Физика-техникалық факультеті
жүктеу/скачать 41.87 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тақырыбы:Қоршаған ортадағы телеметриялық шамаларды өлшеуге арналған сенсорлық желіні жобалау Практика жетекшісі
- Алматы 2023 Сымсыз сенсорлы желі технологиялары
|
Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті Физика-техникалық факультеті Қатты дене және бейсызық кафедрасының Радиотехника,электроника және телекоммуникациялар мамандығы 4-курс Практикалық есеп Тақырыбы:Қоршаған ортадағы телеметриялық шамаларды өлшеуге арналған сенсорлық желіні жобалау Практика жетекшісі: Налибаев Е.Д Орындаған: Оралбек А.Б Алматы 2023 Сымсыз сенсорлы желі технологиялары Сенсорлық желі (Sensor network) - бұл физикалық орта туралы ақпарат жинау үшін қолданылатын сенсорлар деп аталатын көптеген құрылғылардың желісі. Сенсорлар температура, ылғалдылық, қысым, дыбыс, жарық және басқа физикалық шамалар сияқты әртүрлі параметрлерді өлшей алады. Бұл деректерді қоршаған ортаны бақылау, өндіріс процестерін басқару, сапаны бақылау және басқа да көптеген қосымшалар үшін пайдалануға болады. Сенсорлық желілер сымсыз немесе сымды болуы мүмкін. Сымсыз сенсорлық желілер әдетте деректерді жинап, жібере алатын түйіндер деп аталатын көптеген шағын сымсыз құрылғылардан тұрады. Әр түйінде әртүрлі параметрлерді өлшеуге арналған бірнеше сенсорлар және деректерді беру үшін сымсыз модуль болуы мүмкін. Сымды сенсорлық желілер сенсорлар мен Орталық түйін арасындағы байланыс үшін сымдарды пайдаланады. Сенсорларды әртүрлі жерлерде, мысалы, ғимараттарда, жолдарда, ормандарда және қоршаған ортаны бақылау қажет басқа жерлерде орналастыруға болады. Сенсорлар жинаған деректерді өңдеу және талдау үшін орталық серверге жіберуге болады. Деректер жиналған жерде өңделіп, содан кейін қосымша өңдеу және талдау үшін орталық серверге жіберілген кезде таратылған деректерді өңдеуді жүзеге асыру мүмкіндігі бар. Сенсорлық желілер қоршаған ортаны бақылау, су мен ауа сапасын бақылау, көлікті басқару, өртті анықтау және т.б. сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылады. Оларды өндірістік процестердің тиімділігін арттыру, энергия мен ресурстарға жұмсалатын шығындарды оңтайландыру, тұрғын үй және коммерциялық секторлардағы қауіпсіздік пен жайлылықты арттыру үшін пайдалануға болады. Сымсыз сенсорлық желілер (Wireless Sensor Networks, WSN) - бұл қоршаған ортадан деректерді жинай және тасымалдай алатын түйіндер деп аталатын көптеген шағын сымсыз құрылғылардан тұратын желілер. Сымсыз сенсорлық желі технологиясы қоршаған ортаны бақылау, су мен ауа сапасын бақылау, көлікті басқару, өртті анықтау және т.б. сияқты кең ауқымды қолданбаларға ие. WSN түйіндер деп аталатын көптеген құрылғылардан тұрады, олардың әрқайсысында деректерді жинауға арналған сенсорлар, сондай-ақ деректерді беруге арналған сымсыз модульдер бар. Түйіндерді әртүрлі жерлерде орналастыруға болады және олардың әрқайсысы температура, ылғалдылық, қысым, дыбыс және басқа параметрлер туралы деректерді жинай алады. Содан кейін бұл деректер сымсыз орталық станцияға жіберіледі, ол оны өңдейді және шешім қабылдау үшін пайдаланады. Сымсыз сенсорлық желі технологиясын ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi және басқалары сияқты әртүрлі сымсыз протоколдар арқылы жүзеге асыруға болады. Сымсыз хаттамалар түйіндердің бір-бірімен және Орталық станциямен қалай әрекеттесетінін және деректердің сымсыз қалай тасымалданатынын анықтайды. Сымсыз сенсорлық желі технологиясының басты артықшылықтарының бірі-деректерді жинаудың таратылған мүмкіндігі, бұл деректерді жинаудың қамтуы мен дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, сымсыз сенсорлық желілерді сымды байланыс мүмкін емес немесе тиімсіз жерлерде оңай орналастыруға болады. Дегенмен, сымсыз сенсорлық желі технологиясының шектеулі өткізу қабілеттілігі және шектеулі қуат тұтыну сияқты шектеулері бар, бұл деректер қашықтығы мен түйіндердің жұмыс уақытын шектеуі мүмкін. Дегенмен, сымсыз сенсорлық желі технологиясы дамып келеді.
