Elosztott szenzorhálózatok. Vezeték nélküli szenzorhálózatok telepítése összetett ipari környezetekben. A modern vezeték nélküli technológiák áttekintése

Előzmények és felhasználási kör

Az érzékelőhálózat egyik első prototípusának tekinthető a SOSUS rendszer, amelyet tengeralattjárók észlelésére és azonosítására terveztek. A vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák viszonylag nemrégiben kezdtek aktívan fejlődni - a 90-es évek közepén. A mikroelektronika fejlődése azonban csak a 21. század elején tette lehetővé, hogy kellően olcsó elemalapot gyártsanak ilyen eszközökhöz. A modern vezeték nélküli hálózatok főként a ZigBee szabványon alapulnak. Jelentős számú iparág és piaci szegmens (gyártás, különböző fajták közlekedés, életfenntartás, biztonság), készen állnak a szenzorhálózatok megvalósítására, és ez a szám folyamatosan növekszik. A tendenciát a növekvő komplexitás vezérli technológiai folyamatok, a termelés fejlődése, az egyének bővülő igényei a biztonság, az erőforrás-ellenőrzés és a készlethasználat szegmenseiben. A félvezető technológiák fejlődésével új gyakorlati feladatok és elméleti problémák merülnek fel az érzékelőhálózatok ipari, lakás- és kommunális szolgáltatások, valamint háztartási alkalmazásaival kapcsolatban. Olcsó vezeték nélküli kapcsolat használata érintős eszközök A paraméterfigyelés új területeket nyit meg a telemetriai és vezérlőrendszerek alkalmazásában, mint például:

• Az aktuátorok lehetséges hibáinak időben történő azonosítása olyan paraméterek ellenőrzésével, mint a rezgés, hőmérséklet, nyomás stb.;
• Valós idejű hozzáférés-szabályozás távoli rendszerek megfigyelő objektum;
• Ipari eszközök ellenőrzésének és karbantartásának automatizálása;
• Kereskedelmi vagyonkezelés;
• Alkalmazás elemként energia- és erőforrás-takarékos technológiákban;
• Öko-környezeti paraméterek monitorozása.

Megjegyzendő, hogy a szenzorhálózatok hosszú története ellenére a szenzorhálózat kiépítésének koncepciója nem öltött végre formát, és nem fejeződött ki konkrét szoftveres és hardveres (platform) megoldásokban. A szenzorhálózatok megvalósítása a jelenlegi szakaszban nagymértékben függ az ipari feladat konkrét követelményeitől. Az architektúra, a szoftver és a hardver megvalósítása az intenzív technológiai formáció szakaszában van, ami felhívja a fejlesztők figyelmét, hogy technológiai rést találjanak a leendő gyártók számára.

Technológiák

A vezeték nélküli szenzorhálózatok (WSN-ek) miniatűr számítástechnikai eszközökből - motesokból állnak, amelyek érzékelőkkel (hőmérséklet-, nyomás-, fény-, rezgésszint-, helyérzékelők stb.) és adott rádiótartományban működő jeladó-vevőkkel vannak felszerelve. A rugalmas architektúra és az alacsonyabb telepítési költségek megkülönböztetik a vezeték nélküli intelligens szenzorhálózatokat a többi vezeték nélküli és vezetékes interfészek adatátvitel, különösen akkor, ha arról beszélünk nagyszámú összekapcsolt eszközről egy szenzorhálózat akár 65 000 eszköz csatlakoztatását teszi lehetővé. A vezeték nélküli megoldások költségének folyamatos csökkenése és működési paramétereinek növekedése lehetővé teszi a vezetékes megoldásokról való fokozatos átorientációt a telemetriai adatok gyűjtésére, távdiagnosztikára és információcserére szolgáló rendszerekben. Az „érzékelő hálózat” ma jól bevált kifejezés. Szenzorhálózatok), amely egy elosztott, önszerveződő, az egyes elemek meghibásodásának ellenálló, karbantartást nem igénylő, speciális telepítést nem igénylő eszközök hálózatát jelöli. Minden szenzorhálózati csomópont tartalmazhat különféle érzékelőket a külső környezet figyelésére, mikroszámítógépet és rádió adó-vevőt. Ez lehetővé teszi a készülék számára a mérések elvégzését, a kezdeti adatfeldolgozás önálló végrehajtását és a kommunikációt egy külső információs rendszerrel.

