In de afgelopen jaren is een efficiënt ontwerp van een draadloos sensornetwerk een toonaangevend onderzoeksgebied geworden. Een sensor is een apparaat dat reageert en een bepaald type invoer detecteert van zowel de fysieke als omgevingsomstandigheden, zoals druk, warmte, licht, enz. De uitvoer van de sensor is over het algemeen een elektrisch signaal dat naar een controller wordt gestuurd voor verdere verwerking .

Draadloze sensornetwerken (WSN's)

Een draadloos sensornetwerk kan worden gedefinieerd als een netwerk van apparaten die de verzamelde informatie uit een bewaakt veld via draadloze verbindingen kunnen communiceren. De gegevens worden doorgestuurd via meerdere knooppunten en met een gateway worden de gegevens verbonden met andere netwerken, zoals draadloos Ethernet

“12v 7ah batterij zonnelader ”

Draadloze sensornetwerken

WSN is een draadloos netwerk dat bestaat uit basisstations en aantallen knooppunten (draadloze sensoren). Deze netwerken worden gebruikt om fysieke of omgevingsomstandigheden zoals geluid, druk, temperatuur te bewaken en om gezamenlijk gegevens door het netwerk naar de hoofdlocatie te sturen, zoals weergegeven in de afbeelding.

WSN-netwerktopologieën

Voor radiocommunicatienetwerken omvat de structuur van een WSN verschillende topologieën zoals die hieronder worden gegeven.

Topologieën voor draadloze sensoren

Ster-topologieën

Stertopologie is een communicatietopologie, waarbij elk knooppunt rechtstreeks verbinding maakt met een gateway. Een enkele gateway kan een bericht naar verschillende externe knooppunten verzenden of ontvangen. Instar-topologieën, de knooppunten mogen geen berichten naar elkaar verzenden. Hierdoor is communicatie met lage latentie mogelijk tussen het knooppunt op afstand en de gateway (basisstation).

Vanwege zijn afhankelijkheid van een enkel knooppunt om het netwerk te beheren, moet de gateway zich binnen het radiotransmissiebereik van alle individuele knooppunten bevinden. Het voordeel omvat de mogelijkheid om het stroomverbruik van de externe knooppunten tot een minimum te beperken en eenvoudig onder controle te houden. De grootte van het netwerk is afhankelijk van het aantal verbindingen met de hub.

Boomtopologieën

Boomtopologie wordt ook wel een trapsgewijze stertopologie genoemd. In boomtopologieën maakt elk knooppunt verbinding met een knooppunt dat hoger in de boom is geplaatst en vervolgens met de gateway. Het belangrijkste voordeel van de boomtopologie is dat de uitbreiding van een netwerk eenvoudig mogelijk is, en ook foutdetectie wordt eenvoudig. Het nadeel van dit netwerk is dat het zwaar leunt op de buskabel als deze breekt, dan stort het hele netwerk in.

Mesh-topologieën

De Mesh-topologieën maken overdracht van gegevens mogelijk van het ene knooppunt naar het andere, dat binnen het radiotransmissiebereik valt. Als een knooppunt een bericht wil sturen naar een ander knooppunt, dat buiten het radiocommunicatiebereik ligt, heeft het een tussenknooppunt nodig om stuur het bericht door naar het gewenste knooppunt. Het voordeel van deze mesh-topologie is onder meer eenvoudige isolatie en detectie van fouten in het netwerk. Het nadeel is dat het netwerk groot is en enorme investeringen vraagt.

Typen WSN's (Wireless Sensor Networks)

Afhankelijk van de omgeving kan het soorten netwerken worden zo besloten dat deze onder water, ondergronds, aan land, enzovoort kunnen worden ingezet. Verschillende soorten WSN's zijn onder meer:

Terrestrische WSN's
Ondergrondse WSN's
Onderwater WSN's
Multimedia WSN's
Mobiele WSN's

1. Terrestrische WSN's

Terrestrische WSN's zijn in staat om efficiënt met basisstations te communiceren en bestaan uit honderden tot duizenden draadloze sensorknooppunten die op ongestructureerde (ad hoc) of gestructureerde (vooraf geplande) manier worden ingezet. In een ongestructureerde modus worden de sensorknooppunten willekeurig verdeeld binnen het doelgebied dat uit een vast vlak valt. De vooraf geplande of gestructureerde modus houdt rekening met optimale plaatsing, rasterplaatsing en 2D-, 3D-plaatsingsmodellen.

