Maxim Sergievsky

Najnovšie technológie bezdrôtovej komunikácie a pokrok vo výrobe mikroobvodov umožnili za posledných niekoľko rokov prejsť na praktický vývoj a implementáciu novej triedy distribuovaných komunikačných systémov - senzorových sietí.

Bezdrôtové senzorové siete (bezdrôtové senzorové siete) pozostávajú z miniatúrnych počítačových a komunikačných zariadení - mots ( z angličtinyškvrny - prachové častice) alebo senzory. Kôra je doska, ktorá spravidla nemá veľkosť viac ako jeden kubický palec. Doska obsahuje procesor, pamäť-flash a operačné, digitálno-analógové a analógovo-digitálne prevodníky, rádiofrekvenčný transceiver, napájací zdroj a snímače. Senzory môžu byť veľmi rozmanité; sú prepojené pomocou digitálnych a analógových konektorov. Častejšie ako ostatné sa používajú snímače teploty, tlaku, vlhkosti, svetla, vibrácií, menej často - magnetoelektrické, chemické (napríklad meranie obsahu CO, CO2), zvukové a niektoré ďalšie. Sada použitých senzorov závisí od funkcií, ktoré vykonávajú bezdrôtové senzorové siete. Mot je poháňaný malou batériou. Motory sa používajú iba na zber, primárne spracovanie a prenos senzorických údajov. Vzhľad vyrobené roboty rôzni výrobcovia, je znázornený na obr. 1.

Hlavné funkčné spracovanie údajov zhromaždených motesmi sa vykonáva v uzle alebo bráne, čo je pomerne výkonný počítač. Aby ste však mohli údaje spracovať, musíte ich najskôr získať. Za týmto účelom musí byť uzol vybavený anténou. Ale v každom prípade sú uzlu prístupné iba motívy, ktoré sú k nemu dostatočne blízko; inými slovami, uzol neprijíma informácie priamo od každého zariadenia. Problém získania zmyslových informácií zhromaždených motmi je vyriešený nasledovne. Motes si môžu navzájom vymieňať informácie pomocou rádiofrekvenčných transceiverov. Ide predovšetkým o senzorické informácie načítané zo senzorov a za druhé o informácie o stave zariadení a výsledkoch procesu prenosu údajov. Informácie sa prenášajú z niektorých pohybov do iných v reťazci a v dôsledku toho motívy najbližšie k bráne zahodia všetky nahromadené informácie. Ak niektoré motívy zlyhajú, senzorová sieť by mala po rekonfigurácii pokračovať v práci. V tomto prípade však počet informačných zdrojov prirodzene klesá.

Na vykonávanie funkcií je na každom motore nainštalovaný špecializovaný operačný systém. Väčšina bezdrôtových senzorových sietí dnes používa TinyOS, OS vyvinutý na univerzite v Berkeley. TinyOS je softvér s otvoreným zdrojovým kódom; je k dispozícii na www.tinyos.net. TinyOS je operačný systém v reálnom čase riadený udalosťami, navrhnutý tak, aby fungoval s obmedzenými výpočtovými prostriedkami. Tento operačný systém umožňuje motom automaticky nadviazať spojenie so susedmi a vytvoriť senzorickú sieť danej topológie. Posledné vydanie TinyOS 2.0 prišlo v roku 2006.

Najdôležitejším faktorom v bezdrôtovej sieti senzorov je obmedzená kapacita batérií inštalovaných v motes. Treba mať na pamäti, že batérie často nie je možné vymeniť. V tomto ohľade je potrebné vykonávať na mottoch iba najjednoduchšie primárne spracovanie zamerané na zníženie množstva prenášaných informácií a čo je najdôležitejšie, na minimalizáciu počtu cyklov príjmu a prenosu údajov. Na vyriešenie tohto problému boli vyvinuté špeciálne komunikačné protokoly, z ktorých najznámejšie sú protokoly aliancie ZigBee. Táto aliancia (webová stránka www.zigbee.org) bola vytvorená v roku 2002 špeciálne za účelom koordinácie práce v oblasti bezdrôtových senzorových sietí. Zahŕňa najväčších vývojárov hardvéru a softvéru: Philips, Ember, Samsung, IBM, Motorola, Freescale Semiconductor, Texas Instruments, NEC, LG, OKI a mnoho ďalších (spolu viac ako 200 členov). Intel nie je členom aliancie, aj keď jej aktivity podporuje.

Na vývoj štandardu, vrátane sady protokolov pre bezdrôtové senzorové siete, ZigBee v zásade použil predtým vyvinutý štandard IEEE 802.15.4, ktorý popisuje fyzickú vrstvu a úroveň prístupu k médiu pre bezdrôtové siete na prenos údajov na krátke vzdialenosti ( až 75 m) s nízkou spotrebou energie, ale s vysokým stupňom spoľahlivosti. Niektoré charakteristiky rádiového prenosu dát pre štandard IEEE 802.15.4 sú uvedené v tabuľke. 1.

Tabuľka 1. Charakteristiky rádiového prenosu pre IEEE 802.15.4

Frekvenčné pásmo, MHz	Potrebujem licenciu?	Geografický región	Rýchlosť prenosu dát, Kbps	Počet kanálov

V súčasnosti ZigBee vyvinul jediný štandard v tejto oblasti, ktorý je podporovaný dostupnosťou výroby plne kompatibilných hardvérových a softvérových produktov. Protokoly ZigBee umožňujú zariadeniam hibernovať b O väčšinu času, čo výrazne predlžuje životnosť batérie.

Je zrejmé, že nie je také ľahké vyvinúť schémy výmeny údajov medzi stovkami a dokonca tisíckami pohybov. Okrem iného je potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že senzorové siete pracujú v nelicencovaných frekvenčných pásmach, preto sa v niektorých prípadoch môže vyskytnúť rušenie spôsobené cudzími zdrojmi rádiových signálov. Tiež je vhodné vyhnúť sa opakovanému prenosu rovnakých údajov a navyše počítať s tým, že v dôsledku nedostatočnej energetickej náročnosti a vonkajších vplyvov motívy zlyhajú navždy alebo na nejaký čas. Vo všetkých takýchto prípadoch musia byť komunikačné schémy upravené. Pretože jednou z najdôležitejších funkcií systému TinyOS je automatický výber rozloženia siete a trás prenosu údajov, bezdrôtové senzorové siete sa v zásade konfigurujú samy.

Mote by najčastejšie mal byť schopný nezávisle určiť svoju polohu, prinajmenšom vo vzťahu k druhému miestu, do ktorého bude prenášať údaje. To znamená, že najskôr sa identifikujú všetky motívy a potom sa vytvorí schéma smerovania. Vo všeobecnosti sú všetky motyky - zariadenia štandardu ZigBee - rozdelené do troch tried podľa stupňa zložitosti. Najvyšší z nich - koordinátor - riadi prevádzku siete, ukladá údaje o jej topológii a slúži ako brána na prenos údajov zozbieraných celou bezdrôtovou senzorovou sieťou na ďalšie spracovanie. V senzorových sieťach sa zvyčajne používa jeden koordinátor. Mottom strednej zložitosti je smerovač, to znamená, že môže prijímať a prenášať údaje a tiež určovať smer prenosu. Nakoniec, najjednoduchšie moto môže prenášať údaje iba do najbližšieho smerovača. Ukazuje sa teda, že štandard ZigBee podporuje sieť s klastrovou architektúrou (obr. 2). Klaster je tvorený smerovačom a najjednoduchšími pohybmi, z ktorých požaduje senzorické údaje. Klastrové smerovače si navzájom odovzdávajú údaje a nakoniec sú údaje odoslané koordinátorovi. Koordinátor má spravidla pripojenie k sieti IP, kde sú údaje odoslané na konečné spracovanie.

V Rusku prebieha aj vývoj súvisiaci s vytváraním bezdrôtových senzorových sietí. Spoločnosť High-Tech Systems preto ponúka svoju hardvérovú a softvérovú platformu MeshLogic na budovanie bezdrôtových senzorových sietí (webová stránka www.meshlogic.ru). Hlavným rozdielom medzi touto platformou a ZigBee je jej zameranie na budovanie sietí typu peer-to-peer (obr. 3). V takýchto sieťach je funkčnosť každého zariadenia rovnaká. Možnosť samoorganizácie a samoliečby topológií sietí umožňuje v prípade časti pohybov mimo prevádzky spontánne vytvoriť novú štruktúru siete. Je pravda, že v každom prípade je potrebná centrálna funkčná jednotka, ktorá prijíma a spracováva všetky údaje, alebo brána na prenos údajov do procesorovej jednotky. Spontánne vytvorené siete sa často nazývajú latinský výraz Ad Hoc, čo znamená „pre konkrétny prípad“.

V sieťach MeshLogic môže každý účastník vykonávať paketové relé, ktoré je svojou funkciou podobné routeru ZigBee. Siete MeshLogic sú plne samoorganizujúce sa: nie je k dispozícii žiadny koordinátorský uzol. V systéme MeshLogic je možné ako RF vysielače použiť rôzne zariadenia, najmä Cypress WirelessUSB, ktoré, podobne ako zariadenia ZigBee, pracujú vo frekvenčnom rozsahu 2,4 ... 2,4835 GHz. Je potrebné poznamenať, že pre platformu MeshLogic existujú iba spodné vrstvy zásobníka protokolov. Verí sa, že vyššie úrovne, najmä úroveň siete a aplikácií, budú vytvorené pre konkrétne aplikácie. Konfigurácie a hlavné parametre dvoch motívov MeshLogic a jedného zariadenia ZigBee sú uvedené v tabuľke. 2.

Tabuľka 2. Hlavné charakteristiky motýľov od rôznych výrobcov

možnosti
Mikrokontrolér
CPU	Texas Instruments MSP430
Taktovacia frekvencia	32,768 kHz až 8 MHz
RAM
Flash pamäť
Transceiver
		Cypress WirelessUSBTM LP
Rozsah frekvencie	2400-2483,5 MHz		2400-2483,5 MHz
Prenosová rýchlosť		15,625 až 250 kbps
výstupný výkon	-24 až 0 dBm	-35 až 4 dBm	-28 až 3 dBm
Citlivosť
			1 alebo 2 čipy
Externé rozhrania
	12-bit, 7 kanálov		10-bitové, 3 kanály
Digitálne rozhrania	I2C / SPI / UART / USB		I2C / SPI / UART / IRQ / JTAG
Ostatné parametre
Napájacie napätie	0,9 až 6,5 V.		1,8 až 3,6 V
Teplotný rozsah	-40 až 85 ° C	0 až 70 ° C	0 až 85 ° C

Upozorňujeme, že na týchto doskách nie sú integrované dotykové senzory.

Poukážme na to, čo predovšetkým odlišuje bezdrôtové senzorové siete od konvenčných počítačových (káblových a bezdrôtových) sietí:

• úplná absencia akýchkoľvek káblov - elektrických, komunikačných atď.;
• možnosť kompaktného umiestnenia alebo dokonca integrácie mottov do environmentálnych objektov;
• spoľahlivosť oboch jednotlivých prvkov, a čo je dôležitejšie, celého systému ako celku; v niektorých prípadoch môže sieť fungovať, ak je v dobrom stave iba 10-20% senzorov (motov);
• pri inštalácii a údržbe nie je potrebný personál.

Senzorové siete môžu byť použité v mnohých oblastiach použitia. Bezdrôtové senzorové siete sú sľubnou novou technológiou a všetky súvisiace projekty sú väčšinou vo vývoji. Ukážme hlavné oblasti použitia tejto technológie:

• obranné systémy a bezpečnosť;
• kontrola životného prostredia;
• monitorovanie priemyselných zariadení;
• bezpečnostné systémy;
• monitorovanie stavu poľnohospodárskej pôdy;
• riadenie napájania;
• ovládanie vetracích, klimatizačných a svetelných systémov;
• požiarny hlásič;
• kontrola zásob;
• sledovanie prepravy tovaru;
• monitorovanie fyziologického stavu osoby;
• personálna kontrola.

Z pomerne veľkého počtu príkladov použitia bezdrôtových senzorových sietí vyberieme dva. Najslávnejšie je azda nasadenie siete na palube ropného tankera BP. Tam sa pomocou siete vybudovanej na základe zariadení Intel monitoroval stav plavidla s cieľom zorganizovať jeho preventívnu údržbu. Spoločnosť BP analyzovala, či by sieť senzorov mohla fungovať na palube lode pri extrémnych teplotách, vysokých vibráciách a značných úrovniach vysokofrekvenčného rušenia, ktoré sa vyskytujú v niektorých oblastiach lode. Experiment bol úspešný, niekoľkokrát sa automaticky vykonala rekonfigurácia a obnovenie prevádzkyschopnosti siete.

Príkladom ďalšieho pilotného projektu, ktorý bol realizovaný, je rozmiestnenie siete senzorov na základni amerického letectva na Floride. Systém preukázal dobrú schopnosť rozpoznať rôzne kovové predmety, vrátane pohybujúcich sa. Využitie senzorickej siete umožnilo zistiť prienik osôb a automobilov do kontrolovaného priestoru a sledovať ich pohyb. Na vyriešenie týchto problémov boli použité motory vybavené magnetoelektrickými a teplotnými snímačmi. V súčasnosti sa rozsah projektu rozširuje a na testovacom mieste 10 000 x 500 m sa už inštaluje bezdrôtová senzorová sieť. Príslušný aplikačný softvér vyvíja niekoľko amerických univerzít.

Kireev A.O., Svetlov A.V. BEZDRÔTOVÉ SENZORY SENZOROV V OBLASTI BEZPEČNOSTNÝCH TECHNOLÓGIÍ

Dobre zavedený termín „bezdrôtová senzorová sieť“ (WSS) označuje novú triedu bezdrôtové systémy, ktoré predstavujú distribuovanú, samoorganizujúcu sa a odolnú voči poruchám jednotlivých prvkov sieť miniatúrnych elektronických zariadení s autonómnymi napájacími zdrojmi. Inteligentné uzly takejto siete sú schopné prenášať správy pozdĺž reťazca, čím poskytujú významnú oblasť pokrytia systému s nízkym výkonom vysielača, a teda aj s vysokou energetickou účinnosťou systému.

V súčasnosti sa veľká pozornosť venuje organizácii automatizovaného monitorovania území s cieľom získať operačné informácie o prítomnosti narušiteľa, jeho pohybe a neoprávnených akciách na územiach susediacich s obzvlášť dôležitými (jadrovými, vládnymi, vojenskými) zariadeniami, štátna hranica, alebo sa nachádza v zóne zodpovednosti. prieskumné podskupiny (monitorovanie sektorov prednej, zadnej komunikácie nepriateľa). Na racionálne riešenie týchto problémov je potrebné použiť novú generáciu technických prostriedkov a algoritmov, ktoré sa zásadne líšia od tých, ktoré sa v súčasnosti používajú. Najsľubnejším smerom v tejto oblasti je vytvorenie bezdrôtových senzorových sietí. Umožňujú poskytovať celkové cielené monitorovanie veľkých oblastí.

