分散型センサーネットワーク。ワイヤレスセンサーネットワーク（BSS）。推進要因と障壁

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1目次はじめに1ワイヤレスセンサーネットワークに関する一般情報1.1ワイヤレスセンサーネットワークと標準Wi-Fi標準WiMAX標準Bluetooth標準HomeRF標準ZigBee標準1.2ワイヤレスネットワークでのルーティング方法2ネットワークシミュレーターの概要と比較特性および最適なシミュレーターの選択2.1概要シミュレーションツールの概要ワイヤレスセンサーネットワークNSシミュレーターCoojaシミュレーターTOSSIMシミュレーター（TinyOSシミュレーター）OMNeT ++ 3シミュレーターNS-2シミュレーターとOMNeTシミュレーターの比較分析一般的な比較特性3.2結論3.3AODVルーティングプロトコル3.4NS-2およびOMNeTでのAODVプロトコルのシミュレーションNSモデルのAODVモデルOMNeT ++のAODV4ワイヤレス通信システムでのルーティングモデルの開発とソフトウェア実装4.1ネットワークモデリング4.2ソフトウェアのインストールと構成4.3ワイヤレス通信モデルのソフトウェア実装5得られた結果の分析5.1ネットワークの分析遅延5.2標準ネットワークノードでの偏差5.3ネットワークでのパケット送信5.4送信中の干渉耐性5.5ノードの消費電力5.6結論6生命の安全6.1空調システムの計算6.2人工照明の計算結論使用ソースのリスト略語のリスト付録

2はじめにワイヤレスセンサーネットワークは、自動化と制御、監視と制御のためのシステムを積極的に開発しています。センサーは、制御デバイスと相互作用して、情報を収集、処理、および送信するための分散型の自己組織化システムを作成します。自己組織化ネットワークは、デバイスがお互いを見つけてネットワークを形成し、いずれかのノードに障害が発生した場合に、メッセージを送信するための新しいルートを確立できるシステムとして定義されます。センサーネットワーク技術は、補助機器（ケーブルチャネル、端末、キャビネットなど）と一緒にネットワークを構築するために高価なケーブルを必要としません。また、センサーネットワークは現在使用されている主要なインターフェースやプロトコルをサポートしているため、大規模な再構築を行わなくても既存のネットワークに統合することができます。エネルギー消費を必要としないミニチュアセンサー（耐用年数は数年に達する可能性があります）は、手の届きにくい場所や広いエリアに配置する可能性を提供します。絶えず移動するノードや頻繁に移動するノードをネットワーク化する必要がある場合は、ワイヤレスソリューションが不可欠です。ただし、ワイヤレスソリューションの欠点は、限られた時間でのデータ配信の保証と、送信された情報の不正アクセスからの保護の両方の点で、信頼性が低いことです。生活のあらゆる分野でのセンサーネットワークの開発と実装は、人類に膨大な数の利益をもたらします。ワイヤレスセンサーネットワークのトピックはまだ十分に研究されておらず、現在多くの未解決の問題と制限がありますが、その利点は、たとえばZigBee標準などのセンサーネットワークでの情報転送の標準を開発する企業を引き付けています。この論文の目的は、ZigBeeシステムのセンサーネットワークの固定デバイスとモバイルデバイスの特性とパラメーターを研究することです。

3第1章ワイヤレスセンサーネットワークに関する一般情報1.1。ワイヤレスセンサーネットワークと標準ワイヤレスセンサーネットワーク（BSS）は、現在の通信システムの開発において最も有望な方向性の1つであり、科学研究の新しい機会を生み出しています。ノードのミニチュアサイズ（1立方インチのボード）、統合された無線インターフェイス、低消費電力、およびかなり低コストにより、このネットワークは、制御および管理システムを構築する必要がある生活分野での使用に非常に有益です。安全を監視します。ワイヤレスセンサーネットワークは、主に技術的、経済的、または組織的な理由でケーブルを敷設することが一般的に不可能な地域で必要とされます。センサーネットワークノード（mot）は、トランシーバー、マイクロコントローラー、バッテリー、メモリ、センサーを含むボードです。センサーはさまざまな方法で使用できます。ほとんどの場合、センサーは温度、圧力、湿度、照明に使用されますが、振動や化学測定センサーには使用されません。特別なソフトウェアがモートにインストールされ、モートがネットワークを編成し、相互に情報を交換するのに役立ちます。ほとんどのワイヤレスセンサーネットワークは、カリフォルニア大学バークレー校で開発されたTinyOSソフトウェアを使用しています。メッセージを送信できる最大距離は100メートル以下です。データを送受信するために、各ノードにはアンテナが装備されています。センサーネットワークの運用プロセスを図1.1に示します。図1.1センサーネットワークモットの作業プロセス

4センサーネットワークのノードは、ネットワークの一部でありながら、静止したり、特定の場所に固定したり、モバイルオブジェクトに接続したり、自由に移動したりすることができます。モートは相互に情報を送信し、ゲートウェイの近くにあるモートは蓄積されたすべてのデータをゲートウェイに送信します。一部のモートに障害が発生した場合、ネットワークは再構成後も引き続き機能します。図1.2は、センサーネットワークノードの内部を示しています。図1.2センサーネットワークノードWi-Fi、WiMAX、Bluetooth、HomeRF、ZigBeeなどの多くのデータ伝送規格は2.4 GHz帯域を共有しているため、相互に干渉していますWi-Fi規格Wi-FiWi-Fi商標-FiAlliance IEEE標準に基づくワイヤレスネットワークの場合インターネットに接続されていないラップトップまたはコミュニケーターは、今日ではほとんど役に立たないハードウェアです。インターネット接続の問題を解決するためにWi-Fiが広く使用されるようになり、この用語はよく知られるようになりました。当初、一部のWECAプレスリリースにはWireless Fidelity（ワイヤレス精度）というフレーズが含まれていましたが、現時点ではこの表現は廃止されており、Wi-Fiという用語はまったく解読されません。もともとチェックアウトシステムを対象とした製品は、WaveLANブランドで販売され、1〜2Mbpsのデータ転送速度を提供していました。 Wi-Fiの作成者であるVicHayesは、IEEE b、IEEE a、IEEEgなどの標準の開発を支援したチームに所属していました。通常、Wi-Fiネットワーク図には、少なくとも1つのアクセスポイントと少なくとも1つのクライアントが含まれます。

5アクセスポイントを使用せず、クライアントがネットワークアダプタを介して直接接続されている場合は、2つのクライアントをポイントツーポイント（アドホック）モードで接続することもできます。アクセスポイントは、100ミリ秒ごとに0.1 Mbpsの速度で特別なシグナリングパケットを使用して、ネットワーク識別子（SSID）をブロードキャストします。したがって、0.1MbpsがWi-Fiの最低データ転送速度です。クライアントは、ネットワークのSSIDを知っているので、このアクセスポイントに接続できるかどうかを確認できます。同一のSSIDを持つ2つのAPが範囲内に入ると、受信者は信号強度に基づいてAPを選択できます。 Wi-Fi規格により、クライアントは接続の基準を完全に自由に選択できます。 Wi-Fiデバイスは、今日の市場で広く普及しています。 Wi-Fiロゴによる必須の認証により、機器の互換性が保証されます。データ転送時のWi-Fiデバイスからの放射は、携帯電話からの放射より2桁（100倍）少なくなります。このテクノロジーにより、ケーブルを使用せずにネットワークを展開できるため、ネットワークの展開や拡張のコストを削減できます。屋外や歴史的価値のある建物など、ケーブルを設置できない場所には、ワイヤレスネットワークを使用できます。このテクノロジーにより、モバイルデバイスがネットワークにアクセスできるようになります。 WEP暗号化標準は、正しい構成でも比較的簡単に解読できます（アルゴリズムの弱点のため）。新しいデバイスはより高度なWPAおよびWPA2データ暗号化プロトコルをサポートしていますが、多くの古いアクセスポイントはそれをサポートしていないため、交換する必要があります。 2004年6月のIEEEi（WPA2）標準の採用により、新しい機器に対してより効率的な認証および暗号化スキームが利用可能になりました。 WPAおよびWPA2プロトコルには、ユーザーが通常割り当てるパスワードよりも強力なパスワードが必要です。 IEEE標準では、アドホックネットワーク（BSS基本サービスセット）とインフラストラクチャESS拡張サービスセットの2つの動作モードが定義されています。アドホックモード（「ポイントツーポイント」とも呼ばれます）は、特別なアクセスポイントを使用せずに、ステーション（クライアント）間の通信が直接確立される単純なネットワークです。インフラストラクチャESSモードでは、ワイヤレスネットワークは、有線ネットワークに接続された少なくとも1つのアクセスポイントと一連のワイヤレスクライアントステーションで構成されます。閉鎖空間でワイヤレスネットワークを編成するために、全方向性アンテナを備えた送信機が使用されます。 2.4 GHz帯の電波は、金属補強材を多く含む壁（耐力壁などの鉄筋コンクリート造の壁）を通過できない場合があるため、独自のアクセスポイントを設置する必要があることに注意してください。そのような壁で区切られた部屋で。 IEEE規格に従って動作するアクセスポイントまたはクライアントステーションの送信機から放出される電力は0.1Wを超えませんが、

6、ワイヤレスアクセスポイントの多くのメーカーは、ソフトウェアによってのみ電力を制限しており、電力を0.2〜0.5ワットに上げるだけで十分です。比較のために、携帯電話から放出される電力は1桁高くなっています（通話時、最大2 W）。携帯電話とは異なり、ネットワーク要素は頭から遠く離れているため、一般に、ワイヤレスコンピュータネットワークは、健康の観点から携帯電話よりも安全であると見なすことができます。 IEEE準拠のワイヤレス製品は、物理、SSIDサービスセット識別子、MAC IDメディアアクセス制御ID、および暗号化の4つのセキュリティ層を提供します。多くの組織は、侵入から保護するために追加の暗号化（VPNなど）を使用しています。現時点では、WPA2を解読する主な方法はパスワードの推測であるため、パスワードの推測作業をできるだけ困難にするために、複雑な英数字のパスワードを使用することをお勧めします。WiMAX標準WiMAX（英語のマイクロ波アクセスの世界的な相互運用性）は通信技術です。幅広いデバイス（ワークステーションやラップトップから携帯電話まで）に長距離でユニバーサルワイヤレス通信を提供するために開発されました。ワイヤレスMANとも呼ばれるIEEE標準に基づいています（WiMAXはテクノロジーではなく、ワイヤレスMANが合意されたフォーラムの名前であるため、俗語と見なす必要があります）。 WiMAXは、Wi-Fiアクセスポイントを相互に接続したり、他のインターネットセグメントに接続したりする問題を解決したり、専用回線やxdslの代わりにワイヤレスブロードバンドアクセスを提供したりするのに適しています。 WiMAXを使用すると、Wi-Fiネットワークよりもはるかに広い範囲で、高速でインターネットにアクセスできます。これにより、テクノロジーをバックボーンチャネルとして使用できるようになります。バックボーンチャネルの継続は、従来のリース回線とxdsl回線、およびローカルネットワークです。その結果、このアプローチにより、都市内にスケーラブルな高速ネットワークを作成できます。 WiMAXは、数キロメートルのスペースをカバーする長距離システムであり、通常、ライセンスされたスペクトルを使用して（ただし、ライセンスされていない周波数も可能です）、エンドユーザーにポイントツーポイントのインターネットサービスプロバイダーを提供します。ファミリのさまざまな標準は、モバイル（携帯電話でのデータ送信に類似）から固定（ユーザーのワイヤレス機器が場所にリンクされている有線アクセスの代替）まで、さまざまなタイプのアクセスを提供します。

