Hajautetut anturiverkot. Kuinka ottaa käyttöön langattomia anturiverkkoja haastavissa teollisuusympäristöissä. Yleiskatsaus nykyaikaisiin langattomiin teknologioihin

Historia ja laajuus

Yksi ensimmäisistä anturiverkon prototyypeistä voidaan pitää SOSUS-järjestelmää, joka on suunniteltu havaitsemaan ja tunnistamaan sukellusveneet. Langattomien anturiverkkojen teknologiat alkoivat kehittyä aktiivisesti suhteellisen hiljattain - 1990-luvun puolivälissä. Kuitenkin vasta 2000-luvun alussa mikroelektroniikan kehitys mahdollisti melko halvan elementtipohjan valmistamisen tällaisille laitteille. Nykyaikaiset langattomat verkot perustuvat pääasiassa ZigBee-standardiin. Huomattava määrä toimialoja ja markkinasegmenttejä (valmistus, erilaisia liikenne, eläminen, turvallisuus) valmiina anturiverkkojen toteuttamiseen, ja tämä määrä kasvaa jatkuvasti. Suuntausta ohjaa lisääntyvä monimutkaisuus teknisiä prosesseja, tuotannon kehitys, yksilöiden kasvavat tarpeet turvallisuuden, resurssienhallinnan ja varaston käytön segmenteissä. Puolijohdeteknologioiden kehittyessä ilmaantuu uusia käytännön tehtäviä ja teoreettisia ongelmia anturiverkkojen sovelluksissa teollisuudessa, asunto- ja kunnallispalveluissa sekä kotitalouksissa. Edullisten langattomien anturiohjauslaitteiden käyttö avaa uusia alueita telemetrian ja ohjausjärjestelmien sovelluksille, kuten:

• Toimilaitteiden mahdollisten vikojen oikea-aikainen havaitseminen sellaisten parametrien ohjaamiseksi kuin tärinä, lämpötila, paine jne.;
• Reaaliaikainen kulunvalvonta etäjärjestelmät valvontaobjekti;
• Teollisuusomaisuuden tarkastuksen ja huollon automatisointi;
• Kaupallinen omaisuudenhoito;
• Sovellus komponentteina energiaa ja resursseja säästävissä teknologioissa;
• Ympäristön ekoparametrien valvonta.

On huomattava, että anturiverkkojen pitkästä historiasta huolimatta käsite anturiverkon rakentamisesta ei ole lopullisesti muotoutunut eikä ole ilmaantunut tietyissä ohjelmisto- ja laitteistoratkaisuissa (alustaratkaisuissa). Anturiverkkojen toteutus nykyisessä vaiheessa riippuu pitkälti teollisen tehtävän erityisvaatimuksista. Arkkitehtuuri, ohjelmisto- ja laitteistototeutus on intensiivisessä teknologian muodostumisvaiheessa, mikä kiinnittää kehittäjien huomion etsimään teknologista markkinarakoa tuleville valmistajille.

Teknologiat

Langattomat anturiverkot (WSN) koostuvat miniatyyreistä tietokonelaitteista - moteista, jotka on varustettu antureilla (lämpötila-, paine-, valo-, tärinätason, sijainnin jne. anturit) ja tietyllä radioalueella toimivilla signaalilähetin-vastaanottimilla. Joustava arkkitehtuuri, alhaisemmat asennuskustannukset erottavat älykkäiden sensorien langattomat verkot muista langattomista ja langalliset rajapinnat tiedonsiirto, varsinkin kun me puhumme noin suuresta määrästä toisiinsa kytkettyjä laitteita, anturiverkko mahdollistaa jopa 65 000 laitteen yhdistämisen. Langattomien ratkaisujen jatkuva kustannusten aleneminen, niiden toimintaparametrien kasvu mahdollistavat asteittain uudelleen suuntautumisen langallisista ratkaisuista telemetriatietojen keruu-, etädiagnostiikka- ja tiedonvaihtojärjestelmissä. "Sensorinen verkko" on nykyään vakiintunut termi. Anturiverkot), joka tarkoittaa hajautettua, itseorganisoituvaa, vikasietoista yksittäisten elementtien verkkoa ilman valvontaa ja joka ei vaadi erityistä laitteiden asennusta. Jokainen anturiverkon solmu voi sisältää erilaisia ​​antureita ulkoisen ympäristön valvontaan, mikrotietokoneen ja radiolähetin-vastaanottimen. Tämän ansiosta laite voi tehdä mittauksia, suorittaa itsenäisesti alkutietojen käsittelyn ja ylläpitää kommunikaatiota ulkoisen tietojärjestelmän kanssa.