802.15.4/ZigBee közvetített kis hatótávolságú rádiótechnológia, az érzékelő hálózatok néven ismert. WSN – Vezeték nélküli érzékelőhálózat), az egyik modern irányzat az önszerveződő, hibatűrő elosztott rendszerek fejlesztésében az erőforrások és folyamatok figyelésére és kezelésére. Napjainkban a vezeték nélküli szenzorhálózati technológia az egyetlen olyan vezeték nélküli technológia, amellyel a szenzorok működési ideje szempontjából kritikus felügyeleti és vezérlési feladatokat lehet megoldani. A vezeték nélküli szenzorhálózatba integrált szenzorok földrajzilag elosztott önszerveződő rendszert alkotnak az információk összegyűjtésére, feldolgozására és továbbítására. A fő alkalmazási terület a fizikai környezet és objektumok mért paramétereinek ellenőrzése és monitorozása.

• rádióút;
• processzor modul;
• akkumulátor;
• különféle érzékelők.

Egy tipikus csomópont háromféle eszközzel ábrázolható:

• Hálózati Koordinátor (FFD – Fully Function Device);
  • globális koordinációt, szervezést és hálózati paraméterek telepítését végzi;
  • a három eszköztípus közül a legbonyolultabb, a legnagyobb memóriát és tápegységet igénylő;

• Készülék teljes funkciókészlettel (FFD - Fully Function Device);
  • 802.15.4 támogatás;
  • a további memória és az energiafogyasztás lehetővé teszi, hogy hálózati koordinátorként működjön;
  • minden típusú topológia támogatása ("pont-pont", "csillag", "fa", "hálós hálózat");
  • hálózati koordinátori tevékenység képessége;
  • a hálózat más eszközeinek elérése;
• (RFD – csökkentett funkciójú eszköz);
  • támogatja a korlátozott 802.15.4 funkciókat;
  • pont-pont és csillag topológiák támogatása;
  • nem szolgál koordinátorként;
  • felveszi a kapcsolatot a hálózati koordinátorral és az útválasztóval;

Fejlesztő cégek

Különféle típusú cégek vannak a piacon:

Megjegyzések

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Nézze meg, mik azok a „Vezeték nélküli érzékelőhálózatok” más szótárakban:

- (más nevek: vezeték nélküli ad hoc hálózatok, vezeték nélküli dinamikus hálózatok) decentralizált vezeték nélküli hálózatok, amelyek nem rendelkeznek állandó szerkezettel. A kliens eszközök menet közben csatlakoznak, hálózatot alkotva. Minden hálózati csomópont megpróbál továbbítani... ... Wikipédia

Javasoljuk az oldal átnevezését Vezeték nélküli önszerveződő hálózatra. Az okok magyarázata és megvitatása a Wikipédia oldalon: Átnevezni / 2012. december 1. Talán a jelenlegi neve nem felel meg a modern ... ... Wikipédia szabványainak

A vezeték nélküli ad hoc hálózatok decentralizált vezeték nélküli hálózatok, amelyek nem rendelkeznek állandó szerkezettel. A kliens eszközök menet közben csatlakoznak, hálózatot alkotva. Minden hálózati csomópont megpróbálja továbbítani a többi csomópontnak szánt adatokat. Ugyanakkor... ... Wikipédia

A vezeték nélküli ad hoc hálózatok decentralizált vezeték nélküli hálózatok, amelyek nem rendelkeznek állandó szerkezettel. A kliens eszközök menet közben csatlakoznak, hálózatot alkotva. Minden hálózati csomópont megpróbálja továbbítani a többi csomópontnak szánt adatokat. Ugyanakkor... ... Wikipédia

Egy tipikus vezeték nélküli szenzorhálózat felépítése A vezeték nélküli szenzorhálózat egy elosztott, önszerveződő hálózat számos érzékelőből és működtetőből, amelyek rádiócsatornán keresztül kapcsolódnak egymáshoz. Terület... ...Wikipédia

A cikk javítása érdekében a következőket szeretné tenni: A formázás átdolgozása a cikkírás szabályai szerint. Nézze meg a cikket a nyelvtani és helyesírási hibákért. Javítsa ki a cikket a ... Wikipédia szerint

Telemetria, telemetria (más görög τῆλε „távol” + μέτρεω „mérem”) olyan technológiák összessége, amelyek lehetővé teszik a távoli méréseket és információgyűjtést a kezelő vagy a felhasználó számára, szerves része ... ... Wikipédia

