УДК
62-50 (075)
АхметоваC.О1Жақсылық М.2.
1.ТарГУ,Тараз, Казахстан
2.ТарГУ,Тараз, Казахстан
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА УЧЕБНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ « беспроводные СЕНСОРНЫЕ СЕТИ» ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНОЛОГИЯ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ»
Последние
достижения в области технологий микро-электро-механических
систем (MEMS), беспроводной связи и цифровой электроники позволили создавать
недорогие, маломощные, многофункциональные моты
(узлы), они небольшие
и «общаются» непосредственно друг
с другом. Сенсорных
сети основанных на совместной работе большого числа крошечных
узлов, которые состоят из модулей сбора
и обработки данных,
передатчика. Такие сети
имеет значительные
преимущества перед набором
традиционных датчиков. Вот
две ключевые особенности
традиционных датчиков: Датчики могут
быть расположены далеко от наблюдаемого явления. При таком подходе требуется
много датчиков, которые используют некоторые сложные
методы, чтобы выделить
цели из шума. Можно развернуть несколько датчиков,
которые выполняют только сбор данных. Тщательно
разработать позиции датчиков
и топологию. Они
будут передавать наблюдения в
центральные узлы, где
и будет выполняются
сбор и обработка данных.
Сенсорная
сеть состоит из
большого числа узлов
(мотов), которые густорасположены близко
к наблюдаемому явлению.
Положение мотов не
нужно предварительно рассчитывать. Это позволяет случайным образом
располагать их в труднодоступных
местностях или использовать
для операций по
оказанию помощи, которые требуют быстрого реагирования. С другой
стороны, это означает, что сетевые протоколы
и алгоритмы работы
мотов должны обладать возможностью самоорганизации. Еще
одной уникальной особенностью сенсорных сетей является совместная работы
отдельных узлов. Моты оснащены процессором. Поэтому вместо передачи исходных
данных, они могут их обрабатывать, выполняя простые вычисления
и передавать далее
только необходимые и
частично обработанные данные.
Сенсорные сети
могут состоять из
различных типов датчиков,
например сейсмических, датчиков определения магнитного поля, тепловых,
инфракрасных, акустических, которые в состоянии осуществлять самые разнообразные
измерения условий окружающей среды. Например, такие как [1]:
•
температура,
•
влажность,
•
автомобильное движение,
•
состояние молнии,
•
давление,
•
состав почвы,
•
уровень шума,
•
наличие или отсутствие некоторых объектов,
•
механическая нагрузка
•
динамические характеристики, такие как скорость, направление и размер объекта.
Моты
могут использоваться для непрерывного зондирования, обнаружения и
идентификации событий. Концепция
микро зондирования и
беспроводное соединение
обещают много новых
областей применения для
таких сетей. Мы классифицировали их
по основным направлениям:
военное применение,
исследование окружающей среды,
здравоохранение, использование в
домах и других коммерческих
областях. Но можно
расширить эту классификацию
и добавить больше категорий, например исследование космического
пространства, химическая обработка и ликвидации последствий стихийных бедствий.
Узел сенсорных
сетей состоят из
четырех основных компонентов,
как показано на рис. 1: блок сбора данных, блок обработки, передатчик и
блок питания. Наличие дополнительных модулей зависит от применения сетей, например,
могут быть модули определения
местонахождения, силовой генератор
и мобилизатор
(MAC). Модуль сбора данных,
как правило, состоят из двух
частей: датчики и аналого-цифровой преобразователей (АЦП).
Аналоговый сигнал, генерируемый датчиком на основе
наблюдаемого явления, преобразуется в
цифровой сигнал с помощью АЦП, а затем
подается в блок обработки. Модуль обработки, который использует интегрированную
память, управляет процедурами, которые позволяют совместно с другими
узлами выполнять поставленные
задачи наблюдения. Блок передатчика (трансивер)
соединяет узел с
сетью. Одним из
наиболее важных компонентов узла
является блок питания. Блок питания может иметь возможность подзарядки,
например, используя солнечные батареи.