7 WiMAXとは異なり、Wi-Fiはより短いシステムであり、通常は数十メートルをカバーし、ライセンスのない周波数帯域を使用してネットワークアクセスを提供します。通常、Wi-Fiは、インターネットに接続されていない可能性のある独自のローカルエリアネットワークにアクセスするためにユーザーによって使用されます。 WiMAXをモバイル通信と比較できる場合、Wi-Fiは固定電話（無線電話）のようなものです。 WiMAXとWi-Fiには、まったく異なるサービス品質（QoS）メカニズムがあります。 WiMAXは、ベースステーションとユーザーデバイス間で接続ベースのメカニズムを使用します。各接続は、各接続のQoSパラメータを保証できる特定のスケジューリングアルゴリズムに基づいています。次に、Wi-Fiは、イーサネットで使用されるものと同様のQoSメカニズムを使用します。このメカニズムでは、パケットに異なる優先順位が与えられます。このアプローチは、すべての接続で同じQoSを保証するものではありません。一連の利点はWiMAXファミリ全体に固有のものですが、そのバージョンは互いに大幅に異なります。この規格の開発者は、固定アプリケーションとモバイルアプリケーションの両方に最適なソリューションを探していましたが、すべての要件を1つの規格にまとめることはできませんでした。多くの基本的な要件は同じですが、テクノロジーを異なる市場ニッチにターゲティングすることで、2つの異なるバージョンの標準が作成されました（つまり、2つの異なる標準と見なすことができます）。 WiMAXの各仕様では、動作周波数範囲、帯域幅、放射電力、送信およびアクセス方法、信号のコーディングと変調の方法、無線周波数の再利用の原則、およびその他の指標が定義されています。したがって、IEEEeおよびdバージョンに基づくWiMAXシステムは実質的に互換性がありません。 2つのテクノロジーの主な違いは、固定WiMAXでは静的サブスクライバーのみにサービスを提供できるのに対し、モバイルWiMAXは最大150 km / hの速度で移動するユーザーとの連携に重点を置いていることです。モビリティとは、加入者が移動したときのローミング機能と基地局間の「シームレスな」切り替えの存在を意味します（セルラーネットワークで発生するように）。特定のケースでは、モバイルWiMAXを使用して固定ユーザーにサービスを提供することもできます。モバイルWiMAXの発明により、特殊な携帯電話（通常のモバイルスマートフォンと同様）やコンピューター周辺機器（USBラジオやPCカード）などのモバイルデバイスの開発にますます重点が置かれています。 WiMAXネットワークを使用するための機器は、いくつかのメーカーから提供されており、屋内（通常のxdslモデムのサイズのデバイス）と屋外の両方に設置できます。もちろん、屋内設置用に設計され、専門的な設置スキルを必要としない機器の方が便利ですが、基地局から専門家よりもはるかに短い距離で作業することができます。

8つのインストール済み外部デバイス。したがって、屋内機器は、ネットワークインフラストラクチャの開発にはるかに大きな投資を必要とします。一般に、WiMAXネットワークは、基地局と加入者局、および基地局を相互に、サービスプロバイダーと、インターネットに接続する機器の主要部分で構成されています。 IEEEファミリの標準のネットワークの構造は、従来のGSMネットワークと似ています（基地局は最大数十キロメートルの距離で動作します。設置のために、タワーを構築する必要はなく、屋根に設置できます。駅間の視線の条件に応じて、家の）。 WiMAXは、「ラストマイル」の問題を解決するためと、オフィスおよび地域のネットワークへのネットワークアクセスを提供するための両方に使用されます。基地局を加入者局に接続するために、1.5から11GHzの高周波電波範囲が使用されます。理想的な条件下では、基地局と受信機の間に見通し線を必要とせずに、データレートを最大70Mbpsにすることができます。接続は、10〜66 GHzの周波数範囲を使用して基地局（見通し内）間で確立され、データ交換速度は140 Mbit / sに達する可能性があります。この場合、少なくとも1つの基地局が従来の有線接続を使用してプロバイダーのネットワークに接続されています。ただし、プロバイダーのネットワークに接続されているBSの数が多いほど、データ転送速度とネットワーク全体の信頼性が高くなります。 Bluetooth標準Bluetoothを使用すると、パーソナルコンピュータ（デスクトップ、ハンドヘルド、ラップトップ）、携帯電話、プリンタ、デジタルカメラ、マウス、キーボード、ジョイスティック、ヘッドホン、ヘッドセットなどのデバイス間で、信頼性が高く、安価で、ユビキタスな無線周波数で情報を交換できます。短距離通信。ワイヤレスチャネルを使用すると、これらのデバイスは、部屋が異なっていても、半径1〜200 m以内にある場合（範囲は障害物や干渉に大きく依存します）に通信できます。 AIRcableが約30kmの範囲のHostXRBluetoothアダプターをリリースしたことは注目に値します。 Bluetoothデバイスが連携するには、すべてのデバイスが共通のプロファイルをサポートしている必要があります。プロファイルは、特定のBluetoothデバイスで使用できる機能のコレクションです。 Bluetoothテクノロジは、ライセンスのない（ロシアを除くほとんどすべての）周波数範囲2.4 2.4835GHzに依存しています。この場合、広いガードバンドが使用されます。周波数範囲の下限は2 GHz、上限は3.5GHzです。周波数（スペクトルの中心の位置）は、±75kHzの精度で指定されます。周波数ドリフトはこの間隔に含まれていません。信号コーディングは、2レベルのGFSK（ガウス周波数シフトキーイング）方式に従って実行されます。ロジック0と1は、2つの異なる周波数に対応します。指定された周波数帯で

9は、ホームネットワークを特に対象とした各HomeRF標準HomeRFワイヤレステクノロジーの1MHzの79の無線チャネルを割り当てました。 HomeRFの背後にある主な考え方は、ホームユーザーのニーズは企業ユーザーとは大きく異なるということです。これは、彼らが必要とするソリューションが彼らのために特別に設計されていることを意味します。 HomeRFは、インストールが合理的に簡単で、使いやすく、今日のエンタープライズワイヤレスソリューションよりも手頃な価格のデバイスを提供することにより、この市場のニッチ市場での運用に努めています。 HomeRFは、いくつかの既存の音声およびデータ標準に基づいて構築され、それらを単一のソリューションに統合します。 FHSSを使用して2.4GHzISM帯域で動作します。周波数ホッピングは、1秒間に50〜100回の速度で発生します。干渉の除去は、時間と周波数で信号を分離することによって行われます。 HomeRFは、Bluetoothテクノロジーに基づくパーソナルワイヤレスネットワークで使用されているものと同様の低電力無線送信機を使用します。 2つのテクノロジーの違いは、HomeRFがマルチメディアアプリケーションをより効率的に処理できるようにするSWAP（Standard Wireless Access Protocol）を含む、家庭の消費者市場のみを対象としていることです。送信機は基地局から数メートルの距離で動作し、コンパクトフラッシュカードに組み込むことができます。ZigBeeZigBeeは、IEEE標準に基づく小型の低電力無線送信機を使用する一連の高レベルネットワークプロトコルの名前です。これは標準では、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（WPAN）について説明しています。 ZigBeeは、長いバッテリー寿命と低いデータレートでの高いデータセキュリティを必要とするアプリケーションを対象としています。 ZigBeeテクノロジーの主な機能は、比較的低い消費電力で、単純なワイヤレストポロジ（ポイントツーポイントおよびスター）だけでなく、メッセージの中継とルーティングを備えたメッシュトポロジを備えた複雑なワイヤレスネットワークもサポートすることです。この技術の応用分野は、ワイヤレスセンサーネットワークの構築、住宅および建設中の施設の自動化、個別の診断医療機器の作成、産業用監視および制御システム、ならびに家庭用電化製品およびパーソナルコンピューターの開発です。。

10ブランド名は、ミツバチが巣箱に戻った後の行動に由来しています。 ZigBeeネットワークは、自己組織化ZigBee通信システムの必要性が生じた1998年以来、長いバッテリ寿命と低い伝送速度での高いデータセキュリティを必要とするアプリケーションを対象として検討されてきました。 ZigBeeは、産業、科学、医療（ISMバンド）無線帯域で動作します。ヨーロッパでは868 MHz、米国とオーストラリアでは915 MHz、世界のほとんどの国（世界のほとんどの管轄下）では2.4GHzです。 ZigBeeデバイスはほとんどの場合スリープモードであるため、消費電力が非常に低くなり、バッテリーの寿命が長くなります。 ZigBeeデバイスは15ms以下でウェイクアップ（つまり、スリープからアウェイクに移行）でき、特にBluetoothと比較して、その応答待ち時間は非常に短くなる可能性があります。Bluetoothの場合、スリープからアクティブモードへの移行に起因する待ち時間は通常に達します。 3秒。チップ価格、低コストとテクノロジー採用のスピード、低消費電力、ノイズ耐性などの基準を考慮すると、ZigBeeが現在多くの場合最良の選択であると言えます。 ZigBeeを実装するためのチップは、Texas Instruments、Freescale、Atmel、STMicroelectronics、OKIなどの有名な企業によって製造されています。これにより、このテクノロジーのコンポーネントの低価格が保証されます。 ZigBeeは、建物内の照明システム、産業機器の監視システムなど、多数のノードを備えた制御システム用の低速、低電力のワイヤレスネットワークのニッチを埋めるテクノロジーです。現在、ZigBeeモジュールはかなり利用可能です：TelegesisによってリリースされたETRX2、ETRX3。それらに慣れるために、USBコネクタを備えたコーディネーターモジュールと、温度および光センサー、テストボタンなどを備えたルーターまたはエンドデバイスを操作するように構成できる他の3つのモジュールを含むスターターキットがあります。これが主な基準の比較表です