Pokiaľ ide o bezpečnostné systémy pre objekty, BSU musí detekovať a klasifikovať narušiteľa, určiť súradnice a predpovedať trajektórie jeho pohybu. Systém, ktorý má distribuovanú inteligenciu, nezávisle poskytuje zmenu smeru informačných tokov, napríklad obídením zlyhaných alebo dočasne nefunkčných uzlov, organizuje spoľahlivý prenos informácií v celej kontrolovanej oblasti a do centrálneho bodu.

Sľubné sú tiež BSS, v ktorých bude transceiver každého senzora v skutočnosti senzorom detekcie objektov (účinok zníženia úrovne nosnej vlny v rádiovom kanáli v dôsledku vzhľadu predmetu v oblasti pokrytia siete).

Na zaistenie vysokej spoľahlivosti a ochrany prenášaných informácií v BSS je potrebné vyvinúť vlastné rádiové protokoly, ktoré sú odolné voči zmenám charakteristík komunikačného kanála, rádiovému potlačeniu, voči zachytávaniu a napodobňovaniu údajov. V tomto prípade je vhodné použiť technológie s rozšíreným spektrom - metódy DSSS (direct number sequence) a FHSS (Frequency hopping).

Pokiaľ ide o mechanizmy prístupu k médiu na prenos údajov, potom sa objavujú navzájom sa vylučujúce požiadavky na vysokú energetickú účinnosť systému a minimálne časové oneskorenia pri šírení údajov v FSU. Použitie CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access to Medium with Collision Vyhnutie sa) ako základného algoritmu má svoju nevýhodu - sieťové zariadenia musia neustále počúvať vzduch, čo vedie k zvýšeniu spotreby energie. V úplne asynchrónnych sieťach je tento algoritmus neúčinný.

Najprijateľnejší v tejto situácii je „slot“ CSMA / CA algoritmus, ktorý kombinuje princípy synchronizovaného prístupu (časové delenie TDMA) a prístupu na konkurenčnom základe.

Medzi otvorené štandardy v oblasti bezdrôtových senzorových sietí bol ratifikovaný iba štandard ZigBee, založený na predtým prijatom štandarde 802.15.4, ktorý popisuje fyzickú vrstvu (PHY) a strednú prístupovú vrstvu (MAC) pre bezdrôtové osobné siete (WPAN). Táto technológia bola pôvodne vyvinutá pre úlohy, ktoré nevyžadujú vysoké prenosové rýchlosti. Zariadenia takýchto sietí by mali byť čo najlacnejšie a s extrémne nízkou spotrebou energie.

Medzi nepochybné výhody riešení ZigBee treba poznamenať významné nevýhody. Napríklad prítomnosť troch rôznych tried zariadení (koordinátorov, smerovačov a koncových zariadení) výrazne znižuje odolnosť siete voči poruchám v prípade zlyhania jej jednotlivých prvkov. Takáto konštrukcia navyše vyžaduje plánovanie umiestnenia zariadení vo fáze návrhu systému; podľa toho sa odolnosť siete voči zmenám v topológii výrazne zníži.

Sieťové siete-viacbunkové siete peer-to-peer, v ktorých každý uzol môže prenášať pakety počas procesu doručovania, neobsahujú všetky tieto nevýhody. Uzly takejto siete sú rovnaké a zameniteľné - v dôsledku toho sa zvýši škálovateľnosť systému a zvýši sa jeho odolnosť voči chybám.

Bezdrôtová senzorová sieť bezpečnostného systému by mala monitorovať čo najväčšiu plochu. V tomto ohľade je jednou z hlavných požiadaviek na výber elementárnej základne na vytvorenie rádiového kanála medzi jednotlivými uzlami siete maximálny komunikačný rozsah. Prevádzka vo frekvenčnom rozsahu 433 MHz (v Rusku otvorené pre bezplatné použitie) má niekoľko výhod oproti prevádzke v mikrovlnnom pásme 2,4 GHz (pre ktorý sa vyrába hlavný rozsah zariadení ZigBee). V rozsahu 433 MHz je teda dosah spoľahlivej komunikácie niekoľkonásobne väčší ako v pásme 2,4 GHz s rovnakým výkonom vysielača. Zariadenia pracujúce v pásme 433 MHz majú navyše pomerne dobrú odolnosť proti prekážkam na ceste šírenia rádiových vĺn, ako sú zrážky počasia, zmeny terénu, stromy atď. Rádiové vlny 433 MHz sa oveľa lepšie šíria v uzavretých priestoroch, ako je metro tunely, mestské ulice atď. ako rádiové vlny 2,4 GHz. Výhoda pásma 2,4 GHz v rýchlosti prenosu dát nie je v oblasti bezpečnostných technológií rozhodujúca, pretože množstvo prenášaných informácií je spravidla nevýznamné a je obmedzené na desiatky bajtov (s výnimkou telemetrie).

Voľba transceivera pre miesto BSS na ochranu objektov sa teda bude vykonávať v rozsahu 433 MHz. Prijímače a prijímače musia mať vysokú energetickú účinnosť (napájacie napätie nie viac ako

3,3 V, nízke odberové prúdy), pracujú v teplotnom rozsahu mínus 40 ... +85 ° C.

Medzi mnohými integrovanými obvodmi pre vysielače a prijímače ISM zaujímajú špeciálne miesto prijímače a prijímače XE-MICS. Na použitie v bezdrôtových senzorových sieťach sú vhodné 2 čipy tejto spoločnosti: XE1203F a

Jedná sa o integrované jednočipové poloduplexné vysielače / prijímače Zero-IF, ktoré poskytujú dvojúrovňové kľúčovanie frekvenčného posunu fázového posunu (CPFSK) a kódovanie NRZ. Typ modulácie nosnej implementovanej v transceivroch XEMICS teda umožňuje efektívne využitie pásma prevádzkových frekvencií.

Bežné pre transceivre XE1203F a XE1205F sú extrémne nízka spotreba energie: prevádzka v rozsahu napájacieho napätia 2,4 ... 3,6 V, odberové prúdy:

0,2 μA v režime spánku;

14 mA v režime príjmu;

62 mA v prenosovom režime (+15 dBm).

Pracovné frekvenčné pásmo: 433-435 MHz. Teplotný rozsah: mínus 40 + 85 ° С. Vysielače a prijímače

viery sú navzájom identické a sú postavené podľa schémy s priamym prevodom frekvencie. Vnútri týchto modulov je frekvenčný syntetizátor založený na sigma-delta PLL s krokom 500 Hz.

Prijímače sú vybavené indikátorom RSSI (Received Signal Strength Indicator), ktorý vám v kombinácii s programovateľným výstupným výkonom umožňuje realizovať myšlienku adaptívneho riadenia napájania. Transceiver obsahuje zariadenie na ovládanie frekvencie FEI (Frequency Error Indicator), ktoré vám umožňuje získať informácie o frekvenčnom odchýlke miestneho oscilátora prijímača a organizovať AFC.

Transceivery majú tiež rozpoznávanie vzorov, ktoré umožňuje transceiveru detegovať naprogramované slovo (až 4 bajty) v prijatom dátovom toku. Poslednú funkciu je možné použiť na identifikáciu modulov v BSS, čo zníži počet servisných bytov v prenášanom pakete.

Hlavné rozdiely medzi týmito dvoma modulmi sú v použití rôznych techník rozšíreného spektra.

Prijímač XE1203F má hardvérové ​​spektrum (DSSS) Direct Sequence Spread Spectrum. Keď je aktivovaný režim DSSS, každý dátový bit je kódovaný 11-bitovým Barkerovým kódom: 101 1011 1000 alebo 0x5B8h. Funkcia autokorelácie Barkerovho kódu má výrazný vrchol autokorelácie.

Na rozdiel od XE1203F je transceiver XE1205F (a na ňom založený modul DP1205F) úzkopásmové zariadenie. Najmenšia hodnota interného pásmového filtra, ktorú je možné nastaviť pomocou 2-bitového konfiguračného registra, je 10 kHz (pomocou špeciálnych dodatočné nastavenia, túto hodnotu je možné znížiť dokonca až na 7 kHz!). V tomto prípade počet možných kanálov

Táto schopnosť umožňuje použitie XE1205F na špecifické úzkopásmové aplikácie. Redukciu šírky pásma je možné použiť, ak rýchlosť prenosu údajov a odchýlka frekvencie nepresahuje 4800 bitov a 5 kHz, a za predpokladu, že hodinová frekvencia referenčný oscilátor je stabilizovaný rezonátorom s vysokou stabilitou alebo sa používa frekvenčná korekcia.

Transceiver používa 16-bajtový FIFO na ukladanie prenášaných alebo prijatých dátových bajtov. Dátové bajty sú prenášané a prijímané z FIFO cez externé štandardné 3-vodičové sériové rozhranie SPI.

Úzke pásmo, ako aj krátka doba obnovy vysielača pri prepínaní medzi kanálmi (~ 150 μs) umožňujú, aby bol XE1205F použitý na stavbu rádiových systémov pomocou metódy frekvenčného skákania (FHSS). Metóda preskakovania frekvencií znamená, že celá šírka pásma vyhradená na prenos je rozdelená na určitý počet frekvenčných kanálov. Skoky z kanála na kanál sa vyskytujú synchrónne v určitej sekvencii (napríklad lineárne alebo pseudonáhodne).

Výhodou transceivera XE1205F je tiež jedinečná citlivosť prijímača -121 dBm vo svojej triede.

Pokiaľ ide o rýchlosti prenosu údajov, možnosti modulu XE1203F pri použití kodeku Barker vyzerajú nedostatočne ani pre bezpečnostné systémy - iba 1 154 kbit. Tento ukazovateľ neumožní implementáciu energeticky účinného FSU, pretože čas spánku poskytovaný protokolom CSMA / CA bude príliš krátky.

Prijímače a uzly bezdrôtovej senzorovej siete na ochranu objektov by mali poskytovať možnosť:

vytvorenie sieťovej siete so zvýšeným dosahom;

implementácia na fyzickej úrovni - technológie šírenia spektra FHSS;

implementácia na úrovni prístupu k médiu - „slot“ CSMA / CA so synchronizáciou prístupu.

Na základe vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že použitie modulu transceiveru XE1205F je vhodnejšie na organizovanie fyzickej a MAC úrovne bezdrôtovej senzorovej siete na ochranu objektov.

LITERATÚRA

1. Varaguzin V. Rádiové siete na zber údajov zo senzorov, monitorovanie a riadenie na základe štandardu IEEE 802.15.4 // TeleMultiMedia. - 2005.-№6.- С23-27. - www.telemultimedia.ru

2. Vishnevsky V.M., Lyakhov A.I., Tailor S.L., Shakhnovich I.V. Širokopásmové bezdrôtové siete na prenos informácií. - M.: Technosphere, 2005 - 592 s.

3. Baskakov S., Oganov V. Bezdrôtové senzorové siete založené na platforme MeshLogic ™ // Electronic

Komponenty. - 2006. - č. 8. - S.65-69.

4. Goryunov G. Integrovaný mikrovlnný transceiver XE1203. // Svet elektronických súčiastok. - 2004. - č. 1. -

História a rozsah použitia

Za jeden z prvých prototypov senzorickej siete možno považovať systém SOSUS, určený na detekciu a identifikáciu ponoriek. Technológia bezdrôtových senzorových sietí sa začala aktívne rozvíjať relatívne nedávno - v polovici 90. rokov. Rozvoj mikroelektroniky však iba na začiatku 21. storočia umožnil vyrobiť pre tieto zariadenia pomerne lacnú základňu prvkov. Moderné bezdrôtové siete sú založené hlavne na štandarde ZigBee. Značný počet priemyselných odvetví a trhových segmentov (výroba, rôzne druhy dopravy, podpora života, bezpečnosť), pripravených na implementáciu senzorových sietí, a tento počet sa neustále zvyšuje. Trend je spôsobený rastúcou komplexnosťou technologických postupov, rozvojom výroby, rastúcimi potrebami jednotlivcov v segmentoch bezpečnosti, kontroly zdrojov a využívania zásob. S rozvojom polovodičových technológií sa objavujú nové praktické problémy a teoretické problémy súvisiace s aplikáciou senzorových sietí v priemysle, domácnostiach a komunálnych službách a domácnostiach. Použitie lacných bezdrôtových zariadení na ovládanie senzorov otvára nové oblasti telemetrie a riadiacich systémov, ako napríklad:

• Včasná identifikácia možných porúch pohonov monitorovaním parametrov, ako sú vibrácie, teplota, tlak atď .;
• Riadenie prístupu v reálnom čase k vzdialeným systémom monitorovacieho objektu;
• Automatizácia inšpekcie a údržby priemyselných aktív;
• Správa komerčných aktív;
• Aplikácia ako súčasti technológií na úsporu energie a zdrojov;
• Kontrola ekologických parametrov životného prostredia.

Je potrebné poznamenať, že napriek dlhej histórii senzorických sietí koncepcia budovania senzorickej siete nakoniec neprišla do formy a nebola vyjadrená v určitých softvérových a hardvérových (platformových) riešeniach. Implementácia senzorových sietí v súčasnej fáze do značnej miery závisí od konkrétnych požiadaviek priemyselnej úlohy. Implementácia architektúry, softvéru a hardvéru je vo fáze intenzívnej formácie technológie, ktorá upozorňuje vývojárov na nájdenie technologického výklenku pre budúcich výrobcov.

Technológie

Bezdrôtové senzorové siete (WSN) pozostávajú z miniatúrnych výpočtových zariadení - motov, vybavených snímačmi (snímače teploty, tlaku, osvetlenia, úrovne vibrácií, polohy atď.) A signálových transceiverov pracujúcich v danom rádiovom dosahu. Flexibilná architektúra, znížené náklady na inštaláciu odlišujú bezdrôtové siete inteligentných senzorov od ostatných bezdrôtových a káblových komunikačných rozhraní, najmä pokiaľ ide o veľký počet prepojených zariadení, senzorová sieť vám umožňuje pripojiť až 65 000 zariadení. Neustále znižovanie nákladov na bezdrôtové riešenia a zvyšovanie ich prevádzkových parametrov nám umožňuje postupne sa preorientovať z káblových riešení na systémy na zber telemetrických údajov, prostriedky diaľkovej diagnostiky a výmenu informácií. „Senzorová sieť“ je dnes už zaužívaným pojmom (angl. Senzorové siete), čo znamená distribuovanú, samoorganizujúcu sa a odolnú voči zlyhaniu jednotlivých prvkov sieť bezobslužných zariadení, ktoré nevyžadujú špeciálnu inštaláciu. Každý uzol senzorovej siete môže obsahovať rôzne senzory pre kontrolu životného prostredia, mikropočítač a rádiový transceiver. To umožňuje zariadeniu vykonávať merania, nezávisle vykonávať počiatočné spracovanie údajov a udržiavať komunikáciu s externým informačným systémom.

