Distribuované senzorové siete. Ako nasadiť bezdrôtové senzorové siete v zložitých priemyselných prostrediach. Prehľad moderných bezdrôtových technológií

História a rozsah použitia

Za jeden z prvých prototypov senzorovej siete možno považovať systém SOSUS, určený na detekciu a identifikáciu ponoriek. Technológie bezdrôtových senzorových sietí sa začali aktívne rozvíjať relatívne nedávno - v polovici 90. rokov. Až začiatkom 21. storočia však rozvoj mikroelektroniky umožnil vyrobiť dostatočne lacnú elementárnu základňu pre takéto zariadenia. Moderné bezdrôtové siete sú založené hlavne na štandarde ZigBee. Značný počet priemyselných odvetví a trhových segmentov (výroba, rôzne druhy doprava, podpora života, bezpečnosť), pripravené na implementáciu senzorových sietí a tento počet sa neustále zvyšuje. Tento trend je poháňaný rastúcou zložitosťou technologických procesov, rozvoj výroby, rozširujúce sa potreby jednotlivcov v segmentoch bezpečnosti, kontroly zdrojov a využívania zásob. S rozvojom polovodičových technológií vznikajú nové praktické úlohy a teoretické problémy súvisiace s aplikáciami senzorových sietí v priemysle, bývaní a komunálnych službách a domácnostiach. Použitie lacného bezdrôtového pripojenia dotykové zariadenia Monitorovanie parametrov otvára nové oblasti pre aplikáciu telemetrických a riadiacich systémov, ako sú:

• Včasná identifikácia možných porúch akčných členov sledovaním parametrov, ako sú vibrácie, teplota, tlak atď.;
• Kontrola prístupu v reálnom čase k vzdialené systémy monitorovací objekt;
• Automatizácia kontroly a údržby priemyselných aktív;
• Správa komerčných aktív;
• Aplikácia ako komponenty v technológiách šetriacich energiu a zdroje;
• Monitorovanie eko-environmentálnych parametrov.

Je potrebné poznamenať, že napriek dlhej histórii senzorových sietí sa koncepcia budovania senzorovej siete nakoniec neujala a nebola vyjadrená v konkrétnych softvérových a hardvérových (platformových) riešeniach. Implementácia senzorových sietí v súčasnej fáze do značnej miery závisí od špecifických požiadaviek priemyselnej úlohy. Implementácia architektúry, softvéru a hardvéru je v štádiu intenzívneho formovania technológie, čo priťahuje pozornosť vývojárov, aby našli technologické miesto pre budúcich výrobcov.

technológie

Bezdrôtové senzorové siete (WSN) pozostávajú z miniatúrnych výpočtových zariadení - motes, vybavených senzormi (teplota, tlak, svetlo, úroveň vibrácií, polohové senzory atď.) a signálovými transceiverami pracujúcimi v danom rádiovom dosahu. Flexibilná architektúra a znížené náklady na inštaláciu odlišujú bezdrôtové inteligentné senzorové siete od iných bezdrôtových a káblové rozhrania prenos dát, najmä keď hovoríme o o veľkom počte vzájomne prepojených zariadení umožňuje senzorová sieť pripojiť až 65 000 zariadení. Neustále znižovanie nákladov na bezdrôtové riešenia a zvyšovanie ich prevádzkových parametrov umožňuje postupné preorientovanie sa od káblových riešení v systémoch pre zber telemetrických dát, diaľkovú diagnostiku a výmenu informácií. „Sieť senzorov“ je dnes už zabehnutý pojem. Senzorové siete), označujúce distribuovanú, samoorganizujúcu sa sieť bezúdržbových zariadení, odolnú proti zlyhaniu jednotlivých prvkov, ktoré nevyžadujú špeciálnu inštaláciu. Každý uzol senzorovej siete môže obsahovať rôzne senzory na monitorovanie vonkajšieho prostredia, mikropočítač a rádiový transceiver. To umožňuje zariadeniu vykonávať merania, samostatne vykonávať prvotné spracovanie údajov a udržiavať komunikáciu s externým informačným systémom.