11表1.1ワイヤレスネットワーク標準の比較特性ZigBeeWi-Fi Bluetooth（IEEE）（IEEE b）（IEEE）周波数帯域2、GHz 2.4-2.483 GHz 2.4-2.483 GHz帯域幅kbps、1スタックサイズプロトコル、kbyte1000以上250を超える連続バッテリー寿命、日数ネットワーク内のノードの最大数動作範囲、mエリアリモート伝送アプリケーション監視の置き換えと接続情報（インターネット、メール、ビデオ）のマルチメディア有線制御表1.1に示す特性は、最適であることを示しています。センサーネットワークの標準はZigBee1.2です。ワイヤレスルーティング方法ルーティングには、単純、固定、および適応の3つのタイプがあります。それらの根本的な違いは、ルート選択の問題を解決するときにトポロジの変更とネットワーク負荷がどの程度考慮されるかにあります。単純なルーティングは、ルートを選択するときに、ネットワークトポロジの変更もその状態（負荷）の変更も考慮されないという点で異なります。指向性パケット送信を提供せず、効率が低くなります。その利点は、ルーティングアルゴリズムの実装が簡単であり、個々の要素に障害が発生した場合にネットワークの安定した動作を保証することです。いくつかの実用的なアプリケーションは、ランダムおよびアバランシェなど、さまざまな単純なルーティングを受け取りました。ランダムルーティングの特徴は、通信ノードからのパケットの送信のために、ランダムに選択された1つの自由方向が選択されることです。パケットはネットワーク上を「さまよって」、有限の確率で宛先に到達します。同時に、パッケージの最適な配信時間も、帯域幅の効率的な使用も保証されません。

12のネットワーク機能。アバランシェルーティング（または：すべての空き発信方向をパケットで埋める）には、パケットがこのノードに到達した場所を除いて、ノードからすべての方向にパケットを送信することが含まれます。これがすべてのノードで発生すると、パケット伝播現象が発生し、ネットワーク帯域幅の使用率が大幅に低下します。これを防ぐには、パッケージのコピーにマークを付け、各ノードで繰り返し通過する重複を破棄する必要があります。この方法の主な利点は、パッケージが送信されるすべての方向の少なくとも1つがそのような時間を提供するため、宛先へのパッケージの最適な配達時間を保証することです。この方法は、パケット配信の時間と信頼性を最小限に抑えるための要件が十分に高い場合に、無負荷のネットワークで使用できます。固定ルーティングは、ルートを選択するときに、ネットワークトポロジの変更が考慮され、その負荷の変更が考慮されないという事実によって特徴付けられます。宛先ノードごとに、最短パスを決定するルートテーブル（ディレクトリ）に従って送信方向が選択されます。ディレクトリはネットワークコントロールセンターで編集されます。これらは新たにコンパイルされ、ネットワークトポロジが変更されたときに変更されます。負荷の変化への適応の欠如は、ネットワークパケットの遅延につながります。固定ルーティングのシングルパスタイプとマルチパスタイプを区別します。 1つ目は、障害や過負荷に対する不安定性に関連する2つのサブスクライバー間でパケットを送信するための単一パスに基づいて構築され、2つ目は、2つのサブスクライバー間のいくつかの可能なパスに基づいており、そこから優先パスが選択されます。固定ルーティングは、トポロジの変更がほとんどなく、パケットのフローが安定しているネットワークで使用されます。アダプティブルーティングはルーティングと呼ばれ、トポロジとネットワークの負荷の両方の変化を考慮して、パケット送信の方向を決定します。アダプティブルーティングにはいくつかの変更があり、ルートを選択するときに使用される情報が異なります。ローカルルーティング、分散ルーティング、集中ルーティング、ハイブリッドルーティングなどの変更が広まっています。ローカルアダプティブルーティングは、特定のノードで利用可能な情報の使用に基づいており、次のものが含まれます。このノードからのパケット送信のすべての方向を定義するルートテーブル。出力通信回線の状態に関するデータ（機能しているか機能していないか）。送信を待機しているパケットのキューの長さ。他の通信ノードのステータスに関する情報は使用されません。ルートテーブルは、パケットが宛先に最短時間で配信されることを保証する最短ルートを定義します。この方法の利点は、最新のノード状態データを使用してルート選択の決定が行われることです。この方法の欠点は、ネットワーク全体のグローバルな状態を考慮せずにルートの選択が実行されるため、その「近視」です。

したがって、混雑したルートに沿ってパケットを送信する危険性は常にあります。分散アダプティブルーティングは、ローカルルーティング用に指定された情報とネットワークネイバーから受信したデータの使用に基づいています。各ノードで、すべての宛先ノードへのルートテーブル（カタログ）が形成され、パケット遅延時間が最小のルートが示されます。ネットワークが起動する前に、この時間はネットワークトポロジに基づいて推定されます。ネットワークの運用中、ノードは定期的に隣接ノードと交換します。これは、ノードの負荷（パケットキューの長さ）を示す、いわゆる遅延テーブルです。遅延テーブルを交換した後、各ノードは遅延を再計算し、受信データとノード自体のキューの長さに基づいてルートを調整します。遅延テーブルは、定期的に交換できるだけでなく、負荷やネットワークトポロジが突然変更された場合に非同期で交換することもできます。ルートを選択するときに隣接ノードの状態を考慮すると、ルーティングアルゴリズムの効率が大幅に向上しますが、これは、サービス情報によるネットワーク負荷を増やすことによって実現されます。さらに、ノードの状態の変化に関する情報はネットワーク全体に比較的ゆっくりと広がるため、ルートの選択はやや古いデータに基づいて行われます。集中型アダプティブルーティングは、各ネットワークノードのルーティング問題がルーティングセンター（RC）で解決されるという事実によって特徴付けられます。各ノードは、その状態（キューの長さと通信回線の操作性）に関するメッセージを定期的に生成し、CMに送信します。これらのデータに基づいて、ルートテーブルが各ノードのCMにコンパイルされます。当然、CMへのメッセージの送信、ルートテーブルの形成と配布-これらはすべて時間遅延に関連しているため、特にネットワークで負荷が波及する場合は、この方法の有効性が失われます。さらに、CMに障害が発生した場合、ネットワーク制御が失われる危険性があります。ハイブリッドアダプティブルーティングは、CMからネットワークノードに送信されるルートテーブルの使用と、ノード内のキューの長さの分析に基づいています。したがって、集中ルーティングとローカルルーティングの原則がここに実装されます。ハイブリッドルーティングは、集中型ルーティング（センターによって生成されたルートがやや時代遅れ）とローカル（近視）の欠点を補い、それらの利点を認識します。センターのルートはネットワークのグローバル状態に対応し、現在の状態を考慮に入れます。ノードのは、問題のタイムリーな解決を保証します。 ..。

14第2章ネットワークシミュレータの概要と比較特性、および最適なシミュレータの選択2.1。ワイヤレスセンサーネットワークのモデリングツールの概要情報通信システムの品質指標を評価するための最も効果的なツールはシミュレーションです。この目的のために、多数のネットワークシミュレータが開発されてきました。それらの中で最も一般的なものを考えてみましょう。NS-2シミュレータNS-2は、有線および無線（モバイル）通信システムの離散イベントシミュレーション用に設計されたオープンソースソフトウェアです。シミュレーターの主な言語はC ++とTcl（ツールコマンド言語）です。 OTCL（Object Tcl）は、シミュレーションの作成に使用されます。プログラムは無料で入手でき、プログラムのWebサイトからダウンロードして、学術目的で使用できます。シミュレータは、多数のプロトコル、ネットワークタイプ、ネットワーク要素、データ送信モデルをサポートしています。アドホックネットワークをシミュレートするために、ルーティングプロトコルAODV、DSDV、DSR、およびTORAがサポートされています。これらのプロトコルでは、モバイルノードと連携する機能を確保するために追加の改良が必要です。 NS-2シミュレータには、IEEE規格を実装したモデルがあります。LR-WPAN（低レート無線パーソナルエリア）モデルのコンポーネントの構造とその主な機能を図2.1に示します。

15図2.1LR-WPAN NS-2モデルのコンポーネント構造モデルの最初のバージョンでは、ZigBeeネットワーク層の基本機能が実装されていましたが、後で一般的なアクセスから除外されました。この規格に完全には準拠していませんでした。この点に関して、現時点では、NS-2に存在するルーティングプロトコルのみを使用することが可能であり、ワイヤレスセンサーネットワークの特性を十分に考慮していません。シミュレータのアプリケーションに関するドキュメントは多くなく、教育文献もほとんどありません。よくある質問のリストを参照して、モデルのソースコードを分析することをお勧めします。 Cooja Simulator Contikiオペレーティングシステム（OS）用のネットワークシミュレーター。ワイヤレスセンサーネットワーク用に特別に設計されており、実際に実装する前に、開発したネットワークの機能を評価できます。 Contikiは、タッチノードなどの低電力デバイス用のポータブルOSです。 Contikiライブラリはシミュレータによってロードおよびコンパイルされ、ネットワークは特定の機能を使用して監視および分析されます。シミュレータはワイヤレスセンサーネットワーク用に設計されていますが、TCP / IPプロトコルスタックもサポートしています。図2.2は、Coojaシミュレータの作業ウィンドウを示しています。

16図2.2CoojaシミュレータウィンドウシミュレータはJava言語を使用してモデルを作成しますが、Cでネットワークデバイス用のプログラムを作成できます。Coojaは拡張可能なシミュレータであり、この目的のために追加のプラグインとインターフェイスが使用されます。インターフェースはセンサーノードのプロパティを記述し、プラグインを使用すると、シミュレーションを形成したり、シミュレーションの速度を制御したり、センサーノード間のトラフィックを監視および制御したりできます。シミュレーターは、複数のネットワークの同時シミュレーションをサポートします。 Coojaシミュレータの機能の1つは、ネットワークレベル、オペレーティングシステムレベル、および命令のマシンコードレベルの3つの異なるレベルでの同時シミュレーションです。 Coojaは元々LinuxおよびWindows / Cygwin用に開発されましたが、後にMacO用のバージョンも登場しました。 TOSSIMシミュレーター（TinyOSシミュレーター）TinyOSは、センサーネットワーク用に特別に設計されたシステムです。これには、nesc言語で記述されたコンポーネントプログラミングモデルがあります。 TinyOSは、従来の意味でのオペレーティングシステムではありません。これは、組み込みシステムと一連のコンポーネントのためのソフトウェア環境です。

