Kablosuz sensör ağı - Wireless sensor network

Kablosuz sensör ağları ( WSN'ler ), ortamın fiziksel koşullarını izleyen ve kaydeden ve toplanan verileri merkezi bir konuma ileten, mekansal olarak dağılmış ve özel olarak ayrılmış sensör ağlarını ifade eder. WSN'ler sıcaklık, ses, kirlilik seviyeleri, nem ve rüzgar gibi çevresel koşulları ölçebilir.

Bunlar, kablosuz bağlantıya ve sensör verilerinin kablosuz olarak taşınabilmesi için kendiliğinden ağ oluşumuna dayanmaları bakımından kablosuz ad hoc ağlara benzer . WSN'ler sıcaklık , ses ve basınç gibi fiziksel veya çevresel koşulları izler . Modern ağlar, hem veri toplayan hem de sensör etkinliğinin kontrolünü sağlayan çift yönlüdür. Bu ağların gelişimi, savaş alanı gözetimi gibi askeri uygulamalar tarafından motive edildi. Bu tür ağlar, endüstriyel süreç izleme ve kontrol ve makine sağlığı izleme gibi endüstriyel ve tüketici uygulamalarında kullanılır.

Bir WSN, her bir düğümün diğer sensörlere bağlı olduğu birkaç ila yüzlerce veya binlerce "düğüm"den oluşur. Bu tür düğümlerin her biri tipik olarak birkaç parçaya sahiptir: dahili bir antene veya harici bir antene bağlantıya sahip bir radyo alıcı-vericisi , bir mikro denetleyici , sensörlerle arayüz oluşturmak için bir elektronik devre ve bir enerji kaynağı, genellikle bir pil veya gömülü bir enerji hasadı biçimi . Bir sensör düğümünün boyutu, bir ayakkabı kutusundan (teorik olarak) bir toz tanesine kadar değişebilir, ancak mikroskobik boyutlar henüz gerçekleştirilmemiştir. Sensör düğümü maliyeti, düğümün karmaşıklığına bağlı olarak birkaç ila yüzlerce dolar arasında değişen benzer şekilde değişkendir. Boyut ve maliyet kısıtlamaları, enerji, bellek, hesaplama hızı ve iletişim bant genişliği gibi kaynakları kısıtlar. Bir WSN'nin topolojisi, basit bir yıldız ağından gelişmiş bir çok sekmeli kablosuz ağ ağına kadar değişebilir . Yayılma, yönlendirme veya taşma kullanabilir .

Gelen bilgisayar bilimleri ve telekomünikasyon , kablosuz algılayıcı ağlar gibi birçok atölye ve konferanslar, destekleyici aktif bir araştırma alanıdır Gömülü Ağa Sensörler (EmNetS) Uluslararası Workshop , IPSN , Sensys , MobiCom ve EWSN . 2010 itibariyle, kablosuz sensör ağları  dünya çapında yaklaşık 120 milyon uzak birim konuşlandırdı .

Başvuru

Alan izleme

Alan izleme, WSN'lerin yaygın bir uygulamasıdır. Alan izlemede, WSN, bazı fenomenlerin izleneceği bir bölge üzerinde konuşlandırılır. Askeri bir örnek, düşman izinsiz girişini tespit etmek için sensörlerin kullanılmasıdır; sivil bir örnek, gaz veya petrol boru hatlarının coğrafi olarak çitle çevrilmesidir.

Sağlık bakımı izleme

Tıbbi uygulamalar için çeşitli sensör ağları vardır: implante edilmiş, giyilebilir ve çevreye gömülü. İmplante edilebilir tıbbi cihazlar, insan vücudunun içine yerleştirilenlerdir. Giyilebilir cihazlar, bir insanın vücut yüzeyinde veya kullanıcının hemen yakınında kullanılır. Ortama gömülü sistemler, ortamda bulunan sensörleri kullanır. Olası uygulamalar arasında vücut pozisyonu ölçümü, kişilerin konumu, hastanelerde ve evde hasta hastaların genel olarak izlenmesi yer alır. Ortama gömülü cihazlar, bir derinlik kameraları ağından, bir algılama katından veya diğer benzer cihazlardan gelen verileri girdi olarak kullanarak sürekli sağlık teşhisi için bir kişinin fiziksel durumunu izler . Vücut alanı ağları, bir bireyin sağlığı, zindeliği ve enerji harcaması hakkında bilgi toplayabilir. Sağlık bakım uygulamalarında, kullanıcı verilerinin gizliliği ve özgünlüğü birinci derecede öneme sahiptir. Özellikle sensör ağlarının IoT ile entegrasyonu nedeniyle, kullanıcı kimlik doğrulaması daha zor hale geliyor; ancak, son çalışmalarda bir çözüm sunulmaktadır.

