατάσταση MiXiM 4.3 Υλοποίηση λογισμικού ασύρματου μοντέλου

34 Το MiXiM στο OMNeT ++ είναι ένα περιβάλλον προσομοίωσης σχεδιασμένο για κινητά και σταθερά ασύρματα δίκτυα (ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, φορετά δίκτυα υπολογιστών, ad-hoc δίκτυα, δίκτυα μεταφοράς κ.λπ.). Στο πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών OMNET ++, το περιβάλλον προσομοίωσης MiXiM παρουσιάζεται ως εξής. Δίνεται η περιγραφή των λειτουργιών που θα εφαρμοστούν άμεσα στην προσομοίωση του δικτύου αισθητήρων. Η δομή του API των τάξεων MiXiM: α) Οι μονάδες είναι οι πιο σημαντικές κλάσεις, ομαδοποιημένες κατά λειτουργικότητα: 1) μονάδες επιπέδου εφαρμογής εφαρμογών · 2) ενότητες στρώματος δικτύου netwlayer. 3) καλές διεπαφές δικτύου. 4) ενότητες κινητικότητας που υποστηρίζουν την κινητικότητα του κεντρικού υπολογιστή. 5) βοηθητικά προγράμματα κοινής ωφέλειας 6) βασικές μονάδες βάσης MiXiM. 7) χαρτογράφηση μαθηματικής χαρτογράφησης. 8) τάξεις πρωτοκόλλων για διάφορα πρωτόκολλα που εφαρμόζονται στο MiXiM. 9) Κατανάλωση ενέργειας β) Κατηγορίες: sensorappllayer τάξη επιπέδου εφαρμογής εφαρμογής. Περιλαμβάνει τα ακόλουθα επιχειρήματα: 1) Πακέτα: ο αριθμός των πακέτων για αποστολή στην εφαρμογή. 2) traffictype: το χρονικό διάστημα μεταξύ της δημιουργίας δύο πακέτων (οι τιμές είναι περιοδικές, εκθετικές). 3) trafficparam: παράμετροι για traffictype. Εικόνα 4.9 Σχέδιο για sensorappllayer γ) κινητικότητα: MassMobilty περιγραφή ενός κινητού μοντέλου (mota) που εκτελεί τυχαίες κινήσεις

35 Για να προσομοιώσετε το δίκτυο, πρέπει να δημιουργήσετε ένα νέο έργο. Επιλέξτε Αρχεία> Νέο> Νέο έργο OMNeT ++ από το μενού: Εικόνα 4.10 Δημιουργία νέου έργου Πατήστε το επόμενο. Στο επόμενο παράθυρο, επιλέξτε το φάκελο με τα εργαλεία MiXiM. Εικόνα 4.11 Εργαλεία MiXiM Εκτελούμε τις ρυθμίσεις σύμφωνα με τις παραμέτρους του δικτύου αισθητήρων.

36 Εικόνα 4.12 Ρυθμίσεις μοντέλου δικτύου αισθητήρα Το αρχείο διαμόρφωσης ξεκινά με μια ενότητα. Παρέχει γενικές παραμέτρους για όλα τα σενάρια. Πριν από τη μοντελοποίηση του δικτύου, είναι απαραίτητο να καθορίσετε τις ακόλουθες παραμέτρους: - τον αριθμό των σταθμών (αριθμοί). -χρόνος προσομοίωσης (χρονικός περιορισμός sim) - ρυθμίσεις του πρωτοκόλλου επιπέδου σύνδεσης. Η προσομοίωση θα πραγματοποιηθεί για 10 συσκευές (numnodes = 10) για 60 λεπτά (sim-timelimit = 60 λεπτά). Όλες οι συσκευές χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο IEEE ως πρωτόκολλο επιπέδου σύνδεσης (mixim.modules.node.host802154a;). Δεδομένου ότι σε αυτή την περίπτωση προσομοιώνεται ένας κινητός αισθητήρας, επιλέγουμε την παράμετρο Mass Mobility (Παράρτημα 1). Σε γραφική κατάσταση, η τοπολογία του δικτύου στην αρχική ώρα t = 0 θα μοιάζει με αυτό:

37 Εικόνα 4.13 Τοπολογία δικτύου Εικόνα Τοπολογία δικτύου στο σημείο εκκίνησης (πριν την έναρξη της προσομοίωσης) Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης, η τοπολογία αλλάζει περιοδικά, η οποία σχετίζεται με την κίνηση των αντικειμένων. Σε διαφορετικούς χρόνους, οι αισθητήρες αλλάζουν τη θέση τους.

38 Εικόνα 4.15 Θέση αισθητήρων στα 15 λεπτά Εικόνα 4.16 Θέση αισθητήρων στα 42 λεπτά Η προσομοίωση σταθερών αισθητήρων θα πραγματοποιηθεί επίσης για 10 συσκευές (αριθμητικοί κόμβοι = 10) για 60 λεπτά (sim-timelimit = 60 λεπτά). Όλες οι συσκευές χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο IEEE ως πρωτόκολλο επιπέδου σύνδεσης (mixim.modules.node.host802154a;). Δεδομένου ότι σε αυτή την περίπτωση διαμορφώνεται ένας σταθερός αισθητήρας, επιλέγουμε την παράμετρο "Stat ionarymobility" (Παράρτημα 2). Σε γραφική κατάσταση, η τοπολογία του δικτύου θα μοιάζει με αυτό:

39 Εικόνα 4.17 Γραφική αναπαράσταση του δικτύου Εικόνα 4.18 Τοπολογία δικτύου Έτσι, έχουμε προσομοιώσει σταθερούς και κινητούς αισθητήρες. Για να διευκολυνθεί η εκτέλεση συγκριτικού χαρακτηριστικού, οι αισθητήρες βρίσκονται σε ένα δωμάτιο με τις ίδιες διαστάσεις. Έχουν γίνει οι ρυθμίσεις για τους αισθητήρες του δικτύου αισθητήρων. Όλες οι συσκευές χρησιμοποιούν πρωτόκολλο IE EE ως πρωτόκολλο σύνδεσης δεδομένων. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε για δέκα αισθητήρες κατά τη διάρκεια μιας ώρας. Τα εργαλεία MiXiM χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία ασύρματου δικτύου αισθητήρων.

40 Το διάγραμμα ροής στο Σχήμα 4.19 δείχνει πώς πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση του ασύρματου δικτύου στο περιβάλλον MiXiM. Εικόνα 4.19 Δομή της λειτουργίας του συστήματος Κεφάλαιο 5. Ανάλυση των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν 5.1. Ανάλυση καθυστερήσεων δικτύου Αφού λάβουμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, ας προχωρήσουμε στην ανάλυση της υγείας του δικτύου. Για να λάβετε ένα αρχείο που περιέχει τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, επιλέξτε Αρχείο> Νέο> Αρχείο ανάλυσης. Σκεφτείτε για παράδειγμα

41 χρόνος καθυστέρησης. Η καθυστέρηση δικτύου ZigBee εξαρτάται από την τοπολογία του δικτύου και μπορεί να διαφέρει σημαντικά ανάλογα με το τρέχον επίπεδο παρεμβολών και την ένταση της κίνησης. Στο OMNeT ++, κατά την ανάλυση των ληφθέντων δεδομένων, εμφανίζονται οι ελάχιστες και οι μέγιστες καθυστερήσεις στους κόμβους. Πίνακας 5.1 Καθυστέρηση στους κόμβους (καθυστέρηση) Πίνακας 5.2 Καθυστέρηση στους κόμβους (καθυστέρηση) Γραφική απεικόνιση δεδομένων χρησιμοποιώντας OMNeT ++:

42 Εικόνα 5.1- Ελάχιστες καθυστερήσεις στους σταθερούς αισθητήρες Εικόνα 5.2 Μέγιστες καθυστερήσεις στους σταθερούς αισθητήρες

43 Εικόνα 5.3 Ελάχιστες καθυστερήσεις στους κινητούς αισθητήρες Εικόνα 5.4 Μέγιστες καθυστερήσεις στους κινητούς αισθητήρες

Εικόνα 5.5 Μέγιστες καθυστερήσεις κατά τη χρήση σταθερών και κινητών αισθητήρων. Κατά συνέπεια, σε διαφορετικά χρονικά σημεία, οι αισθητήρες θα μπορούσαν να είναι πολύ κοντά ο ένας στον άλλο και να μεταδίδουν μηνύματα χωρίς εμπόδια, ή να βρίσκονται σε μακρινή απόσταση και να μεταδίδουν ένα μήνυμα με μεγάλη καθυστέρηση Το Ένα παρόμοιο παράδειγμα φαίνεται στο Σχήμα 5.6.