Reléová technológia krátkeho dosahu 802.15.4 / ZigBee známa ako senzorové siete. WSN - Bezdrôtová senzorová sieť), je jedným z moderných trendov vo vývoji samoorganizujúcich sa distribuovaných systémov odolných voči chybám na monitorovanie a správu zdrojov a procesov. Bezdrôtová senzorová sieťová technológia je dnes jedinou bezdrôtovou technológiou, ktorú je možné použiť na riešenie monitorovacích a riadiacich úloh, ktoré sú kritické pre prevádzkový čas senzorov. Senzory kombinované do bezdrôtovej senzorickej siete tvoria geograficky distribuovaný samoorganizujúci sa systém na zber, spracovanie a prenos informácií. Hlavnou oblasťou použitia je kontrola a monitorovanie meraných parametrov fyzických médií a predmetov.

• rádiová cesta;
• modul procesora;
• batéria;
• rôzne senzory.

Typický uzol môžu predstavovať tri typy zariadení:

• Network Coordinator (FFD - plne funkčné zariadenie);
  • vykonáva globálnu koordináciu, organizáciu a nastavovanie parametrov siete;
  • najkomplexnejší z troch typov zariadení, ktorý vyžaduje najviac pamäte a napájania;

• Plne funkčné zariadenie (FFD);
  • podpora pre 802.15.4;
  • dodatočná spotreba pamäte a energie vám umožňuje pôsobiť ako koordinátor siete;
  • podpora všetkých typov topológií (point-to-point, star, tree, mesh);
  • schopnosť pôsobiť ako koordinátor siete;
  • schopnosť prístupu k iným zariadeniam v sieti;
• (RFD - zariadenie so zníženou funkciou);
  • Podporuje obmedzenú sadu funkcií 802.15.4;
  • podpora topológií „point-to-point“, „hviezda“;
  • nepôsobí ako koordinátor;
  • kontaktuje koordinátora siete a smerovač;

Vývojárske spoločnosti

Na trhu sú zastúpené spoločnosti rôznych typov:

Poznámky

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo sú „Bezdrôtové senzorové siete“ v iných slovníkoch:

- (iné názvy: bezdrôtové siete ad hoc, bezdrôtové dynamické siete) decentralizované bezdrôtové siete, ktoré nemajú trvalú štruktúru. Klientske zariadenia sa za chodu pripájajú k sieti. Každý hostiteľ sa pokúša postúpiť ... ... Wikipedia

Navrhuje sa premenovať túto stránku na Wireless Self-Organizing Network. Vysvetlenie dôvodov a diskusia na stránke Wikipedie: K premenovaniu / 1. december 2012. Možno jeho súčasný názov nezodpovedá normám moderného ... ... Wikipedie

Bezdrôtové siete ad hoc sú decentralizované bezdrôtové siete, ktoré nemajú trvalú štruktúru. Klientske zariadenia sa pripájajú za behu a vytvárajú sieť. Každý uzol v sieti sa pokúša preposlať údaje určené pre iné uzly. Súčasne ... ... Wikipedia

Bezdrôtové siete ad hoc sú decentralizované bezdrôtové siete, ktoré nemajú trvalú štruktúru. Klientske zariadenia sa pripájajú za behu a vytvárajú sieť. Každý uzol v sieti sa pokúša preposlať údaje určené pre iné uzly. Súčasne ... ... Wikipedia

Architektúra typickej bezdrôtovej senzorovej siete Bezdrôtová senzorová sieť je distribuovaná, samoorganizujúca sa sieť mnohých senzorov (senzorov) a akčných členov prepojených pomocou rádiového kanála. Región ... ... Wikipedia

Je potrebné tento článok vylepšiť?: Prepracovať dizajn v súlade s pravidlami pre písanie článkov. V článku skontrolujte gramatiku a pravopisné chyby. Opravte článok podľa ... Wikipedie

Telemetria, telemetria (z iných gréckych τῆλε „ďaleko“ + μέτρεω „meriam“) súbor technológií, ktoré umožňujú operátorovi alebo používateľovi poskytovať diaľkové merania a zber informácií, neoddeliteľnú súčasť ... ... Wikipedie

Ultraširokopásmové (UWB) signály Rádiové signály (mikrovlnné signály) s „extra veľkou“ šírkou pásma. Používajú sa na ultraširokopásmový radar a ultraširokopásmovú rádiovú komunikáciu. Obsah 1 Definícia 2 Nariadenie ... Wikipedia

Prvý otvorený bezdrôtový dátový sieťový protokol vyvinutý pre automatizáciu budov a správu distribuovaných zariadení. Jednu sieť je možné použiť s mnohými existujúcimi transceivermi (transceivermi) a ... ... Wikipediou

Veľkosť: px

Začať zobrazovať zo stránky:

Prepis

1 OBSAH ÚVOD 1 Všeobecné informácie o bezdrôtových senzorových sieťach 1.1 Bezdrôtové senzorové siete a štandardy Štandard Wi-Fi Štandard WiMAX Štandard Bluetooth štandard HomeRF štandard ZigBee 1.2 Metódy smerovania v bezdrôtových sieťach 2 Prehľad a porovnávacie charakteristiky sieťových simulátorov a výber najvhodnejšieho simulátora 2.1 Prehľad simulačných nástrojov bezdrôtové senzorové siete simulátor NS simulátor Cooja simulátor simulátor TOSSIM (simulátor TinyOS) simulátor OMNeT ++ 3 porovnávacia analýza simulátorov NS-2 a OMNeT všeobecné porovnávacie charakteristiky 3.2 záver 3.3 smerovací protokol AODV 3.4 simulácia protokolu AODV v NS-2 a OMNeT AODV model v NS modeli AODV v OMNeT ++ 4 Vývoj a softvérová implementácia smerovacieho modelu v bezdrôtovom komunikačnom systéme 4.1 Modelovanie siete 4.2 Inštalácia a konfigurácia softvéru 4.3 Softvérová implementácia modelu bezdrôtovej komunikácie 5 Analýza získaných výsledkov 5.1 Analýza siete meškania 5.2 Štandard odchýlka v uzloch siete 5.3 Paketový prenos v sieti 5.4 Odolnosť voči rušeniu počas prenosu 5.5 Spotreba energie uzlov 5.6 Závery 6 Životná bezpečnosť 6.1 Výpočet klimatizačného systému 6.2 Výpočet umelého osvetlenia ZÁVER ZOZNAM POUŽITÝCH ZDROJOV SKRATKY APLIKÁCIE

2 ÚVOD Bezdrôtové senzorové siete aktívne vyvíjajú systémy pre automatizáciu a riadenie, monitorovanie a riadenie. Senzory v interakcii s riadiacimi zariadeniami vytvárajú distribuovaný, samoorganizujúci sa systém na zber, spracovanie a prenos informácií. Samoorganizujúca sa sieť je definovaná ako systém, v ktorom sú zariadenia schopné sa navzájom nájsť a vytvoriť sieť a v prípade zlyhania ktoréhokoľvek z uzlov môžu vytvoriť nové trasy na prenos správ. Technológia senzorovej siete nevyžaduje drahé káble na vybudovanie siete spolu s pomocným vybavením (káblové kanály, terminály, skrinky atď.). A keďže senzorová sieť podporuje hlavné rozhrania a protokoly, ktoré sa v súčasnosti používajú, je možné ju integrovať do existujúcej siete bez rozsiahlej rekonštrukcie. Miniatúrne snímače, ktoré nevyžadujú spotrebu energie (životnosť môže dosiahnuť niekoľko rokov), poskytujú možnosť ich umiestnenia na ťažko dostupných miestach a na veľkých plochách. Bezdrôtové riešenia sú nepostrádateľné, keď je potrebné sieťovo prepojiť neustále sa pohybujúce alebo často sa pohybujúce uzly. Nevýhodou bezdrôtových riešení je však ich nižšia spoľahlivosť, a to ako z hľadiska zaručeného doručenia dát v obmedzenom čase, tak aj z hľadiska ochrany prenášaných informácií pred neoprávneným prístupom. Rozvoj a implementácia senzorických sietí vo všetkých oblastiach života prinesie ľudstvu obrovské množstvo výhod. Téma bezdrôtových senzorových sietí ešte nebola dostatočne preštudovaná, v súčasnosti existuje množstvo nevyriešených problémov a obmedzení, ale výhody lákajú spoločnosti k tomu, aby vyvinuli štandardy pre prenos informácií napríklad v senzorových sieťach, ako je napríklad štandard ZigBee. . Cieľom tejto práce je študovať charakteristiku a parametre stacionárnych a mobilných zariadení senzorovej siete v systéme ZigBee.

3 Kapitola 1. Všeobecné informácie o bezdrôtových senzorových sieťach 1.1. Bezdrôtové senzorové siete a štandardy Bezdrôtové senzorové siete (BSS) sú jedným z najsľubnejších smerov vývoja súčasných telekomunikačných systémov, ktoré vytvárajú nové príležitosti pre vedecký výskum. Miniatúrna veľkosť uzlov (jedna kubická palcová doska), integrované rádiové rozhranie, nízka spotreba energie a pomerne nízke náklady robia túto sieť veľmi výnosnou pre použitie v tých oblastiach života, kde je potrebné vybudovať riadiace a riadiace systémy alebo monitorovať bezpečnosť. Bezdrôtová senzorová sieť je potrebná predovšetkým v oblastiach, kde je z technických, ekonomických alebo organizačných dôvodov spravidla nemožné položiť káble. Senzorový sieťový uzol (mot) je doska, ktorá obsahuje transceiver, mikrokontrolér, batérie, pamäť a senzor. Senzory je možné použiť rôznymi spôsobmi, najčastejšie sa používajú snímače teploty, tlaku, vlhkosti, osvetlenia, menej často snímače merania vibrácií alebo chemikálií. Na motívy je nainštalovaný špeciálny softvér, pomocou ktorého organizujú sieť a vymieňajú si navzájom informácie. Väčšina bezdrôtových senzorových sietí používa softvér TinyOS vyvinutý na univerzite v Berkeley. Maximálna vzdialenosť, na ktorú je možné odoslať správu, nie je väčšia ako 100 metrov. Aby bolo možné prijímať a odosielať údaje, každý uzol je vybavený anténou. Proces prevádzky senzorovej siete je znázornený na obrázku 1.1. Obrázok 1.1 Proces práce motosenzorovej siete

4 Uzly senzorickej siete môžu byť stacionárne, upevnené na určitom mieste, môžu byť tiež pripevnené k mobilným predmetom a voľne sa pohybovať, pričom zostanú súčasťou siete. Motes si navzájom prenášajú informácie a tie motesy, ktoré sa nachádzajú v blízkosti brány, doň posielajú všetky nahromadené údaje. Ak niektoré motívy zlyhajú, sieť pokračuje v konfigurácii aj naďalej. Obrázok 1.2 ukazuje vnútorné prvky uzla senzorovej siete. Obrázok 1.2 Sieťový uzol senzora Mnoho štandardov prenosu údajov, ako sú Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, HomeRF, ZigBee a ďalšie, zdieľajú pásmo 2,4 GHz, čím sa navzájom rušia Wi-Fi štandard Wi-Fi Ochranná známka Wi-Fi -Fi Alliance pre bezdrôtové siete založené na štandarde IEEE Notebook alebo komunikátor bez pripojenia na internet je dnes takmer zbytočný hardvér. S rozšíreným používaním Wi-Fi na vyriešenie problému s internetovým pripojením sa tento pojem stal dobre známym. Napriek tomu, že fráza Wireless Fidelity sa najskôr objavila v niektorých tlačových správach WECA, v súčasnosti sa od tohto znenia upustilo a pojem Wi-Fi nie je nijako dešifrovaný. Produkty pôvodne určené pre pokladničné systémy boli uvádzané na trh pod značkou WaveLAN a poskytovali rýchlosti prenosu dát od 1 do 2 Mbps. Tvorca Wi-Fi Vic Hayes bol v tíme, ktorý pomohol vyvinúť štandardy ako IEEE b, IEEE a a IEEE g. Schéma siete Wi-Fi obvykle obsahuje najmenej jeden prístupový bod a najmenej jedného klienta.

5 Je tiež možné pripojiť dvoch klientov v režime point-to-point (Ad-hoc), keď sa prístupový bod nepoužíva, a klienti sú pripojení priamo prostredníctvom sieťových adaptérov. Prístupový bod vysiela svoj identifikátor siete (SSID) pomocou špeciálnych signalizačných paketov rýchlosťou 0,1 Mbps každých 100 ms. Preto je 0,1 Mb / s najnižšia rýchlosť prenosu dát pre Wi-Fi. Klient, ktorý pozná SSID siete, môže zistiť, či je možné sa pripojiť k tomuto prístupovému bodu. Keď sa dostanú do dosahu dva prístupové body s rovnakými SSID, prijímač si medzi nimi môže vybrať na základe sily signálu. Štandard Wi-Fi dáva klientovi úplnú voľnosť pri výbere kritérií pripojenia. Zariadenia Wi-Fi sú na dnešnom trhu rozšírené. Kompatibilita zariadení je zaručená vďaka povinnej certifikácii s logom Wi-Fi. Žiarenie zo zariadení Wi-Fi v čase prenosu údajov je o dva rády (100-krát) menšie ako z mobilného telefónu. Technológia umožňuje nasadenie siete bez kabeláže, čo môže znížiť náklady na nasadenie a / alebo rozšírenie siete. Miesta, kde nie je možné nainštalovať kábel, napríklad vonku a v budovách s historickou hodnotou, môžu byť obsluhované bezdrôtovými sieťami. Táto technológia umožňuje mobilným zariadeniam prístup k sieti. Šifrovací štandard WEP je možné relatívne ľahko prelomiť aj pri správnej konfigurácii (kvôli slabosti algoritmu). Aj keď novšie zariadenia podporujú pokročilejší protokol šifrovania údajov WPA a WPA2, mnoho starších prístupových bodov to nepodporuje a je potrebné ich vymeniť. Prijatie štandardu IEEE i (WPA2) v júni 2004 sprístupnilo účinnejšiu schému autentifikácie a šifrovania pre nové zariadenia. Protokoly WPA a WPA2 vyžadujú silnejšie heslo, než aké obvykle zadáva používateľ. Štandard IEEE definuje dva režimy prevádzky pre sieť Ad-hoc (BSS Basic Service Set) a infraštruktúrnu ESS Extended Service Set. Režim ad-hoc (nazývaný aj „point-to-point“) je jednoduchá sieť, v ktorej je komunikácia medzi stanicami (klientmi) nadviazaná priamo, bez použitia špeciálneho prístupového bodu. V režime ESS infraštruktúry sa bezdrôtová sieť skladá z najmenej jedného prístupového bodu pripojeného ku káblovej sieti a sady bezdrôtových klientskych staníc. Na organizáciu bezdrôtovej siete v uzavretom priestore sa používajú vysielače so všesmerovými anténami. Je potrebné mať na pamäti, že rádiové vlny 2,4 GHz niekedy nemusia prechádzať stenami s vysokým obsahom kovovej výstuže (v železobetónových budovách, nosných stenách), takže si budete musieť nainštalovať svoje vlastné prístupové body v miestnostiach oddelených taká stena. Výkon vysielaný vysielačom prístupového bodu alebo klientskej stanice pracujúcim podľa štandardu IEEE nepresahuje 0,1 W, ale