802.15.4/ZigBee prenosová rádiová technológia krátkeho dosahu známa ako Sensor Networks. WSN - Wireless Sensor Network), je jedným z moderných trendov vo vývoji samoorganizujúcich sa chybovo odolných distribuovaných systémov na monitorovanie a riadenie zdrojov a procesov. Bezdrôtová sieťová technológia senzorov je dnes jedinou bezdrôtovou technológiou, ktorú možno použiť na riešenie úloh monitorovania a riadenia, ktoré sú rozhodujúce pre prevádzkový čas senzorov. Senzory integrované do bezdrôtovej senzorovej siete tvoria geograficky distribuovaný samoorganizujúci sa systém na zber, spracovanie a prenos informácií. Hlavnou oblasťou použitia je kontrola a monitorovanie meraných parametrov fyzických prostredí a objektov.

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

Typický uzol môžu predstavovať tri typy zariadení:

• sieťový koordinátor (FFD – plne funkčné zariadenie);
  • vykonáva globálnu koordináciu, organizáciu a inštaláciu parametrov siete;
  • najkomplexnejšie z troch typov zariadení vyžadujúce najväčšie množstvo pamäte a napájania;

• Zariadenie s úplnou sadou funkcií (FFD - Fully Function Device);
  • podpora 802.15.4;
  • dodatočná pamäť a spotreba energie vám umožňuje pôsobiť ako sieťový koordinátor;
  • podpora všetkých typov topológií („bod-bod“, „hviezda“, „strom“, „sieťová sieť“);
  • schopnosť pôsobiť ako sieťový koordinátor;
  • možnosť prístupu k iným zariadeniam v sieti;
• (RFD - Reduced Function Device);
  • podporuje obmedzené funkcie 802.15.4;
  • podpora bod-bod a hviezdicových topológií;
  • neslúži ako koordinátor;
  • kontaktuje koordinátora siete a smerovač;

Developerské spoločnosti

Na trhu sú rôzne typy spoločností:

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 stálu štruktúru. Klientske zariadenia sa pripájajú za chodu a vytvárajú sieť. Každý sieťový uzol sa pokúša poslať ďalej... ... Wikipédiu

Navrhujeme premenovať túto stránku na Wireless Self-Organizing Network. Vysvetlenie dôvodov a diskusia na stránke Wikipedia: K premenovaniu / 1. december 2012. Možno jej súčasný názov nezodpovedá štandardom modernej ... ... Wikipédie

Bezdrôtové siete ad hoc sú decentralizované bezdrôtové siete, ktoré nemajú stálu štruktúru. Klientske zariadenia sa pripájajú za chodu a vytvárajú sieť. Každý uzol siete sa pokúša preposielať údaje určené pre iné uzly. Zároveň... ... Wikipedia

Bezdrôtové siete ad hoc sú decentralizované bezdrôtové siete, ktoré nemajú stálu štruktúru. Klientske zariadenia sa pripájajú za chodu a vytvárajú sieť. Každý uzol siete sa pokúša preposielať údaje určené pre iné uzly. Zároveň... ... Wikipedia

Architektúra typickej bezdrôtovej senzorovej siete Bezdrôtová senzorová sieť je distribuovaná, samoorganizujúca sa sieť mnohých senzorov a akčných členov vzájomne prepojených rádiovým kanálom. Oblasť... ...Wikipedia

Na zlepšenie tohto článku by ste chceli: Prepracovať formátovanie v súlade s pravidlami pre písanie článkov. Skontrolujte článok, či neobsahuje gramatické a pravopisné chyby. Opravte článok podľa ... Wikipédie

Telemetria, telemetria (z iného gréckeho τῆλε „ďaleko“ + μέτρεω „meriam“) súbor technológií umožňujúcich poskytovanie diaľkových meraní a zberu informácií operátorovi alebo používateľovi, neoddeliteľná súčasť ... ... Wikipedia

Ultraširokopásmové (UWB) signály sú rádiové signály (mikrovlnné signály) s „ultra veľkou“ šírkou frekvenčného pásma. Používa sa na ultraširokopásmové radarové a ultraširokopásmové rádiové komunikácie. Obsah 1 Definícia 2 Nariadenie ... Wikipedia

Prvý otvorený protokol bezdrôtová sieť prenos dát, vyvinutý pre účely automatizácie budov a distribuovaného facility managementu. Jedna sieť môže byť použitá s mnohými existujúcimi vysielačmi a prijímačmi a... ... Wikipedia

Distribuované senzorové siete

Čo sú bezdrôtové senzorové siete?