45 5.2. Τυπική απόκλιση σε κόμβους σε δίκτυο Οι συσκευές που λειτουργούν στο ίδιο εύρος μπορεί να είναι πηγές παρεμβολών και αποκλίσεις στη μετάδοση στο εύρος χωρίς άδεια. Όταν χρησιμοποιούνται αυτοί οι τύποι συσκευών RF, το εύρος ζώνης ασύρματου δικτύου μειώνεται σημαντικά λόγω αναμετάδοσης και επίσης επειδή οι συσκευές ανταγωνίζονται για πρόσβαση στα μέσα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι απαραίτητο να προσεγγίσουμε προσεκτικά το σχεδιασμό και την ανάπτυξη του δικτύου και να λάβουμε υπόψη άλλες συσκευές που ενδέχεται να επηρεάσουν το αναπτυγμένο δίκτυο. Το πρόβλημα με το ZigBee είναι ότι οι συσκευές WiFi λειτουργούν επίσης στη ζώνη 2.4Hz και η κίνηση WiFi με κίνηση ZigBee μπορεί να παρεμβαίνει η μία στην άλλη. Ένα άλλο πρόβλημα με το ZigBee είναι ότι με τη διαφημισμένη ταχύτητα των 250 kbps, η πραγματική ταχύτητα είναι πολύ χαμηλότερη, παρά το γεγονός ότι το δίκτυο έχει σταθερή ταχύτητα στο ραδιοφωνικό κανάλι. Αυτό συμβαίνει κατά τη διάρκεια αλληλεπίδρασης δικτύου μεταξύ κόμβων δικτύου και των καθυστερήσεων που προκύπτουν στην επιβεβαίωση των πακέτων. Επιπλέον, η επεξεργασία δεδομένων στα χαμηλότερα επίπεδα της στοίβας απαιτεί επίσης χρόνο. Εξετάστε την τυπική απόκλιση της καθυστέρησης δικτύου (stddev). Η τυπική απόκλιση (τετράγωνο μέσης ρίζας) δείχνει την εξάπλωση των τιμών μιας τυχαίας μεταβλητής σε σχέση με τη μέση τιμή της. Όσο μεγαλύτερη είναι η εξάπλωση, τόσο πιο δύσκολη είναι η διαχείριση της επισκεψιμότητας (λάβετε πακέτα με τη σωστή σειρά, αποφύγετε την επικάλυψη πακέτων). Πίνακας 5.3 Τυπική απόκλιση σε κόμβους Στατικοί αισθητήρες Κινητοί αισθητήρες κόμβος = 0 0.94 κόμβος = 0 0 κόμβος = 1 0 κόμβος = 1 0.31 κόμβος = 2 0 κόμβος = 2 0.46 κόμβος = 3 1.58 κόμβος = 3 0, 99 κόμβος = 4 0 κόμβος = 4 0 κόμβος = 5 1,42 κόμβος = 5 0,79 κόμβος = 6 1,85 κόμβος = 6 0,29 κόμβος = 7 1,98 κόμβος = 7 0 κόμβος = 8 1,24 κόμβος = 8 0,35 κόμβος = 9 1,58 κόμβος = 9 0,41 Από τα ληφθέντα ιστογράμματα φαίνεται ότι οι κόμβοι 1,2,4 από σταθερούς αισθητήρες και 0,4,7 από κινητούς δεν έλαβαν δεδομένα, επομένως η απόκλιση αυτών των κόμβων είναι 100%.

46 Για λόγους ευκολίας, αναπαριστούμε τα δεδομένα γραφικά: Εικόνα 5.7 Τυπική απόκλιση κατά τη χρήση σταθερών αισθητήρων Σχήμα 5.8 Τυπική απόκλιση κατά τη χρήση κινητών αισθητήρων

47 Εικόνα 5.9 Τυπική απόκλιση σταθερών και κινητών αισθητήρων 5.3 Μετάδοση πακέτων στο δίκτυο Μορφές μεταδιδόμενων πακέτων σε δίκτυα ZigBee: πακέτο δεδομένων (χρησιμοποιείται για μετάδοση δεδομένων). πακέτο επιβεβαίωσης (χρησιμοποιείται για την επιβεβαίωση της επιτυχούς μετάδοσης δεδομένων). Πακέτο εντολών MAC (χρησιμοποιείται για την οργάνωση της μεταφοράς εντολών ελέγχου MAC). πακέτο σήματος (χρησιμοποιείται από τον συντονιστή για την οργάνωση της συγχρονισμένης πρόσβασης). Για τον έλεγχο της ακολουθίας μετάδοσης των πακέτων, χρησιμοποιείται αρίθμηση (αριθμός ακολουθίας δεδομένων), το άθροισμα ελέγχου της ακολουθίας πλαισίων εξασφαλίζει μετάδοση χωρίς σφάλματα (Frame Che ck Sequence - FCS). Ένα πακέτο επιβεβαίωσης παρέχει ανατροφοδότηση από τον παραλήπτη στον αποστολέα σχετικά με την επιτυχή μετάδοση του πακέτου δεδομένων χωρίς σφάλματα. Το πακέτο εντολών MAC απαιτείται για απομακρυσμένο έλεγχο και διαμόρφωση συσκευών δικτύου. Επιτρέπει στον συντονιστή δικτύου να διαμορφώσει μεμονωμένα όλες τις υποτελείς δικτύου, ανεξάρτητα από το μέγεθος του δικτύου. Το πακέτο σηματοδότησης απαιτείται για την ενεργοποίηση των τελικών συσκευών, καθώς είναι ενεργές μόνο κατά τις περιόδους λήψης πακέτων συγχρονισμού.

48 Πίνακας 5.4 Αριθμός παραληφθέντων πακέτων Σταθεροί αισθητήρες Κινητοί αισθητήρες κόμβος = 0 18 κόμβος = 0 0 κόμβος = 1 0 κόμβος = 1 9 κόμβος = 2 0 κόμβος = 2 9 κόμβος = 3 16 κόμβος = 3 6 κόμβος = 4 0 κόμβος = 4 0 κόμβος = 5 17 κόμβος = 5 6 κόμβος = 6 16 κόμβος = 6 9 κόμβος = 7 16 κόμβος = 7 1 κόμβος = 8 17 κόμβος = 8 3 κόμβος = 9 17 κόμβος = 9 9 Εικόνα 5.10 Αριθμός πακέτων που λαμβάνονται από σταθερούς αισθητήρες

Σχήμα 5.11 Ο αριθμός των πακέτων που λαμβάνονται από κινητούς αισθητήρες Όπως φαίνεται από τα ληφθέντα δεδομένα, κατά μέσο όρο, κάθε κόμβος έλαβε 15 πακέτα ανά περίοδο χρησιμοποιώντας σταθερούς αισθητήρες (για κινητούς αισθητήρες, αυτό είναι 8 πακέτα), δηλ. δεν έφτασαν όλα τα μεταδιδόμενα πακέτα στους δέκτες, μερικά χάθηκαν. Τα αριθμητικά στοιχεία δείχνουν ότι η πιθανότητα απώλειας για αισθητήρες κινητής τηλεφωνίας είναι δύο φορές μεγαλύτερη από ό, τι για σταθερούς αισθητήρες. Αυτό οφείλεται σε διάφορους παράγοντες, όπως μείωση της απόδοσης δεδομένων δικτύου, προσωρινές διακοπές ή πλήρη διακοπή της ασύρματης σύνδεσης, εσφαλμένη λειτουργία του αισθητήρα. Για να δείξουμε καθαρά τα συγκριτικά δεδομένα, ας τα συνδυάσουμε σε ένα γράφημα. Εικόνα 5.12 Λήψη πακέτων όταν χρησιμοποιείτε σταθερούς και κινητούς αισθητήρες

Το WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) είναι μια τεχνολογία τηλεπικοινωνιών που έχει σχεδιαστεί για να παρέχει καθολικές ασύρματες επικοινωνίες μεγάλης εμβέλειας για ένα ευρύ φάσμα

Δημοτικό δημοσιονομικό εκπαιδευτικό ίδρυμα Δευτεροβάθμιο σχολείο 7, Pavlovo, περιοχή Νίζνι Νόβγκοροντ Ερευνητική εργασία με θέμα Πρωτόκολλα ασύρματης επικοινωνίας Εργασία που πραγματοποιήθηκε από:

Ασύρματες τεχνολογίες επικοινωνίας σε τοπικά δίκτυα Wi-Fi Δίκτυο Wi-Fi Το δίκτυο Wi-Fi είναι ένα ραδιοφωνικό δίκτυο που επιτρέπει τη μετάδοση πληροφοριών μεταξύ αντικειμένων μέσω ραδιοφωνικών καναλιών. Τα πρότυπα αναπτύσσονται από τη Wi-Fi Alliance.

ΔΙΚΤΥΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Ένα δίκτυο είναι δύο ή περισσότεροι υπολογιστές συνδεδεμένοι με κανάλια επικοινωνίας. Το πρωτότυπο του δικτύου υπολογιστών στις αρχές της δεκαετίας του '60 του 20ού αιώνα. έγινε τερματική πρόσβαση σε κεντρικά πλαίσια, τα οποία σε κατάσταση διαχωρισμού

UDC 004.735 P.V. Cherepanov ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ ΣΤΟ ΣΤΑΘΕΡΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Cherepanov Pavel Valerievich

GROUP OF WiMAX STANDARDS A.Yu. Prokopenko Επιστημονικός σύμβουλος, υποψήφιος τεχνικών επιστημών, αναπληρωτής καθηγητής B.A. Krylov Το άρθρο είναι αφιερωμένο σε μια σύντομη επισκόπηση της ομάδας προτύπων για ασύρματα δίκτυα WiMAX. Πρότυπα εισαγωγής

Gennady Skonodobov (Skonodobov G.V.), φοιτητής επικεφαλής Aleksandr Tyutyakin (Tiutiakin A.V.), αναπληρωτής καθηγητής του State University of Higher Professional Education "State University of UPPK" Σχετικά με την εφαρμογή ασύρματου τεχνολογικού δικτύου

Τι είναι δίκτυο υπολογιστών; 1 Ένα δίκτυο υπολογιστών είναι μια ομάδα υπολογιστών που συνδέονται με γραμμές επικοινωνίας: ηλεκτρικά καλώδια τηλεφωνική γραμμή καλώδιο οπτικών ινών (οπτικές ίνες) ραδιοεπικοινωνία (ασύρματη

Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Θέμα 6: Προσομοίωση ασύρματων δικτύων αισθητήρων τμήμα MAI. 609, Terentyev M.N., [προστασία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου] 1 Σε αυτή τη διάλεξη Η έννοια της προσομοίωσης Προσομοίωση στην ανάπτυξη μεθόδων προσομοίωσης BSS

Τοπικό δίκτυο Ένα δίκτυο υπολογιστών είναι ένα σύνολο υπολογιστών συνδεδεμένων μέσω καναλιών επικοινωνίας και μετατροπής μέσων σε ένα ενιαίο σύστημα ανταλλαγής μηνυμάτων και πρόσβασης χρηστών σε λογισμικό, τεχνικό,

Ασύρματο (μόνο σε επιλεγμένα μοντέλα) Οδηγός χρήσης 2006 Hewlett-Packard Development Company (L.P.)