6, mnoho výrobcov bezdrôtových prístupových bodov obmedzuje výkon iba softvérovo a stačí jednoducho zvýšiť výkon na 0,2-0,5 wattu. Na porovnanie, výkon vydávaný mobilným telefónom je rádovo vyšší (v čase hovoru až 2 W). Pretože na rozdiel od mobilného telefónu sú sieťové prvky umiestnené ďaleko od hlavy, vo všeobecnosti možno bezdrôtové počítačové siete považovať za bezpečnejšie zo zdravotného hľadiska ako mobilné telefóny... Bezdrôtové produkty kompatibilné s IEEE ponúkajú štyri vrstvy zabezpečenia: fyzické, identifikátor služby SSID, identifikátor MAC ID riadenia prístupu k médiám a šifrovanie. Mnoho organizácií používa na ochranu pred prienikom ďalšie šifrovanie (napríklad VPN). V súčasnej dobe je hlavnou metódou prelomenia WPA2 hádanie hesiel, preto sa odporúča používať zložité alfanumerické heslá, aby bola úloha hádania hesiel čo najťažšia. Štandard WiMAX WiMAX (anglická celosvetová interoperabilita pre prístup do mikrovlnnej rúry) je telekomunikačná technológia vyvinuté tak, aby poskytovali univerzálnu bezdrôtovú komunikáciu na dlhé vzdialenosti pre širokú škálu zariadení (od pracovných staníc a prenosných počítačov po mobilné telefóny). Vychádza zo štandardu IEEE, ktorý sa nazýva aj Wireless MAN (WiMAX by mal byť považovaný za slangový názov, pretože nejde o technológiu, ale o názov fóra, kde bol dohodnutý Wireless MAN). WiMAX je vhodný na riešenie problému spájania prístupových bodov Wi-Fi k sebe navzájom a k iným internetovým segmentom, ako aj na poskytovanie bezdrôtového širokopásmového prístupu ako alternatívy k prenajatým linkám a xdsl. WiMAX vám umožňuje prístup na internet vysokými rýchlosťami s oveľa väčším pokrytím ako siete Wi-Fi. To umožňuje technológiu využiť ako chrbticové kanály, ktorých pokračovaním sú tradičné prenajaté a xdsl linky, ako aj lokálne siete. Výsledkom je, že tento prístup umožňuje vytváranie škálovateľných vysokorýchlostných sietí v mestách. WiMAX je systém s dlhým dosahom, ktorý pokrýva kilometre priestoru a ktorý zvyčajne používa licencované spektrum (aj keď sú možné aj nelicencované frekvencie) na to, aby poskytovateľovi koncových používateľov poskytoval internetové služby point-to-point. Rôzne štandardy rodiny poskytujú rôzne typy prístupu, od mobilného (podobný prenosu údajov v mobilných telefónoch) po pevný (alternatíva ku káblovému prístupu, v ktorom je bezdrôtové zariadenie používateľa prepojené s polohou).

7 Na rozdiel od WiMAX je Wi-Fi systém kratšieho dosahu, typicky pokrývajúci desiatky metrov, ktorý na prístup k sieti používa nelicencované frekvenčné pásma. Wi-Fi zvyčajne používajú používatelia na prístup k vlastnej lokálnej sieti, ktorá nemusí byť pripojená k internetu. Ak sa dá WiMAX porovnať s mobilná komunikácia, potom je Wi-Fi skôr ako pevná linka bezdrôtový telefón(rádiotelefón). WiMAX a Wi-Fi majú úplne odlišné mechanizmy kvality služby (QoS). WiMAX používa mechanizmus založený na pripojení medzi základňovou stanicou a používateľským zariadením. Každé pripojenie je založené na konkrétnom plánovacom algoritme, ktorý môže zaručiť parameter QoS pre každé pripojenie. Wi-Fi zase používa mechanizmus QoS podobný tomu, ktorý sa používa v sieti Ethernet, v ktorom majú pakety rôzne priority. Tento prístup nezaručuje rovnakú QoS pre každé pripojenie. Sada výhod je súčasťou celej rodiny WiMAX, ale jej verzie sa od seba výrazne líšia. Vývojári štandardu hľadali optimálne riešenia pre pevné aj mobilné aplikácie, ale nebolo možné skĺbiť všetky požiadavky v rámci jedného štandardu. Napriek tomu, že sa niekoľko základných požiadaviek prekrýva, zacielenie technológií na rôzne medzery na trhu viedlo k vytvoreniu dvoch oddelených verzií normy (respektíve ich možno považovať za dve rôzne normy). Každá zo špecifikácií WiMAX definuje rozsahy prevádzkových frekvencií, šírku pásma, vyžarovací výkon, metódy prenosu a prístupu, metódy kódovania a modulácie signálu, zásady opätovného použitia rádiových frekvencií a ďalšie indikátory. Preto sú systémy WiMAX založené na verziách IEEE e a d prakticky nekompatibilné. Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma technológiami je v tom, že pevný WiMAX umožňuje obsluhovať iba statických predplatiteľov, zatiaľ čo mobilný WiMAX sa zameriava na prácu s používateľmi, ktorí cestujú rýchlosťou až 150 km / h. Mobilita znamená prítomnosť roamingových funkcií a „bezproblémové“ prepínanie medzi základňovými stanicami, keď sa účastník pohybuje (ako sa to deje v sieťach bunková komunikácia). V konkrétnom prípade môže byť mobilný WiMAX použitý aj na obsluhu pevných používateľov. S vynálezom mobilného WiMAXu sa kladie stále väčší dôraz na vývoj mobilných zariadení vrátane špeciálnych mobilných telefónov (podobných bežným mobilným smartfónom) a počítačových periférií (USB rádiá a PC karty). Zariadenie na používanie sietí WiMAX dodáva niekoľko výrobcov a je možné ho nainštalovať v interiéri (zariadenia veľkosti bežného xdsl modemu) aj mimo neho. Je potrebné poznamenať, že zariadenie určené na vnútorné použitie a nevyžaduje profesionálne inštalačné schopnosti, je samozrejme pohodlnejšie, ale je schopné pracovať na výrazne kratších vzdialenostiach od Základná stanica než profesionálne

8 nainštalovaných externých zariadení. Vnútorné vybavenie preto vyžaduje oveľa väčšie investície do rozvoja sieťovej infraštruktúry. Siete WiMAX sa vo všeobecnosti skladajú z nasledujúcich hlavných častí: základňové a účastnícke stanice, ako aj zariadenia, ktoré spájajú základňové stanice navzájom, s poskytovateľom služieb a s internetom. Štruktúra sietí radu noriem IEEE je podobná tradičným sieťam GSM (základňové stanice pracujú vo vzdialenosti až desiatok kilometrov; na ich inštaláciu nie je potrebné stavať veže, je možné ich inštalovať na strechy domov, za predpokladu priamej viditeľnosti medzi stanicami). WiMAX sa používa tak na vyriešenie problému „poslednej míle“, ako aj na poskytnutie sieťového prístupu do kancelárskych a regionálnych sietí. Na pripojenie základňovej stanice k predplatiteľskej stanici sa používa vysokofrekvenčný rozsah rádiových vĺn od 1,5 do 11 GHz. Za ideálnych podmienok môžu byť rýchlosti prenosu údajov až 70 Mb / s bez toho, aby bola potrebná základňa medzi základňovou stanicou a prijímačom. Spojenia medzi základňovými stanicami (zorný uhol) sa nadväzujú pomocou frekvenčného rozsahu 10 až 66 GHz, rýchlosť výmeny údajov môže dosiahnuť 140 Mbit / s. V tomto prípade je najmenej jedna základňová stanica pripojená k sieti poskytovateľa pomocou klasických drôtových pripojení. Čím je však počet BS pripojených k sieťam poskytovateľa väčší, tým vyššia je rýchlosť prenosu dát a spoľahlivosť siete ako celku. Štandard Bluetooth Bluetooth umožňuje výmenu informácií medzi zariadeniami, akými sú osobné počítače (stolné počítače, vreckové počítače, prenosné počítače), mobilné telefóny, tlačiarne, digitálne fotoaparáty, myši, klávesnice, joysticky, slúchadlá, náhlavné súpravy na spoľahlivej, lacnej a všadeprítomnej rádiovej frekvencii pre komunikácia na krátku vzdialenosť. Bezdrôtový kanál umožňuje týmto zariadeniam komunikovať v okruhu 1 až 200 m od seba (dosah veľmi závisí od prekážok a rušenia), dokonca aj v rôznych miestnostiach. Stojí za zmienku, že spoločnosť AIRcable vydala adaptér Bluetooth Host XR s dosahom približne 30 km. Aby zariadenia Bluetooth spolupracovali, je potrebné, aby všetky podporovali spoločný profil. Profil je zbierka funkcií alebo možností dostupných pre konkrétne zariadenie Bluetooth. Technológia Bluetooth sa opiera o nelicencovaný (takmer všade okrem Ruska) frekvenčný rozsah 2,4 2,4835 GHz. V tomto prípade sa používajú široké ochranné pásma: dolná hranica frekvenčného rozsahu je 2 GHz a horná hranica je 3,5 GHz. Frekvencia (poloha stredu spektra) je špecifikovaná s presnosťou ± 75 kHz. Drift frekvencie nie je zahrnutý v tomto intervale. Kódovanie signálu sa vykonáva podľa dvojúrovňovej schémy GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Logika 0 a 1 zodpovedá dvom rôznym frekvenciám. V uvedenom frekvenčnom pásme

9 pridelených 79 rádiových kanálov po 1 MHz, každá štandardná bezdrôtová technológia HomeRF HomeRF špecificky zameraná na domáce siete. Hlavnou myšlienkou HomeRF je, že domáci používatelia majú veľmi odlišné potreby od firemných používateľov. To znamená, že riešenia, ktoré vyžadujú, sú navrhnuté špeciálne pre nich. HomeRF sa snaží pracovať v tomto medzere na trhu tým, že dodáva zariadenia, ktoré sa dajú ľahko nainštalovať, ľahko používať a sú cenovo dostupnejšie než dnešné bezdrôtové riešenia rozsah podniku. HomeRF nadväzuje na niekoľko existujúcich hlasových a dátových štandardov a integruje ich do jedného riešenia. Pracuje v pásme ISM 2,4 GHz pomocou systému FHSS. Frekvenčné skákanie sa vyskytuje pri rýchlosti 50 až 100 krát za sekundu. K eliminácii rušenia dochádza oddelením signálov v čase a frekvencii. HomeRF používa rádiové vysielače s nízkym výkonom podobné tým, ktoré sa používajú v osobných bezdrôtových sieťach založených na technológii Bluetooth. Rozdiel medzi týmito dvoma technológiami je v tom, že HomeRF je zameraný iba na trh domácich užívateľov, vrátane SWAP (Standard Wireless Access Protocol), ktorý HomeRF umožňuje efektívnejšie zvládať multimediálne aplikácie. Vysielače fungujú na vzdialenosť metrov od základňovej stanice a je možné ich integrovať do kariet Compact Flash. ZigBee ZigBee je názov súboru sieťových protokolov na vysokej úrovni využívajúcich malé rádiové vysielače s nízkym výkonom založené na štandarde IEEE. štandard popisuje bezdrôtové osobné siete (WPAN). ZigBee je zameraný na aplikácie, ktoré vyžadujú dlhú výdrž batérie a vysoké zabezpečenie dát pri nízkych prenosových rýchlostiach. Hlavnou črtou technológie ZigBee je, že s relatívne nízkou spotrebou energie podporuje nielen jednoduché bezdrôtové topológie (point-to-point a star), ale aj komplexné bezdrôtové siete s topológiou mesh s prenosom a smerovaním správ. Oblasťami použitia tejto technológie je výstavba bezdrôtových sietí senzorov, automatizácia obytných a rozostavaných budov, tvorba individuálnych diagnostických zdravotníckych zariadení, priemyselné monitorovacie a riadiace systémy, ako aj vývoj spotrebnej elektroniky a osobné počítače.