802.15.4/ZigBee-välitteinen lyhyen kantaman radiotekniikka, joka tunnetaan nimellä "Sensor Networks" (eng. WSN - Langaton anturiverkko), on yksi nykyaikaisista suunnista itseorganisoituvien, vikasietoisten hajautettujen resurssien ja prosessien valvontaan ja hallintaan tarkoitettujen järjestelmien kehittämisessä. Langaton anturiverkkotekniikka on nykyään ainoa langaton tekniikka, joka pystyy ratkaisemaan anturien toiminta-ajan kannalta kriittiset valvonta- ja ohjaustehtävät. Langattomaksi anturiverkoksi yhdistetyt anturit muodostavat alueellisesti hajautetun itseorganisoituvan järjestelmän tiedon keräämistä, käsittelyä ja välittämistä varten. Pääsovellusalue on fyysisten välineiden ja esineiden mitattujen parametrien ohjaus ja seuranta.

• radiopolku;
• prosessori moduuli;
• akku;
• erilaisia ​​antureita.

Tyypillistä solmua voidaan edustaa kolmentyyppisillä laitteilla:

• Verkkokoordinaattori (FFD - Fully Function Device);
  • suorittaa verkkoparametrien maailmanlaajuisen koordinoinnin, organisoinnin ja asettamisen;
  • monimutkaisin kolmesta laitetyypistä, joka vaatii eniten muistia ja virtalähdettä;

• Laite, jossa on täydet toiminnot (FFD - Fully Function Device);
  • tuki 802.15.4:lle;
  • lisämuistin ja virrankulutuksen ansiosta voit toimia verkon koordinaattorina;
  • tuki kaikentyyppisille topologioille ("pisteestä pisteeseen", "tähti", "puu", "verkkoverkko");
  • kyky toimia verkoston koordinaattorina;
  • mahdollisuus käyttää muita verkon laitteita;
• (RFD - Reduced Function Device);
  • tukee rajoitettua joukkoa 802.15.4-ominaisuuksia;
  • tuki pisteestä pisteeseen, tähtitopologiat;
  • ei toimi koordinaattorina;
  • soittaa verkon koordinaattorille ja reitittimelle;

Yritysten kehittäjät

Markkinoilla on erilaisia ​​yrityksiä:

Huomautuksia

Wikimedia Foundation. 2010 .

Katso, mitä "Wireless Sensor Networks" on muissa sanakirjoissa:

- (muut nimet: langattomat ad hoc -verkot, langattomat dynaamiset verkot) hajautetut langattomat verkot, joilla ei ole pysyvää rakennetta. Asiakaslaitteet yhdistetään lennossa muodostaen verkon. Jokainen verkon solmu yrittää välittää ... ... Wikipedia

Tämä sivu ehdotetaan nimettäväksi uudelleen langattomaksi ad hoc -verkoksi. Syiden selitys ja keskustelu Wikipedia-sivulla: Nimetään uudelleen / 1. joulukuuta 2012. Ehkä sen nykyinen nimi ei täytä nykyajan ... ... Wikipedian vaatimuksia

Langattomat ad hoc -verkot ovat hajautettuja langattomia verkkoja, joilla ei ole pysyvää rakennetta. Asiakaslaitteet yhdistetään lennossa muodostaen verkon. Jokainen verkon solmu yrittää välittää muille solmuille tarkoitettua dataa. Samaan aikaan ... ... Wikipedia

Langattomat ad hoc -verkot ovat hajautettuja langattomia verkkoja, joilla ei ole pysyvää rakennetta. Asiakaslaitteet yhdistetään lennossa muodostaen verkon. Jokainen verkon solmu yrittää välittää muille solmuille tarkoitettua dataa. Samaan aikaan ... ... Wikipedia

Tyypillisen langattoman anturiverkon arkkitehtuuri Langaton anturiverkko on hajautettu, itseorganisoituva verkko, jossa on monia antureita (antureita) ja toimilaitteita, jotka on kytketty toisiinsa radiokanavan kautta. Alue ... ... Wikipedia

Haluatko parantaa tätä artikkelia?: Muokkaa suunnittelua artikkelien kirjoittamista koskevien sääntöjen mukaisesti. Tarkista artikkeli kielioppi- ja kirjoitusvirheiden varalta. Korjaa artikkeli ... Wikipedian mukaan

Telemetria, telemetria (toisesta kreikan sanasta τῆλε "kaukana" + μέτρεω "mitta") joukko tekniikoita, jotka mahdollistavat etämittauksen ja tiedon keräämisen operaattorille tai käyttäjälle, olennainen osa ... ... Wikipedia