Senzory a prijímacie zariadenie

Bezdrôtové senzorové siete sú postavené z uzlov tzv márnotratníkov (mote) - malé autonómne zariadenia napájané z batérií a mikročipov s rádiovou komunikáciou na frekvencii - napríklad 2,4 GHz. Špeciálne softvér umožňuje márnotratníkom organizovať sa distribuované siete, komunikovať medzi sebou, dotazovať sa a vymieňať si dáta s blízkymi uzlami, ktorých vzdialenosť zvyčajne nepresahuje 100 metrov.

V anglickojazyčnej literatúre sa takáto sieť nazýva bezdrôtová senzorová sieť(WSN) je bezdrôtová sieť pozostávajúca z geograficky distribuovaných autonómnych zariadení, ktoré využívajú senzory na spoločné monitorovanie fyzických alebo environmentálnych podmienok v rôznych oblastiach.

Dokážu merať parametre ako teplota, zvuk, vibrácie, tlak, pohyb predmetov či vzduchu. Vývoj bezdrôtových senzorových sietí bol spočiatku motivovaný vojenskými aplikáciami, ako je dohľad na bojiskách. V súčasnosti sa bezdrôtové senzorové siete čoraz viac využívajú v mnohých oblastiach občianskeho života, vrátane priemyselného a environmentálneho monitorovania, zdravotnej starostlivosti a riadenia dopravy. Rozsah aplikácie sa rozširuje.

Základné princípy fungovania

3-úrovňový sieťový diagram. 1. úroveň senzorov a brány. server 2. úrovne. Úroveň tenkého klienta 3

Každý uzol siete: márnotratnosť vybavené rádiovým vysielačom s prijímačom alebo iným zariadením bezdrôtová komunikácia, malý mikrokontrolér a zdroj energie, zvyčajne batéria. Možné využitie batérií solárneho osvetlenia alebo iných alternatívnych zdrojov energie

Údaje zo vzdialených prvkov sa prenášajú cez sieť medzi blízkymi, z uzla do uzla, cez rádiový kanál. Výsledkom je prenos dátového paketu z najbližšieho mote k bráne. Brána je zvyčajne pripojená k serveru pomocou USB kábla. Na serveri - zozbierané dáta sa spracúvajú, ukladajú a môžu byť prístupné cez WEB shell širokému počtu užívateľov.

Cena senzorového uzla sa pohybuje od stoviek dolárov po niekoľko centov, v závislosti od veľkosti senzorovej siete a jej zložitosti.

Hardvér a štandardy

Brána (2 kusy), pripojená k notebooku pomocou USB kábla. Notebook je pripojený k internetu cez UTP a funguje ako server

Dotykové zariadenia s rádiovou anténou

Hardvér bezdrôtového uzla a protokoly sieťovej komunikácie medzi uzlami sú optimalizované na zaistenie spotreby energie dlhý termín prevádzka systému s autonómnymi zdrojmi energie. V závislosti od prevádzkového režimu môže životnosť uzla dosiahnuť niekoľko rokov.

Pre bezdrôtové senzorové siete je v súčasnosti buď ratifikovaných alebo vyvíjaných niekoľko štandardov. ZigBee je štandard navrhnutý na použitie vo veciach, ako je priemyselné riadenie, vstavané snímanie, zber lekárskych údajov a automatizácia budov. Vývoj Zigbee uľahčuje veľké konzorcium priemyselných spoločností.

• WirelessHART je pokračovaním protokolu HART pre priemyselnú automatizáciu. WirelessHART bol pridaný do všeobecného protokolu HART ako súčasť špecifikácie HART 7, ktorá bola schválená nadáciou HART Communications Foundation v júni 2007.
• 6lowpan je stanovený štandard pre sieťovú vrstvu, ale ešte nebol prijatý.
• ISA100 je ďalšou prácou v snahe vstúpiť do technológie WSN, ale je vytvorená tak, aby zahŕňala širšie spätná väzba kontrolu vo vašej oblasti. Implementácia ISA100 na základe noriem ANSI sa má ukončiť do konca roka 2008.