10 Názov značky pochádza zo správania včiel medonosných po návrate do úľa. O sieťach ZigBee sa uvažuje od roku 1998, kedy vyvstala potreba samoorganizujúcich sa komunikačných systémov ZigBee zameraných na aplikácie, ktoré vyžadujú dlhú výdrž batérie a vysokú bezpečnosť dát pri nízkych prenosových rýchlostiach. ZigBee funguje v priemyselných, vedeckých a lekárskych (ISM pásmo) rádiových pásmach: 868 MHz v Európe, 915 MHz v USA a Austrálii a 2,4 GHz vo väčšine krajín sveta (pod väčšinou jurisdikcií na svete). Pretože je zariadenie ZigBee väčšinu času v režime spánku, spotreba energie môže byť veľmi nízka, čo má za následok dlhú životnosť batérie. Zariadenie ZigBee sa môže prebudiť (tj. Prejsť z režimu spánku do bdenia) za 15 ms alebo menej a latencia jeho odozvy môže byť veľmi nízka, najmä v porovnaní s technológiou Bluetooth, pri ktorej latencia vyplývajúca z prechodu z režimu spánku do aktívneho režimu zvyčajne dosahuje tri sekundy. Ak vezmeme do úvahy také kritériá, ako sú cena čipov, lacnosť a rýchlosť prijatia technológie, nízka spotreba energie a odolnosť proti hluku, môžeme povedať, že ZigBee je teraz často najlepšou voľbou. Čipy na implementáciu ZigBee vyrábajú také známe spoločnosti ako Texas Instruments, Freescale, Atmel, STMicroelectronics, OKI atď. To zaručuje nízke ceny komponentov pre túto technológiu. ZigBee je technológia, ktorá vypĺňa medzeru nízkorýchlostných a nízkoenergetických bezdrôtových sietí pre riadiace systémy s veľkým počtom uzlov, ako sú osvetľovacie systémy v budovách, monitorovacie systémy pre priemyselné zariadenia atď. V súčasnosti sú moduly ZigBee celkom dostupné: ETRX2, ETRX3, vydané spoločnosťou Telegesis. Aby ste sa s nimi zoznámili, existujú štartovacie sady, ktoré obsahujú koordinátorový modul s konektorom USB a tri ďalšie moduly, ktoré je možné nakonfigurovať na ovládanie smerovača alebo koncového zariadenia so snímačmi teploty a svetla, testovacími tlačidlami atď. Tu je porovnávacia tabuľka hlavných štandardov

11 Tabuľka 1.1 Porovnávacie charakteristiky štandardov bezdrôtových sietí ZigBee Wi-Fi Bluetooth (IEEE) (IEEE b) (IEEE) Frekvenčné pásmo 2, GHz 2,4-2,483 GHz 2,4-2,483 GHz Šírka pásma kbps, 1 Protokol veľkosti zásobníka, kbyte Viac ako 1000 ďalších viac ako 250 Čas nepretržitej prevádzky z batérie, dni Maximálna čiastka uzly v sieti Rozsah pôsobnosti, m Oblasť Diaľkový prenos Náhradné monitorovanie aplikácií a multimediálne káblové ovládanie informácií o pripojení (internet, pošta, video) Z charakteristík uvedených v tabuľke 1.1 vyplýva, že ZigBee 1.2 je optimálnym štandardom pre senzorovú sieť. Metódy bezdrôtového smerovania Existujú tri typy smerovania - jednoduché, pevné a adaptívne. Zásadný rozdiel medzi nimi je miera, do akej sa pri riešení problému s výberom trasy zohľadňujú zmeny topológie a zaťaženie siete. Jednoduché smerovanie sa líši v tom, že pri výbere trasy sa neberie do úvahy ani zmena topológie siete, ani zmena jej stavu (záťaže). Neposkytuje smerový paketový prenos a má nízku účinnosť. Jeho výhodami sú jednoduchosť implementácie smerovacieho algoritmu a zaistenie stabilnej prevádzky siete v prípade zlyhania jej jednotlivých prvkov. Niektoré praktické aplikácie získali rôzne druhy jednoduchého smerovania: náhodné a lavínové. Zvláštnosťou náhodného smerovania je, že na prenos paketu z komunikačného uzla je vybraný jeden náhodne zvolený voľný smer. Paket „blúdi“ po sieti a s konečnou pravdepodobnosťou sa niekedy dostane do cieľa. Súčasne nie je zaistený ani optimálny čas doručenia balíka, ani efektívne využitie šírky pásma.

12 sieťových funkcií. Lavínové smerovanie (alebo: vyplnenie všetkých bezplatných odchádzajúcich smerov paketmi) zahŕňa prenos paketu z uzla vo všetkých smeroch, s výnimkou miesta, kde paket prišiel do tohto uzla. Ako sa to deje v každom uzle, dochádza k fenoménu šírenia paketov, ktorý drasticky znižuje využitie šírky pásma siete. Aby sa tomu zabránilo, je potrebné označiť kópie balíka a zničiť duplikáty, ktoré ním opakovane prechádzajú v každom uzle. Hlavnou výhodou tejto metódy je zaručené zaistenie optimálneho času dodania paketu adresátovi, pretože aspoň jeden zo všetkých smerov, v ktorých je paket prenášaný, taký čas poskytuje. Metódu je možné použiť v nezaťažených sieťach, ak sú požiadavky na minimalizáciu času a spoľahlivosti doručovania paketov dostatočne vysoké. Pevné smerovanie sa vyznačuje tým, že pri výbere trasy sa berú do úvahy zmeny v topológii siete a zmeny v jej zaťažení sa neberú do úvahy. Pre každý cieľový uzol je smer prenosu zvolený podľa smerovacej tabuľky (adresára), ktorá určuje najkratšie cesty. Adresáre sa zostavujú v centre riadenia siete. Sú zostavené znova a upravené, keď sa zmení topológia siete. Nedostatočná adaptácia na zmeny zaťaženia vedie k oneskoreniu sieťových paketov. Rozlišujte typy jednosmerných a viaccestných pevných smerovaní. Prvá je postavená na základe jedinej cesty na prenos paketov medzi dvoma predplatiteľmi, ktorá je spojená s nestabilitou voči poruchám a preťaženiu, a druhá je založená na niekoľkých možných cestách medzi dvoma predplatiteľmi, z ktorých je vybraná preferovaná cesta. Pevné smerovanie sa používa v sieťach s malou zmenou topológie a stabilným tokom paketov. Adaptívne smerovanie sa nazýva smerovanie, v ktorom sa rozhodnutie o smere paketového prenosu vykonáva s prihliadnutím na zmeny v topológii aj v zaťažení siete. Existuje niekoľko modifikácií adaptívneho smerovania, ktoré sa líšia tým, aké informácie sa použijú pri výbere trasy. Rozšírené sú úpravy ako lokálne, distribuované, centralizované a hybridné smerovanie. Lokálne adaptívne smerovanie je založené na použití informácií dostupných v danom uzle a obsahuje: smerovaciu tabuľku, ktorá definuje všetky smery paketového prenosu z tohto uzla; údaje o stave výstupných komunikačných liniek (fungujúcich alebo nefungujúcich); dĺžka fronty paketov čakajúcich na odoslanie. Informácie o stave ostatných komunikačných uzlov sa nepoužívajú. Tabuľka smerov definuje najkratšie trasy, ktoré zaisťujú doručenie paketu adresátovi v najkratšom čase. Výhodou tejto metódy je, že rozhodnutie o výbere trasy sa robí pomocou najnovších údajov o stave uzla. Nevýhodou tejto metódy je jej „krátkozrakosť“, pretože voľba trasy sa vykonáva bez ohľadu na globálny stav celej siete.

Preto vždy existuje riziko prenosu paketu po preťaženej trase. Distribuované adaptívne smerovanie je založené na použití informácií určených pre lokálne smerovanie a dát prijatých od susedov siete. Na každom uzle je vytvorená smerovacia tabuľka (katalóg) pre všetky cieľové uzly, kde sú uvedené trasy s minimálnym oneskorením paketu. Pred spustením siete sa tento čas odhaduje na základe topológie siete. Počas prevádzky siete sa uzly pravidelne vymieňajú so susednými uzlami, takzvanými tabuľkami oneskorenia, ktoré označujú zaťaženie (dĺžku frontu paketov) uzla. Po výmene tabuliek oneskorení každý uzol prepočíta oneskorenia a upraví trasy na základe prichádzajúcich údajov a dĺžky frontov v samotnom uzle. Tabuľky oneskorenia je možné vymieňať nielen periodicky, ale aj asynchrónne v prípade náhlych zmien zaťaženia alebo topológie siete. Keď sa pri výbere trasy vezme do úvahy stav susedných uzlov, výrazne sa zvýši účinnosť smerovacích algoritmov, ale to sa dosiahne zvýšením zaťaženia siete informáciami o službách. Informácie o zmenách v stave uzlov sa navyše šíria po sieti relatívne pomaly, takže výber trasy sa robí na základe trochu zastaraných údajov. Centralizované adaptívne smerovanie je charakterizované skutočnosťou, že problém so smerovaním pre každý uzol siete je vyriešený v smerovacom centre (RC). Každý uzol periodicky generuje správu o svojom stave (dĺžka frontov a stav komunikačných liniek) a prenáša ju do CM. Na základe týchto údajov je v CM pre každý uzol zostavená smerovacia tabuľka. Prirodzene, prenos správ do CM, tvorba a distribúcia smerovacích tabuliek - to všetko je spojené s časovým oneskorením, a preto so stratou účinnosti tejto metódy, najmä s veľkým zvlnením záťaže v sieti. V prípade poruchy CM navyše hrozí strata ovládania siete. Hybridné adaptívne smerovanie je založené na použití smerovacích tabuliek odoslaných CM do sieťových uzlov v kombinácii s analýzou dĺžky frontov v uzloch. V dôsledku toho sa tu implementujú zásady centralizovaného a lokálneho smerovania. Hybridné smerovanie kompenzuje nevýhody centralizovaného smerovania (trasy generované centrom sú trochu zastarané) a lokálnej (krátkozrakosť) a vníma svoje výhody: trasy centra zodpovedajú globálnemu stavu siete a berú do úvahy aktuálny stav uzla zaisťuje včasné vyriešenie problému. ...

14 Kapitola 2. Prehľad a porovnávacie charakteristiky sieťových simulátorov a výber najvhodnejšieho simulátora 2.1. Prehľad modelovacích nástrojov pre bezdrôtové senzorové siete Najúčinnejším nástrojom na hodnotenie indikátorov kvality infokomunikačných systémov je simulácia. Na tento účel bolo vyvinutých veľké množstvo sieťových simulátorov. Uvažujme o najbežnejších z nich. NS-2 Simulator NS-2 je softvér s otvoreným zdrojovým kódom určený na simuláciu diskrétnych udalostí káblových a bezdrôtových (mobilných) komunikačných systémov). Hlavnými jazykmi simulátora sú C ++ a Tcl (Tool Command Language). Na vytváranie simulácií sa používa OTCL (Object Tcl). Program je voľne dostupný, dá sa stiahnuť z webovej stránky programu a použiť na akademické účely. Simulátor podporuje veľký počet protokolov, typov sietí, sieťových prvkov, modelov prenosu dát. Na simuláciu ad-hoc sietí sú podporované smerovacie protokoly AODV, DSDV, DSR a TORA, ktoré vyžadujú ďalšie upresnenie, aby sa zaistila schopnosť pracovať s mobilnými uzlami. V simulátore NS-2 existuje model, ktorý implementuje štandard IEEE. Štruktúra komponentov modelu LR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area) a jeho hlavné funkcie sú znázornené na obrázku 2.1.

15 Obrázok 2.1 Štruktúra komponentu modelu LR-WPAN NS-2 Je potrebné spomenúť, že v prvých verziách modelu boli implementované základné funkcie sieťovú vrstvu ZigBee, ale neskôr boli vylúčené zo všeobecného prístupu, pretože ich úplne nedodržiavali tento štandard... V tomto ohľade je v súčasnosti možné použiť iba smerovacie protokoly existujúce v NS-2, ktoré úplne nezohľadňujú vlastnosti bezdrôtových senzorových sietí. O aplikácii simulátora nie je veľa dokumentácie, málo náučnej literatúry. Odporúčame vám pozrieť sa na zoznam často kladených otázok a analyzovať zdrojový kód modelu. Simulátor Cooja Simulátor siete pre operačný systém(OS) Contiki, špeciálne navrhnutá pre bezdrôtové senzorové siete, umožňujúca vyhodnotiť možnosti rozvinutej siete pred jej skutočnou implementáciou. Contiki je prenosný operačný systém pre zariadenia s nízkym výkonom, ako sú dotykové uzly. Knižnice Contiki sú načítané a kompilované simulátorom a sieť je monitorovaná a analyzovaná pomocou určitých funkcií. Aj keď je simulátor navrhnutý pre bezdrôtové senzorové siete, podporuje aj zásobník protokolov TCP / IP. Obrázok 2.2 ukazuje pracovné okno simulátora Cooja,

16 Obrázok 2.2 Okno simulátora Cooja Simulátor používa na vytváranie modelov jazyk Java, umožňuje vám však písať programy pre sieťových zariadení v C. Cooja je rozšíriteľný simulátor, na tento účel sa používajú ďalšie doplnky a rozhrania. Rozhranie popisuje vlastnosti senzorového uzla, pluginy vám umožňujú tvarovať simuláciu, napríklad ovládať rýchlosť simulácie alebo monitorovať a riadiť prenos medzi senzorovými uzlami. Simulátor podporuje simultánnu simuláciu viacerých sietí. Jednou z funkcií simulátora Cooja je simultánna simulácia na troch rôznych úrovniach - úroveň siete, úroveň operačného systému a úroveň strojového kódu pokynov. Cooja bol pôvodne vyvinutý pre Linux a Windows / Cygwin, ale neskôr prišla verzia aj pre MacO. TOSSIM Simulator (TinyOS Simulator) TinyOS je systém špeciálne navrhnutý pre senzorové siete. Má model programovania komponentov popísaný v jazyku nesc. TinyOS nie je operačný systém v tradičnom zmysle. Je to softvérové ​​prostredie pre vstavané systémy a sadu komponentov, ktoré

17 vám umožňuje vytvárať simulačné modely pre konkrétnu aplikáciu, napríklad TOSSIM. Simulátor TOSSIM môže simulovať siete s rozmermi až niekoľko tisíc uzlov a ich analýzou predvídať správanie siete s vysokou presnosťou. Simuláciou sietí s možným rušením a chybami simulátor vytvára jednoduchý, ale zároveň efektívny model všetkých možných interakcií uzlov v sieti. Simulátor, ktorý opisuje model zariadenia TinyOS s nízkym výkonom, simuluje správanie uzla senzora s veľkou dôverou, opisuje jeho vlastnosti a vykonáva veľký počet experimentov. Pre pohodlie vývojárov TOSSIM podporuje grafické používateľské rozhranie poskytujúce podrobnú vizualizáciu a reprodukciu akcií bežiaceho simulačného modelu. Tu sú všeobecné charakteristiky emulátora TOSSIM: - škálovateľnosť Simulátor podporuje sieťový model pozostávajúci z veľkého počtu uzlov s rôznymi konfiguráciami. TinyOS, najväčší zo všetkých vyvinutých sietí, pozostáva z približne 850 uzlov, simulátor je schopný podporovať tieto modely; - spoľahlivosť - simulátor popisuje rôzne interakcie uzlov, ktoré sa môžu vyskytnúť v skutočnej sieti; - Pripojiteľnosť Simulátor spája konštrukčný algoritmus s jeho grafickým znázornením, čo umožňuje vývojárom testovať programový kód, ktorý je potrebné spustiť na skutočnom zariadení, a tiež vykresliť sieť. Architektúra TOSSIM (obrázok 2.3) pozostáva z nasledujúcich prvkov: - diskrétny tok udalostí; - súbor softvérových komponentov, ktoré nahrádzajú zodpovedajúce hardvérové ​​komponenty skutočných pohybov; - komunikačné prostriedky, ktoré poskytujú príležitosť externé programy komunikovať s emulátorom.