Az ultraszéles sávú (UWB) jelek rádiójelek (mikrohullámú jelek), „ultra nagy” frekvenciasávszélességgel. Ultraszéles sávú radar- és ultraszéles sávú rádiókommunikációhoz használják. Tartalom 1 Definíció 2 Szabályozás ... Wikipédia

Első nyílt protokoll vezetéknélküli hálózatépületautomatizálási és elosztott létesítménygazdálkodási célokra kifejlesztett adatátvitel. A One Net számos meglévő adó-vevővel és... ... Wikipédia-val használható

Elosztott szenzorhálózatok

Mik azok a vezeték nélküli szenzorhálózatok?

Érzékelők és vevőkészülék

A vezeték nélküli szenzorhálózatok az úgynevezett csomópontokból épülnek fel költekezők (mote) - kisméretű autonóm eszközök, amelyeket akkumulátorok és mikrochipek táplálnak rádiókommunikációval - például 2,4 GHz-es frekvencián. Különleges szoftver lehetővé teszi a költekezőknek, hogy beszervezzék magukat elosztott hálózatok, kommunikálnak egymással, lekérdeznek és adatokat cserélnek a közeli csomópontokkal, amelyek távolsága általában nem haladja meg a 100 métert.

Az angol nyelvű irodalomban ilyen hálózatot neveznek vezeték nélküli szenzorhálózat(WSN) egy vezeték nélküli hálózat, amely földrajzilag elosztott autonóm eszközökből áll, amelyek érzékelők segítségével közösen figyelik a fizikai vagy környezeti feltételeket a különböző területeken.

Olyan paramétereket mérhetnek, mint a hőmérséklet, hang, rezgés, nyomás, tárgyak vagy levegő mozgása. A vezeték nélküli szenzorhálózatok fejlesztését kezdetben katonai alkalmazások motiválták, például a harctéri megfigyelés. Jelenleg a vezeték nélküli szenzorhálózatokat egyre gyakrabban használják a civil élet számos területén, beleértve az ipari és környezeti megfigyelést, az egészségügyet és a forgalomirányítást. Az alkalmazási kör egyre szélesebb.

Alapvető működési elvek

3 szintű hálózati diagram. Szenzorok és átjáró 1. szintje. 2. szintű szerver. Vékony kliens 3. szint

Minden hálózati csomópont: pazarló rádió adó-vevővel vagy más eszközzel felszerelve vezeték nélküli kommunikáció, egy kis mikrokontroller és egy tápforrás, általában akkumulátor. Lehetséges napelemes világítóelemek vagy más alternatív energiaforrások használata

A távoli elemekből származó adatok a hálózaton keresztül a közeliek között, csomóponttól csomópontig, rádiócsatornán továbbíthatók. Ennek eredményeként egy adatcsomag kerül továbbításra a legközelebbi ponttól az átjáróhoz. Az átjáró általában USB-kábellel csatlakozik a szerverhez. A szerveren - az összegyűjtött adatokat feldolgozzák, tárolják és egy WEB-héjon keresztül sok felhasználó elérheti.

Egy szenzorcsomópont költsége több száz dollártól néhány centig terjed, az érzékelőhálózat méretétől és összetettségétől függően.

Hardver és szabványok

Átjáró (2 db), USB kábellel laptophoz csatlakoztatva. A laptop UTP-n keresztül kapcsolódik az internethez, és szerverként működik

Érintse meg a rádióantennával ellátott eszközöket

A vezeték nélküli csomópont hardver és a csomópontok közötti hálózati kommunikációs protokollok az energiafogyasztásra optimalizálva vannak hosszútávú a rendszer működése autonóm áramforrásokkal. Az üzemmódtól függően egy csomópont élettartama több évet is elérhet.

Jelenleg számos szabványt ratifikálnak, vagy fejlesztés alatt állnak a vezeték nélküli szenzorhálózatok számára. A ZigBee egy olyan szabvány, amelyet az ipari vezérléshez, a beágyazott érzékeléshez, az orvosi adatgyűjtéshez és az épületautomatizáláshoz terveztek. A Zigbee fejlődését ipari vállalatok nagy konzorciuma segíti elő.