Жүйені орнату және пайдалану шығындарының төмен деңгейі Қашықтықтан бақылау және процестерді басқару мүмкіндігі Өндірістік процестердің тиімділігі мен сапасын жақсарту Ақылды үйлер мен ғимараттардағы денсаулық пен жайлылықты жақсарту Алайда, сымсыз сенсорлық желі технологиясының кейбір кемшіліктері бар, соның ішінде өткізу қабілеттілігі мен байланыс сенімділігі шектеулі, сонымен қатар деректер қауіпсіздігіне қатысты мәселелер. Сымсыз сенсорлық желілер технологияны дамытудың өзекті бағыты болып табылады және сымды аналогтарға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие. Сымсыз сенсорлық желілердің танымал болуының бірнеше себептері: 1.Орналастыру икемділігі: сымсыз сенсорлық желілерді орнату оңай және кез-келген ортада сымдарды қажет етпестен тез орналастыруға болады, бұл инфрақұрылым шығындарын азайтады және орнату процесін жеңілдетеді. 2.Ұтқырлық: сымсыз сенсорлық желілерді әр түрлі жерлерде қолдануға болады, оларды өзгеретін жағдайларға сәйкес жылжытуға және қайта конфигурациялауға болады, бұл оларды сымды аналогтарға қарағанда икемді етеді. 3.Төмен құны: сымсыз құрылғылар мен сенсорлар жыл сайын арзандап келеді, бұл сымсыз сенсорлық желілерді тұтынушылардың кең ауқымы үшін қолжетімді етеді. 4.Жоғары масштабтау: сымсыз сенсорлық желілерді жүздеген және мыңдаған құрылғыларға дейін масштабтауға болады, бұл үлкен аумақтарды қамтуға және үлкен көлемдегі деректерді жинауға мүмкіндік береді. 5.Басқа технологиялармен Интеграция: сымсыз сенсорлық желілер бұлтты есептеу, жасанды интеллект және машиналық оқыту сияқты басқа технологиялармен біріктірілуі мүмкін, бұл интеллектуалды бақылау және басқару жүйелерін құруға мүмкіндік береді. Сымсыз сенсорлық желілер қоршаған ортаны бақылау, ресурстарды басқару, медицина, ауыл шаруашылығы, өнеркәсіп, көлік және т.б. қоса алғанда, әртүрлі салаларда кең ауқымды қолданбаларға ие. Олар тиімділікті арттыруға, шығындарды азайтуға және адамдардың өмір сүру сапасын жақсартуға көмектеседі. 1.1.Өлшеуіш құрылғылардың негізгі ерекшеліктері Өлшеу құрылғылары температура, қысым, күш, үдеу, жылдамдық, ылғалдылық және басқа параметрлер сияқты физикалық шамаларды өлшеуге және басқаруға арналған. Олар әртүрлі салаларда, ғылыми зерттеулерде, медицинада және басқа салаларда қолданылады. Өлшеу құрылғыларының негізгі ерекшеліктеріне мыналар жатады: 1.Өлшеу диапазоны: әрбір өлшеу құрылғысының өзіндік өлшеу диапазоны бар, оның ішінде физикалық шаманы өлшеуге қабілетті. Мысалы, термометр температураны термометрдің түріне байланысты белгілі бір диапазонда ғана өлшей алады. 2.Дәлдік: өлшеу құрылғыларының дәлдігі маңызды сипаттама болып табылады, өйткені өлшеу сапасы оған байланысты. Дәлдік неғұрлым жоғары болса, өлшеу қателіктері соғұрлым аз болады. 3.Ажыратымдылық: ажыратымдылық өлшеу құрылғысы анықтай алатын физикалық шаманың минималды өзгеруін анықтайды. Ажыратымдылық неғұрлым жоғары болса, шаманы дәлірек өлшеуге болады. 4.Өлшеу жылдамдығы: өлшеу жылдамдығы өлшеу құрылғысының сипаттамаларына байланысты және жылдам өлшеу қажет болатын кейбір қосымшаларда маңызды болуы мүмкін. 5.