Ultralaajakaistaiset (UWB) signaalit ovat radiosignaaleja (UHF-signaaleja), joilla on "erittäin suuri" kaistanleveys. Niitä käytetään ultralaajakaistaiseen tutka- ja ultralaajakaistaiseen radioviestintään. Sisältö 1 Määritelmä 2 Säännös ... Wikipedia

Ensimmäinen avoin protokolla langaton verkko tiedonsiirto, suunniteltu rakennusautomaatiota ja hajautettujen kohteiden ohjausta varten. Yhtä verkkoa voidaan käyttää monien olemassa olevien lähetin-vastaanottimien (lähetin-vastaanottimien) ja ... ... Wikipedian kanssa

Hajautetut anturiverkot

Mitä langattomat anturiverkot ovat?

Anturit ja vastaanottolaite

Langattomat anturiverkot rakennetaan solmuista nimeltä moty (mote) - pienet autonomiset laitteet, jotka toimivat paristoilla ja mikrosiruilla ja joissa on radioviestintä taajuudella - esimerkiksi 2,4 GHz. Erityinen ohjelmisto mahdollistaa motien itsensä järjestäytymisen hajautetuissa verkoissa kommunikoida keskenään, kysellä ja vaihtaa tietoja lähimpien solmujen kanssa, joiden etäisyys ei yleensä ylitä 100 metriä.

Englanninkielisessä kirjallisuudessa tällaista verkkoa kutsutaan langaton anturiverkko(WSN) on langaton verkko, joka koostuu maantieteellisesti hajautetuista autonomisista laitteista, jotka antureiden avulla valvovat yhdessä fyysisiä tai ympäristöolosuhteita eri alueilla.

Ne voivat mitata parametreja, kuten lämpötilaa, ääntä, tärinää, painetta, esineiden tai ilman liikettä. Langattomien anturiverkkojen kehittämisen motiivina olivat alun perin sotilaalliset tehtävät, kuten taistelukentän valvonta. Tällä hetkellä langattomia anturiverkkoja käytetään yhä enemmän monilla siviilielämän aloilla, mukaan lukien teollisuus- ja ympäristöseuranta, terveydenhuolto ja esineiden liikkeenhallinta. Laajuus laajenee.

Työn perusperiaatteet

3-tason verkkokaavio. 1. taso anturit ja yhdyskäytävä. 2. palvelintaso. Tason 3 ohut asiakas

Jokainen verkkosolmu: mot varustettu radiolähetin-vastaanottimella tai muulla laitteella langaton kommunikaatio, pieni mikro-ohjain ja virtalähde, yleensä akku. Voidaan käyttää aurinkopaneelien tai muiden vaihtoehtoisten energialähteiden kanssa

Tieto etäisistä elementeistä välitetään verkon yli lähimpien välillä solmusta solmuun radiokanavan kautta. Tämän seurauksena datapaketti lähetetään lähimmästä moteista yhdyskäytävään. Yhdyskäytävä on yleensä kytketty palvelimeen USB-kaapelilla. Palvelimella - kerätyt tiedot käsitellään, tallennetaan ja ne ovat saatavilla WEB-kuoren kautta laajalle käyttäjäjoukolle.

Anturisolmun hinta vaihtelee sadoista dollareista muutamaan senttiin riippuen anturiverkoston koosta ja sen monimutkaisuudesta.

Laitteisto ja standardit

Gateway (2kpl), kytketty kannettavaan tietokoneeseen USB-kaapelilla. Kannettava tietokone on yhteydessä Internetiin UTP:n kautta ja toimii palvelimena

Anturilaitteet radioantennilla

Langattomien solmujen laitteistot ja solmujen väliset verkkoprotokollat ​​on optimoitu tarjoamaan tehoa pitkäaikainen järjestelmän toiminta autonomisilla virtalähteillä. Toimintatavasta riippuen solmun käyttöikä voi olla useita vuosia.

Useita standardeja on tällä hetkellä joko ratifioitu tai kehitteillä langattomille anturiverkkoille. ZigBee on standardi sellaisille asioille kuin teollinen ohjaus, sulautettu tunnistus, lääketieteellisen tiedon kerääminen ja rakennusautomaatio. Zigbeen kehitystä edesauttaa suuri teollisuusyritysten konsortio.

• WirelessHART on HART-protokollan laajennus teollisuusautomaatioon. WirelessHART lisättiin yleiseen HART-protokollaan osana HART 7 -spesifikaatiota, jonka HART Communications Foundation hyväksyi kesäkuussa 2007.
• 6lowpan on ilmoitettu verkkokerroksen standardi, mutta sitä ei ole vielä otettu käyttöön.
• ISA100 on toinen työ, jolla yritetään päästä WSN-tekniikkaan, mutta se on rakennettu laajemmin sisällytettäväksi palautetta valvontaa alallaan. ANSI-standardeihin perustuvan ISA100:n käyttöönoton odotetaan valmistuvan vuoden 2008 loppuun mennessä.

