Rețele de senzori distribuite. Cum să implementați rețele de senzori fără fir în medii industriale provocatoare. Prezentare generală a tehnologiilor wireless moderne

Istoria și domeniul de aplicare

Unul dintre primele prototipuri ale rețelei de senzori poate fi considerat sistemul SOSUS, conceput pentru a detecta și identifica submarinele. Tehnologiile rețelelor de senzori fără fir au început să se dezvolte în mod activ relativ recent - la mijlocul anilor 1990. Cu toate acestea, abia la începutul secolului al XXI-lea, dezvoltarea microelectronicii a făcut posibilă producerea unei baze de elemente destul de ieftine pentru astfel de dispozitive. Rețelele wireless moderne se bazează în principal pe standardul ZigBee. Un număr considerabil de industrii și segmente de piață (producție, tipuri diferite transport, suport vital, securitate) gata pentru implementarea rețelelor de senzori, iar acest număr este în continuă creștere. Tendința este determinată de creșterea complexității procese tehnologice, dezvoltarea producției, nevoile în expansiune ale indivizilor în segmentele de securitate, controlul resurselor și utilizarea inventarului. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor semiconductoare, apar noi sarcini practice și probleme teoretice legate de aplicațiile rețelelor de senzori în industrie, locuințe și servicii comunale și gospodării. Utilizarea dispozitivelor de control cu ​​senzori fără fir cu costuri reduse deschide noi domenii pentru aplicarea sistemelor de telemetrie și control, cum ar fi:

• Detectarea în timp util a posibilelor defecțiuni ale actuatoarelor, pentru a controla parametri precum vibrația, temperatura, presiunea etc.;
• Controlul accesului în timp real la sisteme de la distanță obiect de monitorizare;
• Automatizarea inspectiei si intretinerii activelor industriale;
• Managementul activelor comerciale;
• Aplicare ca componente în tehnologii de economisire a energiei și a resurselor;
• Controlul eco-parametrilor de mediu.

Trebuie remarcat faptul că, în ciuda istoriei lungi a rețelelor de senzori, conceptul de construire a unei rețele de senzori nu a prins în cele din urmă contur și nu a fost exprimat în anumite soluții software și hardware (platformă). Implementarea rețelelor de senzori în stadiul actual depinde în mare măsură de cerințele specifice sarcinii industriale. Implementarea arhitecturii, software și hardware se află în stadiul de formare intensivă a tehnologiei, ceea ce atrage atenția dezvoltatorilor pentru a căuta o nișă tehnologică pentru viitorii producători.

Tehnologii

Rețelele de senzori fără fir (WSN) constau din dispozitive de calcul miniaturale - moți, echipate cu senzori (senzori pentru temperatură, presiune, lumină, nivel de vibrații, locație etc.) și transceiver de semnal care funcționează într-un interval radio dat. Arhitectura flexibilă, costurile reduse de instalare disting rețelele wireless de senzori inteligenți de alți senzori wireless și interfețe cu fir transmiterea datelor, mai ales când vorbim despre un număr mare de dispozitive interconectate, rețeaua de senzori vă permite să conectați până la 65.000 de dispozitive. Reducerea constantă a costurilor soluțiilor wireless, creșterea parametrilor operaționali ai acestora fac posibilă reorientarea treptată de la soluțiile cu fir în sistemele de colectare a datelor de telemetrie, diagnosticare la distanță și schimb de informații. „Rețeaua senzorială” este un termen bine stabilit astăzi. Rețele de senzori), care desemnează o rețea distribuită, auto-organizată, tolerantă la erori de elemente individuale, nesupravegheate și care nu necesită instalarea specială a dispozitivelor. Fiecare nod al rețelei de senzori poate conține diferiți senzori pentru monitorizarea mediului extern, un microcalculator și un transceiver radio. Acest lucru permite dispozitivului să efectueze măsurători, să efectueze în mod independent prelucrarea inițială a datelor și să mențină comunicarea cu un sistem de informații extern.