Сыртқы әсерлерге төзімділік: өлшеу құрылғылары діріл, электромагниттік кедергі, қоршаған ортаға әсер ету және т.б. сияқты әртүрлі сыртқы әсерлерге төзімді болуы керек. 6.Сенімділік: өлшеу құрылғылары сенімді болуы керек және өлшеудің тұрақтылығы мен ақаулардың минималды қаупін қамтамасыз ету үшін ұзақ қызмет ету мерзімі болуы керек. 7.Калибрлеу және теңшеу мүмкіндігі: өлшеу құрылғылары олардың дәлдігі мен қолданбаның нақты талаптарына сәйкестігін қамтамасыз ету үшін қолданар алдында калибрленіп, реттелуі керек. 8.Пайдаланудың қарапайымдылығы: қателерді азайту және жұмыс тиімділігін арттыру үшін өлшеу құрылғыларын пайдалану оңай және интуитивті интерфейске ие болуы керек. Жалпы алғанда, өлшеу құрылғылары дәл, сенімді, жылдам және қолдануға ыңғайлы болуы керек. Олар әртүрлі жағдайларда жұмыс істей алуы керек және басқа құрылғылармен және жүйелермен үйлесімді болуы керек. Сымсыз жүйе артықшылықтары – құрылу жеңілдігі және реструктуризация. Бұл сымсыз жүйе артықшылығы негізі болып табылады. Бұл жұмысқа қабілетті және жеткілікті жылдам сымсыз жүйені ұйымдастыру үшін минимум күш қайрат жұмсалатын, ең бастысы минимум талап ететінін мәндейді. Бір немесе одан көп кіру нүктелерімен бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасқан бөлек тұратын ғимараттар мен компьютерлерді бірегей локальді жүйеге байланыстыруға болады. Бұдан басқа, сымды жүйені ұйымдастыру әурешілік туғызса: конференцияларда, көрсетілімдерде, шығушы семинарларда және т.с.с сымсыз жүйені тез, ұқыпты сымдардың топтығынсыз және тиімді құруға болады. Және де тарихи құндылығына байланысты кабельді жүйені орнату мүмкін емес ғимараттарды ұмытпағанымыз жөн: бұл мұражайларға, архитектура ескерткіштеріне және т.б қатысты. Реструктуризацияға келетін болсақ, бұл жерде іс өте қарапайым жүреді, жаңа компьютер қосса болғаны. Мобильділік. Біздің өмірде бар мықты технологиялар мықты болып қалады, егер де олар белгілі-бір аса маңызды универсалдылықты беретін болса. Бүгінгі күнге даусыз артықшылық универсальді мобильділік болып табылады, ол адамға кез-келген жағдайларда және қайда болсын өзінің жұмысымен айналасуға мүмкіндік береді. Мобильді телефондар, персаналды ассистеттер, тасымалданатын компьютерлер-адам өміріне сол мобильділікті енгізетін технология көрсеткіштері. Сымсыз жүйе тиесілі компьютерлік технологиялар пайда болысымен мобильділік аса кең мәнге ие болды. Енді ол өзара кез-келген байланысқа қабілетті құралды (қазіргі өмірде тым көп кездесетін) біріктіруге мүмкіндік береді. Мобильді құралға ие болып, сіз байланыста болуыңызға және ең соңғы ақпаратты алуыңызға күмәндәнбай қала жүре беруіңізге болады. Ерте ме кеш пе Магометке тау келмесе, магомет тауға өзі барады деген мақалды басқашалап айтуға болатын болады. «Жүйеге келгіңіз келмесе, жүйе өзі сізге келеді. » Жүйеге басқа түрлі қосылу мүмкіндігі. Сымсыз жүйенің артықшылығы оны әрдайым сымды жүйеге қосуға болады. Ол үшін кіру нүктесінде немесе көпірде сәйкес портты пайдаланса жеткілікті. Бұл кезде сіз жүйе ресурстарына ешқандай шектеусіз кіруге мүмкіндік аласыз. Дәл осы мүмкіндік алшақ ғимараттар мен нүктелерді жүйеге қосу (сымды жүйені жүргізу мүмкін емес қымбат болған жағдайларда