17を使用すると、TOSSIMなどの特定のアプリケーションのシミュレーションモデルを作成できます。 TOSSIMシミュレーターは、最大数千ノードの次元のネットワークをシミュレートし、それらを分析して、ネットワークの動作を高精度で予測できます。干渉やエラーの可能性があるネットワークをシミュレートすることにより、シミュレーターは、ネットワーク内のノードのすべての可能な相互作用の単純であると同時に効果的なモデルを作成します。低電力のTinyOSデバイスモデルを説明するシミュレータは、センサーノードの動作を非常に自信を持ってシミュレートし、その特性を説明し、多数の実験を実施します。開発者の便宜のために、TOSSIMはグラフィカルユーザーインターフェイスをサポートし、実行中のシミュレーションモデルのアクションの詳細な視覚化と再現を提供します。 TOSSIMエミュレーターの一般的な特性は次のとおりです。-スケーラビリティシミュレーターは、さまざまな構成の多数のノードで構成されるネットワークモデルをサポートします。開発されたすべてのネットワークの中で最大のTinyOSは約850のノードで構成されており、シミュレーターはそのようなモデルをサポートできます。 -信頼性-シミュレーターは、実際のネットワークで発生する可能性のあるノードのさまざまな相互作用を記述します。 -接続性シミュレーターは、構築アルゴリズムをそのグラフィック表現に接続し、開発者が実際のデバイスで実行する必要のあるプログラムコードをテストしたり、ネットワークをレンダリングしたりできるようにします。 TOSSIMアーキテクチャ（図2.3）は、次の要素で構成されています。 -実際のモートの対応するハードウェアコンポーネントを置き換えるソフトウェアコンポーネントのセット。 -外部プログラムがエミュレーターと対話できるようにする通信機能。

18図2.3TOSSIMエミュレーターのアーキテクチャOMNeT ++シミュレーターこのシミュレーターは、次のようなタスクに使用できる離散イベントに基づくシミュレーションシステムです。-有線および無線通信システムのモデリング。 -シミュレーションプロトコル; -キューイングネットワークのモデリング。 OMNeT ++は、離散イベントに基づいて任意のネットワークをシミュレートするのに適しています。プロセスは、メッセージを交換するオブジェクトの形で便利に表示されます。 OMNeT ++は、シミュレーションモデルにC ++言語を使用します。 NEDの高級言語と組み合わされたシミュレーションモデルは、大きなコンポーネントに組み立てられ、大きなシステムを表します。シミュレータには、モデルを作成して結果をリアルタイムで評価するためのグラフィカルツールがあります。プログラムモデルは、モジュールと呼ばれる多目的コンポーネントから組み立てられます。モジュールは何度も使用でき、LEGOブロックのように組み合わせることができます。モジュールはポートを使用して相互接続され、高水準プログラミング言語NEDを使用して複合モジュールに結合されます。導入されるモジュールの数は無制限です。モジュールは、任意のデータ構造を含むメッセージを渡すことによって通信します。モジュールは送信できます

特定のポートおよびサーバーへの接続または相互の直接接続に関する19のメッセージ。後者は、たとえばワイヤレスネットワークのモデリングに役立ちます。図2.4グラフィカルNEDエディターシミュレーションプロセスは、さまざまなユーザーインターフェイスで実行できます。グラフィカルにアニメーション化されたユーザーインターフェイスは、ネットワークのデモンストレーションとデバッグに便利であり、コマンドラインインターフェイスは変更を加えるのに便利です。 OMNeT ++コンポーネント：1）ルートモデリングライブラリ。 2）Eclipseプラットフォームに基づくOMNeT ++ IDE。 3）実行されたシミュレーションのグラフィカルインターフェイス、実行可能ファイル（Tkenv）へのリンク。 4）シミュレーションを実行するためのコマンドラインユーザーインターフェイス（Cmdenv）。 5）ドキュメント、例。 OMNeT ++は、最も一般的なオペレーティングシステム（Linux、Mac OS / X、Windows）で動作します。

20図2.5NEDソースコードエディタ第3章モデリングツールNS-2とOMNeTの比較分析一般的な比較特性このセクションでは、ソフトウェア製品OMNeT ++とNS-2を使用してワイヤレスのシミュレーションモデルを作成する比較分析を行います。センサーネットワーク（WSS）とそのパラメーターを確認します..。この論文では、NS-2やOMNeT ++などのシミュレーターに多くの注意が払われています。これは、前者の普及率が高く（MobiHoc調査では、ネットワークモデリングにこのシミュレーターを使用する約45％が明らかになった）、 OMNeT ++シミュレーターインターフェイス。 NS-2でのプロトコルの実装が公開されている場合、これらのシミュレータのアーキテクチャが異なるため、OMNeT ++で同じプロトコルを適用することは困難です。分析のために、基準が策定され、設定されました。これに従って、ワイヤレスセンサーネットワークのモデリングの可能性と、シミュレートされたイベントとネットワークで発生する実際のイベントとの対応の両方について、各システムが調査されました。ワイヤレスセンサーネットワークのモデリングにより、理論計算の概算、実際のネットワークで発生するアクションの予測、ネットワーク内のノードの相互作用の説明、新しいプロトコルのテスト、アーキテクチャを最適化するための可能なソリューションの説明が可能になります。

21新しいネットワークソリューションを適用するための特定のトポロジを選択します。表（3.1）は、NS-2シミュレータとOMNeTシミュレータの機能の一般的な比較特性を示しています。結論したがって、OMNeT ++プログラムは、習得が容易なインターフェイスを備え、学術的に無料で使用でき、 ZigBeeネットワーク層。したがって、ワイヤレスセンサーネットワークのモデリングと研究に完全に適しています。さらなる作業のために、私はOMNeT ++プログラムを選択します。 AODVルーティングプロトコルを使用してワイヤレスセンサーネットワークをシミュレートします。

22表3.1NS-2とOMNeT ++の機能の比較特性パラメータNS-2OMNeT ++柔軟性NS-2はOMNeT ++で開発され、シミュレータ、シミュレーションのTCP / IPの柔軟な構造を備えています。したがって、パケットデータコンポーネントが含まれる任意のネットワークでシミュレートされたネットワークをシミュレートするために使用できます。 NS-2は、ノードの表現、メッセージパッシングを通じて厳密に相互作用します。プロトコル、リンク、パケットの表示、ネットワークアドレス。これには利点がありますが、変更を加えることはできません。同期離散イベント離散イベントシステムプラットフォームLinux、FreeBSD、Solaris。 Linux、Unix、Windowsモデリング（Cygwin）Windows（Cygwin）サポートフロー監視グラフィカルシミュレーションシミュレーションのフローの監視、C ++でのインターフェイス開発とトポロジ定義、分析とシミュレーション結果ドキュメントドキュメントNS-2 OMNeT ++が断片化され、利用可能な教育文献マニュアル、トレーニング文献、ビデオチュートリアルはほとんどありません。スケーラビリティNS-2には、大規模ネットワークをサポートするためのOMNeT ++がありません。シミュレーションシミュレータには大規模なネットワークがありません。使用するコンピュータのハードウェアモデルの機能において、アプリケーションモデルとプロトコルの提供のみを制限する

23 3.3 AODVルーティングプロトコルAODV（アドホックオンデマンド距離ベクトル）は、モバイルアドホックネットワーク用の動的ルーティングプロトコルです。このプロトコルにより、モバイルノードは新しい方向へのルートをすばやく確立でき、ノードが非アクティブなルートをメモリに保存する必要がありません。 AODVプロトコルは、ネットワークが失われた場合のタイムリーな再ルーティングを保証します。特徴的な機能は、ルートを更新するときにシーケンス番号を割り当てることです。連続番号が最も大きいルートが優先されます。 AODVプロトコルは、ルート作成要求（RREQ）、応答メッセージ（RREP）、およびエラーメッセージ（PERR）のメッセージタイプによって定義されます。プロトコル操作について、以下に説明します。ノードがデータを送信する必要がある場合、送信ルートを作成するためにRREQを送信します。ルートの決定は、リクエストが受信者に直接、または中間ノードを介して到達した場合に発生します。ルートは、要求側ノードがRREP応答メッセージを受信した場合に作成されます。応答メッセージは厳密に要求ノードに送信され、ネットワーク全体には送信されません（図3.1）。ノードは、アクティブなルートリンクも監視します。リンクが切断されると、RERRエラーメッセージが送信され、他のノードにリンクの切断が通知されます。このメッセージは、この方向へのデータ送信が不可能であり、新しいルートが必要であることを示しています。図3.1ルートの確立AODVはルーティングプロトコルであるため、ルーティングテーブルがあります。このようなテーブルは、一時的な短いルート用にも作成されます。このテーブルには、次のフィールドが含まれています。 -受信者のシリアル番号。 -現在のシリアル番号に関するメモ。

24-ルートの状態に関するメモ（アクティブ、動作不能、復元、復元）。 -再送信の数（宛先に到達するために必要な再送信の数）。 -ルート期間。 AODVプロトコルは、10〜1,000ノードのサイズのモバイルアドホックネットワーク用に設計されており、低、中、高のデータレート、およびさまざまなレベルのデータトラフィックで動作できます。 AODVプロトコルは、トランスポートプロトコルとしてUDPを使用してアプリケーション層で動作します。ノードが適切な要求を送信せずにRREP応答を受信するのは正常であり、受信ノードはそれを処理する必要があります。このプロトコルの利点は、データがすでに確立されたルートに沿って送信されるときに追加のトラフィックが作成されないことと、大量のメモリも必要とされないことです。プロトコルの欠点には、最初にルートを作成するのに時間がかかるという事実が含まれます。

25 3.4NS-2でのAODVプロトコルおよびNS-2でのOMNeTAODVモデルの動作のモデリング。図3.2NS-2アーキテクチャこの図は、NS-2がTCL、OTCL、TCLCL、イベントスケジューラ、およびネットワークコンポーネントで構成されていることを示しています。 TCL（Tool Command Language）は、NS-2でさまざまなシミュレーションシナリオを作成するために使用されます。 OTCLは制御言語として位置付けられており、その目的はモデリング環境を構築することです。 TCLCLは、TClとC ++で記述されたシミュレーションスクリプトの組み合わせとして機能します。まず、NS2は、C ++で実装されたさまざまなネットワークコンポーネントとイベントスケジューラのモデルを調整するシミュレータです。ネットワークモデルを作成するために、OTCLはTCLで記述されたシミュレーションスクリプトとOTCLで生成されたシミュレーションプログラムでC ++ファイルを使用します。図3.3モデルを作成する手順

26この図は、NS-2でシミュレーションを実行する方法を示しています。まず、シミュレーションスクリプトを含むスクリプトを作成し、必要なパラメータを入力します。シミュレーションスクリプトは、使用されるプロトコル、エネルギー管理、物理層データなどのパラメータを含むTCLファイルです。これらのパラメータは、C ++のオブジェクト指向拡張機能を使用してNS-2で作成されます。この場合、シミュレーションシナリオのルーティングプロトコルとしてAODVプロトコルを使用します。 AODVプロトコルは、NS-2ディレクトリにあるC ++ファイルです。このC ++ファイルでは、AODVプロトコルがOTCLシミュレーションシナリオにリンクされています。OMNeT++ OMNeT ++のAODVモデルはモジュラー構造であり、そのアーキテクチャを図3.4に示します。モデリングコンポーネントライブラリは、C ++で記述された単純なモジュールと複雑なモジュールで構成されています。単純なモジュールは、LEGOブロックのような複合グループに結合され、OMNeT ++オブジェクトを作成します。プログラムにはさまざまな構造のモジュールの既製のライブラリがあるため、このプロパティは非常に便利です。図3.5OMNeT ++モジュールシミュレーションは、ユーザーインターフェイスライブラリ（envir、Cmdenv、Tkenv）によって提供される環境で実行されます。環境は、シミュレーションモデルのデータ入力、出力、デバッグ、レンダリング、およびアニメーションのプロセスを制御します。