802.15.4/ZigBee tehnologia radio cu rază scurtă de acțiune transmisă, cunoscută sub numele de „Rețele de senzori” (ing. WSN - Rețea de senzori fără fir), este una dintre direcțiile moderne în dezvoltarea sistemelor distribuite cu toleranță la erori auto-organizate pentru monitorizarea și gestionarea resurselor și proceselor. Astăzi, tehnologia rețelei de senzori fără fir este singura tehnologie fără fir care poate rezolva sarcinile de monitorizare și control care sunt esențiale pentru timpul de funcționare a senzorilor. Senzorii combinați într-o rețea de senzori fără fir formează un sistem de auto-organizare distribuit teritorial pentru colectarea, procesarea și transmiterea informațiilor. Domeniul principal de aplicare este controlul și monitorizarea parametrilor măsurați ai mediilor și obiectelor fizice.

• cale radio;
• modul procesor;
• baterie;
• diverși senzori.

Un nod tipic poate fi reprezentat de trei tipuri de dispozitive:

• Coordonator de rețea (FFD - Fully Function Device);
  • realizează coordonarea globală, organizarea și setarea parametrilor rețelei;
  • cel mai complex dintre cele trei tipuri de dispozitive, care necesită cea mai mare memorie și alimentare;

• Dispozitiv cu un set complet de funcții (FFD - Fully Function Device);
  • suport pentru 802.15.4;
  • memorie suplimentară și consumul de energie vă permit să acționați ca coordonator de rețea;
  • suport pentru toate tipurile de topologii ("point-to-point", "stea", "tree", "mesh network");
  • capacitatea de a acționa ca coordonator de rețea;
  • capacitatea de a accesa alte dispozitive din rețea;
• (RFD - Dispozitiv cu funcții reduse);
  • acceptă un set limitat de caracteristici 802.15.4;
  • suport pentru topologii punct la punct, stea;
  • nu acționează ca coordonator;
  • apelează coordonatorul de rețea și routerul;

Companii dezvoltatori

Există diferite tipuri de companii pe piață:

Note

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce înseamnă „Rețele de senzori fără fir” în alte dicționare:

- (alte denumiri: retele wireless ad hoc, retele dinamice wireless) retele wireless descentralizate care nu au structura permanenta. Dispozitivele client sunt conectate din mers, formând o rețea. Fiecare nod de rețea încearcă să redirecționeze ... ... Wikipedia

Se propune redenumirea acestei pagini în Rețea ad-hoc wireless. Explicația motivelor și discuția pe pagina Wikipedia: A fi redenumit / 1 decembrie 2012. Poate că numele său actual nu corespunde standardelor moderne ... ... Wikipedia

Rețelele wireless ad-hoc sunt rețele wireless descentralizate care nu au o structură permanentă. Dispozitivele client sunt conectate din mers, formând o rețea. Fiecare nod din rețea încearcă să transmită date destinate altor noduri. În același timp ...... Wikipedia

Rețelele wireless ad-hoc sunt rețele wireless descentralizate care nu au o structură permanentă. Dispozitivele client sunt conectate din mers, formând o rețea. Fiecare nod din rețea încearcă să transmită date destinate altor noduri. În același timp ...... Wikipedia

Arhitectura unei rețele tipice de senzori fără fir O rețea de senzori fără fir este o rețea distribuită, auto-organizată, formată din mai mulți senzori (senzori) și actuatori, interconectați printr-un canal radio. Regiunea ...... Wikipedia

Doriți să îmbunătățiți acest articol?: Reluați designul în conformitate cu regulile de scriere a articolelor. Verificați articolul pentru greșeli gramaticale și de ortografie. Corectați articolul conform... Wikipedia

Telemetrie, telemetrie (din altă greacă τῆλε „departe” + μέτρεω „măsură”) un set de tehnologii care permite ca măsurătorile de la distanță și colectarea de informații să fie furnizate operatorului sau utilizatorului, parte integrantă ... ... Wikipedia

Semnalele de bandă ultralargă (UWB) sunt semnale radio (semnale UHF) cu lățime de bandă „extra mare”. Ele sunt utilizate pentru radare cu bandă ultra-largă și comunicații radio cu bandă ultra-largă. Cuprins 1 Definiție 2 Reglementare ... Wikipedia

Primul protocol deschis retea fara fir transmisie de date, concepută în scopul automatizării clădirilor și controlului obiectelor distribuite. One Net poate fi utilizat cu multe transceiver (transceiver) existente și ... ... Wikipedia

Rețele de senzori distribuite

Ce sunt rețelele de senzori fără fir?