WirelessHART, ISA100, ZigBee a všetky sú založené na rovnakom štandarde: IEEE 802.15.4 - 2005.

Bezdrôtový sieťový senzorový softvér

operačný systém

Operačné systémy pre bezdrôtové senzorové siete sú menej zložité ako operačné systémy na všeobecné použitie kvôli obmedzeným zdrojom hardvér senzorová sieť. Kvôli tomu, operačný systém nie je potrebné povoliť podporu používateľského rozhrania.

Hardvér bezdrôtových senzorových sietí sa nelíši od tradičných vstavaných systémov, a preto je možné pre senzorové siete použiť vstavaný operačný systém.

Vizualizačné aplikácie

Program na vizualizáciu výsledkov meraní a generovanie reportov MoteView v1.1

Dáta z bezdrôtových senzorových sietí sú zvyčajne uložené ako digitálne dáta v centrálnej základňovej stanici. Je ich veľa štandardné programy, ako je TosGUI MonSense, GNS, čo uľahčuje prezeranie týchto veľkých objemov údajov. Okrem toho Open Consortium (OGC) špecifikuje štandardy pre interoperabilitu a interoperabilitu kódovania metadát, ktoré umožnia sledovanie alebo kontrolu bezdrôtovej senzorovej siete v reálnom čase ktokoľvek prostredníctvom webového prehliadača.

Na prácu s údajmi pochádzajúcimi z uzlov bezdrôtovej senzorovej siete sa používajú programy, ktoré uľahčujú prezeranie a vyhodnocovanie údajov. Jedným z takýchto programov je MoteView. Tento program vám umožňuje prezerať údaje v reálnom čase a analyzovať ich, vytvárať všetky druhy grafov a vydávať správy v rôznych sekciách.

Výhody použitia

• Nie je potrebné klásť káble na napájanie a prenos dát;
• Nízke náklady na komponenty, inštaláciu, uvedenie do prevádzky a údržbu systému;
• Rýchlosť a jednoduchosť nasadenia siete;
• Spoľahlivosť a odolnosť voči poruchám celého systému ako celku v prípade zlyhania jednotlivých jednotiek alebo komponentov;
• Možnosť implementácie a úpravy siete na akomkoľvek zariadení bez zásahu do fungovania samotného zariadenia
• Možnosť rýchlej a v prípade potreby aj diskrétnej inštalácie celého systému ako celku.

Každý senzor má veľkosť pivného uzáveru (ale v budúcnosti sa ich veľkosť môže zmenšiť stokrát) obsahuje procesor, pamäť a rádiový vysielač. Takéto kryty môžu byť rozptýlené po akomkoľvek území a nadviažu vzájomnú komunikáciu, vytvoria jedinú bezdrôtovú sieť a začnú prenášať údaje do najbližšieho počítača.

Senzory integrované do bezdrôtovej siete môžu monitorovať parametre prostredia: pohyb, svetlo, teplotu, tlak, vlhkosť atď. Monitorovanie možno vykonávať na veľmi veľkej ploche, pretože senzory prenášajú informácie v reťazci od suseda k susedovi. Táto technológia im umožňuje pracovať roky (aj desaťročia) bez výmeny batérií. Senzorové siete sú univerzálne zmysly počítača a všetky fyzické objekty na svete vybavené senzormi dokáže počítač rozpoznať. V budúcnosti každý z miliárd senzorov dostane IP adresu a mohli by dokonca vytvoriť niečo ako Globálnu sieť senzorov. O možnosti senzorových sietí sa doteraz zaujímala len armáda a priemysel. Podľa najnovšej správy spoločnosti ON World, ktorá sa špecializuje na prieskum trhu senzorových sietí, tento rok trh zažíva výrazný vzostup. Ďalšou významnou udalosťou tohto roku bolo vydanie prvého systému ZigBee na svete na jednom čipe (vyrobené spoločnosťou Ember). Spomedzi veľkých priemyselných spoločností v USA, ktorých prieskum ON World uskutočnil, približne 29 % už používa senzorové siete a ďalších 40 % ich plánuje nasadiť do 18 mesiacov. V Amerike sa objavilo viac ako sto komerčných firiem, ktoré sa zaoberajú tvorbou a údržbou senzorových sietí.