кезінде) қолданылмайды. Интернетке кірудің жоғарғы жылдамдығы. Интернетке қосылуы бар кіру нүктесіне ие болып, сіз локальді жүйенің барлық компьютерлері үшін интернетке кіруді ұйымдастыра аласыз. Бұл кезде байланыс жылдамдығы қарапайым және хДBL-моделі жылдамдықтарына қарағанда аса жоғары болады. Сымсыз жүйе бойынша кіру оптоволоконды канал секілді бағалы шешімге аса маңызды альтернатива болып табылады. Ірі компаниялар да мұндай каналды жүргізуге мүмкіндігі жоқ, қарапайым тұтынушы ие бола алатын кіру нүктесі немесе радиокарта сатып алу жқнінде айтпаған жөн. Іс берілген каналға құятын суммаға ғана байланысты. 2 Мбит/с және одан көп жылдамдығы бар канал Еуропа,АҚШ немесе Канада елдерінде аса үлкен құндылық болып есептелмейді. Осындай бағыт біртіндеп СНГ ауысып жатыр. Сымсыз жүйенің кемшілігіне мәліметтерді төмен жылдамдықпен жіберу жатады. Жүйе қандай жылдам болса да, ол жылдамдық әрдайым жетпейді. Бұл проблема сымсыз жүйеге өте қатысты. Мұндай жүйедегі мәліметтерді жіберудің нақты жылдамдығы көп себептер салдарынан теориялықтан ерекшеленеді. Мұндай себептерге келесілерді жатқызуға болады, мысалы, сигнал жолындағы кедергілер саны, жүйеге қосылған компьютерлер саны,мәліметтер пакетінің құрылу ерешеліктері (қызметтік мәліметтердің үлкен көлемі), компьютерлер алшақтығы және т.б. Қауіпсіздік. Сымды немесе сымсыз жүйедегі жұмыс қауіпсіздігі әрдайым барлығынан жоғары тұратын. Бұл сауал әсіресе ақшамен немесе басқа материалды құндылықтармен жұмыс істейтін ұйымдар үшін аса маңызды. Сымды жүйемен салыстырғанда сымсыз жүйедегі жұмыс қауіпсіздігі аутентификация және шифрлеу маңызды механизмдерінің жетіспеуі салдарынан бірқатар төмен боладжы. Бұны WiP-шифрлеудің бірінші хаттамасы дәлелдеген, ол мәліметтерді 40бит ұзындықтағы кілт көмегімен кодтаған. Осындай кілтті анықтау үшін 2-3 сағат ішінде ұстап алынған пакеттерді анализден өткізу жеткілікті болады. әрине тәжірибесі жоқ тұтынушыға мұны істеу қиынға соғады, бірақ маман үшін бұл проблема емес екені белгілі. Сізге белгілі болғандай, уақыт келе мәліметтерді 256 битке дейәін ұзындықтағы кілт көмегімен кодтауға болатын аса ақылды және аса шатасқан басқа шифрлеу алгоритмдерін пайдалана бастады. Алайда бұл кезде шифрлеу әдісі мен жылдамдық арасында таңдау жағдайы туындады,өйткені кілт ұзындығының жоғарылауы қызметтік бастаманың жоғарлығына, яғни мәліметтерді жіберудің жылдамдығының айқын төмендеуіне әкеледі. Энергия шығынының жоғары деңгейі. Бұл негативті фактор негізінен тек тасымалдаушы компьютер және басқа мобильді құрал көмегімен сымсыз жүйеде жұмыс істейтін тұтынушыларға ғана қатысты. Осындай құралдар жейтін аккумулятор энергиясы шексіз пайда болады және кез-келген артық құрал қордың тез тозуына әкеледі. Әрине энергия пайдалануды минимумге әкелетін механизмдер бар, бірақ кез-келген жағдайда энергия тез жұмсалады. Құралдардың сәйкес келмеуі. Сәйкес келу сауалдары әрдайым тұтынушыларды қызықтырған, өйткені сымсыз жүйе жабдығын ауыстырылуына байланысты құрал бірден жұмыс істемей қалуы ешкімге ұнамайды. Көбіне келесі қадам тәжірибеленеді: ертеректе ойластырылып шығарылған жабдық кейіннен ойластырылып шығарылған жабдықпен жұмыс істеуге