Сенсорные сети: новый этап развития беспроводной связи

По мнению большинства ведущих социологов, экономистов, историков, философов, информационное общество является ступенью в развитии цивилизации, которая характеризуется возрастающей ролью информатизации и знаний в жизни общества, возрастанием роли информационно-коммуникационных технологий во внутреннем валовом продукте, созданием информационного пространства, обеспечивающего эффективное взаимодействие людей и предоставляющего им доступ к информационным ресурсам.
Конвергенция телекоммуникационных компьютерных технологий, ставшая реальностью к настоящему времени, привела к созданию новых типов систем, которые по терминологии Международного союза электросвязи называются инфокоммуникационными.
Инфокоммуникация — это современная информационно-коммуникационная инфраструктура общества, развивающаяся в соответствии с его технико-экономическими законами эволюции. Основными направлениями развития инфокоммуникаций в XXI веке являются глобализация и персонализация связи.
Все большую популярность среди специалистов и потребителей услуг связи завоевывают технологии радиодоступа. Долгое время они находились в тени сотовой связи и воспринимались как второстепенные, с помощью которых замещались традиционные проводные технологии.
Однако в настоящее время технологии стремительно выходят на первый план благодаря новым способам формирования и обработки сигналов, новым сценариям предоставления услуг связи, снижению стоимости оборудования и упрощению его применения.
Современные технологии Wi-Fi, WiMax, Bluetooth, ZigBee, DECT и другие привлекают инвесторов новыми подходами к реализации разнообразных проектов по развитию беспроводной связи. Многие решения в области совершенствования радиоинтерфейса реализуются благодаря концепции «программного радио» (Soft Radio).
Развитие современных беспроводных сетей передачи информации обладают характерными особенностями, такими как:

гибкостью архитектуры, т.е. возможностью динамического изменения топологии сети при подключении и передвижении радиотерминала;
быстротой проектирования и развертывания;
высокой степенью защиты от несанк­ционированного доступа;
отсутствием использования медного или волоконно-оптического кабеля;
гарантированным качеством обслуживания связи;
технологической простотой доступа посредством использования специализированных информационных устройств (приборов, терминалов);
функционированием на основе достижения широкого международного соглашения по общим принципам управления доступа к ресурсам, основанного на взаимосвязи коммуникационных сетей, компьютерного оборудования и информационных терминалов.

Рост популярности технологий радиодоступа характеризуется также постоянно возрастающим количеством сертифицированного оборудования. На сегодняшний день общее количество сертифицированных типов оборудования радиодоступа составляет порядка трехсот и это количество постоянно увеличивается.
Парк существующего оборудования охватывает все возможные сценарии применения, обеспечивает подключение радиотерминалов на разных стыках, что позволяет строить полностью беспроводные сети любого масштаба и емкости.
Одним из направлений развития систем радиосвязи являются беспроводные сенсорные сети.
Беспроводная сенсорная сеть представляет собой распределенную сеть необслуживаемых миниатюрных электронных устройств (узлов сети), которые осуществляют сбор данных о параметрах внешней среды и передачу их на базовую станцию посредством ретрансляции от узла к узлу с помощью беспроводной связи. Подобные сенсорные узлы могут закрепляться стационарно, а также иметь относительную мобильность, то есть произвольно перемещаться друг относительно друга в некотором пространстве, не нарушая при этом логической связанности сети. В последнем случае сенсорная сеть не имеет фиксированной постоянной топологии, и ее структура динамически меняется с течением времени.
Благодаря таким характеристикам, как миниатюрность узлов, низкое энергопотребление, встроенный радиоинтерфейс, достаточная вычислительная мощность, сравнительно невысокая стоимость, стало возможным их широкое использование во многих сферах деятельности с целью автоматизации процессов сбора информации, мониторинга и контроля характеристик разнообразных технических и природных объектов.
Использование беспроводных устройств позволяет создавать диспетчер­скую систему, обеспечивающую опера­тору непрерывный доступ к информации о состоянии обслуживаемых объектов.
На базе сенсорных сетей можно проектировать различные варианты построения систем, такие как:

беспроводная система технологического учета электроэнергии;
беспроводная система управления центральным пунктом отопления;
беспроводная система технологического учета водоснабжения и отопления;
беспроводная система управления очистительными сооружениями;
беспроводная система охраны труда на вредном производстве;
беспроводная система управления и контроля качества работы сети и т.д.

В случае использования беспроводной сенсорной сети при учете электроэнергии в каждой точке учета устанавливается беспроводной контроллер интерфейсов, соединенный по протоколу связи с электросчетчиком (также возможно подключение к источнику импульсов для подсчета количества импульсов). Далее все данные собираются со всех точек учета по беспроводной сети в центральный диспетчерский пульт.
Пример построения сети контроля электроэнергии с использованием беспроводных сенсорных устройств представлен на рисунке 1.

В беспроводных системах диспетчеризации и контроля качества контроллеры размещаются в непосредственной близости от автоматизированных объектов контроля.
Важной особенностью беспроводных сенсорных сетей является самоорганизующаяся природа таких сетей. Локально сгруппированные узлы образуют между собой сеть и через один или несколько шлюзов могут передавать данные для последующей обработки, например, в сети связи общего пользования. Наличие соединений между сенсорными сетями и сетями связи общего пользования требует проведения расчета параметров данных шлюзов, для чего необходимо исследование природы нагрузок, циркулирующих в беспроводных сенсорных сетях.
Сенсорные сети сейчас поставляются множеством производителей, что привело к появлению разнообразных индустриальных стандартов, не обеспечивающих взаимодействия между оборудованием различных производителей.
В скором будущем сотни миллионов полупроводниковых сенсоров будут интегрироваться со всеми элементами связи, все они будут в состоянии не только выступать в роли интеллектуальных датчиков, но и выполнять первичную обработку информации, а также взаимодействовать друг с другом, образуя единую беспроводную сенсорную сеть. При этом такие датчики практически не будут потреблять электроэнергию, так как встроенных миниатюрных аккумуляторов будет хватать на несколько лет, то есть на весь срок работы сенсоров. Это будет концептуально новый тип компьютерной системы, функционирующей с помощью беспроводной сенсорной сети.
В целом, несмотря на характерные особенности методов организации связи, при проектировании и построении сенсорных сетей необходимо учитывать множество аспектов, связанных с решением научно-технических задач, относящихся к различным областям инфокоммуникационных технологий и средств телеком­муникаций.
Литература

M. Nitaigour. (Editor) Sensor networks and configuration fundamentals, standards, platforms, and applications / P.M. Nitaigour // Springer. —  2007. — 510 p.
Е.А. Кучерявый. Принципы построения сенсоров и сенсорных сетей / Е.А. Кучерявый, С.А. Молчан, В.В. Кондратьев. // Электросвязь, 2006. — №6 — С.10-15.
Faludi. Building Wireless Sensor Networks // O’Reilly Media, 2010 — 320 с.
А.Е. Кучерявый. Сети связи следующего поколения / А.Е. Кучерявый, А.Л. Цуприков. // М.: Изд-во ФГУП ЦНИИС, 2006 — 278 с.


Автор: А.П. Хатамов, ТУИТ
Batafsil | Подробно | Read more... InfoCOM