• A WirelessHART az ipari automatizálási HART protokoll folytatása. A WirelessHART hozzáadásra került az általános HART protokollhoz a HART 7 specifikáció részeként, amelyet a HART Communications Foundation hagyott jóvá 2007 júniusában.
• A 6lowpan egy meghatározott szabvány a hálózati réteg számára, de még nem fogadták el.
• Az ISA100 egy másik munka, amely a WSN technológiába való belépésre tett kísérletet, de úgy készült, hogy szélesebb körben is alkalmazza Visszacsatolás irányítani a területen. Az ANSI szabványokon alapuló ISA100 bevezetése a tervek szerint 2008 végére fejeződik be.

WirelessHART, ISA100, ZigBee, és mindegyik ugyanazon a szabványon alapul: IEEE 802.15.4 - 2005.

Vezeték nélküli érzékelő hálózati szoftver

operációs rendszer

A vezeték nélküli szenzorhálózatok operációs rendszerei a korlátozott erőforrások miatt kevésbé bonyolultak, mint az általános célú operációs rendszerek hardverérzékelő hálózat. Emiatt, operációs rendszer nem szükséges engedélyezni a felhasználói felület támogatását.

A vezeték nélküli szenzorhálózatok hardvere nem különbözik a hagyományos beágyazott rendszerektől, ezért a beágyazott operációs rendszer használható érzékelőhálózatokhoz

Vizualizációs alkalmazások

Program a mérési eredmények megjelenítésére és jelentések készítésére MoteView v1.1

A vezeték nélküli szenzorhálózatokból származó adatokat általában digitális adatként tárolják egy központi bázisállomáson. Sokan vannak szabványos programok, mint például a TosGUI MonSense, GNS, ami megkönnyíti a nagy mennyiségű adat megtekintését. Ezenkívül az Open Consortium (OGC) szabványokat határoz meg a kódolási metaadatok interoperabilitására és interoperabilitására, amelyek lehetővé teszik a vezeték nélküli érzékelőhálózat valós idejű felügyeletét vagy vezérlését bárki által webböngészőn keresztül.

A vezeték nélküli szenzorhálózati csomópontokból származó adatokkal való munkavégzéshez olyan programokat használnak, amelyek megkönnyítik az adatok megtekintését és kiértékelését. Az egyik ilyen program a MoteView. Ez a program lehetővé teszi az adatok valós idejű megtekintését és elemzését, mindenféle grafikon felépítését, valamint különböző szakaszokban történő jelentések készítését.

A használat előnyei

• Nincs szükség kábelek lefektetésére az áramellátáshoz és az adatátvitelhez;
• Az alkatrészek alacsony költsége, a rendszer telepítése, üzembe helyezése és karbantartása;
• A hálózat telepítésének sebessége és egyszerűsége;
• A teljes rendszer egészének megbízhatósága és hibatűrése az egyes egységek vagy alkatrészek meghibásodása esetén;
• Lehetőség a hálózat kiépítésére és módosítására bármely létesítményben anélkül, hogy a létesítmény működését zavarná
• Lehetőség a teljes rendszer egészének gyors és szükség esetén diszkrét telepítésére.

Mindegyik szenzor söröskupak méretű (de a jövőben több százszorosára csökkenthető a méretük), processzort, memóriát és rádióadót tartalmaz. Az ilyen burkolatok bármely területen szétszórhatók, és kommunikációt létesítenek egymással, egyetlen vezeték nélküli hálózatot alkotnak, és megkezdik az adatok továbbítását a legközelebbi számítógépre.

A vezeték nélküli hálózatba integrált szenzorok képesek figyelni a környezeti paramétereket: mozgást, fényt, hőmérsékletet, nyomást, páratartalmat stb. A monitorozás nagyon nagy területen végezhető, mivel az érzékelők láncon továbbítják az információkat a szomszédtól a szomszédig. A technológia lehetővé teszi, hogy évekig (akár évtizedekig) működjenek elemcsere nélkül. Az érzékelőhálózatok a számítógép univerzális érzékszervei, és a világ összes érzékelővel felszerelt fizikai tárgyát a számítógép felismeri. A jövőben a több milliárd szenzor mindegyike kap egy IP-címet, és akár egy globális szenzorhálózatot is alkothatnak. A szenzorhálózatok képességei iránt eddig csak a katonaság és az ipar érdeklődött. A szenzorhálózatok piackutatására szakosodott ON World legfrissebb jelentése szerint a piac idén jelentős felfutást tapasztal. Egy másik figyelemre méltó esemény ebben az évben a világ első ZigBee rendszerének megjelenése egyetlen chipen (gyártó: Ember). Az ON World által megkérdezett nagy amerikai ipari vállalatok 29%-a már használ szenzorhálózatokat, további 40%-uk pedig 18 hónapon belül tervezi ezek telepítését. Több mint száz kereskedelmi cég jelent meg Amerikában, amelyek szenzorhálózatok létrehozásával és karbantartásával foglalkoznak.