қабілетті. Бұл қайтымды сәйкес келу деп аталады. Сымсыз жүйеге арналған жабдыққа қатысты принцип әрдайым жұмыс істемейді. Қазіргі сәтте сымсыз жабдықтардың IEEE 802.11a,IEEE 802.11b және IEEE 802.11g стандарттарды активті пайдаланылады. Бұдан басқа соңғы кезде ЖАҚЫН стандарттардың аналогты жабдығымен салыстырғанда мәліметтерді жіберудің екі есе жылдамдығымен қамтамассыз ететін және "белгісіз" турборежимде жұмыс істейтін IEEE 802.1Пи-және IEEE 802.11g+ түрлі "екінші дәрежелі стандарттары бар жабдықтар кездеседі. " Сымсыз жүйеде сәйкес келетін құралдар мүлдем жоқ екені белгілі болады. Өмірді жеңілдетіп жалғыз нәрсе, ол IEEE 802.11g (немесе IEEE 802.11g+) стандарттағы құрал IEEE 802.11b(немесе IEEE 802.11b+) стандарттағы құралмен қайтымды сәйкес келуге ие. Барлық стандарттарды қолдайтын құралды табу оңай емес, алайда мүмкін. Бұл стандарттардың толық сәйкес келуі үшін бір өндіруші құралдарын пайдаланған жөн. Сымсыз сенсорлық желілер (WSN) миниатюралық есептеу құрылғыларынан тұрады - датчиктермен жабдықталған METS (температура, қысым, жарықтандыру, діріл деңгейі, діңгектері, орналасқан жері, орналасуы және т.б.) және көрсетілген радио көрінісінде жұмыс істейтін сигнал берушілер. Орнату кезіндегі икемді архитектура, шығындарды азайту. Басқа сымсыз және сымды деректерді беру интерфейстері арасында сымсыз датчиктердің сымсыз желілерін бөлу, әсіресе бір-біріне қосылған көптеген құрылғыларға қатысты, сенсорлық желі сізге 65000 құрылғыны қосуға мүмкіндік береді. Сымсыз шешімдер құнының тұрақты қысқаруы, олардың операциялық параметрлерін көбейту сізге телеметрия деректерін жинау жүйелеріндегі сымды шешімдермен, қашықтықтан диагностика, ақпарат алмасу жүйелерінде біртіндеп қайта бағыттауға мүмкіндік береді. «Сенсорлық желі» - бүгінде бүгінде белгіленген мерзім (Eng). Сенсорлық желілер.Таратылған, өзін-өзі ұйымдастыруды, жеке элементтердің істен шығуына, сақталмайтын және құрылғыларды арнайы орнатпауды талап етпейтін бөлшектерді белгілейтін. Әр сенсор желісінің түйінінде сыртқы ортаны, микрокомпьютерлік және радио қабылдағышты басқару үшін әртүрлі сенсорлар болуы мүмкін. Бұл құрылғыға өлшеу жұмыстарын жүргізуге, мәліметтерді дербес өңдеуге және сыртқы ақпараттық жүйемен байланыс орнатуға мүмкіндік береді. «Сенсорлық желілер» деп аталатын, 802.15.4 / ZigBee телекоммуникациясының маңында қайта-қайта қайта-қайта қайта құрылған технологиялар (ағылшын. WSN - сымсыз сенсорлық желі) өздігінен ұйымдастырудың қазіргі заманғы бағыттарының бірі - бақылау және ресурстарды басқару және процестер процестерінің толерантты жүйесін дамытудың заманауи бағыттарының бірі. Бүгінгі таңда сымсыз сенсорлық желілердің технологиясы - бұл сенсорлардың жұмыс уақыты үшін маңызды болып табылатын бақылауды және бақылау мәселелерін шешуге болатын жалғыз сымсыз технология. Сымсыз сенсорлық желіге біріктірілген сенсорлар ақпаратты жинау, өңдеу және тарату үшін аумақтық таратылатын өзін-өзі ұйымдастыру жүйесін құрайды. Қолданудың негізгі бағыты - физикалық орталар мен объектілердің өлшенген параметрлерін бақылау және бақылау. жүктеу/скачать 41.87 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|