Trong những năm gần đây, thiết kế hiệu quả của Mạng cảm biến không dây đã trở thành lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu. Cảm biến là thiết bị phản hồi và phát hiện một số loại đầu vào từ cả điều kiện vật lý hoặc môi trường, chẳng hạn như áp suất, nhiệt, ánh sáng, v.v. Đầu ra của cảm biến nói chung là tín hiệu điện được truyền đến bộ điều khiển để xử lý thêm .
Mạng cảm biến không dây (WSN)
Mạng cảm biến không dây có thể được định nghĩa là một mạng các thiết bị có thể giao tiếp thông tin thu thập được từ trường được giám sát thông qua các liên kết không dây. Dữ liệu được chuyển tiếp qua nhiều nút và với một cổng, dữ liệu được kết nối với các mạng khác như Ethernet không dây .
Mạng cảm biến không dây
WSN là một mạng không dây bao gồm các trạm gốc và số lượng các nút (cảm biến không dây). Các mạng này được sử dụng để giám sát các điều kiện vật lý hoặc môi trường như âm thanh, áp suất, nhiệt độ và đồng hoạt động truyền dữ liệu qua mạng đến vị trí chính như trong hình.
Cấu trúc liên kết mạng WSN
Đối với mạng thông tin vô tuyến, cấu trúc của WSN bao gồm các cấu trúc liên kết khác nhau như cấu trúc được đưa ra dưới đây.
Cấu trúc liên kết mạng cảm biến không dây
Cấu trúc liên kết hình sao
Cấu trúc liên kết hình sao là cấu trúc liên kết liên lạc, trong đó mỗi nút kết nối trực tiếp với một cổng. Một cổng duy nhất có thể gửi hoặc nhận một tin nhắn đến một số nút từ xa. Cấu trúc liên kết cụ thể, các nút không được phép gửi thông báo cho nhau. Điều này cho phép truyền thông có độ trễ thấp giữa nút từ xa và cổng vào (trạm gốc).
Do phụ thuộc vào một nút duy nhất để quản lý mạng, cổng phải nằm trong phạm vi truyền dẫn vô tuyến của tất cả các nút riêng lẻ. Ưu điểm bao gồm khả năng giữ mức tiêu thụ điện năng của các nút từ xa ở mức tối thiểu và dễ kiểm soát. Kích thước của mạng phụ thuộc vào số lượng kết nối được thực hiện với trung tâm.
Cấu trúc cây
Cấu trúc liên kết cây còn được gọi là cấu trúc liên kết hình sao nhiều tầng. Trong cấu trúc liên kết dạng cây, mỗi nút kết nối với một nút được đặt cao hơn trong cây, sau đó đến cổng. Ưu điểm chính của cấu trúc liên kết hình cây là có thể dễ dàng mở rộng mạng và việc phát hiện lỗi cũng trở nên dễ dàng. Nhược điểm của mạng này là nó phụ thuộc rất nhiều vào cáp bus nếu đứt thì toàn bộ mạng sẽ bị sập.
Cấu trúc liên kết lưới
Các cấu trúc liên kết Mesh cho phép truyền dữ liệu từ nút này sang nút khác, nằm trong phạm vi truyền dẫn vô tuyến của nó. Nếu một nút muốn gửi một thông điệp đến một nút khác nằm ngoài phạm vi liên lạc vô tuyến, nó cần một nút trung gian để chuyển tiếp tin nhắn đến nút mong muốn. Ưu điểm của cấu trúc liên kết lưới này bao gồm dễ dàng cô lập và phát hiện các lỗi trong mạng. Điểm bất lợi là mạng lưới lớn và cần đầu tư rất lớn.
Các loại WSN (Mạng cảm biến không dây)
Tùy thuộc vào môi trường, các loại mạng được quyết định để chúng có thể được triển khai dưới nước, dưới lòng đất, trên đất liền, v.v. Các loại WSN khác nhau bao gồm:
- WSN trên cạn
- WSN ngầm
- WSNs dưới nước
- WSN đa phương tiện
- WSN di động
1. WSN trên cạn
Các WSN trên mặt đất có khả năng giao tiếp các trạm gốc một cách hiệu quả và bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn nút cảm biến không dây được triển khai theo cách phi cấu trúc (đặc biệt) hoặc có cấu trúc (Lập kế hoạch trước). Trong chế độ không có cấu trúc, các nút cảm biến được phân bố ngẫu nhiên trong khu vực mục tiêu được thả từ một mặt phẳng cố định. Chế độ lập kế hoạch trước hoặc có cấu trúc xem xét vị trí tối ưu, vị trí lưới và các mô hình vị trí 2D, 3D.
Trong WSN này, năng lượng pin Tuy nhiên, có giới hạn, pin được trang bị pin mặt trời làm nguồn điện thứ cấp. Việc tiết kiệm năng lượng của các WSN này đạt được bằng cách sử dụng các hoạt động chu kỳ nhiệm vụ thấp, giảm thiểu độ trễ và định tuyến tối ưu, v.v.