Az idei év végére a szenzorok száma a bolygón meghaladja az 1 milliót.Most már nemcsak a hálózatok száma nő, hanem a méretük is. Először jött létre és működik sikeresen több 1000-nél több csomópontból álló hálózat, köztük egy 25 ezer csomóponttal.

Forrás: Web PLANET

Alkalmazások

A WSN alkalmazásai sokfélék és változatosak. Kereskedelmi és ipari rendszerek nehéz vagy költséges adatok monitorozására vezetékes érzékelők segítségével. A WSN-ek nehezen elérhető területeken használhatók, ahol hosszú évekig megmaradhatnak (ökológiai környezeti megfigyelés), anélkül, hogy tápegységeket kellene cserélni. Ellenőrizhetik a védett létesítmény megsértőinek cselekedeteit

A WSN-t megfigyelésre, nyomon követésre és vezérlésre is használják. Íme néhány alkalmazás:

• Füstfigyelés és tűzérzékelés nagy erdőkből és tőzeges területekről
• További információforrás az Orosz Föderáció Föderáció Alanyai Igazgatásának Válságközpontjai számára
• Szeizmikus potenciális stressz észlelése
• Katonai megfigyelések
• Objektummozgások akusztikus érzékelése biztonsági rendszerekben.
• A tér és a környezet ökológiai monitorozása
• Ipari folyamatok monitorozása, felhasználás MES rendszerekben
• Orvosi megfigyelés

Épületautomatizálás:

	a hőmérséklet, a légáramlás, az emberek jelenléte és a mikroklíma fenntartását szolgáló berendezések ellenőrzése;
	világításvezérlés;
	energia gazdálkodás;
	leolvasások gyűjtése lakossági gáz-, víz-, villanymérőkről stb.;
	biztonsági és tűzjelző rendszer;
	épületek, építmények teherhordó szerkezeteinek állapotának ellenőrzése.

Ipari automatizálás:

	ipari berendezések távvezérlése és diagnosztikája;
	Karbantartás berendezés jelenlegi állapota alapján (a biztonsági ráhagyás előrejelzése);
	monitoring termelési folyamatok;

A Dolgok Internete (IoT) technológia vállalati változatát ma aktívan használják az iparban. Az Enterprise Internet of Things (EIoT) vezeték nélküli szenzorhálózatokat és felügyeleti eszközöket használ, ami új lehetőségeket nyit a vállalkozások előtt a gépek és berendezések kezelésében. Vezeték nélküli érzékelők, amelyek kis akkumulátorral működnek anélkül, hogy vezetékes tápegységhez lennének csatlakoztatva, ipari környezetben olyan helyeken is megtalálhatók, amelyek a korábbi generációs vezérlők számára teljesen hozzáférhetetlenek.

Az EIoT javítja a rendszerek és berendezések megbízhatóságát, biztonságát és végpontok közötti interoperabilitását, hogy megfeleljen a legszigorúbb megvalósítási követelményeknek vezeték nélküli technológiák ez a terület nemcsak az iparban, hanem az egészségügyben, a pénzügyi szolgáltatásokban stb. is. Az EIoT figyelembe veszi ezeknek a területeknek az igényeit, mivel specifikációkés ennek az új technológiai irányzatnak az eszköztervezési elemei messze felülmúlják a kevésbé kritikus fogyasztói vagy kereskedelmi alkalmazásokra szánt hagyományos eszközök hasonló IoT-technológiáit.

EIoT kihívások

Az EIoT-kompatibilis érzékelők és vezérlők gyakorlatilag bárhol működhetnek ipari környezetben, de ez eddig nagyrészt szerencse kérdése volt, hiszen nem minden ipari berendezés ideális vezeték nélküli hálózatokban való használatra. Ennek az az oka, hogy az IoT-telepítésnek két egymással összefüggő, de látszólag egymásnak ellentmondó eleme van:

1. Maga az eszközök vezeték nélküli hálózata, amelyet a kis hatótávolságú, alacsony fogyasztású technológiához kapcsolódó érzékelők és vezérlők segítségével telepítenek.
2. IoT-érzékelők hálózata, amely nagyobb távolságból kölcsönhatásba lép más berendezésekkel, vezérlőkkel és a hálózat részeivel.