18 Obrázok 2.3 Architektúra emulátora TOSSIM Simulátor OMNeT ++ Tento simulátor je simulačný systém založený na diskrétnych udalostiach, ktorý je možné použiť na také úlohy, ako: -modelácia káblových a bezdrôtových komunikačných systémov; - simulačné protokoly; - modelovanie frontových sietí. OMNeT ++ je vhodný na simuláciu akejkoľvek siete na základe diskrétnej udalosti. Tento proces sa pohodlne zobrazuje vo forme predmetov na výmenu správ. OMNeT ++ používa na simulačné modely jazyk C ++. Simulačné modely kombinované s jazykom NED na vysokej úrovni sú zostavené do veľkých komponentov a predstavujú veľké systémy. Simulátor má grafické nástroje na vytváranie modelov a vyhodnocovanie výsledkov v reálnom čase. Programové modely sú zostavené z viacúčelových komponentov nazývaných moduly. Moduly je možné použiť mnohokrát a kombinovať ich ako bloky LEGO. Moduly sú prepojené pomocou portov a sú kombinované do kompozitných modulov pomocou vysokoúrovňového programovacieho jazyka NED. Počet zavedených modulov je neobmedzený. Moduly komunikujú odovzdávaním správ, ktoré obsahujú ľubovoľné dátové štruktúry. Moduly môžu prenášať

19 správ o konkrétnych portoch a pripojeniach k serveru alebo priamo navzájom. Ten je užitočný napríklad na modelovanie bezdrôtových sietí. Obrázok 2.4 Grafický editor NED Simulačný proces je možné spustiť v rôznych používateľských rozhraniach. Graficky animované používateľské rozhranie je vhodné na predvádzanie a ladenie siete a rozhranie príkazový riadok vhodné na vykonávanie zmien. Komponenty OMNeT ++: 1) knižnica modelovania koreňov; 2) OMNeT ++ IDE založené na platforme Eclipse; 3) grafické rozhranie vykonanej simulácie, odkazy na spustiteľný súbor (Tkenv); 4) užívateľské rozhranie príkazového riadka na vykonávanie simulácie (Cmdenv); 5) dokumentácia, príklady. OMNeT ++ funguje na najbežnejších operačných systémoch: (Linux, Mac OS / X, Windows).

20 Obrázok 2.5 Editor zdrojového kódu NED Kapitola 3. Komparatívna analýza modelovacích nástrojov NS-2 a OMNeT Všeobecné porovnávacie charakteristiky Táto časť poskytuje porovnávaciu analýzu použitia softvérových produktov OMNeT ++ a NS-2 na vytvorenie simulačného modelu bezdrôtového senzorová sieť (WSS) a skontrolujte jej parametre ... V tejto práci je veľká pozornosť venovaná simulátorom ako NS-2 a OMNeT ++, vzhľadom na vysokú prevalenciu prvých (prieskum MobiHoc odhalil asi 45% použitia tohto simulátora na modelovanie siete) a jednoduchosť rozhranie simulátora OMNeT ++. Ak je implementácia protokolov v NS-2 dostupná pre verejné použitie, potom má aplikácia rovnakého protokolu v OMNeT ++ problémy, pretože architektúra týchto simulátorov je odlišná. Na analýzu boli sformulované a nastavené kritériá, podľa ktorých bol každý zo systémov študovaný tak pre možnosť modelovania bezdrôtovej senzorovej siete, ako aj pre súlad simulovaných udalostí so skutočnými udalosťami vyskytujúcimi sa v sieti. Modelovanie bezdrôtovej senzorovej siete umožní aproximovať teoretické výpočty, predpovedať akcie vyskytujúce sa v skutočnej sieti, popísať interakciu uzlov v sieti, testovať nové protokoly, popísať možné riešenia o optimalizácii architektúry,

21 vybrať konkrétne topológie pre aplikáciu nových sieťových riešení. Tabuľka (3.1) uvádza všeobecné porovnávacie charakteristiky schopností simulátorov NS-2 a OMNeT. Záver Program OMNeT ++ má teda ľahko osvojiteľné rozhranie, je zadarmo na akademické použitie a implementuje základné funkcie Sieťová vrstva ZigBee. Preto je plne vhodný na modelovanie a výskum bezdrôtovej senzorovej siete. Pre ďalšiu prácu volím program OMNeT ++. Bezdrôtovú senzorovú sieť budeme simulovať pomocou smerovacieho protokolu AODV.

22 Tabuľka 3.1 Porovnávacie charakteristiky schopností NS-2 a OMNeT ++ Parameter NS-2 Flexibilita OMNeT ++ NS-2 bol vyvinutý v OMNeT ++ a má ako TCP / IP flexibilnú štruktúru simulátora, simuláciu. podľa toho sa môže použiť na simuláciu simulovaných sietí s akoukoľvek sieťou, ktorej paketovými dátovými komponentmi sú údaje. NS-2 interaguje rigidne prostredníctvom reprezentácií uzlov, odovzdávania správ. protokoly, odkazy, prezentácia paketov, sieťové adresy, čo má svoje výhody, ale neumožňuje vám vykonávať žiadne zmeny. Synchronizácia Samostatné udalosti Diskrétne udalosti Platforma Linuxové systémy, FreeBSD, Solaris. Linux, Unix, Windows modelovanie (Cygwin) Windows (Cygwin) Podpora Monitorovanie toku Monitorovanie toku simulácie grafickej simulácie, vývoj rozhrania a definícia topológie v C ++, výsledky analýzy a simulácie Dokumentácia Dokumentácia NS-2 OMNeT ++ je fragmentovaná, málo dostupná príručka vzdelávacej literatúry, školiaca literatúra, videonávody Škálovateľnosť NS-2 nemá OMNeT ++ pre škálovateľnosť veľkých sietí na podporu veľkých sietí. simulácia Simulátoru chýbajú veľké siete. aplikačné modely a obmedzenie iba dodávky protokolov, pokiaľ ide o možnosti hardvérových modelov použitého počítača

23 3.3 Smerovací protokol AODV AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) je dynamický smerovací protokol pre mobilné siete ad-hoc. Tento protokol umožňuje mobilným uzlom rýchlo vytvoriť trasu v nových smeroch a nevyžaduje, aby uzly ukladali neaktívne trasy do pamäte. Protokol AODV zaisťuje včasné presmerovanie v prípade straty siete. Charakteristickou črtou je priradenie poradového čísla pri aktualizácii trasy. Uprednostňuje sa trasa s najvyšším poradovým číslom. Protokol AODV je definovaný nasledujúcimi typmi správ: Žiadosť o vytvorenie trasy (RREQ), správa s odpoveďou (RREP) a chybová správa (PERR). Je možné uviesť nasledujúci opis činnosti protokolu. Keď uzol potrebuje prenášať údaje, vyšle RREQ, aby vytvoril prenosovú trasu. K určeniu trasy dôjde, ak sa žiadosť dostane k príjemcovi priamo alebo prostredníctvom medziľahlých uzlov. Trasa sa vytvorí, ak žiadajúci uzol dostal správu s odpoveďou RREP. Správa s odpoveďou prichádza striktne do požadujúceho uzla a nie je odoslaná do celej siete (obrázok 3.1). Uzly tiež monitorujú aktívny odkaz trasy. Ak odkaz klesne, odošle sa chybové hlásenie RERR, ktoré upozorní ostatné uzly na prerušenie prepojenia. Táto správa naznačuje, že prenos údajov týmto smerom nie je možný a je potrebná nová trasa. Obrázok 3.1 Vytvorenie trasy AODV je smerovací protokol, a preto má smerovaciu tabuľku. Takáto tabuľka je vytvorená aj pre dočasné krátke trasy. Tabuľka obsahuje nasledujúce polia: - cieľová adresa; - sériové číslo príjemcu; - poznámka k prúdu sériové číslo;

24 - poznámky o stave trasy (aktívny, nefunkčný, obnovený, obnovený); - počet opakovaných prenosov (koľko opakovaných prenosov bolo potrebných na dosiahnutie cieľa); - trvanie trasy. Protokol AODV je navrhnutý pre mobilné ad-hoc siete s veľkosťou od desať do tisíc uzlov a môže pracovať pri nízkych, stredných a vysokých prenosových rýchlostiach, ako aj pri rôznych úrovniach dátového prenosu. Protokol AODV pracuje v aplikačnej vrstve a používa ako prenosový protokol UDP. Je normálne, že uzol dostane odpoveď RREP bez odoslania príslušnej požiadavky a prijímajúci uzol ju musí spracovať. Výhody tohto protokolu spočívajú v tom, že pri prenose údajov po už zavedenej trase sa nevytvára žiadna ďalšia premávka a taktiež nie je potrebné veľké množstvo pamäte. K nevýhodám protokolu patrí skutočnosť, že vytvorenie trasy na začiatku trvá dlhšie.

25 3.4 Modelovanie činnosti protokolu AODV v modeli NS-2 a OMNeT AODV v NS-2. Obrázok 3.2 Architektúra NS-2 Obrázok ukazuje, že NS-2 sa skladá z komponentov TCL, OTCL, TCLCL, plánovača udalostí a sieťových komponentov. TCL (Tool Command Language) sa používa na vytváranie rôznych simulačných scenárov v NS-2. OTCL je umiestnený ako riadiaci jazyk, ktorého účelom je vybudovať modelovacie prostredie. TCLCL funguje ako mix simulačných skriptov napísaných v TCl a C ++. V prvom rade je NS2 simulátor, ktorý koordinuje modely rôznych sieťových komponentov a plánovače udalostí implementované v jazyku C ++. Na vytvorenie sieťového modelu používa OTCL súbory C ++ v simulačnom skripte napísanom v TCL a simulačnom programe generovanom v OTCL. Obrázok 3.3 Postup pri vytváraní modelu

26 Obrázok ukazuje, ako spustiť simuláciu v NS-2. Najprv sa vytvorí skript, ktorý obsahuje simulačný skript, a potom sa zadajú potrebné parametre. Simulačný skript je súbor TCL, ktorý obsahuje parametre, ako napríklad použitý protokol, energetický manažment, údaje fyzickej vrstvy atď. Tieto parametre sa vytvárajú v NS-2 pomocou objektovo orientovaného rozšírenia v C ++. V tomto prípade v simulačnom scenári použijeme protokol AODV ako smerovací protokol. Protokol AODV je súbor C ++ v adresári NS-2. V tomto súbore C ++ je protokol AODV prepojený s našim scenárom simulácie OTCL. Model AODV v OMNeT ++ OMNeT ++ má modulárnu štruktúru, ktorej architektúra je znázornená na obrázku 3.4. Knižnica modelovacích komponentov pozostáva z jednoduchých a komplexných modulov napísaných v C ++. Jednoduché moduly sú kombinované do zložených skupín, ako sú bloky LEGO, a tak vznikajú objekty OMNeT ++. Táto vlastnosť je veľmi výhodná, pretože program má pripravené knižnice modulov pre rôzne konštrukcie. Obrázok 3.5 Moduly OMNeT ++ Simulácia sa vykonáva v prostredí poskytovanom knižnicami používateľského rozhrania (envir, Cmdenv, Tkenv) Prostredie riadi proces zadávania údajov, výstupu, ladenia, vykresľovania a animácie simulačného modelu.

27 V OMNeT ++ je protokol AODV implementovaný v knižnici simulačných komponentov, súbor NED vytvára moduly a submoduly. Obrázok 3.6 Vytvorenie modelu na NED V súbore NED je vytvorená simulácia, na základe ktorej Súbor INI, na nastavenie parametrov siete, času simulácie a pod. Obrázok 3.7 Podrobný postup na vytvorenie simulácie siete

28 Implementácia protokolu AODV v OMNeT ++ a NS2 bude hodnotená pomocou rovnakého simulačného scenára. Kapitola 4. Vývoj a softvérová implementácia modelu smerovania v bezdrôtovom komunikačnom systéme 4.1 Simulácia siete Scenár simulácie siete obsahuje; 1. Router - vykonáva prenos dát, smeruje pakety. 2. Koordinátor tvorí sieť, nastavuje nastavenia pri pripájaní zariadenia k sieti. 3. Uzly modulov sú koncovými zariadeniami napájanými z batérie. Uzly sú ovládače alebo senzory. Počet uzlov v sieti je navrhnutý v závislosti od potrieb konkrétnej aplikácie. Obrázok 4.1 Vizualizácia simulačného scenára Úlohou routera a koordinátora je vytvoriť spojenie medzi hostiteľmi v sieti. Simulácia pobeží pre sedem rôznych časových intervalov konštantnou rýchlosťou.

29 Tabuľka 4.1 Parametre Parameter Hodnota Počet uzlov 50 Časový interval 0, 20, 40, 80, 120, 160, 200 sekúnd Rýchlosť 20 m / s Čas simulácie 200 s. Modelovanie protokolu AODV sa bude vykonávať v súlade s parametrami opísanými v tabuľke 4.1. Obrázok 4.2 Grafické znázornenie siete Na základe výsledkov simulácie získané údaje analyzujeme a skombinujeme ich do porovnávacích grafov.

30 Obrázok 4.3 PDR pre NS-2 a OMNeT ++ Obrázok 4.3 ukazuje pomer doručenia integrity paketu (PDR) získaný z dvoch simulátorov. Je vidieť, že pomer PDR je vo všetkých bodoch podobný. Ale ak vezmeme do úvahy hodnotu PDR v rôznych časových intervaloch, je vidieť, že najmenšiu hodnotu dosahuje OMNeT ++. Obrázok 4.4 ukazuje výsledky štúdie priepustnosti získanej pomocou dvoch simulátorov Obrázok 4.4 Priepustnosť pre NS-2 a OMNeT ++ Pri simulácii a analýze výsledkov sa zvažovala vnútorná štruktúra OMNeT ++ a NS-2. Po analýze simulátorov vrátane ich zdrojového kódu boli zistené rozdiely v implementácii, to znamená, že nie je možné reprodukovať simulačný scenár jedného simulátora v inom. Ukázalo sa tiež, že aj v prípade výberu rovnakých parametrov boli pre OMNeT ++ a NS-2 získané rôzne výsledky.