27 OMNeT ++では、AODVプロトコルがシミュレーションコンポーネントライブラリに実装され、NEDファイルがモジュールとサブモジュールを作成します。図3.6NEDでのモデルの作成シミュレーションが作成されるのはNEDファイルであり、これに基づいてINIファイルが構成され、ネットワークパラメータやシミュレーション時間などが設定されます。図3.7ネットワークシミュレーションを作成するための詳細なプロセス

28 OMNeT ++およびNS2でのAODVプロトコルの実装は、同じシミュレーションシナリオを使用して評価されます。第4章無線通信システムにおけるルーティングモデルの開発とソフトウェア実装4.1ネットワークシミュレーションネットワークシミュレーションシナリオには以下が含まれます。 1.ルーター-データ送信を実行し、パケットをルーティングします。 2.コーディネーターがネットワークを形成し、デバイスをネットワークに接続する際の設定を行います。 3.モジュールのノードは、バッテリー駆動の端末デバイスです。ノードはコントローラーまたはセンサーです。ネットワーク内のノードの数は、特定のアプリケーションのニーズに応じて設計されています。図4.1シミュレーションシナリオの視覚化ルーターとコーディネーターの仕事は、ネットワーク上のホスト間の接続を確立することです。シミュレーションは、7つの異なるタイムスロットに対して一定の速度で実行されます。

29表4.1パラメータパラメータ値ノード数50時間間隔0、20、40、80、120、160、200秒速度20 m /秒シミュレーション時間200秒。 AODVプロトコルのモデリングは、表4.1に記載されているパラメーターに従って実行されます。図4.2ネットワークのグラフ表示シミュレーションの結果に基づいて、取得したデータを分析し、比較グラフにまとめます。

30図4.3NS-2およびOMNeT ++のPDR図4.3は、2つのシミュレータから得られたパケット整合性配信率（PDR）を示しています。 PDR比はすべての点で類似していることがわかります。しかし、異なる時間間隔でPDR値を検討すると、OMNeT ++によって最小値が達成されることがわかります。図4.4は、2つのシミュレータを使用して得られたスループット調査の結果を示しています。図4.4NS-2とOMNeT ++のスループット結果のシミュレーションと分析を実行する際に、OMNeT ++とNS-2の内部構造が考慮されました。ソースコードを含めてシミュレーターを分析したところ、実装に違いが見られました。つまり、あるシミュレーターのシミュレーションシナリオを別のシミュレーターで再現することは不可能です。同じパラメータを選択した場合でも、OMNeT ++とNS-2で異なる結果が得られることも示されました。

31これは、シミュレーション中のシミュレーターの違いによるものです。ソフトウェアのインストールと構成オペレーティングシステム要件OMNET ++およびMiXiMを正しく操作するには、次のシステム要件を考慮する必要があります。サポートされるプラットフォーム：Windows 7、8およびXP; Mac OS X 10.7、10.8および10.9; Linuxディストリビューション。 OMNET ++ソフトウェアのダウンロードは、Webサイトからダウンロードできます。MiXiMは、次のリンクからダウンロードできます。ソフトウェアのインストールと構成OMNET ++をインストールするには、omnetpp-4.5-src.tgzアーカイブを目的のディレクトリにコピーし、ファイル。フォルダ内のmingwenv.cmdファイルを見つけて実行します。 OMNET ++をインストールするには、次のコマンドを入力します。$。/構成図4.5 OMNET ++のインストール

32インストールが完了したら、OMNET ++をコンパイルする必要があります。次のコマンドを入力します。$ make Figure OMNET ++インストールファイルのコンパイルOMNET ++を起動するには、ターミナルで次のコマンドを入力します。$ omnetpp

33図OMNET ++の作業ウィンドウMiXiMをインストールするには、ファイルをOMNeT ++にインポートする必要があります。メニューで、[ファイル]> [インポート]> [一般]> [既存のプロジェクトをワークスペースに]を選択します。次に、[次へ]をクリックします。表示されるウィンドウで、MiXiMインストールファイルのあるディレクトリを選択します。プロジェクトをワークスペースにコピーするチェックボックスを必ずオンにしてください。次に、[完了]をクリックします。図MiXiM4.3のインストールワイヤレスモデルのソフトウェア実装

34 OMNeT ++のMiXiMは、モバイルおよび固定ワイヤレスネットワーク（ワイヤレスセンサーネットワーク、ウェアラブルコンピューターネットワーク、アドホックネットワーク、トランスポートネットワークなど）用に設計されたシミュレーション環境です。グラフィックエディタOMNET ++では、MiXiMシミュレーション環境は次のように表示されます。センサーネットワークのシミュレーションに直接適用される機能について説明します。 MiXiMクラスのAPIの構造：a）モジュールは、機能ごとにグループ化された最も重要なクラスです。1）appllayerアプリケーションレベルのモジュール。 2）ネットワーク層ネットワーク層モジュール。 3）NICネットワークインターフェイス。 4）ホストモビリティをサポートするモビリティモジュール。 5）utilsユーティリティ; 6）ベースベースモジュールMiXiM; 7）数学的マッピングのマッピング。 8）MiXiMに実装されているさまざまなプロトコルのプロトコルクラス。 9）消費電力 b）クラス：sensorappllayerテストアプリケーションレベルのクラス。次の引数が含まれます。1）パケット：アプリケーションで送信するパケットの数。 2）トラフィックタイプ：2つのパケットの生成間の時間間隔（値は周期的、指数関数的です）; 3）trafficparam：traffictypeのパラメーター。図4.9センサーアプリケーションレイヤーのスキームc）モビリティ：ランダムな動きを実行するモバイルモデル（モタ）のMassMobiltyの説明

35。ネットワークをシミュレートするには、新しいプロジェクトを作成する必要があります。メニューから[ファイル]> [新規]> [新しいOMNeT ++プロジェクト]を選択します。図4.10新しいプロジェクトの作成[次へ]を押します。次のウィンドウで、MiXiMツールを使用してフォルダーを選択します。図4.11MiXiMツールセンサーネットワークのパラメーターに従って設定を行います。

36図4.12センサーネットワークモデルの設定構成ファイルはセクションで始まります。これは、すべてのシナリオの一般的なパラメーターを提供します。ネットワークをモデル化する前に、次のパラメータを決定する必要があります。-ステーションの数（numnodes）。 -シミュレーション時間（sim-time-limit）; -リンク層プロトコルの設定。シミュレーションは、10台のデバイス（numnodes = 10）に対して60分間（sim-timelimit = 60分）実行されます。すべてのデバイスは、リンク層プロトコルとしてIEEEプロトコルを使用します（mixim.modules.node.host802154a;）。この場合、可動センサーがシミュレートされるため、Mass Mobilityパラメーターを選択します（付録1）。グラフィカルモードでは、初期時間t = 0でのネットワークトポロジは次のようになります。

37図4.13ネットワークトポロジ図開始点でのネットワークトポロジ（シミュレーションを開始する前）シミュレーション中、トポロジは定期的に変化します。これは、オブジェクトの移動に関連しています。異なる時間に、センサーはそれらの位置を変更します。

38図4.1515分でのセンサーの位置図4.1642分でのセンサーの位置静止センサーのシミュレーションも、10台のデバイス（numnodes = 10）で60分間（sim-timelimit = 60分）実行されます。すべてのデバイスは、リンク層プロトコルとしてIEEEプロトコルを使用します（mixim.modules.node.host802154a;）。この場合、静止センサーがモデル化されているため、「Stationarymobility」パラメーターを選択します（付録2）。グラフィカルモードでは、ネットワークトポロジは次のようになります。

39図4.17ネットワークのグラフ表示図4.18ネットワークトポロジしたがって、固定センサーとモバイルセンサーをシミュレートしました。比較特性の実行を容易にするために、センサーは同じ寸法の部屋に配置されています。センサーネットワークのセンサーの設定が行われました。すべてのデバイスは、データリンクプロトコルとしてIEEEプロトコルを使用します。シミュレーションは1時間の間に10個のセンサーに対して実行されました。 MiXiMツールを使用してワイヤレスセンサーネットワークを作成しました。

40図4.19のフローチャートは、MiXiM環境でワイヤレスネットワークのシミュレーションがどのように実行されたかを示しています。図4.19システム操作の構造第5章得られた結果の分析5.1。ネットワーク遅延の分析シミュレーションの結果を受け取ったら、ネットワークの状態の分析に進みましょう。シミュレーションの結果を含むファイルを取得するには、[ファイル]> [新規]> [分析ファイル]を選択します。たとえば考えてみてください

41レイテンシー期間。 ZigBeeネットワークの遅延はネットワークトポロジに依存し、現在の干渉レベルとトラフィック強度に応じて大幅に変化する可能性があります。 OMNeT ++では、受信したデータを分析するときに、ノードの最小および最大遅延が表示されます。表5.1ノードのレイテンシー（レイテンシー）表5.2ノードのレイテンシー（レイテンシー）OMNeT ++を使用したデータのグラフィカル表示：

42図5.1-固定センサーの最小遅延図5.2固定センサーの最大遅延

43図5.3モバイルセンサーの最小遅延図5.4モバイルセンサーの最大遅延

図5.5固定センサーとモバイルセンサーを使用した場合の最大遅延したがって、さまざまな時点で、センサーは互いに非常に近く、支障なくメッセージを送信することも、離れた距離にあり、長い遅延でメッセージを送信することもできます。。同様の例を図5.6に示します。