Senzori și dispozitiv de recepție

Rețelele de senzori fără fir sunt construite din noduri numite moty (paiul) - dispozitive autonome mici alimentate cu baterii și microcipuri cu comunicație radio la o frecvență - de exemplu 2,4 GHz. Special software permite motilor să se autoorganizeze în rețele distribuite, comunică între ei, interogează și schimbă date cu cele mai apropiate noduri, distanța până la care de obicei nu depășește 100 de metri.

În literatura engleză se numește o astfel de rețea rețea de senzori fără fir(WSN) este o rețea fără fir constând din dispozitive autonome distribuite geografic care utilizează senzori pentru a monitoriza în comun condițiile fizice sau de mediu din diferite zone.

Pot măsura parametri precum temperatura, sunetul, vibrația, presiunea, mișcarea obiectelor sau aerul. Dezvoltarea rețelelor de senzori fără fir a fost inițial motivată de sarcini militare precum supravegherea câmpului de luptă. În prezent, rețelele de senzori fără fir sunt utilizate din ce în ce mai mult în multe domenii ale vieții civile, inclusiv monitorizarea industrială și a mediului, asistența medicală și controlul mișcării obiectelor. Domeniul de aplicare este din ce în ce mai larg.

Principii de bază ale muncii

Diagrama rețelei pe 3 niveluri. Nivelul 1 de senzori și gateway. Nivelul 2 de server. Client subțire de nivel 3

Fiecare nod de rețea: mot echipat cu un transceiver radio sau alt dispozitiv comunicații fără fir, un mic microcontroler și o sursă de alimentare, de obicei o baterie. Poate fi folosit cu panouri solare sau alte surse alternative de energie

Datele de la elementele îndepărtate sunt transmise prin rețea între cele mai apropiate de la nod la nod, printr-un canal radio. Ca rezultat, un pachet de date este transmis de la cel mai apropiat mote la gateway. Gateway-ul este conectat, de regulă, cu un cablu USB la server. Pe server - datele colectate sunt procesate, stocate și pot fi accesate prin intermediul WEB shell-ului unei game largi de utilizatori.

Costul unui nod senzor variază de la sute de dolari la câțiva cenți, în funcție de dimensiunea rețelei de senzori și de complexitatea acesteia.

Hardware și standarde

Gateway (2 buc), conectat la un laptop cu un cablu USB. Laptopul este conectat la Internet prin UTP și acționează ca un server

Dispozitive senzori cu antenă radio

Hardware-ul nodurilor fără fir și protocoalele de rețea dintre noduri sunt optimizate pentru a oferi termen lung funcţionarea sistemului cu surse de alimentare autonome. În funcție de modul de funcționare, durata de viață a unui nod poate ajunge la câțiva ani.

O serie de standarde sunt în prezent fie ratificate, fie în curs de dezvoltare pentru rețelele de senzori fără fir. ZigBee este un standard pentru lucruri precum controlul industrial, detectarea încorporată, colectarea de date medicale, automatizarea clădirilor. Dezvoltarea Zigbee este facilitată de un mare consorțiu de companii industriale.

• WirelessHART este o extensie a protocolului HART pentru automatizarea industrială. WirelessHART a fost adăugat la protocolul HART generic ca parte a specificației HART 7, care a fost aprobată de HART Communications Foundation în iunie 2007.
• 6lowpan este standardul declarat pentru stratul de rețea, dar nu a fost adoptat încă.
• ISA100 este o altă lucrare în încercarea de a intra în tehnologia WSN, dar este construit mai pe scară largă pentru a include părere control în domeniul lor. Implementarea ISA100 pe baza standardelor ANSI este de așteptat să fie finalizată până la sfârșitul anului 2008.