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΥΤΟΡΓΑΝΩΤΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΚΙΝΗΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ. Kazakov M.F. επιστημονικός σύμβουλος, Cand. τεχνολογίας. F.A. Kazakov Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο της Σιβηρίας Εισαγωγή Μία από τις κατευθύνσεις ανάπτυξης της πληροφορίας

Πλατφόρμα ενσωμάτωσης για APCS - Διαχειριστής συστήματος Περιγραφή εφαρμογής 1. ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Αυτό το πακέτο λογισμικού είναι ένα εργαλείο για την ανάπτυξη εφαρμοσμένου λογισμικού

ΟΔΗΓΙΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΔΙΑΔΙΚΤΥΩΝ Τ-11. Έκδοση 1.0 Έτος 2011 Πίνακας περιεχομένων Εισαγωγή ... 3 Γενικές πληροφορίες ... 3 Τοπολογία σύνδεσης μετατροπέων σε αντίστροφο ACS ... 4 Αλλαγή ρυθμίσεων

RT-N18U High Speed Wi-Fi Router (2.4GHz, 600Mbps) Ενεργειακά αποδοτικός επεξεργαστής και τεχνολογία TurboQAM παρέχουν ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων έως και 600Mbps, 33% γρηγορότερα από τα παραδοσιακά

Υπουργείο Παιδείας της Δημοκρατίας της Λευκορωσίας Εκπαιδευτικό δρυμα Κρατικό Πανεπιστήμιο Gomel που πήρε το όνομά του Φ. Σκαρίνα Σχολή Φυσικής "Πληροφοριακά συστήματα και δίκτυα" Διάλεξη Ασύρματες τεχνολογίες

Διάλεξη 13 Θέμα: Βασικές αρχές τεχνολογιών δικτύου. Μοντέλο αναφοράς για διασύνδεση ανοικτών συστημάτων. Σχέδιο: 1. Τοπικό δίκτυο: έννοια και σκοπός 2. Μοντέλο οργάνωσης των τοπικών υπολογιστών σε επτά επίπεδα

Μέθοδοι σύνδεσης στο Διαδίκτυο Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι σύνδεσης στο Διαδίκτυο σήμερα είναι: Σύνδεση μόντεμ (Πρόσβαση μέσω τηλεφώνου) Dial-Up, Τηλεόραση ADSL ομοαξονική

Ασύρματο (μόνο σε επιλεγμένα μοντέλα) Οδηγός χρήσης 2006 Hewlett-Packard Development Company (L.P.)

Ασύρματος εξοπλισμός Wi-Fi από την Cisco Systems Περιεχόμενα 1. Πεδίο εφαρμογής ... 2 2. Πρότυπα ... 2 3. Εξοπλισμός ... 2 3.1. Εσωτερικός εξοπλισμός ... 3 3.1.1. Cisco Aironet

Απομακρυσμένη συλλογή δεδομένων AMR σε πολυώροφα συγκροτήματα κατοικιών μέσω δικτύων ZigBee

Πολυλειτουργικό ασύρματο δίκτυο κινητής αυτο-οργάνωσης "MCP-Network" Πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου: IPv6 (RFC 3513), δρομολόγηση DSR (RFC 4728), AODV (RFC 3561) Μέθοδος πολλαπλής πρόσβασης επιπέδου σύνδεσης:

Ασύρματος συγχρονισμός GPS / GLONASS και αυξημένη απόδοση επένδυσης John Butler, Cambium Network Product Director GPS / GLONASS Synchronization επηρεάζει άμεσα

MODBUS PROTOCOL CONVERSION EDWARD LIN EDWARD LIN [προστασία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου]Οι συσκευές Modbus RTU είναι εύκολες στην εφαρμογή και είναι φθηνές στη συντήρηση, γι 'αυτό και αυτό το πρωτόκολλο έχει γίνει πολύ δημοφιλές. Ωστόσο, σήμερα όλο και περισσότερο

UDC 621,396 G.I. Pakhomov, S.I. Golovin, A.D. Καλάσνικοφ, Ε.Σ. Kashirina, M. Yu. Thin Perm National Research Polytechnic University Wi-Fi AND WiMAX TECHNOLOGIES IN THE MINING INDUSTRY 258

ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ Σύστημα δορυφορικής παρακολούθησης και ελέγχου μεταφοράς Σημείο πρόσβασης ZyXEL G-202 EE Διαμόρφωση και ρύθμιση περιεχομένου AutoGRAPH-WiFi: Σημείο πρόσβασης ZyXEL G-202 EE Διαμόρφωση

Αυτή η συσκευή λειτουργεί με τα ακόλουθα λειτουργικά συστήματα: Windows XP, Windows 2000 DWL-G650M Wireless Super G MIMO Laptop Adapter Πριν ξεκινήσετε Χρειάζεστε το ακόλουθο υλικό:

ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ Alekseeva E.N., Bayrushin F.T. Bashkir State University Ufa, Russia Θεωρία και κρατικά ασύρματα δίκτυα Alekseevа E.N., Bairushin F.T. Κρατικό Πανεπιστήμιο του Μπασκίρ

Ρύθμιση τερματικών Galileosky Base Block Wi-Fi με τη λειτουργία Οδηγίες σύνδεσης www.7gis.ru Πίνακας περιεχομένων Απαιτούμενα εργαλεία, συσκευές, υλικά ... 3 Γενικές πληροφορίες ... 4 Εγκατάσταση και σύνδεση

Εγχειρίδιο χρήστη για την υπηρεσία "Mobile Client-Bank" (για συσκευές με λειτουργικό σύστημα Android) 2012 1 Περιεχόμενα 1. Απαιτήσεις για φορητή συσκευή .... 3 2. Εγκατάσταση του "Mobile

Τμήμα UDC 004.75. Πληροφοριακά συστήματα και τεχνολογίες ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΔΙΑΔΡΟΜΗΣ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ Timkov A.V., Telyatnikov A.O. Εθνικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο Ντόνετσκ, Τμήμα Αυτοματοποιημένων

Αυτό το προϊόν λειτουργεί με τα ακόλουθα λειτουργικά συστήματα: Windows XP, Windows 2000 DWL-G132 AirPlus G 802.11g / 2.4GHz USB Wireless Adapter

Εισαγωγή

Ασύρματο δίκτυο αισθητήρων- διανεμημένοι, πολλοί αισθητήρες (αισθητήρες) και ενεργοποιητές, διασυνδεδεμένοι μέσω ραδιοφωνικού καναλιού. Η περιοχή κάλυψης ενός τέτοιου δικτύου μπορεί να κυμαίνεται από αρκετά μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα λόγω της δυνατότητας μετάδοσης μηνυμάτων από το ένα στοιχείο στο άλλο.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των ασύρματων δικτύων αισθητήρων είναι αυτοοργάνωση και προσαρμοστικότητα στις αλλαγές στις συνθήκες λειτουργίαςΕπομένως, απαιτείται ελάχιστο κόστος κατά την ανάπτυξη του δικτύου στην εγκατάσταση και με την επακόλουθη συντήρησή του κατά τη λειτουργία.

Διήγημα

Ένα από τα πρώτα πρωτότυπα του δικτύου αισθητήρων μπορεί να θεωρηθεί το σύστημα SOSUS, σχεδιασμένο για τον εντοπισμό και την ταυτοποίηση υποβρυχίων. Στα μέσα της δεκαετίας του 1990, οι τεχνολογίες ασύρματου δικτύου αισθητήρων άρχισαν να αναπτύσσονται ενεργά, στις αρχές της δεκαετίας του 2000, η ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής επέτρεψε την παραγωγή μιας αρκετά φθηνής βάσης στοιχείων για τέτοιες συσκευές. Τα ασύρματα δίκτυα στις αρχές της δεκαετίας του 2010 βασίζονται ως επί το πλείστον στο πρότυπο.

Ραντεβού

Ο κύριος σκοπός δεν είναι μόνο η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ κόμβων μέσω ενός αποκεντρωμένου αυτοοργανωμένου δικτύου, αλλά και η συλλογή μεταδιδόμενων πληροφοριών (κυρίως δεδομένων) από αισθητήρες (θερμοκρασία, πίεση, υγρασία, επίπεδο ακτινοβολίας, ακουστικές δονήσεις) στον κεντρικό κόμβο για σκοπός της μετέπειτα ανάλυσης ή επεξεργασίας του.

Η ζήτηση για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων στην αγορά σχετίζεται επίσης στενά με την έννοια της διανοητικότητας αντικειμένων όπως το σπίτι, το γραφείο και οι βιομηχανικοί χώροι, όπου ένας άνθρωπος της πόλης ξοδεύει έως και το 90% του χρόνου του, καθώς και με την έννοια του δημιουργία κυβερνητικών εργοστασίων (πλήρως εξοπλισμένα με ρομπότ), το κύριο καθήκον των οποίων είναι η εφαρμογή ασύρματες τεχνολογίες σε επίπεδο APCS.

Η τεχνολογία δικτύου αισθητήρων έχει σχεδιαστεί για να επιλύει το ευρύτερο φάσμα εργασιών βιομηχανικής παρακολούθησης και ελέγχου και έχει τα ακόλουθα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα υπάρχοντα ασύρματα και ενσύρματα συστήματα:

τη δυνατότητα εγκατάστασης αισθητήρων σε υπάρχουσα και λειτουργική εγκατάσταση χωρίς πρόσθετη εργασία για την τοποθέτηση ενσύρματου δικτύου;
χαμηλό κόστοςένα ξεχωριστό στοιχείο ελέγχου ·
χαμηλό κόστοςεγκατάσταση, θέση σε λειτουργία και συντήρηση του συστήματος ·
ελάχιστους περιορισμούς στην τοποθέτηση ασύρματων συσκευών.
υψηλή ανθεκτικότητατο δίκτυο αισθητήρων στο σύνολό του.