455.2。ネットワーク上のノードでの標準偏差同じ範囲で動作しているデバイスは、ライセンスのない範囲での干渉や伝送の偏差の原因となる可能性があります。これらのタイプのRFデバイスを使用すると、再送信が原因で、またデバイスがメディアアクセスをめぐって競合するため、ワイヤレス帯域幅が大幅に減少します。そのため、ネットワークの計画と展開に注意深く取り組み、展開されたネットワークに干渉する可能性のある他のデバイスを考慮する必要があります。 ZigBeeの問題は、WiFiデバイスも2.4Hz帯域で動作し、ZigBeeトラフィックを使用するWiFiトラフィックが相互に干渉する可能性があることです。 ZigBeeのもう1つの問題は、アドバタイズされた速度が250 kbpsの場合、ネットワークの無線チャネルの速度が固定されているにもかかわらず、実際の速度がはるかに遅いことです。これは、ネットワークノード間のネットワーク相互作用とその結果としてのパケットの確認応答の遅延中に発生します。さらに、スタックの下位レベルでのデータの処理にも時間がかかります。ネットワーク遅延の標準偏差（stddev）を考慮してください。標準（二乗平均平方根）偏差は、その平均値に対する確率変数の値の広がりを示します。拡散が大きいほど、トラフィックの管理が難しくなります（正しい順序でパケットを受信し、パケットの重複を回避します）。表5.3ノードの標準偏差固定センサーモバイルセンサーノード= 00.94ノード= 00ノード= 10ノード= 10.31ノード= 20ノード= 20.46ノード= 31.58ノード= 3 0、99ノード= 40ノード= 40ノード= 51.42ノード= 50.79ノード= 61.85ノード= 60.29ノード= 71.98ノード= 70ノード= 81.24ノード= 80.35ノード= 91.58ノード= 9 0.41得られたヒストグラムから、次のことがわかります。固定センサーの場合はノード1、2、4、モバイルセンサーの場合は0、4、7はデータを受信しなかったため、これらのノードの偏差は100％です。

46便宜上、データをグラフで表しています。図5.7固定センサーを使用した場合の標準偏差図5.8モバイルセンサーを使用した場合の標準偏差

47図5.9固定センサーとモバイルセンサーの標準偏差5.3ネットワークでのパケット送信ZigBeeネットワークで送信されるパケットの形式：データパケット（データ送信に使用）。確認パケット（データ送信が成功したことを確認するために使用されます）; MACコマンドパケット（制御MACコマンドの転送を整理するために使用されます）。信号パケット（同期アクセスを編成するためにコーディネーターによって使用されます）。パケットの送信シーケンスを制御するために、番号付け（データシーケンス番号）が使用され、フレームシーケンスのチェックサムにより、エラーのない送信が保証されます（フレームチェックシーケンス-FCS）。確認パケットは、データパケットのエラーのない送信が成功したことについて、受信者から送信者にフィードバックを提供します。 MACコマンドパッケージは、ネットワークデバイスのリモート制御と構成に必要です。ネットワークコーディネーターが、ネットワークサイズに関係なく、すべてのネットワークスレーブを個別に構成できるようにします。シグナリングパケットは、同期パケットを受信している間のみアクティブになるため、エンドデバイスをアクティブにするために必要です。

48表5.4受信パケット数固定センサーモバイルセンサーノード= 018ノード= 00ノード= 10ノード= 19ノード= 20ノード= 29ノード= 316ノード= 36ノード= 40ノード= 4 0ノード= 517ノード= 56ノード= 616ノード= 69ノード= 716ノード= 71ノード= 817ノード= 83ノード= 917ノード= 99図5.10固定センサーが受信したパケット数

図5.11モバイルセンサーが受信したパケット数受信したデータからわかるように、各ノードは、固定センサー（モバイルセンサーの場合、これは8パケット）を使用して、1期間あたり平均15パケットを受信しました。送信されたすべてのパケットが受信者に到達したわけではなく、一部が失われました。これらの図は、モバイルセンサーの損失の確率が固定センサーの2倍であることを示しています。これは、ネットワークデータスループットの低下、一時的な中断またはワイヤレス接続の完全な切断、センサーの誤った動作など、さまざまな要因が原因です。比較データを明確に示すために、それらを1つのグラフにまとめましょう。図5.12固定センサーとモバイルセンサーを使用した場合のパケットの受信

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序章

ワイヤレスセンサーネットワーク-無線チャネルによって相互接続された、分散型の多くのセンサー（センサー）とアクチュエーター。このようなネットワークのカバレッジエリアは、ある要素から別の要素にメッセージを中継する機能があるため、数メートルから数キロメートルの範囲になる可能性があります。

ワイヤレスセンサーネットワークの主な機能は次のとおりです。 自己組織化と動作条件の変化への適応性したがって、施設にネットワークを展開し、運用中にその後のメンテナンスを行う場合は、最小限のコストが必要です。

ショートストーリー

センサーネットワークの最初のプロトタイプの1つは、潜水艦の検出と識別のために設計されたSOSUSシステムと見なすことができます。 1990年代半ばに、ワイヤレスセンサーネットワーク技術が活発に開発され始め、2000年代初頭に、マイクロエレクトロニクスの開発により、そのようなデバイス用のかなり安価な要素ベースを作成することが可能になりました。 2010年代初頭のワイヤレスネットワークは、ほとんどが標準に基づいています。

予定

主な目的は、分散型自己組織化ネットワークを介してノード間でデータを交換するだけでなく、センサー（温度、圧力、湿度、放射レベル、音響振動）から中央ノードに送信された情報（主にデータ）を収集することです。その後の分析または処理の目的。

市場におけるワイヤレスセンサーネットワークの需要は、都市の人が時間の最大90％を費やす家庭、オフィス、産業施設などのオブジェクトの知的化の概念、およびサイバネティックファクトリー（完全にロボットを装備）を作成し、その主なタスクは実装することです APCSレベルのワイヤレステクノロジー.

センサーネットワークテクノロジーは、最も広範囲の産業用監視および制御タスクを解決するように設計されており、他の既存の無線および有線システムに比べて次の否定できない利点があります。

既存の運用施設にセンサーを設置する機能 有線ネットワークの敷設に関する追加作業なし;
低価格個別の制御要素。
低価格システムの設置、試運転、および保守。
ワイヤレスデバイスの配置に関する最小限の制限。
高い弾力性センサーネットワーク全体。

説明

ワイヤレスノードのハードウェアとそれらの間のネットワークプロトコルは、自律型電源で長いシステム寿命を保証するために電力が最適化されています。動作モードによっては、ノードの寿命が数年に達する場合があります。

センサーネットワークの各ノードには、通常、さまざまな環境制御センサー（またはセンサー自体）、マイクロコントローラー、無線トランシーバー、および自律電源または外部電源からのデータ用の入力/出力ポートが含まれています。これにより、デバイスは測定結果を受信し、初期データ処理を実行し、外部情報システムとの通信を維持することができます。マイクロコントローラーは、インテリジェントな分散データ処理を実装するために使用できます。インテリジェントワイヤレスセンサーネットワークでは、デバイスはローカルレベルで情報を交換し、それを分析して、生データではなく、処理された情報を特定の深さまで送信することができます。これにより、ネットワーク帯域幅の要件が大幅に削減され、スケーラビリティが向上し、システムの寿命が延びます。ただし、ネットワークに「インテリジェンス」を追加するには、適用される問題の特性を考慮する必要があるため、このアプローチは、原則として、カスタムの高度に専門化されたシステムを開発する場合に効果的です。

したがって鍵センサーネットワークの機能は次のとおりです。

情報伝送ネットワークの自己組織化の能力とそのデバイス数への適応。
ある要素から別の要素にメッセージを中継する機能。
各要素にセンサーを配置する可能性。
長いバッテリー寿命（1年以上）

今日、ワイヤレスセンサーネットワークのテクノロジーは、デバイスのバッテリー寿命、デバイスの信頼性、各デバイスの自動または半自動構成、機能の要件に不可欠な監視および制御タスクを解決するために使用できる唯一のテクノロジーです。ネットワークにデバイスを簡単に追加またはネットワークから除外し、システムの低コストで壁や天井を介して信号を配信します。また、「センサーネットワーク」として知られる中継短距離無線通信の技術は、産業用監視およびリソースとプロセス管理のための自己組織化フォールトトレラント分散システムの開発における現代のトレンドの1つです。

分散型センサーネットワーク

ワイヤレスセンサーネットワークとは何ですか？

センサーと受信デバイス

ワイヤレスセンサーネットワークは、と呼ばれるノードから構築されます モート (モテ）-周波数で無線通信を行うバッテリーとマイクロチップを搭載した小型のスタンドアロンデバイス-たとえば、2.4GHz。特別なソフトウェアを使用すると、motは分散ネットワークに編成され、相互に通信し、ポーリングして、通常100メートルを超えない距離にある最も近いノードとデータを交換できます。

英文学では、そのようなネットワークはと呼ばれています ワイヤレスセンサーネットワーク（WSN）は、地理的に分散した自律型デバイスで構成されたワイヤレスネットワークであり、センサーを使用してさまざまな領域の物理的または環境的状態を共同で監視します。

温度、音、振動、圧力、物体や空気の動きなどのパラメータを測定できます。ワイヤレスセンサーネットワークの開発は、もともと戦場の監視などの軍事タスクによって動機付けられました。ワイヤレスセンサーネットワークは、現在、産業および環境の監視、ヘルスケア、物体の動きの制御など、民間人の生活の多くの分野でますます使用されています。応用分野はますます広がっています。

仕事の基本原則

3レベルのネットワーク図。センサーとゲートウェイの第1レベル。サーバーの第2レベル。第3レベルのシンクライアント

ネットワーク上の各ノード： mot無線トランシーバーまたはその他の無線通信デバイス、小型マイクロコントローラー、および電源（通常はバッテリー）が装備されています。ソーラーパネルまたは他の代替エネルギー源の使用が可能です

離れた要素からのデータは、無線チャネルを介して、ノードからノードに最も近い要素間のネットワークを介して送信されます。その結果、データパケットは最も近い携帯電話からゲートウェイに送信されます。ゲートウェイは、原則としてUSBケーブルでサーバーに接続されています。サーバー上で-収集されたデータは処理、保存され、WEBシェルを介して多数のユーザーがアクセスできます。

センサーノードのコストは、センサーネットワークのサイズとその複雑さに応じて、数百ドルから数セントまでさまざまです。

ハードウェアと標準

USBケーブルでラップトップに接続されたゲートウェイ（2個）。ラップトップはUTP経由でインターネットに接続され、サーバーとして機能します

無線アンテナ付きセンサー

ワイヤレスホストハードウェアとホスト間ネットワークプロトコルは、スタンドアロン電源でシステムの寿命を延ばすために電力が最適化されています。動作モードによっては、ノードの寿命が数年に達する場合があります。

現在、ワイヤレスセンサーネットワーク向けに多くの規格が承認されているか、開発中です。 ZigBeeは、産業用制御、組み込みセンシング、医療データ収集、ビルディングオートメーションなどの使用のために設計された標準です。 Zigbeeの開発は、大規模な産業企業のコンソーシアムによって促進されています。

WirelessHARTは、産業オートメーション用のHARTプロトコルの拡張です。 WirelessHARTは、2007年6月にHART CommunicationsFoundationによって承認されたHART7仕様の一部として共通のHARTプロトコルに追加されました。
6lowpanはネットワーク層の宣言された標準ですが、まだ採用されていません。
ISA100は、WSNテクノロジーに参入するための別の取り組みですが、その分野でフィードバック制御をより広く組み込むように構築されています。 ANSI規格に基づくISA100の実装は、2008年末までに完了する予定です。