WirelessHART, ISA100, ZigBee și toate se bazează pe același standard: IEEE 802.15.4 - 2005.

Software de rețea de senzori fără fir

sistem de operare

Sistemele de operare pentru rețelele de senzori fără fir sunt mai puțin complexe decât sistemele de operare generice din cauza resurselor limitate în hardware reteaua de senzori. Din acest motiv, sistem de operare nu este nevoie să includeți suport pentru interfețele utilizator.

Hardware-ul rețelei de senzori fără fir nu diferă de sistemele tradiționale încorporate și, prin urmare, un sistem de operare încorporat poate fi utilizat pentru rețelele de senzori

Aplicații de vizualizare

Software-ul de vizualizare și raportare a rezultatelor măsurătorilor MoteView v1.1

Datele din rețelele de senzori fără fir sunt de obicei stocate ca date digitale într-o stație de bază centrală. Există multe programe standard, cum ar fi TosGUI MonSense, SOT, facilitând vizualizarea acestor cantități mari de date. În plus, Open Consortium (OGC) specifică standarde pentru interoperabilitatea și interoperabilitatea metadatelor de codificare, care vor permite monitorizarea sau controlul în timp real al unei rețele de senzori fără fir de către oricine prin intermediul unui browser web.

Pentru a lucra cu date care provin de la nodurile rețelei de senzori wireless, se folosesc programe care facilitează vizualizarea și evaluarea datelor. Un astfel de program este MoteView. Acest program vă permite să vizualizați datele în timp real și să le analizați, să construiți tot felul de grafice, să emiteți rapoarte în diferite secțiuni.

Beneficiile folosirii

• Nu este nevoie să așezați cabluri pentru alimentarea cu energie și transmiterea datelor;
• Cost redus al componentelor, instalarea, punerea în funcțiune și întreținerea sistemului;
• Implementarea rapidă și ușoară a rețelei;
• Fiabilitatea și toleranța la erori a întregului sistem în ansamblu în cazul defectării nodurilor sau componentelor individuale;
• Posibilitatea de implementare și modificare a rețelei la orice obiect fără a interfera cu procesul de funcționare a obiectelor în sine
• Posibilitatea de instalare rapidă și, dacă este necesar, ascunsă a întregului sistem în ansamblu.

Fiecare senzor are aproximativ dimensiunea unui capac de bere (dar ar putea fi redus de sute de ori în viitor) și conține un procesor, memorie și un transmițător radio. Astfel de acoperiri pot fi împrăștiate pe orice teritoriu și ei înșiși vor stabili comunicarea între ele, vor forma o singură rețea fără fir și vor începe să transmită date către cel mai apropiat computer.

Combinați într-o rețea wireless, senzorii pot urmări parametrii de mediu: mișcare, lumină, temperatură, presiune, umiditate etc. Monitorizarea poate fi efectuată pe o suprafață foarte mare, deoarece senzorii transmit informații de-a lungul lanțului de la vecin la vecin. Tehnologia le permite să lucreze ani de zile (chiar decenii) fără a schimba bateriile. Rețelele de senzori sunt organele de simț universale pentru un computer, iar toate obiectele fizice din lume echipate cu senzori pot fi recunoscute de un computer. În viitor, fiecare dintre miliardele de senzori va primi o adresă IP și poate chiar să formeze ceva de genul unei rețele globale de senzori. Până acum, doar armata și industria au fost interesate de capacitățile rețelelor de senzori. Potrivit celui mai recent raport al ON World, specialist în cercetarea pieței rețelelor de senzori, în acest an piața se confruntă cu o revigorare semnificativă. Un alt eveniment notabil anul acesta a fost lansarea primului sistem ZigBee cu un singur cip din lume (realizat de Ember). Dintre marile companii industriale din SUA chestionate de ON World, aproximativ 29% folosesc deja rețele de senzori, iar alți 40% plănuiesc să le implementeze în decurs de 18 luni. În America, au apărut peste o sută de firme comerciale care sunt angajate în crearea și întreținerea rețelelor de senzori.