WirelessHART, ISA100, ZigBee, ja ne kaikki perustuvat samaan standardiin: IEEE 802.15.4 - 2005.

Langaton sensoriverkkoohjelmisto

käyttöjärjestelmä

Langattomien anturiverkkojen käyttöjärjestelmät ovat vähemmän monimutkaisia ​​kuin yleiset käyttöjärjestelmät rajallisten resurssien vuoksi laitteisto anturiverkko. Tämän takia, käyttöjärjestelmä käyttöliittymien tukea ei tarvitse sisällyttää.

Langaton anturiverkkolaitteisto ei eroa perinteisistä sulautetuista järjestelmistä ja siksi sulautettua käyttöjärjestelmää voidaan käyttää anturiverkoissa

Visualisointisovellukset

Mittaustulosten visualisointi- ja raportointiohjelmisto MoteView v1.1

Langattomien anturiverkkojen tiedot tallennetaan tyypillisesti digitaalisena tietona keskustukiasemaan. On olemassa monia vakioohjelmat, kuten TosGUI MonSense, SOT, mikä tekee näiden suurten tietomäärien tarkastelun helpoksi. Lisäksi Open Consortium (OGC) määrittelee koodauksen metatietojen yhteentoimivuuden ja yhteentoimivuuden standardit, jotka mahdollistavat langattoman anturiverkon reaaliaikaisen seurannan tai ohjauksen verkkoselaimen kautta.

Langattoman anturiverkon solmuista tulevien tietojen kanssa työskentelyyn käytetään ohjelmia, jotka helpottavat tietojen katselua ja arviointia. Yksi tällainen ohjelma on MoteView. Tämän ohjelman avulla voit tarkastella tietoja reaaliajassa ja analysoida niitä, rakentaa kaikenlaisia ​​kaavioita, antaa raportteja eri osioissa.

Käytön edut

• Ei tarvitse asentaa kaapeleita virransyöttöä ja tiedonsiirtoa varten;
• Alhaiset komponenttien kustannukset, järjestelmän asennus, käyttöönotto ja huolto;
• Nopea ja helppo verkon käyttöönotto;
• Koko järjestelmän luotettavuus ja vikasietoisuus yksittäisten solmujen tai komponenttien vikaantuessa;
• Mahdollisuus toteuttaa ja muokata verkkoa missä tahansa objektissa häiritsemättä itse objektien toimintaprosessia
• Mahdollisuus koko järjestelmän nopeaan ja tarvittaessa piiloasennukseen.

Jokainen anturi on suunnilleen olutkorkin kokoinen (mutta se voidaan pienentää satoja kertoja tulevaisuudessa) ja sisältää prosessorin, muistin ja radiolähettimen. Tällaiset kannet voivat olla hajallaan mille tahansa alueelle, ja ne itse muodostavat yhteyden toisiinsa, muodostavat yhden langattoman verkon ja alkavat lähettää tietoja lähimpään tietokoneeseen.

Yhdistettynä langattomaan verkkoon anturit pystyvät seuraamaan ympäristöparametreja: liikettä, valoa, lämpötilaa, painetta, kosteutta jne. Valvontaa voidaan suorittaa erittäin laajalla alueella, koska anturit välittävät tietoa ketjua pitkin naapuriltaan naapuriin. Teknologian ansiosta ne voivat toimia vuosia (jopa vuosikymmeniä) vaihtamatta paristoja. Anturiverkot ovat tietokoneen yleismaailmallisia aistielimiä, ja tietokone voi tunnistaa kaikki maailman antureilla varustetut fyysiset esineet. Tulevaisuudessa jokainen miljardeista antureista saa IP-osoitteen, ja ne voivat jopa muodostaa jonkinlaisen globaalin anturiverkon. Toistaiseksi vain armeija ja teollisuus ovat olleet kiinnostuneita anturiverkkojen kyvyistä. Anturiverkkojen markkinatutkimukseen erikoistuneen ON Worldin viimeisimmän raportin mukaan markkinat ovat tänä vuonna elpymässä merkittävästi. Toinen merkittävä tapahtuma tänä vuonna oli maailman ensimmäisen yksisirun ZigBee-järjestelmän julkaisu (valmistaja Ember). ON Worldin haastattelemista suurista yhdysvaltalaisista teollisuusyrityksistä noin 29 % käyttää jo anturiverkkoja, ja toinen 40 % suunnittelee ottavansa ne käyttöön 18 kuukauden sisällä. Amerikassa on ilmestynyt yli sata kaupallista yritystä, jotka harjoittavat anturiverkkojen luomista ja ylläpitoa.