Большинству
узлов, передающих данные и собирающих данные, необходимо знать свое
местоположение с высокой
точностью. Поэтому в
общую схему включен модуль
определения местоположения. Иногда
может понадобиться мобилизатор, который при необходимости перемещает узел,
когда это необходимо для выполнения поставленных
задач. Помимо размера, есть
некоторые другие жесткие ограничения для узлов. Они должны [3]:
•
потребляют очень мало энергии,
• работать
с большим количеством
узлов на малых
расстояниях,
•
иметь низкую стоимость производства
•
быть автономными и работать без присмотра,
•
адаптироваться к окружающей среде.
Поскольку узлы
могут становиться недоступными,
жизни сенсорной сети зависит
от питания отдельных
узлов. Питание ограниченный
ресурс и из-за ограничений по размеру. Возможно,
продлить срок службы сенсорных сетей используя подзаряжаемые батареи, например,
получая энергию из окружающей среды. Солнечные батареи – яркий пример
использования подзарядки. Модуль передачи данных узла может быть пассивным или
активным оптическим устройством, как в смарт-узле или
радиочастотным (RF) передатчиком.
Для радиочастотной передачи нужен
модуль модуляции, который
использует определенную полосу пропускания, модуль фильтрация,
демодуляция, что делает их более сложными и дорогими. Кроме
того, возможны потери
при передаче данных
между двумя узлами из-за того,
что антенны распложены близко к земле. Тем не менее, радиосвязь является
предпочтительной в большинстве
существующих проектов сенсорных
сетей, так как частот передачи данных низкие (как правило, менее 1 Гц), а
частота циклов передачи
высока из-за малых
расстояний. Эти
характеристики позволяют использовать
низкие радиочастоты. Однако, проектирование энерго эффективных и
низкочастотных
радиопередатчиков
по-прежнему является технически
сложной задачей, а
существующие технологии,
которые используются при
производстве Bluetooth устройства,
не является достаточно эффективным
для сенсорных сетей,
поскольку потребляют много энергии. Хотя в настоящее процессоры
постоянно уменьшают свои габариты и увеличивают
мощность, обработка и
хранения данных узлом
по-прежнему является его слабым местом. Например, модуль обработки смарт-узла состоит из процессора 4 МГц Atmel
AVR8535, микроконтроллера с 8 Кбайт для инструкций,
флэш-памяти, 512 байт RAM и
512 байт EEPROM. В этом модуле, который имеет
3500 байт под ОС
и 4500 байт свободной
памяти под код,
используется операционная система TinyOS.
Модуль обработки другого прототипа узла lAMPS
имеет процессор SA-1110
с частотой 59-206
МГц. На узлах
IAMPS используется многопоточная операционная
система L-OS. Большинство
задач сбора данных требуют
знаний позиции узла.
Поскольку узлы, как правило,
располагаются случайным образом и без надзора, они должны кооперироваться с помощью системы
определения местоположения. Определение
местоположения используется во многих протоколах маршрутизации сенсорных
сетей (подробнее в разделе 4). Некоторые
предлагают, чтобы каждый
узел имел модуль
системы глобального позиционирования (GPS), который работает с точностью
до 5 метров.
Список литературы
1.
Никитин Г.И., Антипова И.Б., Красновидов А.В. Корректирующие
коды: Методические указания.-Л.: ЛИАП, 1989.-32 с.
2. Блейхут Р. Теория и
практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с англ.-М.:Мир,
1986.-576 с.
3.
Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки:
Пер. с англ.- М.: Мир, 1976.-600 с.
Замрий А.С. Помехоустойчивые коды: Учебное пособие/ЛВВИУС.-Л., 1990.-58
с.
4.
Колесников В.Д., Мирончиков Е.Т. Декодирование циклических кодов. - М.: Связь,
1968.
5.
Дмитриев В.И. Прикладная теория информации: Учебник. – М.: Высш.шк.,
1989.
6.
Скляр Б. Цифровая связь: Теоретические основы и практическое применение. – М.:
Вильямс,2003.
7.
Тутевич В.Н. Телемеханика: Учебное пособие.- М.: Высш. Шк., 1985. -423 с.