Habitat İzleme

Kablosuz sensör ağları, Avustralya'daki dağ sıçanları, baston kurbağaları ve Kenya'daki zebralar dahil olmak üzere Great Duck Island Deployment'tan başlayarak çeşitli türleri ve habitatları izlemek için kullanılmıştır.

Çevre/Toprak algılama

Aşağıda örnekleri verilen çevresel parametrelerin izlenmesinde birçok uygulama bulunmaktadır. Zorlu ortamların ve azaltılmış güç kaynağının ekstra zorluklarını paylaşırlar.

Hava kalitesi izleme

Deneyler, şehirlerdeki hava kirliliğine kişisel maruz kalmanın çok farklı olabileceğini göstermiştir. Bu nedenle, kirleticilerin ve partiküllerin daha yüksek zamansal ve uzamsal çözünürlüğüne sahip olmak ilgi çekicidir . Araştırma amacıyla, vatandaşlar için tehlikeli gazların konsantrasyonunu izlemek için kablosuz sensör ağları kurulmuştur (örneğin Londra'da ). Bununla birlikte, gazlar ve partikül madde sensörleri, yüksek üniteden üniteye değişkenlik, çapraz hassasiyetler ve (kavram) kaymasından muzdariptir. Ayrıca, saha kalibrasyonu gerçekçi olmayan ölçüm sonuçlarına yol açtığından ve sık sık yeniden kalibrasyon gerekebileceğinden, verilerin kalitesi şu anda güvenilir karar verme için yetersizdir. Olası bir çözüm, kör kalibrasyon veya mobil referansların kullanımı olabilir.

Orman yangını algılama

Bir yangının başladığını algılamak için bir ormana bir Sensör Düğümleri ağı kurulabilir . Düğümler, ağaçlarda veya bitkilerde yangın tarafından üretilen sıcaklık, nem ve gazları ölçmek için sensörlerle donatılabilir. İtfaiyecilerin başarılı bir şekilde müdahale etmesi için erken teşhis çok önemlidir; Kablosuz Algılayıcı Ağlar sayesinde itfaiye, yangının ne zaman başladığını ve nasıl yayıldığını öğrenebilecek.

heyelan tespiti

Bir heyelan algılama sistemi, bir heyelan öncesinde veya sırasında meydana gelebilecek hafif toprak hareketlerini ve çeşitli parametrelerdeki değişiklikleri algılamak için kablosuz bir sensör ağından yararlanır. Toplanan veriler sayesinde, heyelanların meydana geleceğini, gerçekte meydana gelmeden çok önce bilmek mümkün olabilir.

Su kalitesi izleme

Su kalitesi izleme, barajlar, nehirler, göller ve okyanuslardaki su özelliklerinin yanı sıra yeraltı su rezervlerinin analizini içerir. Birçok kablosuz dağıtılmış sensörün kullanılması, su durumunun daha doğru bir haritasının oluşturulmasını sağlar ve manuel veri alımına gerek kalmadan izleme istasyonlarının erişimin zor olduğu yerlere kalıcı olarak yerleştirilmesine olanak tanır.

Doğal afet önleme

Kablosuz algılayıcı ağlar, sel gibi doğal afetlerin olumsuz sonuçlarını önlemede etkili olabilir . Kablosuz düğümler, su seviyelerindeki değişikliklerin gerçek zamanlı olarak izlenmesi gereken nehirlerde başarılı bir şekilde konuşlandırıldı.

Endüstriyel izleme

Makine sağlığı izleme

Kablosuz sensör ağları, önemli maliyet tasarrufları sundukları ve yeni işlevler sağladıkları için makine durumuna dayalı bakım (CBM) için geliştirilmiştir.

Kablosuz sensörler, dönen makineler ve bağlantısız araçlar gibi kablolu bir sistemle ulaşılması zor veya imkansız yerlere yerleştirilebilir.

Veri kaydı

Ana madde: Veri kaydı

Kablosuz sensör ağları, çevresel bilgilerin izlenmesi için veri toplanması için de kullanılır. Bu, bir buzdolabındaki sıcaklığı veya nükleer santrallerdeki taşma tanklarındaki su seviyesini izlemek kadar basit olabilir. İstatistiksel bilgiler daha sonra sistemlerin nasıl çalıştığını göstermek için kullanılabilir. WSN'lerin geleneksel kaydedicilere göre avantajı, mümkün olan "canlı" veri beslemesidir.