Rizs. 1. Városközpontoktól távol elhelyezkedő alkalmazások és hagyományos távközlési szolgáltatások szervezésére globális hálózat kihasználhatja az energiahatékony kommunikációs protokoll, például a LoRa előnyeit

Az ipari környezetben gyakran a megbízható kommunikáció lehetetlensége jelenti a legnagyobb akadályt. Ennek a problémának egyszerű oka van: a távközlés, amely vezetékes kábeles vonalakon vagy tornyokon keresztül történő jelátvitel útján valósul meg. cellás kommunikáció, nem mindig elérhető az ipari berendezések helyszínein. Ezen túlmenően annak a költségének, hogy a mobilszolgáltatások csak több adatcsomag érzékelőktől egyetlen kommunikációs munkamenetben történő továbbítására használnak, nincs sok értelme sem gazdasági, sem pusztán technikai megfontolásokból. Ezenkívül gyakran felmerül az érzékelők és kommunikációs eszközök tápellátásának problémája, amelyet nagyon nehéz megszervezni olyan távoli helyeken, ahol a berendezések vagy az infrastruktúra nem közvetlenül az ipari hálózatról táplálkozik.

Annak ellenére, hogy a lakott területeken a mobilkommunikáció széles lefedettsége van, egyes helyeken nincs megbízható szolgáltatás a vezeték nélküli kommunikáció megszervezésére. Ez gyakori probléma a vidéki területeken és az ipari berendezések távoli helyein, mint például elszigetelt olaj- és gázvezeték-berendezések, víz- és szennyvízrendszerek (1. ábra), stb. Az ilyen telephelyek gyakran távol helyezkednek el a legközelebbi műszaki támogató személyzettől, aki ellenőrzi az eszközök megfelelő működését. Néha egy mérnöknek egy egész munkanapra, vagy akár többre is szüksége van ahhoz, hogy elérje a berendezést és megvizsgálja azt. Gyakran nehéz és könnyű ilyen távoli területeken dolgozni hajlandó szakembereket találni. Mivel a korlátozott kommunikációs lefedettség miatt az EIoT-képes érzékelők és vezérlők meglehetősen ritkák a távoli helyeken, az alacsony fogyasztású nagy kiterjedésű hálózatok (LPWAN) segítenek.

BLE és LPWAN

Az EIoT rendszerekben legszélesebb körben használt rövid hatótávolságú vezeték nélküli technológia a Bluetooth Low Energy (BLE), más néven Bluetooth Smart. A BLE for EIoT nagy népszerűségének fő oka az energiahatékonyság, amely lehetővé teszi, hogy az érzékelők és vezérlők hosszú ideig működjenek nagyon alacsony akkumulátor-fogyasztás mellett. A BLE kezeli az alvási ciklusokat, az alvó üzemmódot és az aktív ciklusokat. A BLE-t széles körben használják RF jelének erőssége miatt is, amely lehetővé teszi, hogy ez a technológia hatékonyan működjön még olyan kihívásokkal teli környezetben is, ahol megnövekedett magas frekvenciájú zaj keletkezik. digitális jelek számítógépes berendezésektől és még a rádióhullámok terjedésének fizikai akadályai között is. De mint tudod, ezek a tényezők közösek az ipari környezetben.

Az EIoT projektekben a BLE technológia az alapja a rövid távú kommunikáció megszervezésének. Sőt, mind a már működő, mind a még tervezés alatt álló ipari berendezés-komplexumokon egyaránt használható. A BLE-kompatibilis eszközök ilyen hálózatának azonban módot kell adnia az utasítások fogadására és az adatok továbbítására nagyobb távolságra. A hagyományos távközlési infrastruktúrára támaszkodni, amely lehetővé teszi a kétirányú Wi-Fi kommunikációt vagy a cellás jeleket, nem lehetséges az érzékelő- és vezérlőhálózatok alkalmazását korlátozó akadály miatt. A BLE-t a LoRa technológia ultra-hatótávolságával és energiahatékonyságával kombinálva a vállalatok olyan helyeken is bevezethették az EIoT-t, ahol nem áll rendelkezésre telekommunikációs és energiainfrastruktúra, ami viszont kiterjesztette a tárgyak internete technológia megvalósításának földrajzi területét. .