Do konca tohto roka počet senzorov na planéte presiahne 1 milión Teraz rastie nielen počet sietí, ale aj ich veľkosť. Prvýkrát bolo vytvorených niekoľko sietí s viac ako 1000 uzlami, vrátane jednej s 25 000 uzlami, ktoré úspešne fungujú.

Zdroj: Web PLANET

Aplikácie

Aplikácií WSN je mnoho a sú rozmanité. Používajú sa v komerčných a priemyselné systémy na monitorovanie údajov, ktoré je náročné alebo nákladné sledovať pomocou káblových snímačov. WSN je možné použiť v ťažko dostupných oblastiach, kde môžu zostať dlhé roky (ekologický monitoring životného prostredia) bez potreby výmeny napájacích zdrojov. Môžu kontrolovať konanie narušiteľov chráneného objektu

WSN sa používa aj na monitorovanie, sledovanie a kontrolu. Tu sú niektoré aplikácie:

• Monitorovanie dymu a detekcia požiaru z veľkých lesov a rašelinísk
• Dodatočný zdroj informácií pre krízové ​​strediská správy subjektov Federácie Ruskej federácie
• Detekcia seizmického potenciálneho napätia
• Vojenské pozorovania
• Akustická detekcia pohybu objektov v bezpečnostných systémoch.
• Ekologický monitoring priestoru a prostredia
• Monitorovanie priemyselných procesov, využitie v systémoch MES
• Lekársky monitoring

Automatizácia budov:

	sledovanie teploty, prúdenia vzduchu, prítomnosti osôb a kontrola zariadení na udržanie mikroklímy;
	ovládanie osvetlenia;
	energetický manažment;
	zber odpočtov z bytových meračov plynu, vody, elektriny a pod.;
	bezpečnostný a požiarny poplachový systém;
	sledovanie stavu nosných konštrukcií budov a stavieb.

Priemyselná automatizácia:

	diaľkové ovládanie a diagnostika priemyselných zariadení;
	Údržba zariadenie na základe jeho aktuálneho stavu (predpovedanie bezpečnostnej rezervy);
	monitorovanie výrobné procesy;

Firemná verzia technológie internetu vecí (IoT) sa dnes aktívne využíva v priemysle. Podnikový internet vecí (EIoT) využíva bezdrôtové senzorové siete a nástroje na správu, čo podnikom otvára nové možnosti na správu strojov a zariadení. Bezdrôtové senzory, napájané malou batériou bez pripojenia na káblové napájanie, nájdete v priemyselných prostrediach na miestach úplne neprístupných pre predchádzajúce generácie ovládacích prvkov.

EIoT zlepšuje spoľahlivosť, bezpečnosť a end-to-end interoperabilitu systémov a zariadení, aby splnili najprísnejšie implementačné požiadavky bezdrôtové technológie túto oblasť nielen v priemysle, ale aj v zdravotníctve, finančných službách atď. EIoT zohľadňuje potreby týchto oblastí vzhľadom na to, že technické údaje a prvky dizajnu zariadení tohto nového trendu technológie sú oveľa lepšie ako podobné technológie internetu vecí tradičných zariadení určených pre menej kritické spotrebiteľské alebo komerčné aplikácie.

Výzvy EIoT

Senzory a ovládacie prvky s podporou EIoT môžu fungovať prakticky kdekoľvek v priemyselnom prostredí, ale doteraz to bolo do značnej miery otázkou šťastia, pretože nie každé priemyselné zariadenie je ideálne na použitie v bezdrôtových sieťach. Je to preto, že existujú dva vzájomne súvisiace, ale zdanlivo protichodné prvky nasadenia internetu vecí:

1. Samotná bezdrôtová sieť zariadení, ktorá je inštalovaná pomocou senzorov a ovládacích prvkov spojených s technológiou krátkeho dosahu a nízkej spotreby.
2. Sieť senzorov internetu vecí, ktorá interaguje s inými zariadeniami, ovládačmi a časťami siete na väčšiu vzdialenosť.