Su/atık su izleme

Su kalitesinin ve seviyesinin izlenmesi, yer altı veya yerüstü sularının kalitesinin kontrol edilmesi ve bir ülkenin su altyapısının hem insan hem de hayvan yararına sağlanması gibi birçok faaliyeti içerir. Su israfını korumak için kullanılabilir.

Yapısal sağlık izleme

Ana madde: Yapısal sağlık izleme

Kablosuz sensör ağları, uygun arayüze sahip sensörler kullanılarak veri kaydı yoluyla, sivil altyapının ve ilgili jeo-fiziksel süreçlerin durumunu gerçek zamanlıya yakın ve uzun süreler boyunca izlemek için kullanılabilir.

Şarap üretimi

Hem tarlada hem de mahzende şarap üretimini izlemek için kablosuz sensör ağları kullanılır.

Tehdit algılama

Geniş Alan İzleme Sistemi (WATS), nükleer "evrak çantası bombası" gibi yer tabanlı bir nükleer cihazı tespit etmek için bir prototip ağdır. WATS, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda (LLNL) geliştirilmektedir. WATS, bir iletişim ağı aracılığıyla bağlanan kablosuz gama ve nötron sensörlerinden oluşacaktır. Sensörler tarafından toplanan veriler , bilgileri kolayca yorumlanan biçimlere dönüştüren "veri birleştirme" işlemine tabi tutulur ; bu veri füzyonu sistemin en önemli yönüdür.

Veri birleştirme işlemi, merkezi bir bilgisayar yerine sensör ağı içinde gerçekleşir ve Bayes istatistiklerine dayalı özel olarak geliştirilmiş bir algoritma ile gerçekleştirilir . WATS, analiz için merkezi bir bilgisayar kullanmaz çünkü araştırmacılar gecikme ve kullanılabilir bant genişliği gibi faktörlerin önemli darboğazlar yaratma eğiliminde olduğunu bulmuşlardır. Sahada ağın kendisi tarafından işlenen veriler (komşu sensörler arasında küçük miktarlarda veri aktarımı yaparak) daha hızlıdır ve ağı daha ölçeklenebilir hale getirir.

WATS geliştirmede önemli bir faktör , konuşlandırma kolaylığıdır , çünkü daha fazla sensör hem algılama oranını artırır hem de yanlış alarmları azaltır. WATS sensörleri, belirli konumların mobil koruması için kalıcı konumlara yerleştirilebilir veya araçlara monte edilebilir. WATS uygulamasının önündeki engellerden biri, mevcut kablosuz sensörlerin boyutu, ağırlığı, enerji gereksinimleri ve maliyetidir. Geliştirilmiş sensörlerin geliştirilmesi, LLNL'deki Silahların Yayılmasını Önleme, Silah Kontrolü ve Uluslararası Güvenlik (NAI) Müdürlüğü'ndeki mevcut araştırmaların önemli bir bileşenidir.

WATS, 1 Ekim 1997'de nükleer terörizm ve karşı önlemlere ilişkin bir duruşma sırasında ABD Temsilciler Meclisi'nin Askeri Araştırma ve Geliştirme Alt Komitesi'ne sunuldu. 4 Ağustos 1998'de bu alt komitenin müteakip toplantısında, Başkan Curt Weldon , WATS için araştırma fonunun Clinton yönetimi tarafından geçim düzeyine indirildiğini ve programın yetersiz bir şekilde yeniden organize edildiğini belirtti.

Olay izleme

Olay izleme için sensörlerin kullanılmasının, itfaiyecilerin ve polisin beklenmedik bir duruma tepkisini büyük ölçüde iyileştirdiğini gösteren çalışmalar var. Olayların erken tespiti için, olası bir kaza nedeniyle şehrin gürültüsündeki ani artışları algılamak için akustik sensörler kullanabilir veya olası bir yangını algılamak için termik sensörler kullanabiliriz.