Περιγραφή

Το υλικό των ασύρματων κόμβων και τα πρωτόκολλα δικτύωσης μεταξύ τους είναι βελτιστοποιημένα για να εξασφαλίσουν μεγάλη διάρκεια ζωής του συστήματος με αυτόνομα τροφοδοτικά. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας, η διάρκεια ζωής του κόμβου μπορεί να φτάσει αρκετά χρόνια.

Κάθε κόμβος του δικτύου αισθητήρων περιέχει συνήθως θύρες εισόδου / εξόδου για δεδομένα από διάφορους αισθητήρες περιβαλλοντικού ελέγχου (ή τους ίδιους τους αισθητήρες), έναν μικροελεγκτή και έναν πομποδέκτη ραδιοφώνου, καθώς και μια αυτόνομη ή εξωτερική τροφοδοσία ρεύματος. Αυτό επιτρέπει στη συσκευή να λαμβάνει αποτελέσματα μετρήσεων, να πραγματοποιεί αρχική επεξεργασία δεδομένων και να διατηρεί επικοινωνία με ένα εξωτερικό σύστημα πληροφοριών. Ο μικροελεγκτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εφαρμογή έξυπνης κατανεμημένης επεξεργασίας δεδομένων. Σε ένα ευφυές ασύρματο δίκτυο αισθητήρων, οι συσκευές είναι σε θέση να ανταλλάσσουν πληροφορίες σε τοπικό επίπεδο, να τις αναλύουν και να μεταδίδουν επεξεργασμένες πληροφορίες σε ένα συγκεκριμένο βάθος και όχι "ακατέργαστα" δεδομένα. Αυτό μπορεί να μειώσει σημαντικά τις απαιτήσεις εύρους ζώνης δικτύου, να αυξήσει την επεκτασιμότητα και να αυξήσει τη διάρκεια ζωής του συστήματος. Ωστόσο, η προσθήκη «ευφυΐας» στο δίκτυο απαιτεί τη λήψη υπόψη των ιδιαιτεροτήτων του εφαρμοζόμενου προβλήματος · ως εκ τούτου, αυτή η προσέγγιση, κατά κανόνα, είναι αποτελεσματική κατά την ανάπτυξη ενός προσαρμοσμένου εξαιρετικά εξειδικευμένου συστήματος.

Ετσι κλειδί Τα χαρακτηριστικά των δικτύων αισθητήρων είναι:

η ικανότητα αυτοοργάνωσης του δικτύου μετάδοσης πληροφοριών και η προσαρμογή του στον αριθμό των συσκευών ·
τη δυνατότητα μετάδοσης μηνυμάτων από το ένα στοιχείο στο άλλο ·
τη δυνατότητα να υπάρχουν αισθητήρες σε κάθε στοιχείο ·
μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας (1 έτος ή περισσότερο)

Σήμερα, η τεχνολογία των ασύρματων δικτύων αισθητήρων είναι η μόνη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση εργασιών παρακολούθησης και ελέγχου που είναι κρίσιμες για τις απαιτήσεις για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας των συσκευών, την αξιοπιστία τους, την αυτόματη ή ημιαυτόματη διαμόρφωση καθενός από αυτές, την ικανότητα για εύκολη προσθήκη ή εξαίρεση μιας συσκευής από το δίκτυο, διανομή σημάτων μέσω τοίχων και οροφών με χαμηλό κόστος του συστήματος. Και η τεχνολογία ραδιοεπικοινωνίας μικρής εμβέλειας, γνωστή ως "Δίκτυα αισθητήρων", είναι μια από τις σύγχρονες τάσεις στην ανάπτυξη αυτο-οργανωμένων κατανεμημένων συστημάτων ανοχής σε σφάλματα για βιομηχανική παρακολούθηση και διαχείριση πόρων και διαδικασιών.

Διανεμημένα δίκτυα αισθητήρων

Τι είναι τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων;

Αισθητήρες και συσκευή λήψης

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων δημιουργούνται από κόμβους που ονομάζονται motes (μικρό μόριο) - μικρές αυτόνομες συσκευές που τροφοδοτούνται από μπαταρίες και μικροτσίπ με ραδιοεπικοινωνία σε συχνότητα - για παράδειγμα, 2,4 GHz. Το ειδικό λογισμικό επιτρέπει σε πολλούς να οργανωθούν σε κατανεμημένα δίκτυα, να επικοινωνούν μεταξύ τους, να κάνουν δημοσκόπηση και να ανταλλάσσουν δεδομένα με τους πλησιέστερους κόμβους, η απόσταση μεταξύ των οποίων συνήθως δεν υπερβαίνει τα 100 μέτρα.

Στην αγγλόφωνη λογοτεχνία, ένα τέτοιο δίκτυο ονομάζεται ασύρματο δίκτυο αισθητήρων(WSN) είναι ένα ασύρματο δίκτυο που αποτελείται από γεωγραφικά κατανεμημένες αυτόνομες συσκευές που χρησιμοποιούν αισθητήρες για την από κοινού παρακολούθηση φυσικών ή περιβαλλοντικών συνθηκών σε διαφορετικές περιοχές.

Μπορούν να μετρήσουν παραμέτρους όπως θερμοκρασία, ήχο, κραδασμούς, πίεση, κίνηση αντικειμένων ή αέρα. Η ανάπτυξη ασύρματων δικτύων αισθητήρων βασίστηκε αρχικά σε στρατιωτικές εργασίες, όπως η παρακολούθηση του πεδίου μάχης. Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων χρησιμοποιούνται πλέον όλο και περισσότερο σε πολλούς τομείς της ζωής των πολιτών, συμπεριλαμβανομένης της βιομηχανικής και περιβαλλοντικής παρακολούθησης, της υγειονομικής περίθαλψης και του ελέγχου της κίνησης αντικειμένων. Το πεδίο εφαρμογής γίνεται ευρύτερο.

Βασικές αρχές εργασίας

Διάγραμμα δικτύου 3 επιπέδων. 1ο επίπεδο αισθητήρων και πύλης. 2ο επίπεδο του διακομιστή. Thin client 3ου επιπέδου

Κάθε κόμβος στο δίκτυο: ευφυολόγημαεξοπλισμένο με πομποδέκτη ραδιοφώνου ή άλλη συσκευή ασύρματης επικοινωνίας, μικρό μικροελεγκτή και πηγή ενέργειας, συνήθως μπαταρία. Είναι δυνατή η χρήση ηλιακών συλλεκτών ή άλλων εναλλακτικών πηγών ενέργειας

Τα δεδομένα από απομακρυσμένα στοιχεία μεταδίδονται μέσω του δικτύου μεταξύ των πλησιέστερων από κόμβο σε κόμβο, μέσω ραδιοφωνικού καναλιού. Ως αποτέλεσμα, το πακέτο δεδομένων μεταδίδεται από το πλησιέστερο κινητό στην πύλη. Η πύλη συνδέεται, κατά κανόνα, με ένα καλώδιο USB στον διακομιστή. Στο διακομιστή - τα συλλεγμένα δεδομένα υποβάλλονται σε επεξεργασία, αποθηκεύονται και μπορούν να έχουν πρόσβαση μέσω του κελύφους WEB σε μεγάλο αριθμό χρηστών.

Το κόστος ενός κόμβου αισθητήρα κυμαίνεται από εκατοντάδες δολάρια έως μερικά λεπτά, ανάλογα με το μέγεθος του δικτύου αισθητήρων και την πολυπλοκότητά του.

Υλικό και πρότυπα

Gateway (2 τεμ), συνδεδεμένο σε φορητό υπολογιστή με καλώδιο USB. Ο φορητός υπολογιστής είναι συνδεδεμένος στο Διαδίκτυο μέσω UTP και λειτουργεί ως διακομιστής

Αισθητήρες με κεραία ραδιοφώνου

Το ασύρματο υλικό κεντρικού υπολογιστή και τα πρωτόκολλα δικτύωσης μεταξύ κεντρικών υπολογιστών βελτιστοποιούνται για να εξασφαλίσουν μεγάλη διάρκεια ζωής του συστήματος με αυτόνομα τροφοδοτικά. Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας, η διάρκεια ζωής του κόμβου μπορεί να φτάσει αρκετά χρόνια.

Μια σειρά προτύπων είναι είτε επικυρωμένα είτε υπό ανάπτυξη για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Το ZigBee είναι ένα πρότυπο σχεδιασμένο για τη χρήση πραγμάτων όπως βιομηχανικός έλεγχος, ενσωματωμένη ανίχνευση, συλλογή ιατρικών δεδομένων, αυτοματοποίηση κτιρίων. Η ανάπτυξη του Zigbee διευκολύνεται από μια μεγάλη κοινοπραξία βιομηχανικών εταιρειών.

Το WirelessHART είναι μια επέκταση του πρωτοκόλλου HART για βιομηχανικούς αυτοματισμούς. Το WirelessHART προστέθηκε στο κοινό πρωτόκολλο HART ως μέρος της προδιαγραφής HART 7, το οποίο εγκρίθηκε από το Foundationδρυμα Επικοινωνιών HART τον Ιούνιο του 2007.
Το 6lowpan είναι το δηλωμένο πρότυπο για το επίπεδο δικτύου, αλλά δεν έχει υιοθετηθεί ακόμη.
Το ISA100 είναι ένα άλλο έργο σε μια προσπάθεια εισαγωγής της τεχνολογίας WSN, αλλά έχει σχεδιαστεί για να ενσωματώνει τον έλεγχο ανατροφοδότησης ευρύτερα στον τομέα του. Η εφαρμογή του ISA100 βάσει προτύπων ANSI έχει προγραμματιστεί να ολοκληρωθεί μέχρι το τέλος του έτους 2008.