Tämän vuoden loppuun mennessä planeetan antureiden määrä ylittää miljoonan. Nyt ei vain verkkojen määrä, vaan myös niiden koko kasvaa. Ensimmäistä kertaa on luotu useita yli 1 000 solmun verkkoja ja niitä on käytetty onnistuneesti, mukaan lukien yksi 25 000 solmun verkkoja.

Lähde: Web PLANET

Sovellusalue

WSN:n sovelluksia on monia ja erilaisia. Niitä käytetään kaupallisissa ja teolliset järjestelmät sellaisten tietojen tarkkailuun, joita on vaikea tai kallista ohjata langallisilla antureilla. WSN:itä voidaan käyttää vaikeapääsyisillä alueilla, joissa ne voivat jäädä useiksi vuosiksi (ympäristön ympäristövalvonta) ilman tarvetta vaihtaa virtalähdettä. He voivat hallita suojatun laitoksen rikkojien toimintaa

WSN:ää käytetään myös valvontaan, seurantaan ja ohjaukseen. Tässä on joitain sovelluksia:

• Savuvalvonta ja tulipalojen havaitseminen suurista metsistä ja soista
• Lisätietolähde Venäjän federaation subjektien hallinnon kriisikeskuksille
• Potentiaalisen jännityksen seisminen havaitseminen
• Sotilaalliset havainnot
• Akustisten esineiden liikkeentunnistus turvajärjestelmissä.
• Tilan ja ympäristön ekologinen seuranta
• Teollisuuden prosessien valvonta, käyttö MES-järjestelmissä
• Lääketieteellinen seuranta

Rakennusautomaatio:

	lämpötilan, ilmavirran, ihmisten läsnäolon ja laitteiden ohjaus mikroilmaston ylläpitämiseksi;
	valaistuksen ohjaus;
	energian hallinta;
	asunnon kaasun, veden, sähkön jne. mittareiden lukemien kerääminen;
	turva- ja palohälytys;
	rakennusten ja rakenteiden kantavien rakenteiden kunnon seuranta.

Teollisuusautomaatio:

	teollisuuslaitteiden kauko-ohjaus ja diagnostiikka;
	Huolto laitteet nykytilan mukaan (luotettavuusmarginaalin ennuste);
	seurantaa tuotantoprosessit;

Internet of Things (IoT) -teknologian yritysversiota käytetään nykyään aktiivisesti teollisuudessa. Enterprise Internet of Things (EIoT) tarjoaa yrityksille uusia tapoja ohjata koneita ja laitteita langattomien anturiverkkojen ja ohjainten avulla. Langattomat anturit, jotka saavat virtaa pienestä paristosta ilman, että niitä on kytketty langalliseen virtalähteeseen, voidaan sijoittaa teollisuusympäristöihin paikkoihin, joihin edellisen sukupolven ohjaukset eivät ole täysin saatavilla.

EIoT on parantanut järjestelmien ja laitteiden luotettavuutta, turvallisuutta ja yhteentoimivuutta täyttääkseen tiukimmatkin toteutusvaatimukset langattomat tekniikat tähän suuntaan ei vain teollisuudessa, vaan myös terveydenhuollon, rahoituspalveluiden jne. alalla. EIoT ottaa näiden alueiden tarpeet huomioon, koska tekniset tiedot ja tämän uuden teknologian suunnitteluelementit ovat paljon parempia kuin perinteiset IoT-tekniikat, jotka on suunniteltu vähemmän kriittisiin kuluttaja- tai kaupallisiin sovelluksiin.

EIoT-ongelmia

EIOT-yhteensopivat anturit ja ohjaimet voivat toimia lähes missä tahansa teollisuusympäristössä, mutta toistaiseksi se on ollut enemmän onnenkysymys, sillä kaikki teollisuuslaitteet eivät ole ihanteellisia langattomaan käyttöön. Tämä johtuu siitä, että IoT:n käyttöönotossa on kaksi toisiinsa liittyvää mutta näennäisesti ristiriitaista elementtiä:

1. Itse langaton laitteiden verkko, joka asennetaan käyttämällä antureita ja ohjaimia, jotka liittyvät lyhyen kantaman tekniikkaan alhaisella virrankulutuksella.
2. IoT-antureiden verkosto, joka on vuorovaikutuksessa muiden laitteiden, ohjaimien ja verkon osien kanssa jo kauempana.