özellikleri

Bir WSN'nin ana özellikleri şunları içerir:

  • Pil veya enerji hasadı kullanan düğümler için güç tüketimi kısıtlamaları . Tedarikçi örnekleri ReVibe Energy ve Perpetuum'dur.
  • Düğüm arızalarıyla başa çıkma yeteneği ( esneklik )
  • Düğümlerin bir miktar hareketliliği (çok hareketli düğümler için MWSN'lere bakın )
  • Düğümlerin heterojenliği
  • Düğümlerin homojenliği
  • Büyük ölçekli dağıtıma ölçeklenebilirlik
  • Zorlu çevre koşullarına dayanma yeteneği
  • Kullanım kolaylığı
  • Katmanlar arası optimizasyon

Çapraz katman, kablosuz iletişim için önemli bir çalışma alanı haline geliyor. Ek olarak, geleneksel katmanlı yaklaşım üç ana sorun sunar:

  1. Geleneksel katmanlı yaklaşım, farklı katmanlar arasında farklı bilgileri paylaşamaz, bu da her katmanın tam bilgiye sahip olmamasına neden olur. Geleneksel katmanlı yaklaşım, tüm ağın optimizasyonunu garanti edemez.
  2. Geleneksel katmanlı yaklaşım, çevresel değişime uyum sağlama yeteneğine sahip değildir.
  3. Kablosuz algılayıcı ağlarda farklı kullanıcılar arasındaki girişim, erişim çakışmaları, zayıflama ve ortam değişikliği nedeniyle kablolu ağlar için geleneksel katmanlı yaklaşım kablosuz ağlar için geçerli değildir.

Böylece çapraz katman, veri hızı , enerji verimliliği, hizmet kalitesi (QoS) vb. gibi iletim performansını iyileştirmek için en uygun modülasyonu yapmak için kullanılabilir . Sensör düğümleri, son derece basit olan küçük bilgisayarlar olarak hayal edilebilir. arayüzleri ve bileşenleri. Genellikle sınırlı hesaplama gücüne ve sınırlı belleğe sahip bir işlem birimi , sensörler veya MEMS (belirli koşullandırma devreleri dahil), bir iletişim cihazı (genellikle radyo alıcı-vericileri veya alternatif olarak optik ) ve genellikle pil şeklinde bir güç kaynağından oluşurlar. Diğer olası eklentiler, enerji toplama modülleri, ikincil ASIC'ler ve muhtemelen ikincil iletişim arabirimidir (örn. RS-232 veya USB ).

Baz istasyonları, çok daha fazla hesaplama, enerji ve iletişim kaynağına sahip WSN'nin bir veya daha fazla bileşenidir. Tipik olarak verileri WSN'den bir sunucuya ilettikleri için sensör düğümleri ve son kullanıcı arasında bir ağ geçidi görevi görürler. Yönlendirme tabanlı ağlardaki diğer özel bileşenler , yönlendirme tablolarını hesaplamak, hesaplamak ve dağıtmak için tasarlanmış yönlendiricilerdir.

Platformlar

Donanım

Ana madde: sensör düğümü

Bir WSN'deki en büyük zorluklardan biri, düşük maliyetli ve küçük sensör düğümleri üretmektir . WSN donanımı üreten giderek artan sayıda küçük şirket var ve ticari durum 1970'lerdeki ev bilgisayarlarıyla karşılaştırılabilir. Düğümlerin çoğu, özellikle yazılımları hala araştırma ve geliştirme aşamasındadır. Ayrıca, radyo iletişimi ve veri toplama için çok düşük güç yöntemlerinin kullanılması, sensör ağının benimsenmesine özgüdür.

Birçok uygulamada, bir WSN , bir ağ geçidi aracılığıyla bir Yerel Alan Ağı veya Geniş Alan Ağı ile iletişim kurar . Ağ Geçidi, WSN ile diğer ağ arasında bir köprü görevi görür. Bu, verilerin, örneğin uzak bir sunucuda daha fazla kaynağa sahip cihazlar tarafından depolanmasını ve işlenmesini sağlar . Öncelikle düşük güçlü aygıtlar için kullanılan bir kablosuz geniş alan ağı, Düşük Güçlü Geniş Alan Ağı ( LPWAN ) olarak bilinir .

Kablosuz

Algılayıcı düğüm bağlantısı için çeşitli kablosuz standartlar ve çözümler vardır. Thread ve ZigBee , 250kbit/s veri hızı ile 2.4 GHz'de çalışan sensörleri bağlayabilir. Birçoğu radyo menzilini artırmak için (tipik olarak 1 km) daha düşük bir frekans kullanır, örneğin Z-dalgası 915 MHz'de çalışır ve AB'de 868 MHz yaygın olarak kullanılır, ancak bunların veri hızı daha düşüktür (tipik olarak 50 kb/s). IEEE 802.15.4 çalışma grubu, düşük güçlü cihaz bağlantısı için bir standart sağlar ve genellikle sensörler ve akıllı sayaçlar, bağlantı için bu standartlardan birini kullanır. Nesnelerin İnterneti'nin ortaya çıkmasıyla birlikte, sensör bağlantısı sağlamak için birçok başka öneride bulunulmuştur. LORA, akıllı sayaçlarda ve diğer uzun menzilli sensör uygulamalarında kullanılan cihazlar için uzun menzilli düşük güçlü kablosuz bağlantı sağlayan bir LPWAN şeklidir . Wi-SUN, evdeki cihazları birbirine bağlar. NarrowBand IOT ve LTE-M, hücresel teknolojiyi kullanarak milyonlarca sensöre ve cihaza bağlanabilir.