WirelessHART, ISA100, ZigBee και βασίζονται στο ίδιο πρότυπο: IEEE 802.15.4 - 2005.

Λογισμικό ασύρματου αισθητήρα δικτύου

Λειτουργικό σύστημα

Τα λειτουργικά συστήματα για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων είναι λιγότερο πολύπλοκα από τα γενικά λειτουργικά συστήματα λόγω περιορισμένων πόρων στο υλικό του δικτύου αισθητήρων. Εξαιτίας αυτού, το λειτουργικό σύστημα δεν χρειάζεται να ενεργοποιήσει την υποστήριξη διεπαφής χρήστη.

Το υλικό του ασύρματου δικτύου αισθητήρων δεν διαφέρει από τα παραδοσιακά ενσωματωμένα συστήματα και επομένως ένα ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δίκτυα αισθητήρων

Εφαρμογές οπτικοποίησης

Λογισμικό απεικόνισης αποτελεσμάτων μέτρησης και δημιουργίας αναφορών MoteView v1.1

Τα δεδομένα από ασύρματα δίκτυα αισθητήρων συνήθως αποθηκεύονται ως ψηφιακά δεδομένα σε έναν κεντρικό σταθμό βάσης. Υπάρχουν πολλά τυπικά προγράμματα, όπως το TosGUI MonSense, το GNS, για να διευκολύνουν την προβολή αυτών των μεγάλων όγκων δεδομένων. Επιπλέον, η Open Consortium (OGC) καθορίζει πρότυπα για τη διαλειτουργικότητα και τη διαλειτουργικότητα των μεταδεδομένων κωδικοποίησης, επιτρέποντας σε οποιονδήποτε να παρακολουθεί ή να ελέγχει ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο μέσω του προγράμματος περιήγησης στο Web.

Για την εργασία με τα δεδομένα που προέρχονται από τους κόμβους του ασύρματου δικτύου αισθητήρων, χρησιμοποιούνται προγράμματα για τη διευκόλυνση της προβολής και της αξιολόγησης των δεδομένων. Ένα από αυτά τα προγράμματα είναι το MoteView. Αυτό το πρόγραμμα σάς επιτρέπει να βλέπετε δεδομένα σε πραγματικό χρόνο και να τα αναλύετε, να δημιουργείτε κάθε λογής γραφήματα, να εκδίδετε αναφορές σε διάφορες ενότητες.

Οφέλη από τη χρήση

Δεν χρειάζεται να τοποθετήσετε καλώδια για τροφοδοσία και μετάδοση δεδομένων.
Χαμηλό κόστος εξαρτημάτων, εγκατάσταση, θέση σε λειτουργία και συντήρηση του συστήματος.
Γρήγορη και εύκολη ανάπτυξη δικτύου.
Αξιοπιστία και ανοχή σε σφάλματα ολόκληρου του συστήματος στο σύνολό του σε περίπτωση βλάβης μεμονωμένων κόμβων ή εξαρτημάτων.
Η δυνατότητα υλοποίησης και τροποποίησης του δικτύου σε οποιαδήποτε εγκατάσταση χωρίς παρεμβολές στη λειτουργία της ίδιας της εγκατάστασης
Δυνατότητα γρήγορης και, αν χρειαστεί, κρυφής εγκατάστασης ολόκληρου του συστήματος στο σύνολό του.

Κάθε αισθητήρας έχει το μέγεθος ενός καπακιού μπύρας (αλλά θα μπορούσε να μειωθεί κατά εκατοντάδες στο μέλλον) και περιέχει επεξεργαστή, μνήμη και πομπό ραδιοφώνου. Τέτοια εξώφυλλα μπορούν να διασκορπιστούν σε οποιαδήποτε περιοχή και οι ίδιοι θα δημιουργήσουν επικοινωνία μεταξύ τους, θα σχηματίσουν ένα ενιαίο ασύρματο δίκτυο και θα αρχίσουν να μεταδίδουν δεδομένα στον πλησιέστερο υπολογιστή.

Συνδεδεμένοι σε ασύρματο δίκτυο, οι αισθητήρες μπορούν να παρακολουθούν περιβαλλοντικές παραμέτρους: κίνηση, φως, θερμοκρασία, πίεση, υγρασία κ.λπ. Η παρακολούθηση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε πολύ μεγάλη περιοχή, επειδή οι αισθητήρες μεταδίδουν πληροφορίες κατά μήκος μιας αλυσίδας από γείτονα σε γείτονα. Η τεχνολογία τους επιτρέπει να εργάζονται για χρόνια (ακόμη και δεκαετίες) χωρίς να αλλάζουν μπαταρίες. Τα δίκτυα αισθητήρων είναι καθολικές αισθήσεις για έναν υπολογιστή και όλα τα φυσικά αντικείμενα στον κόσμο που είναι εξοπλισμένα με αισθητήρες μπορούν να αναγνωριστούν από έναν υπολογιστή. Στο μέλλον, καθένας από τους δισεκατομμύρια αισθητήρες θα λάβει μια διεύθυνση IP και μπορεί ακόμη και να σχηματίσει κάτι σαν Παγκόσμιο Δίκτυο Αισθητήρων. Μέχρι στιγμής, μόνο ο στρατός και η βιομηχανία ενδιαφέρονται για τις δυνατότητες των δικτύων αισθητήρων. Η αγορά ανθεί φέτος, σύμφωνα με την τελευταία έκθεση της ON World, η οποία ειδικεύεται στην έρευνα της αγοράς δικτύωσης αισθητήρων. Ένα άλλο αξιοσημείωτο γεγονός φέτος ήταν η κυκλοφορία του πρώτου συστήματος ZigBee single-chip στον κόσμο (κατασκευασμένο από την Ember). Μεταξύ των μεγάλων αμερικανικών βιομηχανικών εταιρειών που συμμετείχαν στην έρευνα του ON World, περίπου το 29% χρησιμοποιεί ήδη δίκτυα αισθητήρων και ένα άλλο 40% σχεδιάζει να τα αναπτύξει εντός 18 μηνών. Περισσότερες από εκατό εμπορικές εταιρείες έχουν εμφανιστεί στην Αμερική για να δημιουργήσουν και να διατηρήσουν δίκτυα αισθητήρων.

Μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους, ο αριθμός των αισθητήρων στον πλανήτη θα ξεπεράσει το 1 εκατομμύριο. Τώρα αυξάνεται όχι μόνο ο αριθμός των δικτύων, αλλά και το μέγεθός τους. Για πρώτη φορά, δημιουργήθηκαν και λειτούργησαν με επιτυχία αρκετά δίκτυα περισσότερων από 1000 κόμβων, συμπεριλαμβανομένου ενός για 25 χιλιάδες κόμβους.

Πηγή: Web PLANET

Εφαρμογές

Οι εφαρμογές του WSN είναι πολλές και ποικίλες. Χρησιμοποιούνται σε εμπορικά και βιομηχανικά συστήματα για την παρακολούθηση δεδομένων που είναι δύσκολο ή δαπανηρό να παρακολουθούνται χρησιμοποιώντας ενσύρματους αισθητήρες. Τα WSN μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δυσπρόσιτες περιοχές όπου μπορούν να παραμείνουν για πολλά χρόνια (περιβαλλοντική παρακολούθηση) χωρίς να χρειάζεται αντικατάσταση τροφοδοτικών. Μπορούν να ελέγξουν τις ενέργειες των παραβατών του προστατευόμενου αντικειμένου

Το WSN χρησιμοποιείται επίσης για παρακολούθηση, παρακολούθηση και έλεγχο. Ακολουθούν μερικές εφαρμογές:

Παρακολούθηση καπνού και ανίχνευση πυρκαγιάς από μεγάλα δάση και τύρφη
Πρόσθετη πηγή πληροφοριών για τα Κέντρα Κρίσεων της Διοίκησης των συστατικών οντοτήτων της Ρωσικής Ομοσπονδίας
Σεισμική ανίχνευση πιθανής τάσης
Στρατιωτικές παρατηρήσεις
Ακουστική ανίχνευση κίνησης αντικειμένων σε συστήματα ασφαλείας.
Περιβαλλοντική παρακολούθηση του χώρου και του περιβάλλοντος
Παρακολούθηση βιομηχανικών διαδικασιών, χρήση σε συστήματα MES
Ιατρική παρακολούθηση

Αυτοματισμός κτιρίων:

	παρακολούθηση της θερμοκρασίας, της κατανάλωσης αέρα, της παρουσίας ανθρώπων και έλεγχος του εξοπλισμού για τη διατήρηση του μικροκλίματος ·
	έλεγχος φωτισμού?
	διαχείριση τροφοδοσίας ·
	συλλογή μετρήσεων από μετρητές διαμερισμάτων για φυσικό αέριο, νερό, ηλεκτρικό, κ.λπ.
	ασφάλεια και συναγερμός πυρκαγιάς.
	παρακολούθηση της κατάστασης των φέροντων κατασκευών κτιρίων και κατασκευών.