Rizs. 2. Az érzékelők először a LoRa klienshez, majd a LoRa átjárón keresztül csatlakoznak

A LoRa nagy kiterjedésű hálózati protokoll gyakran LPWAN, mert lehetővé teszi a biztonságos kétirányú adatátvitelt és kommunikációt az IoT-hálózatokkal hosszú távon sok éven át, akkumulátorcsere nélkül. A LoRa technológia használata esetén akár körülbelül 16 km távolságból is lehet jeleket küldeni és fogadni, és szükség esetén a telepített átjátszók (repeaterek) ezt a távolságot több száz kilométerre növelhetik. ábrán. A 2. ábra a LoRa működési diagramját mutatja. Az IoT-alkalmazások számára a LoRa számos előnnyel rendelkezik, éppen gazdasági jellemzői és képességei miatt:

• Mivel a LoRa a BLE-hez hasonlóan egy rendkívül alacsony fogyasztású technológia, képes akkumulátoros IoT-eszközhálózatokon is működni, és hosszú akkumulátor-élettartamot biztosít anélkül, hogy gyakori karbantartást igényelne.
• A LoRa technológián alapuló csomópontok olcsók, és lehetővé teszik a vállalatok számára, hogy csökkentsék a cellás rendszereken keresztüli adatátvitel költségeit, valamint elkerüljék az optikai vagy rézkábelek telepítését. Ez megszünteti a távolról elhelyezett érzékelők és berendezések kommunikációjának jelentős pénzügyi akadályait.
• A LoRa technológia a beltéren elhelyezett hálózati eszközökkel is jól működik, beleértve az összetett ipari környezeteket is.
• A LoRa rendkívül méretezhető és együttműködő, több millió csomópontot támogat, és csatlakoztatható nyilvános és magán adathálózatokhoz, valamint kétirányú kommunikációs rendszerekhez.

Míg tehát más LPWAN-technológiák csak hosszú távon tudják megoldani a kommunikációs hatótávolság problémáját az Internet of Things megoldások megvalósításában, addig a LoRa technológia kétirányú kommunikációt, interferenciavédelmet és magas információtartalmat kínál erre a célra.

A LoRa-nak van egy jelentős hátránya is - alacsony áteresztőképesség. Ez alkalmatlanná teszi az adatfolyamot igénylő alkalmazásokhoz. Ez a korlátozás azonban nem akadályozza meg, hogy az IoT-alkalmazások széles körében használják, ahol időről időre csak kis adatcsomagokat továbbítanak.

Kölcsönhatás

Rizs. 3. A Laird RM1xx modulja, amely kommunikációs képességeket tartalmaz a LoRa és a Bluetooth vezeték nélküli hálózati protokollokhoz

A LoRa lehetősége megduplázódik, ha olyan technológiával kombinálják, mint a BLE. Együtt dolgozva rendkívül alacsony fogyasztású vezeték nélküli képességek sorozatát biztosítják a rövid és nagy hatótávolságú kommunikációhoz, javítva az EIoT-hálózatok képességeit. Például a városi magokat néhány LoRaWAN-átjáróval le lehet fedni, így biztosítva a BLE-kompatibilis szenzorhálózatok alapját, amelyek ma már függetlenek a hagyományos távközlési infrastruktúráktól. Így a LoRa és a BLE szimbiózisa számos akadályt küszöböl ki az IoT terjeszkedése elé mind a megavárosokban, mind a kisvárosokban, amelyek akadályozzák a dolgok internetének széles körű bevezetését. A LoRA és a BLE kombinálásának legnagyobb előnye azonban a vezeték nélküli érzékelők, vezérlők és egyéb berendezések, amelyek immár szó szerint bárhová, korlátozások nélkül telepíthetők (3. ábra). Ez a BLE külön érdeme. A BLE azt is lehetővé teszi, hogy ezek az eszközök integrált, rövid hatótávolságú hálózatban működjenek együtt, például okostelefonokról vagy táblagépekről vezérelve, amelyeket ebben az esetben távoliként használnak. vezeték nélküli kijelzők. Ezzel összefüggésben a BLE mobilképességeire épülő LoRa technológia egyfajta rádióközvetítő állomásként működik, amely nagy távolságra képes adatokat küldeni és fogadni. Ezen túlmenően ezek a távolságok növelhetők a jelátvitel egyszerű átjáróival.