WirelessHART、ISA100、ZigBee、およびそれらはすべて同じ標準に基づいています：IEEE802.15.4-2005。

ワイヤレスセンサーネットワークソフトウェア

オペレーティング・システム

ワイヤレスセンサーネットワークのオペレーティングシステムは、センサーネットワークハードウェアのリソースが限られているため、一般的なオペレーティングシステムほど複雑ではありません。このため、オペレーティングシステムでユーザーインターフェイスのサポートを有効にする必要はありません。

ワイヤレスセンサーネットワークハードウェアは従来の組み込みシステムと変わらないため、組み込みオペレーティングシステムをセンサーネットワークに使用できます

視覚化アプリケーション

測定結果の視覚化およびレポート生成ソフトウェアMoteViewv1.1

ワイヤレスセンサーネットワークからのデータは通常、中央基地局にデジタルデータとして保存されます。 TosGUI MonSense、GNSなど、これらの大量のデータを簡単に表示できるようにするための多くの標準プログラムがあります。さらに、Open Consortium（OGC）は、メタデータのエンコードの相互運用性と相互運用性の標準を指定しているため、誰でもWebブラウザーを介してワイヤレスセンサーネットワークをリアルタイムで監視または制御できます。

ワイヤレスセンサーネットワークのノードからのデータを処理するために、プログラムを使用してデータの表示と評価を容易にします。これらのプログラムの1つがMoteViewです。このプログラムを使用すると、データをリアルタイムで表示して分析し、あらゆる種類のグラフを作成し、さまざまなセクションでレポートを発行できます。

使用する利点

電源とデータ伝送のためにケーブルを敷設する必要はありません。
システムのコンポーネント、インストール、試運転、およびメンテナンスの低コスト。
迅速で簡単なネットワーク展開。
個々のノードまたはコンポーネントに障害が発生した場合の、システム全体の信頼性とフォールトトレランス。
施設自体の運用を妨げることなく、任意の施設でネットワークを実装および変更する機能
システム全体の迅速かつ、必要に応じて隠蔽されたインストールの可能性。

各センサーはビールのキャップのサイズであり（ただし、将来的には数百分の1に縮小される可能性があります）、プロセッサ、メモリ、および無線送信機が含まれています。このようなカバーはどの領域にも散在する可能性があり、それら自体が相互に通信を確立し、単一のワイヤレスネットワークを形成し、最も近いコンピューターにデータを送信し始めます。

センサーはワイヤレスネットワークに接続されており、動き、光、温度、圧力、湿度などの環境パラメーターを追跡できます。センサーはチェーンに沿って隣人から隣人に情報を送信するため、非常に広い領域で監視を実行できます。このテクノロジーにより、バッテリーを交換することなく、何年も（何十年も）作業することができます。センサーネットワークはコンピューターにとって普遍的な感覚であり、センサーを備えた世界中のすべての物体をコンピューターで認識することができます。将来的には、数十億のセンサーのそれぞれがIPアドレスを受け取り、グローバルセンサーネットワークのようなものを形成する可能性さえあります。これまでのところ、軍と業界だけがセンサーネットワークの機能に関心を持っています。センサーネットワーキング市場の調査を専門とするONWorldの最新レポートによると、今年は市場が活況を呈しています。今年のもう1つの注目すべきイベントは、世界初のシングルチップZigBeeシステム（Ember製）のリリースでした。 ON Worldが調査した米国の大手産業企業のうち、約29％がすでにセンサーネットワークを使用しており、別の40％が18か月以内にセンサーネットワークを展開する予定です。センサーネットワークを作成および維持するために、100を超える商業企業がアメリカに誕生しました。

今年の終わりまでに、地球上のセンサーの数は100万を超えるでしょう。現在、ネットワークの数だけでなく、そのサイズも増えています。初めて、25,000ノード用のネットワークを含む1000ノードを超える複数のネットワークが作成され、正常に運用されました。

出典：Web PLANET

アプリケーション

WSNのアプリケーションは多種多様です。これらは、有線センサーを使用して監視するのが困難または高価なデータを監視するために、商用および産業用システムで使用されます。 WSNは、電源を交換することなく、何年も使用できる到達困難な領域（環境モニタリング）で使用できます。彼らは保護されたオブジェクトの違反者の行動を制御することができます

WSNは、監視、追跡、および制御にも使用されます。ここにいくつかのアプリケーションがあります：

大きな森林や泥炭地からの煙の監視と火災の検出
ロシア連邦の構成組織の管理の危機センターのための追加情報源
潜在的な張力の地震学的検出
軍事観測
セキュリティシステムにおける物体の動きの音響検出。
宇宙と環境の環境モニタリング
産業プロセスの監視、MESシステムでの使用
医療モニタリング

ビルディングオートメーション：

	温度、空気消費量、人の存在の監視、および微気候を維持するための機器の制御。
	照明制御;
	電源管理;
	ガス、水、電気などのアパートのメーターからの読み取り値の収集。
	セキュリティと火災警報;
	建物や構造物のベアリング構造の状態の監視。

産業自動化：

	産業機器のリモートコントロールと診断。
	現在の状態に応じた機器のメンテナンス（安全マージンを予測）。
	生産プロセスの監視;

キーフォブからベビーカーまで、何億もの半導体センサーが可能なすべてのものに統合される日がすでに近づいています。そして、それらすべてがインテリジェントセンサーとして機能するだけでなく、一次情報処理を実行し、相互作用して単一のワイヤレスセンサーネットワークを形成することもできます。同時に、内蔵のミニチュアバッテリーは数年間、つまりセンサーの寿命全体にわたって持続するため、このようなセンサーは実質的に電力を消費しません。これは、ワイヤレスセンサーネットワークを使用して動作する、概念的に新しいタイプのコンピューターシステムになります。このネットワークは、一般にアドホックワイヤレスセンサーネットワークと呼ばれます。アドホックという用語は、IEEE802.11b標準などの最新のワイヤレスネットワークから借用されています。これらのワイヤレスネットワークには、インフラストラクチャモードとアドホックモードの2つの通信モードがあります。インフラストラクチャモードでは、ネットワークのノードは相互に直接相互作用するのではなく、ワイヤレスネットワークの一種のハブとして機能するアクセスポイントを介して相互作用します（従来のケーブルネットワークで発生するのと同様）。ピアツーピアとも呼ばれるアドホックモードでは、ステーションは相互に直接通信します。したがって、ワイヤレスセンサーネットワークでは、アドホックモードとは、すべてのセンサーが互いに直接相互作用し、一種のセルラーネットワークを作成することを意味します。

ワイヤレスセンサーネットワークは、コンピューターが物理的な世界に直接接続され、ユーザーの欲求を推測し、ユーザーの意思決定を行うことができるようになる、次の時代への一種の一歩です。
そのようなセンサーネットワークが将来私たちに何をもたらすかについて少し夢見てみましょう。赤ちゃんの呼吸を聞いているベビーベッドを想像してみてください。クリニックの患者の状態を監視するブレスレット。煙探知器は、必要に応じて消防士に電話をかけるだけでなく、火災の発生源と火災の複雑さについて事前に知らせることができます。電子機器はお互いを認識できるようになり、電源は「リフレッシュ」する必要があることを通知します。

森の中でネットワーク化された数十万のセンサーセンサーを想像してみてください。このような森では、人の動きをセンサーで記録・分析するため、迷子になることはありません。別の例は、土壌の状態を監視し、変化する状態に応じて、灌漑と施肥量を調整するように調整された現場のセンサーです。
道路上のセンサーネットワークも同様に役立ちます。お互いにコミュニケーションをとることで、車の流れを調整することができます。これはどんなドライバーの夢でもあります-渋滞のない道路です！このようなネットワークは、どの機関よりもはるかに効率的にこのタスクに対処できるようになります。制御問題
道路上の違反はそれ自体で解決されます。

電力管理にセンサーネットワークを使用すると、信じられないほどのエネルギー節約が実現します。あなたのアパートのそのような制御ネットワークを想像してみてください。あなたの位置を追跡することにより、センサーはあなたの後ろのライトをオフにし、必要に応じてそれをオンにすることができます。そうですね、このようなネットワークを使って街路や道路の照明を制御すれば、電気不足の問題は自然に解消されます。センサーネットワークを明日実現するために、今日、この方向での研究が行われています。そして、この分野のリーダーは、将来のすべての高度なコンピューティングテクノロジーをサポートするIntelCorporationです。必要に応じて自己自動の形成と構成が可能なワイヤレスマルチノードセンサーネットワークの開発に特に注意が払われています。このテクノロジーの実装により、安価でありながら非常に複雑な半導体センサーデバイスのネットワークを展開できるようになります。これらのデバイスは、環境の特定の変化を報告しながら、相互に独立して通信を確立できます。たとえば、Micaセンサーには、128キロバイトのフラッシュメモリソフトウェア、データストレージ用の256キロバイトのフラッシュメモリ、および900MHzの無線送信機が付属しています。
これらのデバイスの一部はオペレーティングシステムを実行します
TinyOS、このオペレーティングシステムのコードはオープンソースであり、すべてで構成されています
8.5 Kb

このようなデバイスは、たとえば、スマートガーメントの開発、新生児の健康状態を監視し、彼の重要な機能の最も重要な指標を報告する接続された毛布、半導体センサーが設置されたスマートファームなど、根本的に新しい分野での用途があります。土壌は灌漑を管理します
システムと受精。インテルコーポレーションでのセンサーネットワークの研究は
カリフォルニアにある有名なインテルバークレー研究所。現在存在する実験的なセンサーネットワークは、上記の要件を部分的にしか満たしていません。そのため、今日のネットワークは、カバレッジエリアが制限された数百のセンサーのみで構成され、明確に定義されたタスクのみを実行します。これらは、特定のタイプの情報のみを1つのセンサーから別のセンサーに、特定の帯域幅でのみ送信できます。エネルギー消費も無視できません。
-バッテリーは数日間しか持続しません。既存のセンサーセンサーはまだ非常に不活性であり、動作中の高い信頼性と不可視性に疑問の余地はありません（少なくともサイズのため）。そしてもちろん、そのようなセンサーは非常に高価であるため、何百ものセンサーのネットワークは安価ではありません。しかし、私たちは実験的なネットワークと将来の技術の開発について話していることを覚えておく必要があります。同時に、実験的なセンサーネットワークはすでにメリットを提供しています。 Intel Berkeley Research Laboratory、Atlantic Institute、およびカリフォルニア大学が共同で作成したそのようなセンサーネットワークの1つは、メイン州のグレートダック島で運用されています。