Yazılım

Enerji, WSN düğümlerinin en kıt kaynağıdır ve WSN'lerin ömrünü belirler. WSN'ler, ad hoc iletişimin önemli bir bileşen olduğu uzak ve düşmanca bölgeler dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda çok sayıda konuşlandırılabilir. Bu nedenle, algoritmalar ve protokoller aşağıdaki sorunları ele almalıdır:

  • Artan kullanım ömrü
  • Sağlamlık ve hata toleransı
  • Kendi kendine yapılandırma

Ömür boyu maksimizasyon: Algılama cihazının Enerji/Güç Tüketimi en aza indirilmelidir ve algılayıcı düğümlerin sınırlı enerji kaynakları ömürlerini belirlediğinden enerji verimli olmalıdır. Gücü korumak için, kablosuz algılayıcı düğümler, kullanılmadığında normalde hem radyo vericisini hem de radyo alıcısını kapatır.

Yönlendirme protokolleri

Kablosuz sensör ağları, düşük enerjili, küçük boyutlu ve düşük menzilli gözetimsiz sensör düğümlerinden oluşur. Son zamanlarda, algılayıcı düğümlerin algılama ve iletişim yeteneklerini periyodik olarak açıp kapatarak aktif zamanı önemli ölçüde azaltabileceğimiz ve böylece ağ ömrünü uzatabileceğimiz gözlemlenmiştir. Ancak bu görev döngüsü, yüksek ağ gecikmesine, yönlendirme yüküne ve asenkron uyku ve uyanma zamanlaması nedeniyle komşu keşif gecikmelerine neden olabilir. Bu sınırlamalar, yönlendirme bilgisini, trafik yükünü yönlendirmeyi ve enerji tüketimini en aza indirmesi gereken görev döngülü kablosuz sensör ağları için bir karşı önlem gerektirmektedir. Sungkyunkwan Üniversitesi'nden araştırmacılar, LNDIR olarak adlandırılan, hafif, artmayan bir teslimat-gecikme aralığı yönlendirmesi önerdiler. Bu şema, her bir zaman dilimi yerine her artmayan teslimat gecikmesi aralığında minimum gecikme yollarını keşfedebilir. Simülasyon deneyleri, her sensörde depolanan yönlendirme bilgilerini en aza indirmede bu yeni yaklaşımın geçerliliğini göstermiştir. Ayrıca, bu yeni yönlendirme, her kaynaktan havuza minimum teslimat gecikmesini de garanti edebilir. Mevcut şemalara kıyasla yönlendirme trafik yükünün azaltılması ve enerji verimliliği açısından sırasıyla 12 kata kadar ve 11 kata kadar performans iyileştirmeleri gözlemlenmektedir.

İşletim sistemleri

İşletim sistemlerinin kablosuz sensör ağ düğümleri için, genel amaçlı işletim sistemlerine göre daha az karmaşıktır. İki nedenden dolayı gömülü sistemlere daha çok benziyorlar . İlk olarak, kablosuz sensör ağları, genel bir platform olarak değil, genellikle belirli bir uygulama düşünülerek dağıtılır. İkincisi, düşük maliyetlere ve düşük güce duyulan ihtiyaç, çoğu kablosuz algılayıcı düğümünün, sanal bellek gibi mekanizmaların gereksiz veya uygulanmasının çok pahalı olmasını sağlayan düşük güçlü mikro denetleyicilere sahip olmasına neden olur.

Bu nedenle sensör ağları için eCos veya uC/OS gibi gömülü işletim sistemleri kullanmak mümkündür . Ancak, bu tür işletim sistemleri genellikle gerçek zamanlı özelliklerle tasarlanır.