Βιομηχανικός αυτοματισμός:

	τηλεχειριστήριο και διάγνωση βιομηχανικού εξοπλισμού ·
	συντήρηση εξοπλισμού σύμφωνα με την τρέχουσα κατάσταση (πρόβλεψη του περιθωρίου ασφαλείας) ·
	παρακολούθηση των διαδικασιών παραγωγής ·

Η μέρα πλησιάζει ήδη όταν εκατοντάδες εκατομμύρια αισθητήρες ημιαγωγών θα ενσωματωθούν σε ό, τι είναι δυνατό, από ένα μπρελόκ μέχρι ένα παιδικό καρότσι. Και όλοι τους θα είναι σε θέση όχι μόνο να λειτουργήσουν ως ευφυείς αισθητήρες, αλλά και να εκτελέσουν πρωτογενή επεξεργασία πληροφοριών, καθώς και να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα ενιαίο ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Ταυτόχρονα, τέτοιοι αισθητήρες πρακτικά δεν θα καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια, καθώς οι ενσωματωμένες μικροσκοπικές μπαταρίες θα διαρκέσουν για αρκετά χρόνια, δηλαδή για ολόκληρη τη ζωή των αισθητήρων. Θα είναι ένας εννοιολογικά νέος τύπος συστήματος υπολογιστή που λειτουργεί με ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Αυτό το δίκτυο ονομάζεται συνήθως Ad-hoc Wireless Sensor Networks. Ο όρος Ad-hoc δανείστηκε από σύγχρονα ασύρματα δίκτυα, όπως το πρότυπο IEEE 802.11b. Αυτά τα ασύρματα δίκτυα διαθέτουν δύο τρόπους επικοινωνίας: Λειτουργία υποδομής και λειτουργία Ad-hoc. Στη λειτουργία υποδομής, οι κόμβοι του δικτύου δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους άμεσα, αλλά μέσω του σημείου πρόσβασης, το οποίο λειτουργεί ως ένα είδος διανομέα στο ασύρματο δίκτυο (παρόμοιο με το πώς συμβαίνει στα παραδοσιακά δίκτυα καλωδίων). Στη λειτουργία Ad-hoc, που ονομάζεται επίσης Peer-to-Peer, οι σταθμοί επικοινωνούν απευθείας μεταξύ τους. Κατά συνέπεια, στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, η λειτουργία Ad-hoc σημαίνει ότι όλοι οι αισθητήρες αλληλεπιδρούν άμεσα μεταξύ τους, δημιουργώντας ένα είδος κυψελοειδούς δικτύου

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων αποτελούν ένα βήμα προς την επόμενη εποχή - όταν οι υπολογιστές θα είναι άμεσα συνδεδεμένοι με τον φυσικό κόσμο και θα μπορούν να μαντεύουν τις επιθυμίες των χρηστών και επίσης να λαμβάνουν αποφάσεις γι 'αυτούς.
Ας ονειρευτούμε λίγο τι θα μας φέρουν τέτοια δίκτυα αισθητήρων στο μέλλον. Φανταστείτε κούνιες που ακούνε τα μωρά να αναπνέουν. βραχιόλια που παρακολουθούν την κατάσταση των ασθενών στην κλινική. ανιχνευτές καπνού, οι οποίοι μπορούν όχι μόνο να καλέσουν τους πυροσβέστες εάν είναι απαραίτητο, αλλά και να τους ενημερώσουν εκ των προτέρων για την πηγή της φωτιάς και τον βαθμό πολυπλοκότητας της πυρκαγιάς. Οι ηλεκτρονικές συσκευές θα μπορούν να αναγνωρίζονται μεταξύ τους, τα τροφοδοτικά θα τους υπενθυμίζουν ότι πρέπει να «ανανεωθούν».

Φανταστείτε εκατοντάδες χιλιάδες αισθητήρες αισθητήρων δικτυωμένοι μαζί σε ένα δάσος. Σε ένα τέτοιο δάσος θα είναι απλά αδύνατο να χαθείτε, αφού η κίνηση ενός ατόμου θα καταγράφεται και θα αναλύεται από αισθητήρες. Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι αισθητήρες στο πεδίο, συντονισμένοι για να παρακολουθούν την κατάσταση του εδάφους και, ανάλογα με τις μεταβαλλόμενες συνθήκες, να ρυθμίζουν την άρδευση και την ποσότητα λιπάσματος που εφαρμόζεται.
Τα δίκτυα αισθητήρων στους δρόμους θα είναι εξίσου χρήσιμα. Επικοινωνώντας μεταξύ τους, θα μπορούν να ρυθμίζουν τη ροή των αυτοκινήτων. Αυτό είναι το όνειρο κάθε οδηγού - δρόμοι χωρίς μποτιλιάρισμα! Τέτοια δίκτυα θα είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν αυτό το έργο πολύ πιο αποτελεσματικά από οποιαδήποτε υπηρεσία. Πρόβλημα ελέγχου
τα αδικήματα στους δρόμους θα λυθούν από μόνα τους.

Η χρήση δικτύων αισθητήρων για διαχείριση ενέργειας θα επιτύχει απίστευτη εξοικονόμηση ενέργειας. Φανταστείτε ένα τέτοιο δίκτυο ελέγχου στο διαμέρισμά σας. Παρακολουθώντας την τοποθεσία σας, οι αισθητήρες θα μπορούν να σβήνουν το φως πίσω σας και να το ανάβουν όπως απαιτείται. Λοιπόν, εάν χρησιμοποιείτε τέτοια δίκτυα για τον έλεγχο του φωτισμού των δρόμων και των δρόμων, τότε το πρόβλημα της έλλειψης ηλεκτρικής ενέργειας θα εξαφανιστεί από μόνο του. Προκειμένου τα δίκτυα αισθητήρων να γίνουν πραγματικότητα αύριο, σήμερα διεξάγεται έρευνα προς αυτήν την κατεύθυνση. Και ο ηγέτης σε αυτόν τον τομέα είναι η Intel Corporation, η οποία υποστηρίζει όλες τις προηγμένες υπολογιστικές τεχνολογίες του μέλλοντος. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην ανάπτυξη ασύρματων δικτύων αισθητήρων πολλαπλών κόμβων, ικανού για αυτόματο σχηματισμό και διαμόρφωση όπως απαιτείται. Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας θα επιτρέψει την ανάπτυξη ενός δικτύου φθηνών, αλλά ταυτόχρονα πολύ σύνθετων συσκευών αισθητήρων ημιαγωγών που θα μπορούν να δημιουργούν ανεξάρτητα μεταξύ τους επικοινωνία, αναφέροντας ορισμένες αλλαγές στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, ο αισθητήρας Mica έρχεται με 128 kilobytes λογισμικού μνήμης flash, 256 kilobytes μνήμης flash για αποθήκευση δεδομένων και ραδιοπομπού 900 MHz.
Ορισμένες από αυτές τις συσκευές λειτουργούν με λειτουργικό σύστημα
TinyOS, ο κώδικας αυτού του λειτουργικού συστήματος είναι ανοιχτού κώδικα και αποτελείται από τα πάντα
8,5 Kb

Τέτοιες συσκευές θα βρουν εφαρμογή σε θεμελιωδώς νέους τομείς, για παράδειγμα στην ανάπτυξη έξυπνων ενδυμάτων, συνδεδεμένων κουβερτών που θα παρακολουθούν την υγεία του νεογέννητου και θα αναφέρουν τους πιο σημαντικούς δείκτες των ζωτικών λειτουργιών του, έξυπνα αγροκτήματα στα οποία εγκαθίστανται αισθητήρες ημιαγωγών το έδαφος θα διαχειριστεί την άρδευση
σύστημα και γονιμοποίηση. Η έρευνα δικτύων αισθητήρων στην Intel Corporation είναι
το διάσημο εργαστήριο έρευνας Intel Berkeley που βρίσκεται στην Καλιφόρνια. Τα πειραματικά δίκτυα αισθητήρων που υπάρχουν σήμερα ικανοποιούν μόνο εν μέρει τις παραπάνω απαιτήσεις. Έτσι, σήμερα τα δίκτυα αποτελούνται μόνο από εκατοντάδες αισθητήρες με περιορισμένη περιοχή κάλυψης και εκτελούν μόνο καλά καθορισμένες εργασίες. Είναι σε θέση να μεταδίδουν μόνο έναν συγκεκριμένο τύπο πληροφοριών από τον έναν αισθητήρα στον άλλο και μόνο σε ένα δεδομένο εύρος ζώνης. Η κατανάλωση ενέργειας δεν είναι επίσης αμελητέα.
- Η μπαταρία διαρκεί μόνο λίγες ημέρες. Οι υπάρχοντες αισθητήρες αισθητήρων είναι ακόμα αρκετά αδρανείς και δεν τίθεται θέμα υψηλής αξιοπιστίας και αορατότητας κατά τη λειτουργία (τουλάχιστον λόγω του μεγέθους). Και, φυσικά, τέτοιοι αισθητήρες είναι αρκετά ακριβοί, οπότε ένα δίκτυο εκατοντάδων αισθητήρων δεν είναι φθηνό. Πρέπει όμως να θυμόμαστε ότι μιλάμε για πειραματικά δίκτυα και την ανάπτυξη της τεχνολογίας του μέλλοντος. Ταυτόχρονα, πειραματικά δίκτυα αισθητήρων παρέχουν ήδη οφέλη. Ένα τέτοιο δίκτυο αισθητήρων, που δημιουργήθηκε από κοινού από το Intel Berkeley Research Laboratory, το Atlantic Institute και το University of California, λειτουργεί στο Great Duck Island, Maine.

Σκοπός αυτού του δικτύου είναι η μελέτη του μικροβιότοπου διαφόρων βιολογικών οργανισμών που κατοικούν στο νησί.
Οποιαδήποτε ανθρώπινη παρέμβαση (ακόμη και με σκοπό τη μάθηση) είναι μερικές φορές περιττή,
Αυτό είναι όπου τα δίκτυα αισθητήρων έρχονται στη διάσωση, επιτρέποντας χωρίς άμεση ανθρώπινη συμμετοχή να συλλέξουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες.