Ryža. 1. Aplikácie umiestnené ďaleko od mestských centier a tradičných telekomunikačných služieb pre organizovanie globálnej siete môžu využívať výhody energeticky efektívneho komunikačného protokolu, ako je LoRa

Práve nemožnosť spoľahlivej komunikácie na veľké vzdialenosti je často najvýznamnejšou prekážkou v priemyselnom prostredí. Tento problém má jednoduchý dôvod: telekomunikácie, ktoré sa vykonávajú po drôtových káblových vedeniach alebo prostredníctvom prenosu signálu cez veže celulárna komunikácia, nie je vždy k dispozícii na miestach priemyselných zariadení. Navyše náklady na používanie mobilných služieb len na doručenie niekoľkých paketov dát zo senzorov v jednej komunikačnej relácii nedávajú veľký zmysel, a to z ekonomického hľadiska aj z čisto technických dôvodov. Okrem toho pomerne často vzniká problém s napájaním senzorov a komunikačných zariadení, ktorý je veľmi ťažké organizovať na vzdialených miestach, kde nie sú zariadenia alebo infraštruktúra napájané priamo z priemyselnej siete.

Napriek širokému pokrytiu celulárnou komunikáciou v obývaných oblastiach na niektorých miestach neexistuje spoľahlivá služba na organizovanie bezdrôtovej komunikácie. Ide o bežný problém vo vidieckych oblastiach a odľahlých miestach priemyselných zariadení, ako sú izolované zariadenia na ropu a plyn alebo potrubia, vodné a odpadové systémy (obrázok 1) atď. Takéto miesta sa tiež často nachádzajú ďaleko od najbližšieho personálu technickej podpory, ktorý kontroluje správnu funkciu zariadení. Niekedy trvá inžinierovi celý pracovný deň, alebo dokonca niekoľko, kým sa dostane k zariadeniu a skontroluje ho. Často je ťažké a ľahké nájsť špecialistov ochotných pracovať v takýchto odľahlých oblastiach. Keďže v dôsledku obmedzeného komunikačného pokrytia sú senzory a ovládacie prvky s podporou EIoT na vzdialených miestach pomerne zriedkavé, na pomoc prichádzajú siete s nízkou spotrebou energie (LPWAN).

BLE a LPWAN

Najpoužívanejšou bezdrôtovou technológiou krátkeho dosahu v systémoch EIoT je Bluetooth Low Energy (BLE), tiež známy ako Bluetooth Smart. Hlavným dôvodom vysokej popularity BLE pre EIoT je jeho energetická účinnosť, ktorá umožňuje senzorom a ovládacím prvkom pracovať dlhú dobu s veľmi nízkou spotrebou energie batérie. BLE spravuje spánkové cykly, spánkový režim a aktívne cykly. BLE je tiež široko používaný vďaka sile svojho RF signálu, ktorý umožňuje tejto technológii efektívne fungovať aj v náročných prostrediach so zvýšenou úrovňou vysokofrekvenčného šumu pochádzajúceho z digitálnych signálov z počítačového vybavenia a dokonca aj za prítomnosti fyzických prekážok šírenia rádiových vĺn. Ale ako viete, všetky tieto faktory sú bežné v priemyselnom prostredí.

V projektoch EIoT je technológia BLE základom pre organizovanie komunikácie na krátke vzdialenosti. Okrem toho sa dá použiť ako na už fungujúcich, tak aj na stále projektovaných komplexoch priemyselných zariadení. Takáto sieť zariadení s podporou BLE však potrebuje spôsob, ako prijímať pokyny a prenášať dáta na väčšie vzdialenosti. Spoliehanie sa na tradičnú telekomunikačnú infraštruktúru, ktorá umožňuje obojsmernú Wi-Fi komunikáciu alebo mobilné signály, nie je možné kvôli bariére, ktorá obmedzuje aplikácie týchto senzorových a riadiacich sietí. Kombináciou BLE s ultra-dosahom a energetickou účinnosťou technológie LoRa boli spoločnosti schopné nasadiť EIoT na miestach, kde nie je dostupná telekomunikačná a energetická infraštruktúra, a to zase rozšírilo geografiu implementácie technológie internetu vecí. .