このネットワークの目的は、島に生息するさまざまな生物の微小生息地を研究することです。
人間の介入は（学習の目的であっても）不必要な場合がありますが、
ここでセンサーネットワークが助けになり、人間が直接参加することなく、必要なすべての情報を収集できるようになります。

センサーネットワークは、ノード要素として2つのボードを使用します。最初のボードには、温度センサー、湿度および気圧センサー、および赤外線センサーが含まれています。 2番目のボードには、マイクロプロセッサ（4 MHz）、1 KB RAM、プログラムとデータを保存するためのフラッシュメモリ、電源（2本のAA電池）、および無線送信機が含まれています。
900MHzの周波数で動作する受信者。センサーを使用すると、必要なすべての情報を登録して、ホストコンピューターのデータベースに転送できます。すべてのセンサーは事前に徹底的にテストされています。センサー付きのボードは2日間水に浸され、その機能を監視します。すべてのセンサーノードは単一のワイヤレスネットワークを形成し、情報を交換することができます。この場合、リモートネットワークノードからゲートウェイ（ゲートウェイセンサー）への情報の転送は、チェーンに沿って、つまり、あるネットワークノードから別のネットワークノードへと行われるため、広いカバレッジエリアを作成できます。

情報はゲートウェイを介してホストコンピュータに到達します。ゲートウェイは指向性アンテナを使用しているため、伝送距離を最大300 mまで伸ばすことができます。ホストコンピュータから、情報は衛星を介してインターネット経由でカリフォルニアにある研究センターに送信されます。

研究室のスタッフは、精密生物学とバイオチップの作成に積極的に取り組んでいます。固体の世界の知覚に加えて、液体媒体や生物学的で発達中の物体を「感じる」可能性が調査されています。このような研究は、医療および医薬品開発、化学プロセスの実施、および生物学的製品の製造に大きな展望を開きます。センサーネットワークの主な目的は有用な情報を認識して送信することであるため、バークレーのIntel研究所の専門家は、センサーと監視を担当するオブジェクトを組み合わせる方法の開発に忙しく、「アクチュエーター」の作成の可能性も模索しています。 "-状態を登録するだけでなく、状況に影響を与える可能性のあるセンサーに基づくデバイス。センサーネットワークは明らかに軍事用途に役立ちます。ネットワークの可能なバリエーションの1つは、アフガニスタンで「戦闘」テストされました。アフガニスタンでは、米軍が敵の軍事装備の動きを追跡するために数百のセンサーを配備しました。ただし、はじめに
私たちの生活の中で実際のネットワークを言うのは時期尚早であり、ネットワークはフォールトトレランスに対して脆弱です。センサーネットワークに対するサービス拒否（DoS）攻撃は、意図した機能を実行するネットワークの機能を低下または排除するイベントです。著者らは、センサーネットワークプロトコルを階層化アーキテクチャに基づいて作成することを提案しています。これにより、ネットワークの効率が損なわれる可能性がありますが、信頼性は向上します。各レイヤーで一般的なDoS攻撃の種類と、許容される保護方法について説明します。したがって、今日でも、不完全であり、使用範囲が非常に狭いにもかかわらず、センサーネットワークは科学で使用されており、後の人生で使用されています。

サイトからの資料が使用されました：

21世紀の生活のほとんどすべての分野は、情報通信技術（ICT）に依存しています。人々はデータを交換するだけでなく、あらゆる種類のインテリジェントシステム、携帯電話、ウェアラブルデバイス、ATM、センサーも交換します。少なくとも50億台のデバイスがすでにモノのインターネットに接続されています。産業企業、エネルギー、農業、ショッピングセンター、美術館、オフィス、住宅などの大規模な複合施設の機能は、その領域の状況を常に監視することに関連しています。感度の高いセンサーは、機器の状態、デバイス間の相互作用の構成をリアルタイムで監視し、デバイスの交換の必要性や緊急事態について警告します。データ量が急速に増加しているため、デバイスとデータセンター間でデータを交換するためのシンプルで便利な方法が必要です。

印刷版：

ワイヤレスセンサーと制御デバイスで構成され、インテリジェントなアルゴリズムを使用して自己組織化できるワイヤレスセンサーネットワーク（BSS、ワイヤレスセンサーネットワーク）は、人間の健康、環境の状態、産業の機能を監視するための大規模な使用の見通しを示していますニュースレターのこの号は、ワイヤレスセンサーの継続的な運用の確保に関連するFSSの分野における技術動向と、現代経済の2つの分野である高度な製造とスマートエネルギー（スマートグリッド）でのそれらのアプリケーションを紹介します。）。

セルフローディングセンサーデバイス

無線センサーネットワークの開発には、電源の問題を解決することが重要です。有望なトレンドは、エネルギー消費を最小限に抑えた耐久性のある自律型デバイスの作成です。これは外部ソースから変換されます。

ワイヤレスセンサーデバイスは、たとえば、送信機から送信される無線信号（無線周波数識別（RFID）デバイスや非接触型スマートカードなど）から電力を供給できます。このエネルギーは、センサーの再充電と、監視対象の現在の状態に関する情報を含む応答信号の生成の両方にデバイスによって使用されます。

もう1つの方法は、外部環境からのエネルギーの受動的変換（環境発電）です。太陽エネルギー（かなり晴天の部屋の外）、熱エネルギー、機械的振動エネルギー（近くで動作するデバイス（組立機、コンベヤーなど）から）、センサー自体の振動エネルギー（ウェアラブルデバイスの場合）、周囲の電気機器（Wi-Fiを含む）からのバックグラウンド無線放射。

効果使用済み電源の毒性の高い廃棄物を削減することにより、環境への悪影響が軽減されます。自己充電センサーデバイスの使用は、「モノのインターネット」のワイヤレスデバイス、パーソナライズされた医療（人間の健康指標を監視するウェアラブルおよび埋め込み型デバイス）、およびエネルギーにおける環境に優しい技術（グリーンテクノロジー）の開発に貢献します。、産業（特に危険な産業）およびその他の分野....	市場の見積もり 301億 2020年までに、世界には301億台のワイヤレスデバイスが存在するでしょう。自己充電デバイスの潜在的なシェアは30〜65％に達します。傾向の最大の発現は2020年から2030年に予測されています。	推進要因と障壁ワイヤレスデバイスの小型化とコスト削減により、トレンドの関連性は絶えず高まっています。この方向の開発は、複雑な機器の状態を監視し、データ処理センターに定期的に情報を送信するために必要なワイヤレスセンサーの現在のモデルでは、外部環境から変換されるエネルギー量が不十分であるために妨げられています。

ワイヤレスセンサーネットワークに基づく高度な生産の実装

資源や生産設備の不適切な使用、大量の汚染廃棄物の発生、企業の設備の状態の継続的な監視の欠如-これらおよびその他の現代産業の問題は、高度な製造モデルへの移行を刺激します。それは、新しい材料と環境に優しい技術（グリーン技術）の使用、ならびにICTとインテリジェントシステム、特にロボット工学とワイヤレスセンサーネットワークの広範な使用によって特徴付けられます。

産業用ワイヤレスセンサーネットワーク（IBSS）は、高度な生産を実装する上で最も重要な要素です。企業のオブジェクト（機器、コンベヤー、組立機、リアクター）の状態を制御および監視するために、センサーからのデータを処理し、制御デバイスを使用して制御されたオブジェクトと対話する、相互接続されたワイヤレスセンサーと情報システムのセットが使用されます。このような自動化されたシステムは、企業の指標の変化に対応し、事故や問題の状況を担当者に通知し、機器の使用効率を分析し、環境汚染のレベルと発生する廃棄物の量を評価します。

効果高度な生産の実装により、大企業でのプロセス制御の効率、精度、柔軟性、および製品の品質が向上し、リソースの最適化の問題が解決され、ボトルネックが特定されます。生産におけるリスクを最小限に抑え（自動化が進んでいるため）、排出量を削減することで、環境に対する産業上の負担を大幅に軽減できます。	市場の見積もり 38億ドル 2017年には産業用ワイヤレスセンサーネットワークの市場規模に達するでしょう。 ISBSの大規模な普及は、2017年から2020年までに予測されています。	推進要因と障壁セルフローディングセンサーデバイスの開発、生産設備のデジタル制御への移行、ロボットシステムの大規模な導入は、トレンドの発展を刺激します。ワイヤレスセンサーネットワークの標準化が不十分であり、多くの産業企業の古いICTインフラストラクチャは、高度な製造モデルへの移行を遅らせています。

スマートグリッド

電気の不合理な使用という世界的な問題は、ロシアにとって特に緊急を要するものです。発電コストが高いと生産コストが高くなり、エンドユーザーに二重の負担をかけます。電力システムの効率と信頼性を向上させるために、多くの国がスマートグリッドの概念に移行しています。

このようなネットワークは、それに接続されているすべての発電源、送電および配電ネットワーク、および電力を消費するオブジェクトをリアルタイムで制御します。「スマート」電力網を制御するために、ワイヤレスセンサーネットワークが使用されます。これは、そのさまざまな部分でのエネルギー生産量とエネルギー消費量を制御します。情報システムの助けを借りて、ネットワーク内のエネルギーの最適な分布が計算され、1日のさまざまな季節と期間の予測が行われ、エネルギーの生成と供給が同期され、電力線の安全性が監視されます。電力網の効率を上げるために、その重要でない要素は、活動が減少している間はオフにされます。

効果電力システム内のデバイスを継続的に監視および制御することで、停電の数を減らすことができます。生産における大幅なコスト削減は、産業、社会圏、環境にプラスの効果をもたらします（現在、ロシアでは、大気汚染におけるエネルギーのシェアは26.8％であり、他の地域と比較して最大値です）。	市場の見積もり 630億ドル 2020年までに、スマートパワーグリッド技術の世界市場のボリュームは、8％を超える平均年間成長率に達するでしょう。 2018〜2025 -トレンドが最大に現れる期間。	推進要因と障壁より厳しい環境規制や基準の導入は、この傾向を加速させています。ロシアにスマートグリッドを導入する適切な時期は、電力業界のインフラ設備の計画された更新です。スマートグリッドの概念への移行は、業界の大規模さ、高コスト、および技術のアップグレードに多大な時間を費やすことによって複雑になっています。電力網の近代化中の定期的な発電所の停止は、消費者企業にとって問題を引き起こします。

世界的な技術動向の監視は、HSE基礎研究プログラムの一環として、高等経済学部の統計研究経済研究所（）によって実施されています。

トレンドレターを作成する際には、次のソースが使用されました。 2030年までのロシア連邦の科学技術開発の予測（prognoz2030.hse.ru）、科学雑誌の資料 「洞察力」（foresight-journal.hse.ru）、データ Web of Science, 軌道、idc.com、marketsandmarkets.com、wintergreenresearch.com、greentechmedia.com、greenpatrol.ruなど。

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