Până la sfârșitul acestui an, numărul de senzori de pe planetă va depăși 1 milion. Acum nu doar numărul rețelelor crește, ci și dimensiunea acestora. Pentru prima dată, au fost create și operate cu succes mai multe rețele de peste 1.000 de noduri, inclusiv una pentru 25.000 de noduri.

Sursa: Web PLANET

Zona de aplicare

Aplicațiile WSN sunt multe și variate. Sunt utilizate în scopuri comerciale și sisteme industriale pentru monitorizarea datelor care sunt dificil sau costisitoare de controlat folosind senzori cu fir. WSN-urile pot fi utilizate în zone greu accesibile, unde pot rămâne mulți ani (monitorizare a mediului) fără a fi nevoie de schimbarea surselor de alimentare. Ei pot controla acțiunile infractorilor unei instalații protejate

WSN este, de asemenea, utilizat pentru monitorizare, urmărire și control. Iată câteva aplicații:

• Monitorizarea fumului și detectarea incendiilor din pădurile mari și turbării
• O sursă suplimentară de informații pentru centrele de criză ale administrației subiecților din Federația Federației Ruse
• Detectarea seismică a tensiunii potențiale
• Observații militare
• Detectarea mișcării obiectelor acustice în sistemele de securitate.
• Monitorizarea ecologică a spațiului și a mediului
• Monitorizarea proceselor industriale, utilizare în sisteme MES
• Monitorizare medicala

Automatizarea clădirilor:

	monitorizarea temperaturii, fluxului de aer, prezența oamenilor și controlul echipamentelor pentru menținerea microclimatului;
	controlul luminii;
	managementul energiei;
	colectarea citirilor contoarelor de apartament pentru gaz, apa, electricitate etc.;
	securitate și alarmă de incendiu;
	monitorizarea stării structurilor portante ale clădirilor și structurilor.

Automatizare industriala:

	control de la distanță și diagnosticare a echipamentelor industriale;
	întreținere echipament în funcție de starea actuală (prognoza marjei de fiabilitate);
	monitorizarea Procese de producție;

Versiunea corporativă a tehnologiei Internet of Things (IoT) este utilizată în mod activ în industrie astăzi. Enterprise Internet of Things (EIoT) utilizează rețele de senzori fără fir și comenzi pentru a oferi întreprinderilor noi modalități de a controla mașinile și echipamentele. Senzorii wireless, alimentați de o baterie mică, fără a fi conectați la o sursă de alimentare cu fir, pot fi plasați în medii industriale în locuri complet inaccesibile comenzilor din generația anterioară.

EIoT a îmbunătățit fiabilitatea, securitatea și interoperabilitatea sistemelor și echipamentelor pentru a îndeplini cele mai stricte cerințe de implementare tehnologii wireless această direcție nu numai în industrie, ci și în domeniul asistenței medicale, serviciilor financiare etc. EIoT ține cont de nevoile acestor domenii datorită faptului că specificațiiși elementele de design ale acestei noi tehnologii sunt cu mult superioare tehnologiilor similare IoT ale dispozitivelor tradiționale concepute pentru aplicații comerciale sau de consum mai puțin critice.

Probleme EIoT

Senzorii și comenzile compatibile EIoT pot funcționa aproape oriunde într-un mediu industrial, dar până acum a fost mai mult o chestiune de noroc, deoarece nu orice echipament industrial este ideal pentru utilizarea fără fir. Acest lucru se datorează faptului că există două elemente interdependente, dar aparent contradictorii într-o implementare IoT:

1. Rețeaua wireless de dispozitive în sine, care este instalată folosind senzori și comenzi asociate cu tehnologia cu rază scurtă de acțiune cu consum redus de energie.
2. O rețea de senzori IoT care interacționează cu alte echipamente, controlere și părți ale rețelei deja la o distanță mai mare.