2. WSN ngầm
Mạng cảm biến không dây ngầm đắt hơn mạng WSN trên mặt đất về việc triển khai, bảo trì và cân nhắc chi phí thiết bị và lập kế hoạch cẩn thận. Mạng WSNs bao gồm một số nút cảm biến được ẩn trong lòng đất để theo dõi các điều kiện dưới lòng đất. Để chuyển tiếp thông tin từ các nút cảm biến đến trạm gốc, các nút chìm bổ sung được đặt trên mặt đất.
WSN ngầm
Các mạng cảm biến không dây ngầm được triển khai trong lòng đất rất khó sạc lại. Các nút pin cảm biến được trang bị nguồn pin hạn chế rất khó sạc lại. Thêm vào đó, môi trường ngầm làm cho giao tiếp không dây trở thành một thách thức do mức độ suy giảm và mất tín hiệu cao.
3. WSN dưới nước
Hơn 70% diện tích trái đất là nước. Các mạng này bao gồm một số nút cảm biến và các phương tiện được triển khai dưới nước. Các phương tiện tự hành dưới nước được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các nút cảm biến này. Một thách thức của liên lạc dưới nước là độ trễ truyền dài, băng thông và cảm biến bị lỗi.
WSN dưới nước
Dưới nước, WSN được trang bị một loại pin hạn chế không thể sạc lại hoặc thay thế. Vấn đề bảo tồn năng lượng cho các WSN dưới nước liên quan đến việc phát triển các kỹ thuật mạng và truyền thông dưới nước.
4. WSN đa phương tiện
Mạng cảm biến không dây đa phương tiện đã được đề xuất để cho phép theo dõi và giám sát các sự kiện dưới dạng đa phương tiện, chẳng hạn như hình ảnh, video và âm thanh. Các mạng này bao gồm các nút cảm biến chi phí thấp được trang bị micrô và máy ảnh. Các nút này được kết nối với nhau qua kết nối không dây để nén dữ liệu, truy xuất dữ liệu và tương quan.
WSN đa phương tiện
Những thách thức với WSN đa phương tiện bao gồm tiêu thụ năng lượng cao, yêu cầu băng thông cao, xử lý dữ liệu và kỹ thuật nén. Ngoài ra, nội dung đa phương tiện yêu cầu băng thông cao để nội dung được truyền tải đúng cách và dễ dàng.
5. WSN di động
Các mạng này bao gồm một tập hợp các nút cảm biến có thể tự di chuyển và có thể tương tác với môi trường vật lý. Các nút di động có thể tính toán cảm giác và giao tiếp.
Mạng cảm biến không dây di động linh hoạt hơn nhiều so với mạng cảm biến tĩnh. Ưu điểm của MWSN so với mạng cảm biến không dây tĩnh bao gồm phạm vi phủ sóng tốt hơn và được cải thiện, hiệu quả năng lượng tốt hơn, dung lượng kênh cao hơn, v.v.
Hạn chế của mạng cảm biến không dây
- Sở hữu dung lượng lưu trữ rất ít - vài trăm kilobyte
- Sở hữu công suất xử lý khiêm tốn-8MHz
- Hoạt động trong phạm vi liên lạc ngắn - tiêu tốn nhiều điện năng
- Yêu cầu năng lượng tối thiểu - hạn chế các giao thức
- Có pin với tuổi thọ hữu hạn
- Thiết bị thụ động cung cấp ít năng lượng
Ứng dụng mạng cảm biến không dây
Ứng dụng mạng cảm biến không dây
- Các mạng này được sử dụng trong theo dõi môi trường, chẳng hạn như phát hiện rừng, theo dõi động vật, phát hiện lũ lụt, dự báo và dự báo thời tiết, cũng như trong các ứng dụng thương mại như dự đoán và giám sát hoạt động địa chấn.
- Ứng dụng quân sự , chẳng hạn như các ứng dụng giám sát theo dõi và giám sát môi trường sử dụng các mạng này. Các nút cảm biến từ mạng cảm biến được đưa vào lĩnh vực quan tâm và được điều khiển từ xa bởi người dùng. Theo dõi kẻ thù, phát hiện bảo mật cũng được thực hiện bằng cách sử dụng các mạng này.
- Các ứng dụng y tế, chẳng hạn như Theo dõi và giám sát bệnh nhân và bác sĩ sử dụng các mạng này.
- Các ứng dụng mạng cảm biến không dây được sử dụng thường xuyên nhất trong lĩnh vực Hệ thống giao thông vận tải như giám sát giao thông, quản lý định tuyến động và giám sát bãi đỗ xe, v.v., đều sử dụng các mạng này.
- Phản ứng khẩn cấp nhanh chóng, giám sát quy trình công nghiệp , kiểm soát khí hậu tòa nhà tự động, giám sát hệ sinh thái và môi trường sống, giám sát sức khỏe công trình dân dụng, v.v., hãy sử dụng các mạng này.
Đây là tất cả về mạng cảm biến không dây và các ứng dụng của chúng. Chúng tôi tin rằng thông tin về tất cả các loại mạng khác nhau sẽ giúp bạn biết rõ hơn về chúng cho các yêu cầu thực tế của bạn. Ngoài ra, để biết thêm thông tin về SCADA không dây , truy vấn và nghi ngờ về chủ đề này hoặc dự án điện và điện tử , và bất kỳ đề xuất nào, vui lòng bình luận hoặc viết thư cho chúng tôi trong phần bình luận bên dưới.
Tín ảnh