Ryža. 2. Senzory sú najprv pripojené k LoRa klientovi a potom cez LoRa bránu

Protokol rozľahlej siete LoRa je často LPWAN, pretože umožňuje bezpečný obojsmerný prenos dát a komunikáciu so sieťami internetu vecí na veľké vzdialenosti po mnoho rokov bez výmeny batérií. Pri použití technológie LoRa je možné vysielať a prijímať signály na vzdialenosť až približne 16 km a inštalované opakovače (opakovače) môžu v prípade potreby zvýšiť túto vzdialenosť na stovky kilometrov. Na obr. Obrázok 2 ukazuje prevádzkový diagram LoRa. Pre aplikácie internetu vecí má LoRa mnoho výhod práve vďaka svojim ekonomickým charakteristikám a schopnostiam:

• Pretože LoRa, podobne ako BLE, je technológia s veľmi nízkou spotrebou energie, je schopná bežať v sieťach IoT zariadení napájaných z batérie a môže poskytnúť dlhú výdrž batérie bez nutnosti častej údržby.
• Uzly založené na technológii LoRa sú lacné a umožňujú spoločnostiam znížiť náklady na prenos dát cez mobilné systémy, ako aj eliminovať inštaláciu optických alebo medených káblov. To odstraňuje veľkú finančnú prekážku pri komunikácii diaľkovo umiestnených senzorov a zariadení.
• Technológia LoRa tiež dobre funguje so sieťovými zariadeniami umiestnenými v interiéri, vrátane zložitých priemyselných prostredí.
• LoRa je vysoko škálovateľný a interoperabilný, podporuje milióny uzlov a môže byť pripojený k verejným a súkromným dátovým sieťam a obojsmerným komunikačným systémom.

Takže zatiaľ čo iné technológie LPWAN dokážu problém s dosahom komunikácie pri implementácii riešení internetu vecí vyriešiť len z dlhodobého hľadiska, technológia LoRa ponúka na tento účel obojsmernú komunikáciu, ochranu proti rušeniu a vysoký informačný obsah.

LoRa má aj podstatnú nevýhodu – nízku priepustnosť. Preto nie je vhodný pre aplikácie, ktoré vyžadujú streamovanie údajov. Toto obmedzenie však nebráni jeho použitiu pre širokú škálu aplikácií internetu vecí, kde sa z času na čas prenášajú len malé pakety dát.

Interakcia

Ryža. 3. Modul RM1xx od spoločnosti Laird, ktorý zahŕňa komunikačné možnosti pre protokoly bezdrôtovej siete LoRa a Bluetooth

Potenciál LoRa sa zdvojnásobí, keď sa skombinuje s technológiou ako BLE. Spoločne poskytujú sadu bezdrôtových funkcií s mimoriadne nízkou spotrebou energie pre komunikáciu na krátke a dlhé vzdialenosti, čím rozširujú možnosti sietí EIoT. Napríklad mestské jadrá môžu byť pokryté len niekoľkými bránami LoRaWAN, ktoré poskytujú základ pre senzorové siete s podporou BLE, ktoré sú teraz nezávislé od tradičných telekomunikačných infraštruktúr. Symbióza LoRa a BLE teda odstraňuje množstvo prekážok pre expanziu internetu vecí v megacities aj malých mestách, ktoré majú bariéry brániace rozšírenej implementácii internetu vecí. Najväčším prínosom spojenia LoRA a BLE sú však bezdrôtové senzory, ovládače a ďalšie vybavenie, ktoré je teraz možné inštalovať doslova kdekoľvek bez akýchkoľvek obmedzení (obrázok 3). Toto je zvláštna zásluha BLE. BLE tiež umožňuje týmto zariadeniam spolupracovať v integrovanej sieti krátkeho dosahu, ovládanej napríklad zo smartfónov alebo tabletov, ktoré sa v tomto prípade používajú ako vzdialené bezdrôtové displeje. V tejto súvislosti technológia LoRa, založená na mobilných schopnostiach BLE, funguje ako druh rádioreléovej stanice, ktorá dokáže odosielať a prijímať dáta na veľké vzdialenosti. Navyše, tieto vzdialenosti možno zväčšiť jednoduchými bránami na prenos signálu.