Riisi. 1. Sovellukset sijaitsevat kaukana kaupunkikeskuksista ja organisaation perinteisistä tietoliikennepalveluista maailmanlaajuinen verkosto voi hyödyntää energiatehokasta viestintäprotokollaa, kuten LoRa

Luotettavan viestinnän mahdottomuus pitkiä matkoja on usein merkittävin este teollisuusympäristössä. Tällä ongelmalla on yksinkertainen syy: tietoliikenne, joka tapahtuu langallisten kaapelilinjojen kautta tai käyttämällä signaalinsiirtoa tornien kautta. matkapuhelinviestintä, ei ole aina saatavilla teollisuuslaitteiden paikoissa. Lisäksi kustannukset, jotka aiheutuvat matkapuhelinpalveluista vain useiden datapakettien toimittamiseen antureilta yhdessä viestintäistunnossa, eivät ole kovin järkeviä sekä taloudellisesti että puhtaasti teknisistä näkökohdista. Lisäksi varsin usein on ongelma antureiden ja viestintälaitteiden virransyötössä, jota on erittäin vaikea järjestää syrjäisissä paikoissa, joissa laitteet tai infrastruktuuri eivät saa virtaa suoraan teollisuusverkosta.

Huolimatta matkapuhelinviestinnän laajasta kattavuudesta siirtokunnissa, paikoin ei ole luotettavaa palvelua langattoman viestinnän järjestämiseen. Tämä on yleinen ongelma maaseudulla ja teollisuuslaitteiden syrjäisillä paikoilla, kuten eristettyjen öljy- ja kaasulaitteiden tai putkikuljetusten, vesihuolto- ja jätevesijärjestelmissä (kuva 1) jne. Tällaiset paikat ovat myös usein kaukana lähimmästä teknisestä palvelusta. henkilökuntaa, joka tarkistaa laitteiden asianmukaisen toiminnan. Joskus insinööriltä kestää koko päivän tai jopa useita päästä laitteiston luo ja tarkastaa ne. Näin syrjäisiltä alueilta on usein vaikeaa ja helppoa löytää asiantuntijoita, jotka ovat valmiita työskentelemään. Koska rajallisen kommunikaatiopeiton vuoksi EIOT-yhteensopivat anturit ja säätimet ovat melko harvinaisia ​​etäkohteissa, pienitehoiset laajakaistaverkot (LPWAN) tulevat apuun täällä.

BLE ja LPWAN

Yleisimmin käytetty lyhyen kantaman langaton tekniikka EIoT-järjestelmissä on Bluetooth Low Energy - BLE (Bluetooth low energy, joka tunnetaan myös nimellä Bluetooth Smart). Pääsyy BLE:n suureen suosioon EIoT:lle on sen energiatehokkuus, jonka ansiosta anturit ja säätimet voivat toimia pitkään erittäin alhaisella akun kulutuksella. BLE hallitsee unijaksoja, valmiustilaa ja aktiivisia syklejä. BLE:tä käytetään laajalti myös sen RF-signaalin voimakkuuden vuoksi, mikä mahdollistaa tämän tekniikan tehokkaan toiminnan vaikeissakin ympäristöissä, joissa korkeataajuinen kohina on lisääntynyt. digitaalisia signaaleja tietokonelaitteista ja jopa silloin, kun radioaaltojen etenemiselle on fyysisiä esteitä. Mutta kuten tiedät, kaikki nämä tekijät ovat tuttuja teollisuusympäristölle.

EIoT:n toteutusprojekteissa BLE-teknologia on perustana lyhyen kantaman viestinnän järjestämiselle. Lisäksi sitä voidaan käyttää sekä jo käytössä olevissa että vielä suunnitteluvaiheessa olevissa teollisissa laitekokonaisuuksissa. Tällainen BLE-yhteensopivien laitteiden verkko tarvitsee kuitenkin tavan vastaanottaa ohjeita ja välittää tietoja pitemmiltä etäisyyksiltä. Luottaminen perinteiseen tietoliikenneinfrastruktuuriin, joka mahdollistaa kaksisuuntaisen Wi-Fi- tai matkapuhelinsignaalin, ei ole mahdollista esteen vuoksi, joka rajoittaa näiden anturi- ja ohjausverkkojen käyttöä. Yhdistämällä BLE:n LoRa-teknologian ultra-kanta- ja energiatehokkuuteen yritykset ovat voineet ottaa käyttöön EIoT:n paikoissa, joissa tietoliikenneinfrastruktuuria ja sähköinfrastruktuuria ei ole saatavilla, ja tämä on puolestaan ​​laajentanut Internetin käyttöönoton maantieteellistä aluetta. esineiden teknologiaa.