Orez. 1. Aplicații situate departe de centrele urbane și serviciile tradiționale de telecomunicații pentru organizație retea globala poate profita de un protocol de comunicare eficient din punct de vedere energetic, cum ar fi LoRa

Imposibilitatea unei comunicări fiabile pe distanțe lungi este adesea cel mai important obstacol într-un mediu industrial. Această problemă are o cauză simplă: telecomunicațiile, care se desfășoară pe linii de cablu cu fir sau prin utilizarea transmisiei de semnal prin turnuri. comunicare celulară, nu este întotdeauna disponibil în locațiile de echipamente industriale. În plus, costul utilizării serviciilor celulare doar pentru a livra mai multe pachete de date de la senzori într-o singură sesiune de comunicare nu are prea mult sens atât din punct de vedere economic, cât și din considerente pur tehnice. În plus, destul de des apare o problemă de alimentare cu energie a senzorilor și a dispozitivelor de comunicație, care este foarte dificil de organizat în locuri îndepărtate, unde echipamentul sau infrastructura nu sunt alimentate direct de la rețeaua industrială.

În ciuda acoperirii largi a comunicațiilor celulare în localități, în unele locuri nu există un serviciu de încredere pentru organizarea comunicațiilor fără fir. Aceasta este o problemă comună în zonele rurale și în locațiile îndepărtate ale echipamentelor industriale, cum ar fi echipamentele izolate de petrol și gaze sau transportul prin conducte, sistemele de alimentare cu apă și de canalizare (Fig. 1), etc. Astfel de locații sunt adesea departe de cel mai apropiat serviciu tehnic. personalul care verifică buna funcționare a dispozitivelor. Uneori, unui inginer este nevoie de o zi întreagă, sau chiar de câteva, pentru a ajunge la echipament și a-l inspecta. Este adesea dificil și ușor să găsești specialiști dornici să lucreze în astfel de zone îndepărtate. Deoarece, din cauza acoperirii limitate a comunicațiilor, senzorii și comenzile compatibile EIoT sunt destul de rare în site-urile de la distanță, rețelele de zonă largă de putere redusă (LPWAN) vin în ajutor aici.

BLE și LPWAN

Cea mai utilizată tehnologie wireless cu rază scurtă de acțiune în sistemele EIoT este Bluetooth Low Energy - BLE (Bluetooth low energy, cunoscut și sub numele de Bluetooth Smart). Principalul motiv pentru popularitatea ridicată a BLE pentru EIoT este eficiența sa energetică, care permite senzorilor și comenzilor să funcționeze mult timp cu un consum foarte scăzut de baterie. BLE gestionează ciclurile de somn, standby și ciclurile active. BLE este, de asemenea, utilizat pe scară largă datorită puterii semnalului său RF, care permite acestei tehnologii să funcționeze eficient chiar și în medii dificile, cu niveluri crescute de zgomot de înaltă frecvență provenit din semnale digitale de la echipamente informatice și chiar în prezența obstacolelor fizice în calea propagării undelor radio. Dar, după cum știți, toți acești factori sunt familiari mediului industrial.

În proiectele de implementare a EIoT, tehnologia BLE stă la baza organizării comunicațiilor pe distanță scurtă. Mai mult decât atât, poate fi folosit atât pe complexele de echipamente industriale deja operate, cât și pe cele care sunt încă în curs de proiectare. Cu toate acestea, o astfel de rețea de dispozitive activate BLE are nevoie de o modalitate de a primi instrucțiuni și de a transmite date pe distanțe mai lungi. Bazarea pe o infrastructură tradițională de telecomunicații care permite semnale Wi-Fi sau celulare bidirecționale nu este posibilă din cauza barierei care limitează aplicarea acestor rețele de senzori și control. Prin combinarea BLE cu ultra-gama și eficiența energetică a tehnologiei LoRa, companiile au reușit să implementeze EIoT în locuri în care infrastructura de telecomunicații și infrastructura de energie nu sunt disponibile, iar acest lucru, la rândul său, a extins geografia implementării Internetului. tehnologia lucrurilor.