Existuje už veľa jasných príkladov, ktoré demonštrujú, ako párovanie LoRa a BLE umožňuje sieťam EIoT dosiahnuť úplne inú technickú úroveň a zvýšiť ich expanziu.

Výhody bezdrôtových senzorových sieťových technológií možno efektívne využiť na riešenie rôznych aplikovaných problémov súvisiacich s distribuovaným zberom, analýzou a prenosom informácií.

Automatizácia budov

V niektorých aplikáciách automatizácie budov nie je použitie tradičných káblových systémov na prenos dát praktické z ekonomických dôvodov.

Napríklad potrebujete implementovať nový alebo rozšíriť existujúci systém v existujúcej budove. V tomto prípade je použitie bezdrôtových riešení najprijateľnejšou možnosťou, pretože nie je potrebná žiadna ďalšia práca inštalačné práce s narušením vnútornej výzdoby priestorov nespôsobuje prakticky žiadne nepríjemnosti zamestnancom ani obyvateľom objektu a pod. V dôsledku toho sa výrazne znížia náklady na implementáciu systému.

Ďalším príkladom by mohli byť otvorené kancelárske budovy, kde nie je možné špecifikovať presné umiestnenie senzorov vo fáze návrhu a výstavby. Zároveň sa dispozícia kancelárií môže počas prevádzky budovy mnohokrát meniť, preto by čas a peniaze vynaložené na rekonfiguráciu systému mali byť minimálne, čo sa dá dosiahnuť použitím bezdrôtových riešení.

Okrem toho možno uviesť nasledujúce príklady systémov založených na bezdrôtových senzorových sieťach:

• sledovanie teploty, prúdenia vzduchu, obsadenosti a ovládanie vykurovacích, ventilačných a klimatizačných zariadení na udržanie mikroklímy;
• ovládanie osvetlenia;
• energetický manažment;
• zber odpočtov z bytových meračov plynu, vody, elektriny a pod.;
• sledovanie stavu nosných konštrukcií budov a stavieb.

Priemyselná automatizácia

Doteraz bolo rozšírené používanie bezdrôtovej komunikácie v oblasti priemyselnej automatizácie brzdené nízkou spoľahlivosťou rádiových kanálov v porovnaní s káblovými pripojeniami v drsných priemyselných prostrediach, ale bezdrôtové senzorové siete radikálne menia súčasnú situáciu, pretože svojou povahou odolné voči rôznym druhom rušenia (napríklad fyzické poškodenie uzla, výskyt rušenia, zmeny prekážok atď.). Navyše za určitých podmienok môže bezdrôtová senzorová sieť poskytnúť ešte väčšiu spoľahlivosť ako káblový komunikačný systém.

Riešenia založené na bezdrôtových senzorových sieťach plne spĺňajú priemyselné požiadavky:

• odolnosť proti chybám;
• škálovateľnosť;
• prispôsobivosť prevádzkovým podmienkam;
• energetická účinnosť;
• berúc do úvahy špecifiká aplikovanej úlohy;
• ekonomická ziskovosť.

Bezdrôtové senzorové sieťové technológie môžu nájsť uplatnenie v nasledujúcich úlohách priemyselnej automatizácie:

• diaľkové ovládanie a diagnostika priemyselných zariadení;
• údržba zariadení na základe aktuálneho stavu (predpovedanie bezpečnostnej rezervy);
• monitorovanie výrobných procesov;
• telemetria pre výskum a testovanie.

Iné aplikácie

Jedinečné funkcie a rozdiely medzi bezdrôtovými senzorovými sieťami a tradičnými káblovými a bezdrôtové systémy dátové prenosy zefektívňujú ich aplikáciu v širokej škále oblastí. Napríklad:

• bezpečnosť a obrana:
  • kontrola pohybu osôb a zariadení;
  • prostriedky operačnej komunikácie a prieskumu;
  • kontrola perimetra a diaľkový dohľad;
  • pomoc pri záchranných operáciách;
  • monitorovanie majetku a cenností;
  • bezpečnostný a požiarny poplachový systém;
• monitorovanie životného prostredia:
  • monitorovanie znečistenia;
  • Poľnohospodárstvo;
• zdravotná starostlivosť:
  • sledovanie fyziologického stavu pacientov;
  • kontrola polohy a informovanie zdravotníckeho personálu.