Το δίκτυο αισθητήρων χρησιμοποιεί δύο πίνακες ως κομβικά στοιχεία. Ο πρώτος πίνακας περιέχει έναν αισθητήρα θερμοκρασίας, αισθητήρες υγρασίας και βαρομετρικής πίεσης και έναν αισθητήρα υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ο δεύτερος πίνακας περιέχει έναν μικροεπεξεργαστή (4 MHz), 1 KB RAM, μνήμη flash για την αποθήκευση προγραμμάτων και δεδομένων, τροφοδοτικό (δύο μπαταρίες ΑΑ) και έναν πομπό ραδιοφώνου /
δέκτης που λειτουργεί σε συχνότητα 900 MHz. Οι αισθητήρες σας επιτρέπουν να καταχωρίσετε όλες τις απαραίτητες πληροφορίες και να τις μεταφέρετε στη βάση δεδομένων του κεντρικού υπολογιστή. Όλοι οι αισθητήρες έχουν δοκιμαστεί εκ των προτέρων - ο πίνακας με τους αισθητήρες βυθίζεται στο νερό για δύο ημέρες και παρακολουθεί τη λειτουργικότητά του. Όλοι οι κόμβοι αισθητήρων αποτελούν ένα ενιαίο ασύρματο δίκτυο και είναι σε θέση να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Σε αυτήν την περίπτωση, η μεταφορά πληροφοριών από έναν απομακρυσμένο κόμβο δικτύου σε μια πύλη (Gateway Sensor) πραγματοποιείται κατά μήκος μιας αλυσίδας, δηλαδή από έναν κόμβο δικτύου σε έναν άλλο, γεγονός που σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια μεγάλη περιοχή κάλυψης.

Οι πληροφορίες φτάνουν στον κεντρικό υπολογιστή μέσω της πύλης. Η πύλη χρησιμοποιεί κεραία κατεύθυνσης, η οποία επιτρέπει την απόσταση μετάδοσης να αυξηθεί έως και 300 μ. Από τον κεντρικό υπολογιστή, οι πληροφορίες μεταδίδονται μέσω δορυφόρου μέσω Διαδικτύου σε ένα ερευνητικό κέντρο που βρίσκεται στην Καλιφόρνια.

Το προσωπικό του εργαστηρίου δεν εργάζεται λιγότερο ενεργά για τη βιολογία ακριβείας και τη δημιουργία βιοτσίπ. Εκτός από την αισθητηριακή αντίληψη του κόσμου των στερεών πραγμάτων, διερευνάται η πιθανότητα «αίσθησης» υγρών μέσων και βιολογικών, αναπτυσσόμενων αντικειμένων. Μια τέτοια έρευνα ανοίγει τεράστιες προοπτικές για την ιατρική και φαρμακευτική ανάπτυξη, την εφαρμογή χημικών διεργασιών και την παραγωγή βιολογικών προϊόντων. Δεδομένου ότι ο κύριος σκοπός των δικτύων αισθητήρων είναι να αντιληφθούν και να μεταδώσουν χρήσιμες πληροφορίες, οι ειδικοί του εργαστηρίου Intel στο Μπέρκλεϊ είναι απασχολημένοι με την ανάπτυξη μιας μεθόδου για τον συνδυασμό αισθητήρων με αντικείμενα που είναι υπεύθυνα για την παρακολούθηση και διερευνούν επίσης τη δυνατότητα δημιουργίας "ενεργοποιητών" " - συσκευές που βασίζονται σε αισθητήρες που μπορούν να επηρεάσουν την κατάσταση και όχι μόνο να καταχωρήσουν την κατάστασή της. Τα δίκτυα αισθητήρων είναι προφανώς χρήσιμα για στρατιωτικές εφαρμογές, μία από τις πιθανές παραλλαγές των δικτύων δοκιμάστηκε στο Αφγανιστάν, όπου ο αμερικανικός στρατός έχει αναπτύξει αρκετές εκατοντάδες αισθητήρες για να παρακολουθεί τις κινήσεις του εχθρικού στρατιωτικού εξοπλισμού. Ωστόσο, στην εισαγωγή
Είναι πολύ νωρίς για να πούμε πραγματικά δίκτυα στη ζωή μας, το δίκτυο είναι ευάλωτο στην ανοχή σε σφάλματα. Επίθεση άρνησης υπηρεσίας (DoS) σε δίκτυο αισθητήρων είναι κάθε συμβάν που μειώνει ή εξαλείφει την ικανότητα του δικτύου να εκτελέσει την προβλεπόμενη λειτουργία του. Οι συγγραφείς προτείνουν να βασίζονται τα πρωτόκολλα δικτύου αισθητήρων σε μια πολυεπίπεδη αρχιτεκτονική, η οποία μπορεί να βλάψει την αποτελεσματικότητα του δικτύου, αλλά να αυξήσει την αξιοπιστία του. Συζητούνται οι τύποι επιθέσεων DoS που είναι τυπικοί για κάθε επίπεδο και οι αποδεκτές μέθοδοι προστασίας. Έτσι, ακόμη και σήμερα, παρά την ατέλεια και το αρκετά περιορισμένο εύρος χρήσης, τα δίκτυα αισθητήρων χρησιμοποιούνται στην επιστήμη και αργότερα στη ζωή.

Χρησιμοποιήθηκαν υλικά από τοποθεσίες:

Σχεδόν όλοι οι τομείς της ζωής στον 21ο αιώνα εξαρτώνται από τις τεχνολογίες πληροφοριών και επικοινωνιών (ΤΠΕ). Όχι μόνο οι άνθρωποι ανταλλάσσουν δεδομένα, αλλά και κάθε είδους ευφυή συστήματα, κινητά τηλέφωνα, φορετές συσκευές, ΑΤΜ, αισθητήρες. Τουλάχιστον 5 δισεκατομμύρια συσκευές είναι ήδη συνδεδεμένες στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Η λειτουργία οποιωνδήποτε μεγάλων συγκροτημάτων - βιομηχανικών επιχειρήσεων, ενέργειας, γεωργίας, εμπορικών κέντρων, μουσείων, γραφείων, κατοικιών - συνδέεται με τη συνεχή παρακολούθηση της κατάστασης στην επικράτειά τους. Οι ευαίσθητοι αισθητήρες σε πραγματικό χρόνο παρακολουθούν την υγεία του εξοπλισμού, την οργάνωση της αλληλεπίδρασης συσκευών μεταξύ τους, προειδοποιούν για την ανάγκη αντικατάστασής τους ή για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Με ταχέως αυξανόμενο όγκο δεδομένων, χρειάζεστε έναν απλό και βολικό τρόπο ανταλλαγής μεταξύ συσκευών και κέντρων δεδομένων.

Εκτυπωμένη έκδοση:

Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (BSS, Wireless Sensor Networks), αποτελούμενα από ασύρματους αισθητήρες και συσκευές ελέγχου και ικανά να αυτο-οργανωθούν χρησιμοποιώντας ευφυείς αλγόριθμους, επιδεικνύουν μεγάλης κλίμακας προοπτικές χρήσης για την παρακολούθηση της ανθρώπινης υγείας, την κατάσταση του περιβάλλοντος, τη λειτουργία της βιομηχανίας και συστήματα μεταφορών, λογιστική για διάφορους πόρους κλπ. Αυτό το τεύχος του ενημερωτικού δελτίου παρουσιάζει τις τεχνολογικές τάσεις στον τομέα του FSS που σχετίζονται με τη διασφάλιση της συνεχούς λειτουργίας των ασύρματων αισθητήρων και την εφαρμογή τους σε δύο τομείς της σύγχρονης οικονομίας - προηγμένη κατασκευή και έξυπνη ενέργεια (έξυπνο δίκτυο ).

Συσκευές αισθητήρα αυτοφόρτωσης

Για την ανάπτυξη ασύρματων δικτύων αισθητήρων, είναι σημαντικό να επιλυθεί το πρόβλημα της τροφοδοσίας τους. Μια πολλά υποσχόμενη τάση είναι η δημιουργία ανθεκτικών αυτόνομων συσκευών με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας - που μετατρέπονται από εξωτερικές πηγές.

Οι ασύρματες συσκευές αισθητήρων μπορούν, για παράδειγμα, να τροφοδοτούνται από ραδιοσήματα που τους αποστέλλονται από πομπό (όπως συσκευές αναγνώρισης ραδιοσυχνοτήτων (RFID) ή έξυπνες κάρτες χωρίς επαφή). Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται από τη συσκευή τόσο για την επαναφόρτιση του αισθητήρα όσο και για τη δημιουργία σήματος απόκρισης με πληροφορίες σχετικά με την τρέχουσα κατάσταση του αντικειμένου που παρακολουθείται.

Ένας άλλος τρόπος είναι η παθητική μετατροπή ενέργειας από το εξωτερικό περιβάλλον (συλλογή ενέργειας): ηλιακή ενέργεια (έξω από το δωμάτιο σε αρκετά καθαρό καιρό), θερμική ενέργεια, μηχανική ενέργεια δόνησης (από συσκευές που λειτουργούν κοντά - μηχανές συναρμολόγησης, μεταφορείς κ.λπ.) , ενέργεια δόνησης του ίδιου του αισθητήρα (στην περίπτωση φορητών συσκευών), εκπομπές ραδιοφώνου στο παρασκήνιο από τις γύρω ηλεκτρικές συσκευές (συμπεριλαμβανομένου του Wi-Fi).