31 Je to spôsobené rozdielom v simulátoroch počas simulácie Inštalácia a konfigurácia softvéru Požiadavky na operačný systém Pre správnu funkciu OMNET ++ a MiXiM je potrebné vziať do úvahy nasledujúce systémové požiadavky: Podporované platformy: Windows 7, 8 a XP; Mac OS X 10.7,10,8 a 10,9; Distribúcie Linuxu. Stiahnutie softvéru OMNET ++ je možné stiahnuť z webovej stránky: MiXiM je možné stiahnuť z nasledujúceho odkazu: Inštalácia a konfigurácia softvéru Ak chcete nainštalovať OMNET ++, skopírujte archív omnetpp-4.5-src.tgz do požadovaného adresára a rozbaľte súbory. Nájdite a spustite súbor mingwenv.cmd v priečinku. Ak chcete nainštalovať OMNET ++, zadajte príkaz: $. / Konfigurácia Obrázok 4.5 Inštalácia OMNET ++

32 Po dokončení inštalácie musíte skompilovať program OMNET ++. Zadajte príkaz: $ make Obrázok Kompilácia inštalačných súborov OMNET ++ Na spustenie OMNET ++ zadajte príkaz do terminálu: $ omnetpp

33 Obrázok Pracovné okno OMNET ++ Na inštaláciu MiXiM musíte importovať súbory do OMNeT ++. V ponuke vyberte položku Súbory> Importovať> Všeobecné> Existujúce projekty do pracovného priestoru. Potom kliknite na Ďalej. V zobrazenom okne vyberte adresár s inštalačnými súbormi MiXiM. Zaškrtnite políčko Kopírovať projekt do pracovného priestoru. Potom kliknite na Dokončiť. Obrázok Inštalácia MiXiM 4.3 Implementácia softvéru bezdrôtového modelu

34 MiXiM v OMNeT ++ je simulačné prostredie navrhnuté pre mobilné a pevné bezdrôtové siete (bezdrôtové senzorové siete, nositeľné počítačové siete, siete ad-hoc, dopravné siete atď.). V. grafický editor Simulačné prostredie OMNET ++ MiXiM je zobrazené nasledovne. Je uvedený popis funkcií, ktoré budú priamo aplikované pri simulácii senzorickej siete. Štruktúra API tried MiXiM: a) Moduly sú najdôležitejšie triedy zoskupené podľa funkcionality: 1) moduly na úrovni aplikácie; 2) moduly sieťovej vrstvy siete netwlayer; 3) nič sieťové rozhrania; 4) moduly mobility, ktoré podporujú mobilitu hostiteľa; 5) pomôcky pomôcky; 6) základné základné moduly MiXiM; 7) mapovanie matematického mapovania; 8) triedy protokolov pre rôzne protokoly implementované v MiXiM; 9) Spotreba energie b) Triedy: trieda aplikačnej triedy testovacej aplikácie. Obsahuje nasledujúce argumenty: 1) Pakety: počet paketov, ktoré sa majú odoslať v aplikácii; 2) traffictype: časový interval medzi generovaním dvoch paketov (hodnoty sú periodické, exponenciálne); 3) trafficparam: parametre pre traffictype. Obrázok 4.9 Schéma pre senzorový prehrávač c) mobilita: MassMobilty popis mobilného modelu (mota) vykonávajúceho náhodné pohyby

35. Na simuláciu siete musíte vytvoriť nový projekt. Z ponuky vyberte Súbory> Nový> Nový projekt OMNeT ++: Obrázok 4.10 Vytvorenie nového projektu Stlačte tlačidlo Ďalej. V nasledujúcom okne vyberte priečinok s nástrojmi MiXiM. Obrázok 4.11 Nástroje MiXiM Nastavenia vykonávame v súlade s parametrami senzorovej siete.

36 Obrázok 4.12 Nastavenia modelu siete senzorov Konfiguračný súbor začína sekciou. Poskytuje všeobecné parametre pre všetky scenáre. Pred modelovaním siete je potrebné určiť nasledujúce parametre: - počet staníc (počet uzlov); -čas simulácie (časový limit simulácie); - nastavenia protokolu odkazovej vrstvy. Simulácia bude prebiehať pre 10 zariadení (počet uzlov = 10) počas 60 minút (časový limit sim = 60 minút). Všetky zariadenia používajú protokol IEEE ako protokol prepojovacej vrstvy (mixim.modules.node.host802154a;). Pretože v tomto prípade je modelovaný mobilný senzor, vyberáme parameter Mass Mobility (dodatok 1). V grafickom režime bude topológia siete v počiatočnom čase t = 0 vyzerať takto:

37 Obrázok 4.13 Topológia siete Obrázok Topológia siete v počiatočnom bode (pred spustením simulácie) Počas simulácie sa topológia periodicky mení, čo je spojené s pohybom objektov. V rôznych časoch senzory menia svoju polohu.

38 Obrázok 4.15 Poloha senzorov po 15 minútach Obrázok 4.16 Poloha senzorov po 42 minútach Simulácia stacionárnych senzorov sa bude vykonávať aj pre 10 zariadení (počet uzlov = 10) počas 60 minút (časový limit sim = 60 minút). Všetky zariadenia používajú protokol IEEE ako protokol prepojovacej vrstvy (mixim.modules.node.host802154a;). Pretože v tomto prípade je modelovaný stacionárny snímač, vyberáme parameter „Stat ionarymobility“ (dodatok 2). V grafickom režime bude topológia siete vyzerať takto:

39 Obrázok 4.17 Grafické znázornenie siete Obrázok 4.18 Topológia siete Preto sme simulovali stacionárne a mobilné senzory. Aby bolo možné vykonávať porovnávacie charakteristiky, sú senzory umiestnené v miestnosti s rovnakými rozmermi. Boli vykonané nastavenia pre senzory senzorovej siete. Všetky zariadenia používajú protokol IE EE ako protokol dátového spojenia. Simulácia bola vykonaná pre desať senzorov počas jednej hodiny. Na vytvorenie bezdrôtovej senzorovej siete boli použité nástroje MiXiM.

40 Vývojový diagram na obrázku 4.19 ukazuje, ako bola simulácia bezdrôtovej siete vykonaná v prostredí MiXiM. Obrázok 4.19 Štruktúra činnosti systému Kapitola 5. Analýza získaných výsledkov 5.1. Analýza oneskorení siete Po získaní výsledkov simulácie pristúpime k analýze stavu siete. Ak chcete získať súbor obsahujúci výsledky simulácie, vyberte položku Súbor> Nový> Analytický súbor. Zvážte napríklad

Doba latencie 41. Latencia siete ZigBee závisí od topológie siete a môže sa výrazne líšiť v závislosti od aktuálnej úrovne rušenia a intenzity prevádzky. V OMNeT ++ sú pri analýze prijatých údajov zobrazené minimálne a maximálne latencie v uzloch. Tabuľka 5.1 Latencia v uzloch (latencia) Tabuľka 5.2 Latencia v uzloch (latencia) Grafické zobrazenie údajov pomocou programu OMNeT ++:

42 Obrázok 5.1- Minimálne oneskorenie na stacionárnych snímačoch Obrázok 5.2 Maximálne oneskorenie na stacionárnych snímačoch

43 Obrázok 5.3 Minimálne oneskorenie mobilných senzorov Obrázok 5.4 Maximálne oneskorenie mobilných senzorov

Obrázok 5.5 Maximálne oneskorenia pri použití stacionárnych a mobilných senzorov Obrázok 5.6 Minimálne oneskorenia pri použití stacionárnych a mobilných senzorov Oneskorenia pre mobilné senzory sú menšie, ale ich indikátory sú menej stabilné, čo súvisí s ich pohybom po obvode miestnosti. v rôznych časových bodoch by senzory mohli byť veľmi blízko seba a prenášať správy bez prekážok, alebo by mohli byť vo veľkej vzdialenosti a prenášať správu s veľkým oneskorením. Podobný príklad je možné vidieť na obrázku 5.6.

45 5.2. Štandardná odchýlka v uzloch v sieti Zariadenia pracujúce v rovnakom rozsahu môžu byť zdrojmi rušenia a odchýlkami v prenose v nelicencovanom rozsahu. Keď sa používajú tieto typy RF zariadení, šírka pásma bezdrôtového pripojenia je výrazne znížená v dôsledku opakovaných prenosov a tiež preto, že zariadenia súťažia o prístup k médiám. Preto je potrebné starostlivo pristupovať k plánovaniu a nasadeniu siete a vziať do úvahy ďalšie zariadenia, ktoré môžu zasahovať do nasadenej siete. Problém so ZigBee je ten WiFi zariadenia fungujú aj v pásme 2,4 Hz a prevádzka WiFi s prenosom ZigBee môže rušiť. Ďalším problémom ZigBee je, že pri inzerovanej rýchlosti 250 kbps je skutočná rýchlosť oveľa nižšia, napriek tomu, že sieť má v rádiovom kanáli pevnú rýchlosť. Stáva sa to počas interakcie siete medzi sieťovými uzlami a z toho vyplývajúcich oneskorení pri potvrdzovaní paketov. Okrem toho spracovanie údajov na nižších úrovniach zásobníka tiež vyžaduje čas. Zvážte štandardnú odchýlku latencie siete (stddev). Štandardná (odmocnina) odchýlka ukazuje rozloženie hodnôt náhodnej premennej vzhľadom na jej priemernú hodnotu. Čím väčší je spread, tým ťažšie je riadiť prenos (prijímať pakety v správnom poradí, vyhnúť sa duplikácii paketov). Tabuľka 5.3 Štandardná odchýlka v uzloch Stacionárne snímače Uzol mobilných senzorov = 0 0,94 uzol = 0 0 uzol = 1 0 uzol = 1 0,31 uzol = 2 0 uzol = 2 0,46 uzol = 3 1,58 uzol = 3 0, 99 uzol = 4 0 uzol = 4 0 uzol = 5 1,42 uzol = 5 0,79 uzol = 6 1,85 uzol = 6 0,29 uzol = 7 1,98 uzol = 7 0 uzol = 8 1,24 uzol = 8 0,35 uzol = 9 1,58 uzol = 9 0,41 Zo získaných histogramov je vidieť že uzly 1,2,4 zo stacionárnych senzorov a 0,4,7 z mobilných neprijímali údaje, preto je odchýlka týchto uzlov 100%.

46 Pre jednoduchosť uvádzame údaje graficky: Obrázok 5.7 Štandardná odchýlka pri použití stacionárnych senzorov Obrázok 5.8 Štandardná odchýlka pri použití mobilných senzorov

47 Obrázok 5.9 Štandardná odchýlka stacionárnych a mobilných senzorov 5.3 Prenos paketov v sieti Formáty prenášaných paketov v sieťach ZigBee: dátový paket (slúži na prenos údajov); potvrdzovací paket (slúži na potvrdenie úspešného prenosu údajov); Paket príkazov MAC (slúži na organizáciu prenosu riadiacich príkazov MAC); signálny paket (používa ho koordinátor na organizáciu synchronizovaného prístupu). Aby sa mohla riadiť sekvencia prenosu číslovania paketov (poradové číslo údajov), kontrolný súčet sekvencie rámca zaisťuje bezchybný prenos (sekvencia Che -ckova sekvencia - FCS). Potvrdzovací paket poskytuje spätnú väzbu od príjemcu odosielateľovi o úspešnom bezchybnom prenose dátového paketu. Balík príkazov MAC je potrebný na diaľkové ovládanie a konfiguráciu sieťových zariadení. Umožňuje koordinátorovi siete individuálne konfigurovať všetky podriadené siete bez ohľadu na veľkosť siete. Signalizačný paket je potrebný na aktiváciu koncových zariadení, pretože sú aktívne iba počas periódy prijímania synchronizačných paketov.

48 Tabuľka 5.4 Počet prijatých paketov stacionárne snímače Mobilný senzor uzol = 0 18 uzol = 0 0 uzol = 1 0 uzol = 1 9 uzol = 2 0 uzol = 2 9 uzol = 3 16 uzol = 3 6 uzol = 4 0 uzol = 4 0 uzol = 5 17 uzol = 5 6 uzol = 6 16 uzol = 6 9 uzol = 7 16 uzol = 7 1 uzol = 8 17 uzol = 8 3 uzol = 9 17 uzol = 9 9 Obrázok 5.10 Počet paketov prijatých stacionárnymi snímačmi

Obrázok 5.11 Počet paketov prijatých mobilnými senzormi Ako je zrejmé z prijatých dát, každý uzol prijal v priemere 15 paketov za obdobie pomocou stacionárnych senzorov (pre mobilné senzory je to 8 paketov), ​​t.j. nie všetky prenášané pakety sa dostali k prijímačom, niektoré sa stratili. Obrázky ukazujú, že pravdepodobnosť straty pre mobilné senzory je dvakrát vyššia ako pre stacionárne. Môžu za to rôzne faktory, ako napríklad zníženie priepustnosti sieťových údajov, dočasné prerušenia alebo úplné prerušenie bezdrôtového pripojenia, nesprávna činnosť snímača. Aby sme porovnateľné údaje názorne ukázali, spojme ich do jedného grafu. Obrázok 5.12 Prijímanie paketov pri použití stacionárnych a mobilných senzorov

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) je telekomunikačná technológia navrhnutá tak, aby poskytovala univerzálnu bezdrôtovú komunikáciu na veľké vzdialenosti pre široký rozsah

Mestská rozpočtová vzdelávacia inštitúcia Stredná škola 7, Pavlovo, región Nižný Novgorod Výskumné práce na tému Protokoly bezdrôtovej komunikácie Vykonávajú:

Bezdrôtové komunikačné technológie v miestnych sieťach Wi-Fi Sieť Wi-Fi Sieť Wi-Fi je rádiová sieť, ktorá umožňuje prenos informácií medzi objektmi prostredníctvom rádiových kanálov. Štandardy vypracovala Wi-Fi Alliance.

Bezdrôtová (iba vybrané modely) Používateľská príručka Copyright 2007 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Windows je ochranná známka spoločnosti Microsoft Corporation registrovaná v USA.

POČÍTAČOVÉ SIETE Sieť je dva alebo viac počítačov prepojených komunikačnými kanálmi. Prototyp počítačovej siete na začiatku 60. rokov XX. sa stal terminálový prístup k sálovým počítačom, ktoré v rozdelenom režime

UDC 004,735 P.V. Cherepanov KONTROLA PRÍSTUPU MOBILNÝCH OBJEKTOV DO STACIONÁRNEHO TELEKOMUNIKAČNÉHO SYSTÉMU Cherepanov Pavel Valerievich

SKUPINA ŠTANDARDOV WiMAX A.Yu. Prokopenko Vedecký poradca, kandidát technických vied, docent B.A. Krylov Článok je venovaný stručnému prehľadu skupiny štandardov pre bezdrôtové siete WiMAX. Úvod Štandardy

Gennady Skonodobov (Skonodobov G.V.), študent vedúci Aleksandr Tyutyakin (Tiutiakin A.V.), docent Štátnej univerzity vyššieho odborného vzdelávania „Štátna univerzita UPPK“ O implementácii bezdrôtovej technologickej siete

Čo je to počítačová sieť? 1 Počítačová sieť je to skupina počítačov prepojených komunikačnými linkami: elektrické káble telefónna linka kábel z optických vlákien (optické vlákno) rádiová komunikácia (bezdrôtový

Bezdrôtové senzorové siete Téma 6: Simulácia bezdrôtových senzorových sietí Oddelenie MAI. 609, Terentyev M.N., [chránené e -mailom] 1 V tejto prednáške The concept of simulation Simulation in the development of BSS Simulation methods

Miestna sieť Počítačová sieť je súbor počítačov prepojených prostredníctvom komunikačných kanálov a prepínacích prostriedkov do jedného systému na výmenu správ a prístup používateľov k softvéru, technickým,

Bezdrôtová používateľská príručka Copyright 2007 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Windows je ochranná známka spoločnosti Microsoft Corporation registrovaná v USA. Bluetooth

Bezdrôtový (iba vybrané modely) Používateľská príručka 2006 Hewlett-Packard Development Company (L.P.)

VYBUDOVANIE SAMOREGANIZAČNEJ SIETE MOBILNÝCH ZARIADENÍ. Kazakov M.F. vedecký poradca, Cand. tech. F.A. Kazakov Sibírska federálna univerzita Úvod Jeden zo smerov vývoja informácií

Integračná platforma pre APCS - System Operator Popis aplikácie 1. ÚČEL A VLASTNOSTI Tento softvérový balík je nástrojom na vývoj aplikovaného softvéru.