Már számos egyértelmű példa bizonyítja, hogy a LoRa és a BLE párosítása hogyan teszi lehetővé az EIoT-hálózatok számára, hogy teljesen más műszaki szintet érjenek el, és növeljék terjeszkedésüket.

A vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák előnyei hatékonyan felhasználhatók az elosztott információgyűjtéssel, elemzéssel és továbbítással kapcsolatos különféle alkalmazott problémák megoldására.

Épületautomatizálás

Egyes épületautomatizálási alkalmazásokban a hagyományos vezetékes adatátviteli rendszerek alkalmazása gazdasági okokból nem célszerű.

Például egy újat kell megvalósítania, vagy egy meglévő rendszert ki kell bővítenie egy meglévő épületben. Ebben az esetben a vezeték nélküli megoldások alkalmazása a legelfogadhatóbb lehetőség, mert nincs szükség további munkára szerelési munkák a helyiségek belső dekorációjának megzavarásával gyakorlatilag nem okoznak kényelmetlenséget az épület alkalmazottai vagy lakói stb. Ennek eredményeként a rendszer bevezetésének költsége jelentősen csökken.

Egy másik példa a nyitott terű irodaházak, ahol a tervezési és kivitelezési szakaszban nem lehet pontosan meghatározni a szenzorok helyét. Ugyanakkor az irodák elrendezése sokszor változhat az épület üzemeltetése során, ezért a rendszer újrakonfigurálására fordított idő és pénz minimális legyen, ami vezeték nélküli megoldásokkal érhető el.

Ezenkívül a következő példák a vezeték nélküli szenzorhálózatokon alapuló rendszerekre:

• a hőmérséklet, a légáramlás, a fűtő-, szellőző- és légkondicionáló berendezések foglaltságának és szabályozásának ellenőrzése a mikroklíma fenntartása érdekében;
• világításvezérlés;
• energia gazdálkodás;
• leolvasások gyűjtése lakossági gáz-, víz-, villanymérőkről stb.;
• épületek, építmények teherhordó szerkezeteinek állapotának ellenőrzése.

Ipari automatizálás

Eddig az ipari automatizálás területén a vezeték nélküli kommunikáció széles körű elterjedését hátráltatta a rádiócsatornák alacsony megbízhatósága a vezetékes kapcsolatokhoz képest a zord ipari környezetben, de a vezeték nélküli szenzorhálózatok gyökeresen megváltoztatják a jelenlegi helyzetet, mert természetüknél fogva ellenállnak a különféle zavaroknak (például a csomópont fizikai károsodása, interferencia megjelenése, akadályok változása stb.). Sőt, bizonyos körülmények között a vezeték nélküli szenzorhálózat még nagyobb megbízhatóságot is nyújthat, mint egy vezetékes kommunikációs rendszer.

A vezeték nélküli szenzorhálózatokon alapuló megoldások teljes mértékben megfelelnek az iparági követelményeknek:

• hibatűrés;
• méretezhetőség;
• alkalmazkodóképesség a működési feltételekhez;
• energiahatékonyság;
• figyelembe véve az alkalmazott feladat sajátosságait;
• gazdasági jövedelmezőség.

A vezeték nélküli szenzorhálózati technológiák a következő ipari automatizálási feladatokban találhatnak alkalmazást:

• ipari berendezések távvezérlése és diagnosztikája;
• berendezés karbantartása az aktuális állapot alapján (a biztonsági ráhagyás előrejelzése);
• gyártási folyamatok nyomon követése;
• telemetria kutatáshoz és teszteléshez.

Egyéb alkalmazások

Egyedi jellemzők és különbségek a vezeték nélküli szenzorhálózatok és a hagyományos vezetékes ill vezeték nélküli rendszerek az adatátvitelek a legkülönfélébb területeken teszik hatékonnyá alkalmazásukat. Például:

• biztonság és védelem:
  • az emberek és berendezések mozgásának ellenőrzése;
  • operatív kommunikációs és felderítési eszközök;
  • kerület ellenőrzése és távfelügyelet;
  • segítségnyújtás a mentési műveletekben;
  • ingatlanok és értékek megfigyelése;
  • biztonsági és tűzjelző rendszer;
• környezeti megfigyelés:
  • szennyezés ellenőrzése;
  • Mezőgazdaság;
• egészségügyi ellátás:
  • a betegek fiziológiai állapotának nyomon követése;
  • helymeghatározás és az egészségügyi személyzet értesítése.