Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 7
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ
СЕТЯХ 8
1.1. История создания 8
1.2. Беспроводные сенсорные сети и стандарты 9
1.3. Применение БСС 10
1.4. Стандарты БСС 12
ГЛАВА 2. АРХИТЕКТУРА БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ.
АЛГОРИТМЫ МАРШРУТИЗАЦИИ 21
2.1. Архитектура БСС и сенсорных узлов 21
2.2. Алгоритмы маршрутизации 23
2.3. Архитектура сенсоров 25
2.4. Архитектура маршрутизации USN 26
2.5. Классификация алгоритмов маршрутизации USN 30
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СЕНСОРНОГО УЗЛА В БЕСПРОВОДНОЙ
СЕНСОРНОЙ СЕТИ 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
ПРИЛОЖЕНИЕ А 38
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 39
ПРИЛОЖЕНИЕ В 40
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 43
Беспроводные сенсорные сети (Wireless sensor networks) значительно расширились за последние годы и обладают значительным потенциалом в различных областях применения. Беспроводная сенсорная сеть – это совокупность узлов, организованных в совместную сеть. Каждый узел состоит из возможностей обработки (один или несколько микроконтроллеров, процессоров или микросхем DSP), может содержать несколько типов памяти (программы, данные и флэш-памяти), иметь радиочастотный приемопередатчик (обычно с одной всенаправленной антенной), иметь источник питания (например, батареи и солнечные элементы). Узлы взаимодействуют по беспроводной сети и часто самоорганизуются после развертывания в специальном хосте. Ожидаются системы с 1000 или даже 10 000 узлами. Такие системы могут произвести революцию в том, как мы живем и работаем.
В настоящее время беспроводные сенсорные сети начинают развертываться ускоренными темпами. Вполне разумно ожидать, что через 10-15 лет мир будет покрыт беспроводными сенсорными сетями с доступом к ним через Интернет. Это можно рассматривать как превращение Интернета в физическую сеть. Эта новая технология обладает захватывающим неограниченным потенциалом для многочисленных областей применения, включая охрану окружающей среды, медицинские, военные, транспортные, развлекательные, интеллектуальные пространства и национальную оборону.
Большим преимуществом БСС является их технология. Она не требует больших вложений на кабели и другое вспомогательное оборудование, также сенсорная сеть базируется на современных интерфейсах и протоколах, поэтому есть возможность интегрировать ее в существующую сеть без проведения масштабной реконструкции.
Следующим преимуществом является размер БСС. Так как они миниатюрные, то и не требуют сильных энергозатрат, обеспечивают возможность размещения их в труднодоступных местах.
Конечно, существуют и недостатки БСС такие как: передаваемая ими информация не защищена от несанкционированного доступа, а данные с БСС поступают не всегда в точное время (т.е. задержка информации).
Введение БСС в современную жизнь человека и человечества в целом предоставит много преимуществ касательно всех сфер деятельности.
В данной выпускной квалификационной работе целью является изучение БСС в целом, технологии разработки, исследовании стандартов и принципов работы.
В результате выполнения данной выпускной квалификационной работы была достигнута поставленная цель, а именно рассмотрены стандарты беспроводных сенсорных сетей: Wi-Fi, Bluetooth, Thread и ZigBee, для которых была приведена сравнительная характеристика, по которой можно сделать вывод, что наиболее эффективным стандартом является ZigBee, поскольку он обладает большим максимальным количеством узлов в сети, достаточно хорошими энергетическими характеристиками (время непрерывной работы от батареи может достигать до 1000 дней), а также ZigBee-устройства могут осуществлять достаточно быстрый переход из «спящего режима» в активный, который составляет 15 мс, в то время как Bluetooth осуществляет данный переход с задержкой в 3 секунды. Также для реализации сенсорного узла это наиболее подходящий стандарт.
Рассматривая архитектуру БСС можно сделать вывод, что большее количество датчиков обеспечивает большую надежность системы в целом. А именно с помощью алгоритма HEED появляется возможность автоматического выбора головного узла сети.
Также был рассмотрен пример практической реализации сенсорного узла в беспроводной сенсорной сети, из которой видно, что для создания такого узла требуется навык владения языком C++, плата Arduino, датчики температуры и влажности, фоторезисторный датчик освещенности, модуль беспроводной связи ZigBee, источник питания.
Благодаря общедоступности материалов для создания сенсорного узла его можно создать даже в «домашних» условиях, что несомненно является положительной стороной.
В заключение хотелось бы отметить, что беспроводные сенсорные сети представляют собой мощный инструмент для сбора данных в различных областях: медицина, военное дело, городское планирование и многих других. Они позволяют собирать данные в режиме реального времени, обеспечивая удоб-
ный способ мониторинга и анализа данных. Однако, для успешного использования БСС необходимо учитывать ограничения и вызовы, связанные с ресурсами устройств, безопасностью данных и управлением жизненным циклом устройств. С учетом этих факторов, беспроводные сенсорные сети остаются перспективной технологией для сбора данных в различных сферах деятельности.