Orez. 2. Senzorii sunt conectați mai întâi la clientul LoRa și apoi prin gateway-ul LoRa

Protocolul LoRa WAN este adesea LPWAN, deoarece oferă transmisie de date bidirecțională și comunicare sigură cu rețelele IoT pe distanțe lungi de ani de zile fără înlocuirea bateriei. Când utilizați tehnologia LoRa, este posibil să trimiteți și să primiți semnale la o distanță de până la aproximativ 16 km și, dacă este necesar, repetoarele (repetoarele) pot crește această distanță la sute de kilometri. Pe fig. Figura 2 arată cum funcționează LoRa. Pentru aplicațiile IoT, LoRa are multe avantaje tocmai datorită caracteristicilor și capabilităților sale economice:

• Deoarece LoRa, ca și BLE, este o tehnologie cu putere ultra-scăzută, este capabil să funcționeze pe rețele de dispozitive IoT alimentate cu baterie și poate oferi o viață lungă a bateriei fără a necesita întreținere frecventă.
• Nodurile LoRa sunt ieftine și permit companiilor să reducă costul transmisiei de date prin sistemele celulare, precum și să elimine instalarea cablurilor de fibră optică sau de cupru. Acest lucru elimină o barieră financiară majoră pentru conectarea senzorilor și echipamentelor localizate la distanță.
• Tehnologia LoRa funcționează bine și cu dispozitivele de rețea de interior, inclusiv în medii industriale complexe.
• LoRa este foarte scalabil și interoperabil prin sprijinirea a milioane de noduri și poate fi conectat la rețele de date publice și private și la sisteme de comunicații bidirecționale.

Așadar, în timp ce alte tehnologii LPWAN pot rezolva problema gamei de comunicare în implementarea soluțiilor IoT doar pe termen lung, tehnologia LoRa oferă comunicare bidirecțională, anti-jamming și conținut informațional ridicat pentru aceasta.

LoRa are, de asemenea, un dezavantaj semnificativ - scăzut debitului. Acest lucru îl face nepotrivit pentru aplicațiile care necesită streaming de date. Cu toate acestea, această limitare nu împiedică utilizarea sa pentru o gamă largă de aplicații IoT unde sunt transmise din când în când numai pachete de date mici.

Interacţiune

Orez. 3. Modul RM1xx de la Laird, care include capabilități de comunicare pentru protocoalele de rețea fără fir LoRa și Bluetooth

Potențialul LoRa este dublat atunci când este combinat cu tehnologie precum BLE. Împreună, oferă un set de capabilități wireless de putere ultra-scăzută pentru comunicații pe distanță scurtă și lungă, care îmbunătățesc capacitățile rețelelor EIoT. De exemplu, partea centrală a zonelor urbane poate fi acoperită cu doar câteva gateway-uri LoRaWAN, care stau la baza rețelelor de senzori BLE, care sunt acum independente de infrastructurile tradiționale de telecomunicații. Astfel, simbioza LoRa și BLE îndepărtează o serie de bariere în calea extinderii IoT atât în ​​megaorașe, cât și în orașele mici care au bariere în calea implementării pe scară largă a Internetului lucrurilor. Cu toate acestea, cei mai mari beneficiari ai combinației dintre LoRA și BLE sunt senzorii wireless, comenzile și alte echipamente, care acum pot fi instalate fără restricții literalmente oriunde (Fig. 3). Acesta este un merit special al BLE. De asemenea, BLE permite acestor dispozitive să lucreze împreună într-o rețea integrată, cu rază scurtă de acțiune, controlată, de exemplu, de pe smartphone-uri sau tablete, care în acest caz sunt folosite ca afișaje wireless la distanță. În acest pachet, tehnologia LoRa, bazată pe capacitățile mobile ale BLE, acționează ca un fel de stație de releu radio care poate trimite și primi date pe distanțe lungi. Mai mult, aceste distanțe pot fi mărite prin simple gateway-uri pentru transmiterea semnalului.