David Culler tarafından geliştirilen TinyOS , kablosuz sensör ağları için özel olarak tasarlanmış belki de ilk işletim sistemidir. TinyOS, çoklu iş parçacığı yerine olaya dayalı bir programlama modeline dayanmaktadır . TinyOS programları, çalıştırmadan tamamlama semantiğine sahip olay işleyicileri ve görevlerden oluşur . Gelen bir veri paketi veya sensör okuması gibi harici bir olay meydana geldiğinde, TinyOS olayı işlemesi için uygun olay işleyicisine sinyal gönderir. Olay işleyicileri, TinyOS çekirdeği tarafından zamanlanan görevleri bir süre sonra yayınlayabilir.

LiteOS , C programlama dili için UNIX benzeri soyutlama ve destek sağlayan kablosuz sensör ağları için yeni geliştirilmiş bir işletim sistemidir.

Adam Dunkels tarafından geliştirilen Contiki , 6LoWPAN ve Protothreads gibi ilerlemeler sağlarken C'de daha basit bir programlama stili kullanan bir işletim sistemidir .

RIOT (işletim sistemi) , Contiki'ye benzer işlevsellik içeren daha yeni bir gerçek zamanlı işletim sistemidir.

PreonVM sağlayan kablosuz sensör ağları için bir OS olduğunu 6LoWPAN dayalı Contiki ve desteği Java programlama dili.

Çevrimiçi işbirliğine dayalı sensör veri yönetimi platformları

Çevrimiçi işbirliğine dayalı sensör veri yönetimi platformları, sensör sahiplerinin, depolama için çevrimiçi bir veri tabanına veri beslemek üzere cihazlarını kaydetmelerine ve bağlamalarına ve ayrıca geliştiricilerin veri tabanına bağlanmalarına ve bu verilere dayalı olarak kendi uygulamalarını oluşturmalarına olanak tanıyan çevrimiçi veri tabanı hizmetleridir. Örnekler, Xively ve Wikisensing platformunu içerir . Bu tür platformlar, enerji ve çevre verilerinden ulaşım hizmetlerinden toplananlara kadar çeşitli veri kümeleri üzerinden kullanıcılar arasındaki çevrimiçi işbirliğini basitleştirir. Diğer hizmetler arasında, geliştiricilerin web sitelerine gerçek zamanlı grafikler ve widget'lar yerleştirmesine izin verilmesi; veri akışlarından alınan geçmiş verileri analiz etmek ve işlemek; komut dosyalarını, cihazları ve ortamları kontrol etmek için herhangi bir veri akışından gerçek zamanlı uyarılar gönderin.

Wikisensing sisteminin mimarisi, çevrimiçi ortak çalışanlar için API'leri ve arayüzleri, sensör veri yönetimi ve işlemesi için gereken iş mantığını içeren bir ara yazılımı ve verimli depolama ve büyük hacimlerin alınması için uygun bir depolama modelini içeren bu tür sistemlerin temel bileşenlerini açıklar. veri.

simülasyon

Şu anda, etmen tabanlı modelleme ve simülasyon, kablosuz sensörlerin (flocking gibi) ortamlarında karmaşık davranışların simülasyonuna izin veren tek paradigmadır. Kablosuz sensör ve özel ağların aracı tabanlı simülasyonu nispeten yeni bir paradigmadır. Ajan tabanlı modelleme aslen sosyal simülasyona dayanıyordu.

Opnet, Tetcos NetSim ve NS gibi ağ simülatörleri, kablosuz bir sensör ağını simüle etmek için kullanılabilir.

Diğer kavramlar

yerelleştirme

Ağ yerelleştirmesi, dağıtımlar sırasında ve dinamik ayarlarda kablosuz sensör düğümlerinin konumunu tahmin etme problemini ifade eder. Ultra düşük güçlü sensörler için boyut, maliyet ve ortam, sensörlerde Global Konumlandırma Sistemi alıcılarının kullanılmasını engeller. 2000 yılında, Nirupama Bulusu, John Heidemann ve Deborah Estrin , kablosuz sensör ağlarının yerelleştirilmesi için radyo bağlantısı tabanlı bir sistemi ilk kez motive etti ve önerdi. Daha sonra, bu tür yerelleştirme sistemlerine menzilsiz yerelleştirme sistemleri olarak atıfta bulunuldu ve daha sonra AHLoS, APS ve Stardust dahil olmak üzere kablosuz sensör ağları için birçok yerelleştirme sistemi önerildi.

Sensör Veri Kalibrasyonu ve Hata Toleransı

Kablosuz sensör ağlarında kullanılan sensörler ve cihazlar, mümkün olan en düşük fiyata sahip en son teknolojidir. Bu cihazlardan aldığımız sensör ölçümleri bu nedenle genellikle gürültülü, eksik ve hatalıdır. Kablosuz sensör ağlarını inceleyen araştırmacılar, aynı toplam maliyete sahip daha az sayıda yüksek kaliteli, yüksek güvenilirliğe sahip cihazlardan elde edilenden çok daha fazla bilginin bir ilgi alanına yayılmış yüzlerce güvenilir olmayan ölçümden çıkarılabileceğini varsayıyorlar.

makroprogramlama

Makro programlama, Matt Welsh tarafından ortaya atılan bir terimdir. Tek tek sensör düğümleri yerine tüm sensör ağının bir bütün olarak programlanması anlamına gelir. Bir ağı makro programlamanın başka bir yolu, sensör ağını Sam Madden tarafından geliştirilen TinyDB sistemi tarafından popüler hale getirilen bir veritabanı olarak görüntülemektir .

yeniden programlama

Yeniden programlama, algılayıcı düğümlerdeki kodun güncellenmesi işlemidir. Yeniden programlamanın en uygun biçimi, düğümler dağıtılırken kodun kablosuz olarak dağıtıldığı uzaktan yeniden programlamadır. Farklı çalışma hızı, güvenilirlik, enerji harcaması, düğümlerde yerleşik kod gereksinimi, farklı kablosuz ortamlara uygunluk, DoS'ye direnç vb. gibi farklı düzeylerde yeniden programlama protokolleri mevcuttur. Popüler yeniden programlama protokolleri Deluge (2004), Trickle (2004). ), MNP (2005), Synapse (2008) ve Zephyr (2009).

Güvenlik

WSN'lerin altyapısız mimarisi (yani, ağ geçidi dahil değildir, vb.) ve doğal gereksinimleri (yani, gözetimsiz çalışma ortamı, vb.), rakipleri çeken birkaç zayıf nokta oluşturabilir. Bu nedenle, WSN'ler askeri ve sağlık gibi özel uygulamalar için kullanıldığında güvenlik büyük bir endişe kaynağıdır. Benzersiz özellikleri nedeniyle, bilgisayar ağlarının geleneksel güvenlik yöntemleri, WSN'ler için işe yaramaz (veya daha az etkili) olacaktır. Bu nedenle, güvenlik mekanizmalarının olmaması bu ağlara izinsiz girişlere neden olacaktır. Bu saldırılar tespit edilmeli ve azaltma yöntemleri uygulanmalıdır.

Kablosuz sensör ağlarının güvenliğini sağlamada önemli yenilikler olmuştur. Çoğu kablosuz gömülü ağ, çok yönlü antenler kullanır ve bu nedenle komşular, düğümlerin içindeki ve dışındaki iletişimi duyabilir. Bu, karadelik veya solucan deliği gibi büyük ağların verimini sıfıra yakın bir düzeye indiren karmaşık saldırıların tespiti için kullanılan " yerel izleme " adlı bir ilkel geliştirmek için kullanıldı. Bu ilkel, o zamandan beri birçok araştırmacı ve ticari kablosuz paket dinleyicisi tarafından kullanılmıştır. Bu daha sonra gizli anlaşma, mobilite ve çok antenli, çok kanallı cihazlar gibi daha karmaşık saldırılar için geliştirildi.

Dağıtılmış sensör ağı

Bir sensör ağında merkezi bir mimari kullanılırsa ve merkezi düğüm başarısız olursa, tüm ağ çökecektir, ancak dağıtılmış bir kontrol mimarisi kullanılarak sensör ağının güvenilirliği artırılabilir. Dağıtılmış kontrol, aşağıdaki nedenlerle WSN'lerde kullanılır:

  1. Sensör düğümleri arızaya eğilimlidir,
  2. Daha iyi veri toplanması için,
  3. Merkezi düğümün arızalanması durumunda düğümlere yedekleme sağlamak.

Ayrıca kaynakları tahsis edecek merkezi bir organ yoktur ve kendi kendine organize olmaları gerekir.

Dağıtılmış sensör ağı üzerinden dağıtılmış filtrelemeye gelince. genel kurulum, belirli bir ağ topolojisine göre düzenlenmiş bir grup sensör aracılığıyla temeldeki süreci gözlemlemektir; bu, bireysel gözlemcinin sistem durumunu yalnızca kendi ölçümüne değil, aynı zamanda komşularına da dayalı olarak tahmin etmesini sağlar.