Riisi. 2. Anturit yhdistetään ensin LoRa-asiakkaaseen ja sitten LoRa-yhdyskäytävän kautta

LoRa WAN -protokolla on usein LPWAN, koska se tarjoaa turvallisen kaksisuuntaisen tiedonsiirron ja viestinnän IoT-verkkojen kanssa pitkiä matkoja vuosia ilman pariston vaihtoa. LoRa-teknologiaa käytettäessä on mahdollista lähettää ja vastaanottaa signaaleja jopa noin 16 km:n etäisyydeltä, ja tarvittaessa toistimet (toistimet) voivat kasvattaa tämän etäisyyden satoihin kilometreihin. Kuvassa Kuva 2 näyttää kuinka LoRa toimii. IoT-sovelluksissa LoRalla on monia etuja juuri sen taloudellisten ominaisuuksien ja ominaisuuksien vuoksi:

• Koska LoRa, kuten BLE, on erittäin vähän virtaa käyttävä tekniikka, se pystyy toimimaan akkukäyttöisissä IoT-laiteverkoissa ja voi tarjota pitkän akun käyttöiän ilman säännöllistä huoltoa.
• LoRa-solmut ovat edullisia ja antavat yrityksille mahdollisuuden alentaa tiedonsiirron kustannuksia solukkojärjestelmien kautta sekä poistaa valokuitu- tai kuparikaapeleiden asentamisen. Tämä poistaa suuren taloudellisen esteen etäältä sijaitsevien antureiden ja laitteiden yhdistämiseltä.
• LoRa-teknologia toimii hyvin myös sisäverkkolaitteiden kanssa, myös monimutkaisissa teollisuusympäristöissä.
• LoRa on erittäin skaalautuva ja yhteentoimiva tukemalla miljoonia solmuja, ja se voidaan liittää julkisiin ja yksityisiin tietoverkkoihin ja kaksisuuntaisiin viestintäjärjestelmiin.

Joten kun muut LPWAN-tekniikat voivat ratkaista viestintäetäisyyden ongelman vain IoT-ratkaisujen toteutuksessa pitkällä aikavälillä, LoRa-teknologia tarjoaa tähän kaksisuuntaista viestintää, häirinnän estoa ja korkeaa tietosisältöä.

LoRalla on myös merkittävä haittapuoli - alhainen läpijuoksu. Tämän vuoksi se ei sovellu sovelluksiin, jotka vaativat suoratoistodataa. Tämä rajoitus ei kuitenkaan estä sen käyttöä monissa IoT-sovelluksissa, joissa vain pieniä datapaketteja lähetetään ajoittain.

Vuorovaikutus

Riisi. 3. Lairdin RM1xx-moduuli, joka sisältää tiedonsiirtoominaisuudet langattomille LoRa- ja Bluetooth-verkkoprotokolleille

LoRa:n potentiaali kaksinkertaistuu, kun se yhdistetään BLE:n kaltaiseen teknologiaan. Yhdessä ne tarjoavat joukon erittäin pienitehoisia langattomia ominaisuuksia lyhyen ja pitkän kantaman viestintään, mikä parantaa EIoT-verkkojen ominaisuuksia. Esimerkiksi kaupunkialueiden keskeinen osa voidaan kattaa muutamalla LoRaWAN-yhdyskäytävällä, jotka muodostavat perustan BLE-anturiverkoille, jotka ovat nyt riippumattomia perinteisistä. Siten LoRan ja BLE:n symbioosi poistaa joukon esteitä IoT:n laajentumiselta sekä megakaupungeissa että pienissä kaupungeissa, joilla on esteitä esineiden internetin laajalle leviämiselle. Suurimpia hyötyjä LoRA:n ja BLE:n yhdistelmästä ovat kuitenkin langattomat anturit, säätimet ja muut laitteet, jotka voidaan nyt asentaa ilman rajoituksia kirjaimellisesti minne tahansa (kuva 3). Tämä on BLE:n erityinen ansio. BLE mahdollistaa myös näiden laitteiden yhteistyön integroidussa lyhyen kantaman verkossa, jota ohjataan esimerkiksi älypuhelimista tai tableteista, joita tässä tapauksessa käytetään langattomina etänäytöinä. Tässä paketissa BLE:n mobiiliominaisuuksiin perustuva LoRa-tekniikka toimii eräänlaisena radiovälitysasemana, joka voi lähettää ja vastaanottaa dataa pitkiä matkoja. Lisäksi näitä etäisyyksiä voidaan kasvattaa yksinkertaisilla yhdyskäytävillä signaalin lähetystä varten.