Υπάρχοντα Μειώνοντας τα πολύ τοξικά απόβλητα χρησιμοποιημένων πηγών ενέργειας, μειώνεται ο αρνητικός αντίκτυπος στο περιβάλλον. Η χρήση αισθητήρων αυτο-φόρτισης θα συμβάλει στην ανάπτυξη ασύρματων συσκευών του "Internet of Things", της εξατομικευμένης ιατρικής (φορητές και εμφυτεύσιμες συσκευές που παρακολουθούν δείκτες ανθρώπινης υγείας), καθώς και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες (πράσινες τεχνολογίες) στην ενέργεια , βιομηχανία (ειδικά σε επικίνδυνες βιομηχανίες) και άλλους τομείς. ...	Εκτιμήσεις αγοράς 30,1 δις Μέχρι το 2020, θα υπάρχουν 30,1 δισεκατομμύρια ασύρματες συσκευές στον κόσμο. Το πιθανό μερίδιο των συσκευών αυτοφόρτισης θα φτάσει το 30-65%. Η μέγιστη εκδήλωση της τάσης προβλέπεται το 2020-2030.	Οδηγοί και εμπόδια Η συνάφεια της τάσης αυξάνεται συνεχώς λόγω της μικρογραφίας των ασύρματων συσκευών και της μείωσης του κόστους τους. Η ανάπτυξη αυτής της κατεύθυνσης εμποδίζεται από την ανεπαρκή ποσότητα ενέργειας που μετατρέπεται από το εξωτερικό περιβάλλον στα τρέχοντα μοντέλα ασύρματων αισθητήρων, η οποία είναι απαραίτητη για την παρακολούθηση της κατάστασης του πολύπλοκου εξοπλισμού και την περιοδική αποστολή πληροφοριών στο κέντρο επεξεργασίας δεδομένων.

Εφαρμογή προηγμένης παραγωγής που βασίζεται σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων

Παράλογη χρήση πόρων και εγκαταστάσεων παραγωγής, παραγωγή μεγάλης ποσότητας ρυπογόνων αποβλήτων, έλλειψη συνεχούς παρακολούθησης της κατάστασης των εγκαταστάσεων στις επιχειρήσεις - αυτά και άλλα προβλήματα της σύγχρονης βιομηχανίας υποκινούν τη μετάβαση στο προηγμένο μοντέλο παραγωγής. Χαρακτηρίζεται από τη χρήση νέων υλικών και φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογιών (πράσινες τεχνολογίες), καθώς και την ευρεία χρήση ΤΠΕ και ευφυών συστημάτων, ιδίως ρομποτικής και ασύρματων δικτύων αισθητήρων.

Τα βιομηχανικά ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (IBSS) είναι ο σημαντικότερος παράγοντας στην εφαρμογή της προηγμένης παραγωγής. Για τον έλεγχο και την παρακολούθηση της κατάστασης των αντικειμένων στην επιχείρηση (εξοπλισμός, μεταφορείς, μηχανές συναρμολόγησης, αντιδραστήρες), χρησιμοποιείται ένα σύνολο διασυνδεδεμένων ασύρματων αισθητήρων και συστημάτων πληροφοριών που επεξεργάζονται δεδομένα από αισθητήρες και αλληλεπιδρούν με ελεγχόμενα αντικείμενα χρησιμοποιώντας συσκευές ελέγχου. Ένα τέτοιο αυτοματοποιημένο σύστημα αντιδρά σε οποιεσδήποτε αλλαγές στους δείκτες στην επιχείρηση, ειδοποιεί το προσωπικό για ατυχήματα και προβληματικές καταστάσεις, αναλύει την αποδοτικότητα της χρήσης του εξοπλισμού, αξιολογεί το επίπεδο ρύπανσης του περιβάλλοντος και τον όγκο των αποβλήτων που δημιουργούνται.

Υπάρχοντα Η εφαρμογή προηγμένης παραγωγής θα αυξήσει την αποτελεσματικότητα, την ακρίβεια και την ευελιξία του ελέγχου των διαδικασιών σε μεγάλες επιχειρήσεις και την ποιότητα των προϊόντων, θα επιλύσει ζητήματα βελτιστοποίησης των πόρων και θα εντοπίσει σημεία συμφόρησης. Η ελαχιστοποίηση των κινδύνων στην παραγωγή (λόγω του μεγαλύτερου αυτοματισμού της) και η μείωση των εκπομπών θα μειώσει σημαντικά το βιομηχανικό φορτίο στο περιβάλλον.	Εκτιμήσεις αγοράς 3,8 δισεκατομμύρια δολάρια θα φτάσει το μέγεθος της αγοράς βιομηχανικών ασύρματων δικτύων αισθητήρων το 2017. Η μαζική εξάπλωση του ISBS προβλέπεται έως το 2017-2020.	Οδηγοί και εμπόδια Η ανάπτυξη συσκευών αισθητήρων αυτοφόρτωσης, η μετάβαση στον ψηφιακό έλεγχο εξοπλισμού παραγωγής και η μαζική εισαγωγή ρομποτικών συστημάτων διεγείρουν την ανάπτυξη της τάσης. Η ανεπαρκής τυποποίηση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων, η ξεπερασμένη υποδομή ΤΠΕ σε πολλές βιομηχανικές επιχειρήσεις επιβραδύνουν τη μετάβαση σε ένα μοντέλο προηγμένης παραγωγής.

Έξυπνα πλέγματα

Το παγκόσμιο πρόβλημα της παράλογης χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας είναι ιδιαίτερα επείγον για τη Ρωσία. Το μεγάλο κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει το κόστος παραγωγής, το οποίο επιβαρύνει διπλά τον τελικό χρήστη. Για να βελτιωθεί η αποδοτικότητα και η αξιοπιστία των συστημάτων ισχύος, πολλές χώρες κινούνται προς την έννοια του έξυπνου δικτύου.

Ένα τέτοιο δίκτυο ελέγχει σε πραγματικό χρόνο όλες τις πηγές παραγωγής που συνδέονται με αυτό, δίκτυα μεταφοράς και διανομής και αντικείμενα που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια. Για τον έλεγχο του έξυπνου δικτύου ισχύος, χρησιμοποιούνται ασύρματα δίκτυα αισθητήρων που ελέγχουν την ποσότητα παραγωγής ενέργειας και την κατανάλωση ενέργειας σε διαφορετικά μέρη του. Με τη βοήθεια πληροφοριακών συστημάτων υπολογίζεται η βέλτιστη κατανομή ενέργειας στο δίκτυο, γίνονται προβλέψεις για διαφορετικές εποχές και περιόδους της ημέρας, η παραγωγή και παράδοση ενέργειας συγχρονίζεται και η ασφάλεια των γραμμών ρεύματος παρακολουθείται. Για να αυξηθεί η απόδοση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, τα μη κρίσιμα στοιχεία του απενεργοποιούνται για την περίοδο της μειωμένης δραστηριότητας.

Υπάρχοντα Η συνεχής παρακολούθηση και έλεγχος των συσκευών στο σύστημα ισχύος μειώνει τον αριθμό διακοπών ρεύματος. Η σημαντική εξοικονόμηση κόστους στην παραγωγή του οδηγεί σε θετικά αποτελέσματα για τη βιομηχανία, την κοινωνική σφαίρα και το περιβάλλον (τώρα στη Ρωσία το μερίδιο της ενέργειας στην ατμοσφαιρική ρύπανση είναι 26,8% - η μέγιστη τιμή σε σύγκριση με άλλους τομείς).	Εκτιμήσεις αγοράς 63 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2020, ο όγκος της παγκόσμιας αγοράς τεχνολογιών έξυπνων δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας θα ανέρχεται σε μέσο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης άνω του 8%. 2018–2025 - η περίοδος της μέγιστης εκδήλωσης της τάσης.	Οδηγοί και εμπόδια Η εισαγωγή αυστηρότερων περιβαλλοντικών κανονισμών και προτύπων επιταχύνει την τάση. Η κατάλληλη στιγμή για την εφαρμογή του έξυπνου δικτύου στη Ρωσία είναι η προγραμματισμένη ανανέωση των υποδομών της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας. Η μετάβαση στην έννοια του έξυπνου δικτύου περιπλέκεται από τη μεγάλη κλίμακα του κλάδου, το υψηλό κόστος και τον σημαντικό χρόνο που δαπανάται για την τεχνολογική του αναβάθμιση. Οι περιοδικοί τερματισμοί λειτουργίας των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής κατά τον εκσυγχρονισμό των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας δημιουργούν πρόβλημα για τις καταναλωτικές εταιρείες.

Η παρακολούθηση των παγκόσμιων τεχνολογικών τάσεων πραγματοποιείται από το Ινστιτούτο Στατιστικών Μελετών και Οικονομικών της Γνώσης της Ανώτατης Οικονομικής Σχολής () στο πλαίσιο του Προγράμματος Θεμελιωδών Ερευνών HSE.

Κατά την προετοιμασία του trendletter, χρησιμοποιήθηκαν οι ακόλουθες πηγές: Πρόβλεψη επιστημονικής και τεχνολογικής ανάπτυξης της Ρωσικής Ομοσπονδίας έως το 2030(prognoz2030.hse.ru), υλικά του επιστημονικού περιοδικού "Πρόβλεψη"(foresight-journal.hse.ru), δεδομένα Web of Science, Τροχιά, idc.com, marketandmarkets.com, wintergreenresearch.com, greentechmedia.com, greenpatrol.ru κ.λπ.

Σφραγίδα

Επίσης ενδιαφέρον:

Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (BSS)

Πρωτόγνωρη σειριακή συμβατότητα Σύνδεση μονάδων sas στο χειριστήριο

Acer Aspire One: το πιο κομψό netbook ποτέ

Προτείνουμε να διαβάσετε:

2021-10-05 02:43:45

Αντικατάσταση του επεξεργαστή σε φορητό υπολογιστή

2021-10-05 02:43:45

Μπαταρίες ψευδάργυρου - Μια σημαντική ανακάλυψη στην αποθήκευση ενέργειας;

2021-10-05 02:43:45

Μέθοδοι διάδοσης ιών υπολογιστών

Συνεχίζοντας το θέμα:

Δίκτυα

Convector από rrt σε pdf. Μετατροπείς ppt και pptx. Μετάφραση της παρουσίασης σε PDF. Τα αρχεία προστατεύονται 100%

Μετατροπή PDF σε παρουσίαση PowerPoint Μπορείτε να μετατρέψετε ένα PDF σε παρουσίαση; Ναι μπορείς! Και είναι απλό! Λήψη PDF: μπορείτε να μεταφέρετε και να αποθέσετε το έγγραφο, ...