NÁVOD NA KONFIGURÁCIU A PREVÁDZKU S MONITOROVAČOM ROZHRANIA T-11. Verzia 1.0 Rok 2011 Obsah Úvod ... 3 Všeobecné informácie ... 3 Topológia pripojenia prevodníkov v Reverse ACS ... 4 Zmena nastavení

Vysokorýchlostný Wi-Fi router RT-N18U (2,4 GHz, 600 Mb / s) Energeticky účinný procesor a technológia TurboQAM poskytujú prenosové rýchlosti až 600 Mb / s, o 33% rýchlejšie ako tradičné

Ministerstvo školstva Bieloruskej republiky Vzdelávacia inštitúcia Gomel Štátna univerzita ich. Fyzikálna fakulta F. Skaryna “ Informačné systémy a siete „Prednáška Bezdrôtová technológia

Prednáška 13 Téma: Základy sieťových technológií. Referenčný model prepojenie otvorených systémov. Plán: 1. Lokálna sieť: koncept a účel 2. Sedemúrovňový model organizácie miestnych počítačov

Spôsoby pripojenia na internet V dnešnej dobe sú najbežnejšími spôsobmi pripojenia na internet: Modemové pripojenie (telefonické pripojenie) Dial-Up, ADSL Televízny koaxiálny

Bezdrôtový (iba vybrané modely) Používateľská príručka 2006 Hewlett-Packard Development Company (L.P.)

Bezdrôtové zariadenie Wi-Fi od spoločnosti Cisco Systems Obsah 1. Rozsah použitia ... 2 2. Normy ... 2 3. Zariadenie ... 2 3.1. Vnútorné vybavenie ... 3 3.1.1. Cisco Aironet

Vzdialený zber údajov AMR v nízkopodlažných obytných komplexoch prostredníctvom sietí ZigBee

Multifunkčná mobilná samoorganizujúca sa rádiová sieť „MCP-Network“ Protokoly sieťovej vrstvy: IPv6 (RFC 3513), smerovanie DSR (RFC 4728), AODV (RFC 3561) Metóda viacnásobného prístupu k prepojovacej vrstve:

BEZDRÁTOVÁ synchronizácia GPS / GLONASS a vyššia návratnosť investícií John Butler, produktový riaditeľ Cambium Network Synchronizácia GPS / GLONASS priamo ovplyvňuje

KONVERZIA PROTOKOLU MODBUS EDWARD LIN EDWARD LIN [chránené e -mailom] Zariadenia Modbus RTU sa ľahko implementujú a sú nenáročné na údržbu, a preto sa tento protokol stal veľmi populárnym. Dnes však stále viac

UDC 621,396 G.I. Pakhomov, S.I. Golovin, A.D. Kalashnikov, E.S. Kashirina, M. Yu. Národná výskumná polytechnická univerzita Thin Perm TECHNOLÓGIE Wi-Fi A WiMAX V banskom priemysle 258

SYSTÉM MONITOROVANIA DOPRAVY Systém satelitného monitorovania a riadenia dopravy Prístupový bod ZyXEL G-202 EE Konfigurácia a nastavenie obsahu AutoGRAPH-WiFi: Prístupový bod ZyXEL G-202 EE Konfigurácia

Toto zariadenie pracuje s nasledujúcimi operačnými systémami: Windows XP, Windows 2000 DWL-G650M Bezdrôtový adaptér Super G MIMO pre laptop Než začnete Potrebujete nasledujúci hardvér:

TEÓRIA A STAV BEZDRÔTOVÝCH SIETÍ Alekseeva E.N., Bayrushin F.T. Baškirská štátna univerzita Ufa, Rusko TEÓRIA A ŠTÁTNE BEZDRÁTOVÉ SIETE Alekseevа E.N., Bairushin F.T. Štátna univerzita v Baškiru

Nastavenie Wi-Fi terminálov základného bloku Galileosky s funkciou Pokyny na pripojenie www.7gis.ru Obsah Potrebné nástroje, zariadenia, materiál ... 3 Všeobecné informácie ... 4 Inštalácia a pripojenie

Používateľská príručka k službe „Mobile Client-Bank“ (pre zariadenia so systémom Android OS) 2012 1 Obsah 1. Požiadavky na mobilné zariadenie .... 3 2. Inštalácia programu „Mobile

Bezdrôtová (iba vybrané modely) Používateľská príručka Copyright 2007 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Windows je ochranná známka spoločnosti Microsoft Corporation registrovaná v USA.

Časť UDC 004,75. Informačné systémy a technológie PROTOKOLY SMEROVANIA BEZDRÔTOVÝCH SIEŤOVÝCH SIEŤ Timkov A.V., Telyatnikov A.O. Donecká národná technická univerzita, Katedra automatizácie

Tento produkt funguje s nasledujúcimi operačnými systémami: Windows XP, Windows 2000 DWL-G132 AirPlus G 802.11g / 2,4 GHz Bezdrôtový adaptér USB

Už sa blíži deň, kedy budú stovky miliónov polovodičových senzorov integrované do všetkého, čo je možné, od kľúčenky po detský kočík. A všetky budú môcť nielen fungovať ako inteligentné senzory, ale tiež vykonávať primárne spracovanie informácií a vzájomne komunikovať a vytvárať jednu bezdrôtovú senzorickú sieť. Takéto senzory zároveň prakticky nespotrebúvajú elektrickú energiu, pretože vstavané miniatúrne batérie vydržia niekoľko rokov, to znamená po celú životnosť senzorov. Pôjde o koncepčne nový typ počítačový systém pracujúci pomocou bezdrôtovej senzorovej siete. Táto sieť sa bežne nazýva bezdrôtové senzorové siete Ad-hoc. Pojem Ad-hoc je prevzatý z moderných bezdrôtových sietí, ako je napríklad štandard IEEE 802.11b. Tieto bezdrôtové siete majú dva komunikačné režimy: režim Infraštruktúra a režim Ad-hoc. V režime Infraštruktúra navzájom uzly siete neinteragujú priamo, ale prostredníctvom prístupového bodu, ktorý v bezdrôtovej sieti funguje ako rozbočovač (podobne ako sa to deje v tradičných káblových sieťach). V režime Ad-hoc, nazývanom aj Peer-to-Peer, stanice komunikujú priamo medzi sebou. Preto v bezdrôtových senzorových sieťach režim Ad-hoc znamená, že všetky senzory navzájom priamo interagujú a vytvárajú druh mobilnej siete.

Bezdrôtové senzorové siete sú krokom k ďalšej ére - ku ktorej budú počítače priamo pripojené fyzický svet a bude schopný uhádnuť túžby používateľov a tiež sa za ne rozhodnúť.
Trochu snívajme o tom, čo nám takéto senzorické siete prinesú v budúcnosti. Predstavte si betlehemy, ako počúvajú deti dýchajúce; náramky, ktoré monitorujú stav pacientov na klinike; detektory dymu, ktoré môžu v prípade potreby nielen zavolať hasičov, ale tiež ich vopred informovať o zdroji požiaru a stupni zložitosti požiaru. Elektronické zariadenia sa budú vedieť navzájom rozpoznať, zdroje potravy im pripomenú, že sa potrebujú „osviežiť“.

Predstavte si státisíce senzorových senzorov zapojených do siete v lese. V takom lese bude jednoducho nemožné stratiť sa, pretože pohyb osoby bude zaznamenávaný a analyzovaný senzormi. Ďalším príkladom sú senzory v teréne, naladené na monitorovanie stavu pôdy a v závislosti od meniacich sa podmienok regulujú závlahu a množstvo aplikovaného hnojiva.
Rovnako užitočné budú aj senzorické siete na cestách. Vďaka vzájomnej komunikácii budú môcť regulovať tok automobilov. To je sen každého vodiča - cesty bez dopravných zápch! Takéto siete sa s touto úlohou dokážu vyrovnať oveľa efektívnejšie ako ktorákoľvek agentúra. Problém s ovládaním
priestupky na cestách vyrieši sám.

Použitím senzorových sietí na správu napájania dosiahnete neuveriteľné úspory energie. Predstavte si takú riadiacu sieť vo svojom byte. Vďaka sledovaniu vašej polohy budú senzory schopné vypnúť svetlo za vami a podľa potreby ho zapnúť. Ak používate tieto siete na ovládanie osvetlenia ulíc a ciest, problém s nedostatkom elektriny zmizne sám. Aby sa senzorické siete stali realitou zajtrajška, výskum v tomto smere prebieha dnes. A lídrom v tejto oblasti je spoločnosť Intel Corporation, ktorá podporuje všetky pokročilé počítačové technológie budúcnosti. Osobitná pozornosť sa venuje vývoju bezdrôtových viacuzlových senzorových sietí, schopných vlastnej tvorby a automatickej konfigurácie podľa potreby. Implementácia tejto technológie umožní nasadenie siete lacných, ale veľmi zložitých polovodičových senzorových zariadení, ktoré môžu navzájom nezávisle nadväzovať komunikáciu a podávať správy o určitých zmenách v prostredí. Senzor sľudy je napríklad vybavený 128 kilobajtami softvéru flash pamäte, 256 kilobajtmi flash pamäte pre ukladanie dát a rádiovým vysielačom 900 MHz.
Niektoré z týchto zariadení používajú operačný systém
TinyOS, kód pre tento operačný systém je open source a pozostáva zo všetkého
8,5 Kb.

Takéto zariadenia nájdu uplatnenie v zásadne nových oblastiach, napríklad vo vývoji inteligentných odevov, spojených prikrývok, ktoré budú monitorovať zdravie novorodenca a hlásiť najdôležitejšie ukazovatele jeho životných funkcií, inteligentné farmy, v ktorých sú nainštalované polovodičové snímače. pôda zvládne zavlažovanie
systém a hnojenie. Výskum senzorových sietí v spoločnosti Intel Corporation je
slávne výskumné laboratórium Intel Berkeley, ktoré sa nachádza v Kalifornii. Experimentálne senzorické siete, ktoré dnes existujú, len čiastočne spĺňajú vyššie uvedené požiadavky. Dnes teda siete pozostávajú iba zo stoviek senzorov s obmedzenou oblasťou pokrytia a vykonávajú iba dobre definované úlohy. Sú schopné prenášať iba určitý typ informácií z jedného senzora na druhý a iba v danej šírke pásma. Nezanedbateľná je aj spotreba energie.
- Batéria vydrží iba niekoľko dní. Existujúce senzory senzorov sú stále dosť inertné a o vysokej spoľahlivosti a neviditeľnosti v prevádzke (prinajmenšom kvôli veľkosti) nemôže byť ani reč. A samozrejme, takéto senzory sú dosť drahé, takže sieť stoviek senzorov nie je lacná. Musíme si však uvedomiť, že hovoríme o experimentálnych sieťach a vývoji technológie budúcnosti. Experimentálne senzorické siete už zároveň poskytujú výhody. Jedna taká sieť senzorov, ktorú spoločne vytvorili Intel Berkeley Research Laboratory, Atlantický inštitút a Kalifornská univerzita, funguje na ostrove Great Duck Island v Maine.

Cieľom tejto siete je študovať mikroprostredie rôznych biologických organizmov obývajúcich ostrov.
Akýkoľvek zásah človeka (aj za účelom učenia) je niekedy zbytočný,
Tu prichádzajú na pomoc senzorické siete, ktoré umožňujú bez priamej účasti ľudí zbierať všetky potrebné informácie.

Senzorová sieť používa ako uzlové prvky dve dosky. Prvá doska obsahuje snímač teploty, snímače vlhkosti a barometrického tlaku a infračervený snímač. Druhá doska obsahuje mikroprocesor (frekvencia 4 MHz), RAM Kapacita 1 kB, flash pamäť na ukladanie programov a dát, napájanie (dve batérie AA) a rádiový vysielač /
prijímač pracujúci na frekvencii 900 MHz. Senzory vám umožňujú zaregistrovať všetky potrebné informácie a preniesť ich do databázy hostiteľského počítača. Všetky senzory sú vopred dôkladne testované - doska so senzormi je na dva dni ponorená do vody a monitoruje jej funkčnosť. Všetky senzorové uzly tvoria jednu bezdrôtovú sieť a sú schopné vymieňať si informácie. V tomto prípade dochádza k prenosu informácií zo vzdialeného sieťového uzla na bránu (Gateway Sensor) pozdĺž reťazca, to znamená z jedného sieťového uzla do druhého, čo vám umožňuje vytvoriť veľkú oblasť pokrytia.

Informácie sa dostanú k hostiteľskému počítaču prostredníctvom brány. Brána používa smerovú anténu, ktorá umožňuje zvýšenie prenosovej vzdialenosti až na 300 m. Z hostiteľského počítača sú informácie prenášané prostredníctvom satelitu cez internet do výskumného centra v Kalifornii.

Laboratórny personál nemenej aktívne pracuje na presnej biológii a tvorbe biočipov. Okrem zmyslového vnímania sveta pevných vecí sa skúma aj možnosť „cítenia“ tekutých médií a biologických, vyvíjajúcich sa predmetov. Takýto výskum otvára obrovské vyhliadky na lekársky a farmaceutický vývoj, implementáciu chemických procesov a výrobu biologických produktov. Pretože hlavným účelom senzorových sietí je vnímať a prenášať užitočné informácie, špecialisti laboratória Intel v Berkeley sa zaoberajú vývojom metódy kombinovania senzorov s objektmi, ktoré sú zodpovedné za monitorovanie, a skúmajú tiež možnosť vytvorenia „aktuátorov“. " - zariadenia založené na senzoroch, ktoré môžu ovplyvniť situáciu, a nielen zaregistrovať jej stav." Senzorické siete sú očividne užitočné pre vojenské aplikácie, jednou z možných variácií sietí bol „bojový“ test v Afganistane, kde americká armáda nasadila niekoľko stoviek senzorov na sledovanie pohybov nepriateľského vojenského vybavenia. Avšak na úvod
Je príliš skoro hovoriť o skutočných sieťach v našom živote, sieť je odolná voči odolnosti voči chybám. Útok na odmietnutie služby (DoS) na senzorovú sieť je každá udalosť, ktorá znižuje alebo eliminuje schopnosť siete vykonávať zamýšľanú funkciu. Autori navrhujú založiť sieťové protokoly senzorov na vrstvenej architektúre, ktorá môže poškodiť účinnosť siete, ale zvýšiť jej spoľahlivosť. Prediskutované sú typy útokov DoS, ktoré sú typické pre každú vrstvu, a prijateľné metódy ochrany. Aj dnes, napriek nedokonalosti a stále dosť úzkemu spektru použitia, sa senzorické siete používajú vo vede a neskôr v živote.

Použité boli materiály zo stránok: