Reti di sensori wireless e loro applicazioni

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Negli ultimi anni la progettazione efficiente di una rete di sensori wireless è diventata un'area di ricerca leader. Un sensore è un dispositivo che risponde e rileva un qualche tipo di input dalle condizioni fisiche o ambientali, come pressione, calore, luce, ecc. L'uscita del sensore è generalmente un segnale elettrico che viene trasmesso a un controller per ulteriori elaborazioni .

Reti di sensori wireless (WSN)

Una rete di sensori wireless può essere definita come una rete di dispositivi in ​​grado di comunicare le informazioni raccolte da un campo monitorato tramite collegamenti wireless. I dati vengono inoltrati attraverso più nodi e, con un gateway, i dati vengono collegati ad altre reti come Ethernet wireless .




Reti di sensori wireless

Reti di sensori wireless

WSN è una rete wireless composta da stazioni base e numero di nodi (sensori wireless). Queste reti vengono utilizzate per monitorare le condizioni fisiche o ambientali come il suono, la pressione, la temperatura e per trasmettere in modo cooperativo i dati attraverso la rete alla posizione principale come mostrato nella figura.



Topologie di rete WSN

Per le reti di comunicazione radio, la struttura di un WSN include varie topologie come quelle fornite di seguito.

Wireless Sensor Network Topologie

Topologie di reti di sensori wireless

Topologie a stella

La topologia a stella è una topologia di comunicazione, in cui ogni nodo si collega direttamente a un gateway. Un singolo gateway può inviare o ricevere un messaggio a diversi nodi remoti. Topologie instar, i nodi non sono autorizzati a scambiarsi messaggi. Ciò consente comunicazioni a bassa latenza tra il nodo remoto e il gateway (stazione base).

A causa della sua dipendenza da un singolo nodo per la gestione della rete, il gateway deve trovarsi nel raggio di trasmissione radio di tutti i singoli nodi. Il vantaggio include la capacità di mantenere il consumo energetico dei nodi remoti al minimo e semplicemente sotto controllo. La dimensione della rete dipende dal numero di connessioni effettuate all'hub.


Topologie ad albero

La topologia ad albero è anche chiamata topologia a stella in cascata. Nelle topologie ad albero, ogni nodo si connette a un nodo posizionato più in alto nell'albero e quindi al gateway. Il vantaggio principale della topologia ad albero è che l'espansione di una rete può essere facilmente possibile e anche il rilevamento degli errori diventa facile. Lo svantaggio di questa rete è che fa molto affidamento sul cavo del bus se si rompe, tutta la rete collasserà.

Topologie mesh

Le topologie Mesh consentono la trasmissione di dati da un nodo all'altro, che si trova nel suo raggio di trasmissione radio. Se un nodo vuole inviare un messaggio a un altro nodo, che è fuori dal raggio di comunicazione radio, ha bisogno di un nodo intermedio a inoltrare il messaggio al nodo desiderato. Il vantaggio di questa topologia mesh include un facile isolamento e rilevamento dei guasti nella rete. Lo svantaggio è che la rete è grande e richiede enormi investimenti.

Tipi di WSN (reti di sensori wireless)

A seconda dell'ambiente, il tipi di reti sono decisi in modo che possano essere dispiegati sott'acqua, sottoterra, a terra e così via. Diversi tipi di WSN includono:

  1. WSN terrestri
  2. WSN sotterranee
  3. WSN subacquee
  4. WSN multimediali
  5. WSN mobili

1. WSN terrestri

I WSN terrestri sono in grado di comunicare in modo efficiente le stazioni base e sono costituiti da centinaia a migliaia di nodi di sensori wireless distribuiti in modo non strutturato (ad hoc) o strutturato (Pre-pianificato). In una modalità non strutturata, i nodi del sensore sono distribuiti casualmente all'interno dell'area target che viene rilasciata da un piano fisso. La modalità prepianificata o strutturata considera il posizionamento ottimale, il posizionamento della griglia e i modelli di posizionamento 2D e 3D.

In questo WSN, il carica batteria è tuttavia limitato, la batteria è dotata di celle solari come fonte di alimentazione secondaria. Il risparmio energetico di questi WSN si ottiene utilizzando operazioni a basso ciclo di lavoro, riducendo al minimo i ritardi e un instradamento ottimale e così via.

2. WSN sotterranee

Le reti di sensori wireless sotterranee sono più costose delle WSN terrestri in termini di implementazione, manutenzione, considerazioni sui costi delle apparecchiature e attenta pianificazione. Le reti WSN sono costituite da diversi nodi di sensori nascosti nel terreno per monitorare le condizioni del sottosuolo. Per trasmettere le informazioni dai nodi del sensore alla stazione base, ulteriori nodi sink si trovano sopra il suolo.

WSN sotterranee

WSN sotterranee

Le reti di sensori wireless sotterranee schierate nel terreno sono difficili da ricaricare. I nodi della batteria del sensore dotati di una carica della batteria limitata sono difficili da ricaricare. Inoltre, l'ambiente sotterraneo rende la comunicazione wireless una sfida a causa dell'elevato livello di attenuazione e perdita di segnale.

3. WSN sott'acqua

Più del 70% della terra è occupata dall'acqua. Queste reti sono costituite da diversi nodi di sensori e veicoli utilizzati sott'acqua. I veicoli subacquei autonomi vengono utilizzati per raccogliere dati da questi nodi di sensori. Una sfida della comunicazione subacquea è rappresentata dal lungo ritardo di propagazione e dai guasti alla larghezza di banda e ai sensori.

WSN sott

WSN sott'acqua

Sott'acqua, le WSN sono dotate di una batteria limitata che non può essere ricaricata o sostituita. La questione del risparmio energetico per i WSN subacquei implica lo sviluppo di tecniche di comunicazione e networking subacquee.

4. WSN multimediali

Sono state proposte reti di sensori wireless multimediali per consentire il tracciamento e il monitoraggio di eventi sotto forma di contenuti multimediali, come immagini, video e audio. Queste reti sono costituite da nodi di sensori a basso costo dotati di microfoni e telecamere. Questi nodi sono interconnessi tra loro tramite una connessione wireless per la compressione dei dati, il recupero dei dati e la correlazione.

WSN multimediali

WSN multimediali

Le sfide con il WSN multimediale includono un elevato consumo di energia, requisiti di larghezza di banda elevati, elaborazione dei dati e tecniche di compressione. Inoltre, i contenuti multimediali richiedono un'elevata larghezza di banda affinché i contenuti siano distribuiti correttamente e facilmente.

5. WSN mobili

Queste reti sono costituite da una raccolta di nodi di sensori che possono essere spostati da soli e possono essere interagiti con l'ambiente fisico. I nodi mobili possono calcolare il senso e comunicare.

Le reti di sensori wireless mobili sono molto più versatili delle reti di sensori statici. I vantaggi di MWSN rispetto alle reti di sensori wireless statici includono una copertura migliore e migliorata, una migliore efficienza energetica, una capacità di canale superiore e così via.

Limitazioni delle reti di sensori wireless

  1. Possiede una capacità di archiviazione molto ridotta: poche centinaia di kilobyte
  2. Possiede una potenza di elaborazione modesta: 8 MHz
  3. Funziona in un breve raggio di comunicazione - consuma molta energia
  4. Richiede energia minima - vincola i protocolli
  5. Avere batterie con una durata limitata
  6. I dispositivi passivi forniscono poca energia

Applicazioni per reti di sensori wireless

Applicazioni per reti di sensori wireless

Applicazioni per reti di sensori wireless

  • Queste reti vengono utilizzate per il monitoraggio ambientale, come il rilevamento delle foreste, il monitoraggio degli animali, il rilevamento delle inondazioni, le previsioni e le previsioni meteorologiche e anche in applicazioni commerciali come la previsione e il monitoraggio dell'attività sismica.
  • Applicazioni militari , come il monitoraggio e le applicazioni di sorveglianza per il monitoraggio dell'ambiente utilizzano queste reti. I nodi dei sensori dalle reti di sensori vengono rilasciati nel campo di interesse e vengono controllati a distanza da un utente. Tracciamento dei nemici, rilevamenti di sicurezza vengono eseguiti anche utilizzando queste reti.
  • Le applicazioni sanitarie, come il monitoraggio e il monitoraggio di pazienti e medici, utilizzano queste reti.
  • Le applicazioni di reti di sensori wireless utilizzate più di frequente nel campo dei sistemi di trasporto come il monitoraggio del traffico, la gestione dinamica del routing e il monitoraggio dei parcheggi, ecc., Utilizzano queste reti.
  • Risposta rapida alle emergenze, monitoraggio dei processi industriali , controllo automatizzato del clima degli edifici, monitoraggio degli ecosistemi e degli habitat, monitoraggio della salute strutturale civile, ecc., utilizzano queste reti.

Questo riguarda le reti di sensori wireless e le loro applicazioni. Riteniamo che le informazioni su tutti i diversi tipi di reti ti aiuteranno a conoscerle meglio per le tue esigenze pratiche. Oltre a questo, per ulteriori informazioni su SCADA wireless , domande e dubbi su questo argomento o progetti elettrici ed elettronici , e per qualsiasi suggerimento, si prega di commentare o scriverci nella sezione commenti qui sotto.

Crediti fotografici

  • Wireless Sensor Networks di dolcera
  • Topologie di rete di sensori wireless di ni
  • WSN sotterranee di amrita
  • Under Water WSN di jurdak
  • WSN multimediali di intangibile