Există deja multe exemple bune care demonstrează modul în care împerecherea LoRa și BLE permite rețelelor EIoT să atingă un nivel tehnic complet diferit și să își mărească expansiunea.

Avantajele tehnologiilor rețelelor de senzori fără fir pot fi utilizate eficient pentru a rezolva diverse probleme aplicate legate de colectarea distribuită, analiza și transmiterea informațiilor.

Automatizarea clădirilor

În unele aplicații de automatizare a clădirilor, utilizarea sistemelor tradiționale de comunicație prin cablu nu este fezabilă din motive economice.

De exemplu, este necesară introducerea unui sistem nou sau extinderea unui sistem existent într-o clădire de operare. În acest caz, utilizarea soluțiilor wireless este cea mai acceptabilă opțiune, deoarece. fara suplimentar munca de instalare cu o încălcare a decorațiunii interioare a incintei, practic nu este cauzat niciun inconvenient angajaților sau rezidenților clădirii etc. Ca urmare, costul implementării sistemului este redus semnificativ.

Un alt exemplu ar fi clădirile de birouri în plan deschis pentru care nu este posibil să se specifice locațiile exacte ale senzorilor în faza de proiectare și construcție. În același timp, amenajarea birourilor se poate modifica de multe ori în timpul funcționării clădirii, prin urmare, timpul și costul cheltuit pentru reconfigurarea sistemului ar trebui să fie minime, ceea ce poate fi realizat prin utilizarea soluțiilor wireless.

În plus, pot fi date următoarele exemple de sisteme bazate pe rețele de senzori fără fir:

• monitorizarea temperaturii, a fluxului de aer, a prezenței persoanelor și controlul echipamentelor de încălzire, ventilație și aer condiționat în vederea menținerii microclimatului;
• controlul luminii;
• managementul energiei;
• colectarea citirilor de la contoarele de apartament pentru gaz, apa, curent, etc.;
• monitorizarea stării structurilor portante ale clădirilor și structurilor.

automatizare industriala

Până în prezent, utilizarea pe scară largă a comunicațiilor fără fir în domeniul automatizării industriale a fost constrânsă de fiabilitatea slabă a legăturilor radio în comparație cu conexiunile prin cablu din medii industriale dure, dar rețelele de senzori fără fir schimbă dramatic situația, deoarece. rezistent în mod inerent la diferite tipuri de perturbări (de exemplu, deteriorarea fizică a nodului, apariția interferențelor, schimbarea obstacolelor etc.). Mai mult, în anumite condiții, o rețea de senzori fără fir poate oferi o fiabilitate și mai mare decât un sistem de comunicații cu fir.

Soluțiile bazate pe rețele de senzori fără fir îndeplinesc pe deplin cerințele industriei:

• toleranta la erori;
• scalabilitate;
• adaptabilitate la condițiile de funcționare;
• eficienta energetica;
• luarea în considerare a specificului sarcinii aplicate;
• rentabilitatea economică.

Tehnologiile de rețea cu senzori fără fir pot fi utilizate în următoarele sarcini de automatizare industrială:

• control de la distanță și diagnosticare a echipamentelor industriale;
• întreținerea echipamentelor în funcție de starea actuală (predicția marjei de siguranță);
• monitorizarea proceselor de productie;
• telemetrie pentru cercetare și testare.

Alte aplicații

Caracteristici unice și diferențe ale rețelelor de senzori fără fir față de rețelele tradiționale cu fir și sisteme wireless transmisia de date face ca aplicarea lor să fie eficientă într-o mare varietate de domenii. De exemplu:

• securitate și apărare:
  • controlul asupra circulației persoanelor și echipamentelor;
  • mijloace operaționale de comunicații și informații;
  • control perimetru și monitorizare de la distanță;
  • asistență în operațiuni de salvare;
  • monitorizarea proprietăților și valorilor;
  • securitate și alarmă de incendiu;
• monitorizarea mediului:
  • monitorizarea poluării;
  • Agricultură;
• sănătate:
  • monitorizarea stării fiziologice a pacienților;
  • controlul locației și sesizarea personalului medical.