On jo monia hyviä esimerkkejä, jotka osoittavat, kuinka LoRa- ja BLE-pariliitos mahdollistaa EIoT-verkkojen saavuttamisen täysin erilaiselle tekniselle tasolle ja laajentaa niiden laajenemista.

Langattomien anturiverkkoteknologioiden etuja voidaan hyödyntää tehokkaasti erilaisissa hajautetussa tiedonkeruussa, analysoinnissa ja siirrossa sovellettavien ongelmien ratkaisemisessa.

Rakennusautomaatio

Joissakin rakennusautomaatiosovelluksissa perinteisten langallisten tietoliikennejärjestelmien käyttö ei ole taloudellisista syistä mahdollista.

Esimerkiksi toimivassa rakennuksessa vaaditaan uuden järjestelmän käyttöönotto tai olemassa olevan järjestelmän laajentaminen. Tässä tapauksessa langattomien ratkaisujen käyttö on hyväksyttävin vaihtoehto, koska. ei ylimääräistä asennustyöt tilojen sisustuksen rikkomisesta ei käytännössä aiheudu haittaa rakennuksen työntekijöille tai asukkaille jne. Tämän seurauksena järjestelmän käyttöönottokustannukset pienenevät merkittävästi.

Toinen esimerkki olisivat avoimet toimistorakennukset, joille ei ole mahdollista määritellä tarkkaa anturien sijaintia suunnittelu- ja rakennusvaiheessa. Samanaikaisesti toimistojen asettelu voi muuttua monta kertaa rakennuksen käytön aikana, joten järjestelmän uudelleenkonfigurointiin kuluvan ajan ja kustannusten tulisi olla minimaalisia, mikä voidaan saavuttaa langattomia ratkaisuja käyttämällä.

Lisäksi voidaan antaa seuraavat esimerkit langattomiin anturiverkkoihin perustuvista järjestelmistä:

• lämpötilan, ilmavirran, ihmisten läsnäolon valvonta sekä lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointilaitteiden ohjaus mikroilmaston ylläpitämiseksi;
• valaistuksen ohjaus;
• energian hallinta;
• kaasun, veden, sähkön jne. lukemien kerääminen asuntomittareista;
• rakennusten ja rakenteiden kantavien rakenteiden kunnon seuranta.

teollisuusautomaatio

Tähän asti langattoman viestinnän laajaa käyttöä teollisuusautomaation alalla on rajoittanut radiolinkkien heikko luotettavuus verrattuna langallisiin yhteyksiin ankarissa teollisuusympäristöissä, mutta langattomat anturiverkot muuttavat tilannetta dramaattisesti, koska. luontaisesti vastustuskykyinen erilaisille häiriöille (esimerkiksi solmun fyysiset vauriot, häiriön esiintyminen, muuttuvat esteet jne.). Lisäksi joissakin olosuhteissa langaton anturiverkko voi tarjota jopa paremman luotettavuuden kuin langallinen viestintäjärjestelmä.

Langattomiin anturiverkkoihin perustuvat ratkaisut täyttävät täysin alan vaatimukset:

• vikasietoisuus;
• skaalautuvuus;
• sopeutumiskyky käyttöolosuhteisiin;
• energiatehokkuus;
• ottaen huomioon sovelletun tehtävän erityispiirteet;
• taloudellinen kannattavuus.

Langattomia anturiverkkoteknologioita voidaan käyttää seuraavissa teollisuusautomaatiotehtävissä:

• teollisuuslaitteiden kauko-ohjaus ja diagnostiikka;
• laitteiden huolto nykytilan mukaan (turvamarginaalin ennuste);
• tuotantoprosessien seuranta;
• telemetria tutkimusta ja testausta varten.

Muut sovellukset

Langattomien anturiverkkojen ainutlaatuiset ominaisuudet ja erot perinteisiin langallisiin ja langattomat järjestelmät tiedonsiirron ansiosta niiden soveltaminen on tehokasta monilla eri aloilla. Esimerkiksi:

• turvallisuus ja puolustus:
  • ihmisten ja laitteiden liikkumisen valvonta;
  • operatiiviset viestintä- ja tiedusteluvälineet;
  • kehän valvonta ja kaukovalvonta;
  • apu pelastusoperaatioissa;
  • omaisuuden ja arvoesineiden valvonta;
  • turva- ja palohälytys;
• ympäristön seuranta:
  • saastumisen seuranta;
  • Maatalous;
• terveydenhuolto:
  • potilaiden fysiologisen tilan seuranta;
  • paikannusvalvonta ja lääkintähenkilöstön ilmoittaminen.