Veri entegrasyonu ve sensör ağı

Kablosuz sensör ağlarından toplanan veriler, genellikle merkezi bir baz istasyonunda sayısal veriler şeklinde kaydedilir. Ek olarak, Açık Jeo-uzaysal Konsorsiyum (OGC), heterojen sensör ağlarının İnternet'e gerçek zamanlı entegrasyonunu sağlayan birlikte çalışabilirlik arayüzleri ve meta veri kodlamaları için standartlar belirliyor ve herhangi bir kişinin bir web tarayıcısı aracılığıyla kablosuz sensör ağlarını izlemesine veya kontrol etmesine izin veriyor.

Ağ içi işleme

İletişim maliyetlerini azaltmak için bazı algoritmalar, düğümlerin gereksiz sensör bilgilerini kaldırır veya azaltır ve kullanılmayan verileri iletmekten kaçınır. Bu teknik, örneğin, dağıtılmış anomali tespiti veya dağıtılmış optimizasyon için kullanılmıştır. Düğümler ilettikleri verileri inceleyebildikleri için, örneğin diğer düğümlerden okumaların ortalamalarını veya yönlülüğünü ölçebilirler. Örneğin, algılama ve izleme uygulamalarında, genellikle bir çevresel özelliği izleyen komşu sensör düğümlerinin tipik olarak benzer değerleri kaydettiği durumdur. Sensör gözlemleri arasındaki uzamsal korelasyon nedeniyle bu tür veri fazlalığı, ağ içi veri toplama ve madencilik tekniklerine ilham verir. Toplama, sensör düğümlerinde enerji tüketimini azaltmaya yardımcı olan ağ trafiği miktarını azaltır. Son zamanlarda, ağ geçitlerinin, daha kritik enerji verimliliği ihtiyacı olan düğümler için daha fazla kaynak planlayarak sensör düğümlerinin enerji verimliliğini artırmada önemli bir rol oynadığı ve iyileştirme için ağ geçitlerinde gelişmiş enerji verimli çizelgeleme algoritmalarının uygulanması gerektiği bulunmuştur. genel ağ enerji verimliliği.

Güvenli veri toplama

Bu, sensör düğümlerinin sınırlı kullanılabilir enerji ile güvenli olmadığı varsayılırken, baz istasyonunun sınırsız kullanılabilir enerji ile güvenli olduğu varsayıldığı bir ağ içi işleme biçimidir . Toplama, kablosuz sensör ağları için halihazırda var olan güvenlik zorluklarını karmaşıklaştırır ve bu senaryo için özel olarak uyarlanmış yeni güvenlik teknikleri gerektirir. Kablosuz sensör ağlarında toplu verilere güvenlik sağlanması , WSN'de güvenli veri toplama olarak bilinir . kablosuz sensör ağlarında güvenli veri toplama tekniklerini tartışan ilk birkaç çalışmaydı.

Güvenli veri toplamadaki iki ana güvenlik sorunu, verilerin gizliliği ve bütünlüğüdür. Birlikte şifreleme geleneksel kablosuz sensör ağındaki uç gizlilik uca sağlamak için kullanılır, agregasyonu gerçekleştirmek için şifreli verilerin şifresini çözmek için güvenli bir veri toplama senaryo ihtiyacı toplayıcılar. Bu, toplayıcılardaki düz metni açığa çıkararak verileri bir düşmandan gelen saldırılara karşı savunmasız hale getirir. Benzer şekilde bir toplayıcı, kümeye yanlış veri enjekte edebilir ve baz istasyonunun yanlış verileri kabul etmesini sağlayabilir. Bu nedenle, veri toplama bir ağın enerji verimliliğini artırırken, mevcut güvenlik zorluklarını da karmaşık hale getirir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Amir Hozhabri; Mohammadreza Eslaminejad; Mitra Mahrouyan, WSN'de enerji verimliliği için yönlendirme Zinciri tabanlı Ağ Geçidi düğümleri
  • Kiran Maraiya, Kamal Kant, Nitin Gupta "Wireless Sensor Network: A Review on Data Aggregation" International Journal of Scientific & Engineering Research Cilt 2 Sayı 4, Nisan 2011.
  • Chalermek Intanagonwiwat, Deborah Estrin, Ramesh Govindan, John Heidemann, " Impact of Network Density on Data Aggregation in Wireless SensorNetworks ", 4 Kasım 2001.
  • Bulusu, Nirupama; Jha, Sanjay (2005). Kablosuz Algılayıcı Ağlar: Bir Sistem Perspektifi . Artech Evi. ISBN'si 978-1580538671.

Dış bağlantılar