In deze WSN is het Batterij vermogen is echter beperkt, de batterij is uitgerust met zonnecellen als secundaire stroombron. De energiebesparing van deze WSN's wordt bereikt door gebruik te maken van bewerkingen met een lage inschakelduur, het minimaliseren van vertragingen en optimale routing, enzovoort.

2. Ondergrondse WSN's

De ondergrondse draadloze sensornetwerken zijn duurder dan de terrestrische WSN's in termen van inzet, onderhoud en kostenoverwegingen voor apparatuur en zorgvuldige planning. De WSN-netwerken bestaan uit verschillende sensorknooppunten die in de grond zijn verborgen om de ondergrondse omstandigheden te bewaken. Om informatie van de sensorknooppunten naar het basisstation door te geven, bevinden zich extra zinkknooppunten boven de grond.

Ondergrondse WSN's

“informaticaprojecten voor beginners ”

De ondergrondse draadloze sensornetwerken die in de grond zijn geïmplementeerd, zijn moeilijk op te laden. De sensorbatterijknooppunten die zijn uitgerust met een beperkt batterijvermogen, zijn moeilijk op te laden. Bovendien maakt de ondergrondse omgeving draadloze communicatie een uitdaging vanwege het hoge niveau van verzwakking en signaalverlies.

3. Onder water WSNs

Meer dan 70% van de aarde is met water bezet. Deze netwerken bestaan uit verschillende sensorknooppunten en voertuigen die onder water worden ingezet. Autonome onderwatervoertuigen worden gebruikt voor het verzamelen van gegevens van deze sensorknooppunten. Een uitdaging van onderwatercommunicatie is een lange voortplantingsvertraging en bandbreedte en sensorstoringen.

Onder water WSNs

Onder water zijn WSN's uitgerust met een beperkte batterij die niet kan worden opgeladen of vervangen. De kwestie van energiebesparing voor WSN's onder water betreft de ontwikkeling van onderwatercommunicatie- en netwerktechnieken.

4. Multimedia WSN's

Multimedia draadloze sensornetwerken zijn voorgesteld om het volgen en bewaken van gebeurtenissen in de vorm van multimedia, zoals beeldvorming, video en audio mogelijk te maken. Deze netwerken bestaan uit goedkope sensorknooppunten die zijn uitgerust met microfoons en camera's. Deze knooppunten zijn met elkaar verbonden via een draadloze verbinding voor datacompressie, het ophalen van gegevens en correlatie.

Multimedia WSN's

“n-type versus p-type ”

De uitdagingen bij de multimedia WSN zijn onder meer een hoog energieverbruik, hoge bandbreedtevereisten, gegevensverwerking en compressietechnieken. Bovendien vereist multimedia-inhoud een hoge bandbreedte om de inhoud correct en gemakkelijk te kunnen leveren.

5. Mobiele WSN's

Deze netwerken bestaan uit een verzameling sensorknooppunten die op zichzelf kunnen worden verplaatst en die in wisselwerking staan met de fysieke omgeving. De mobiele knooppunten kunnen waarneming berekenen en communiceren.

De mobiele draadloze sensornetwerken zijn veel veelzijdiger dan de statische sensornetwerken. De voordelen van MWSN ten opzichte van de statische draadloze sensornetwerken zijn onder meer een betere en verbeterde dekking, betere energie-efficiëntie, superieure kanaalcapaciteit, enzovoort.

Beperkingen van draadloze sensornetwerken

Beschikken over heel weinig opslagcapaciteit - een paar honderd kilobytes
Beschikken over een bescheiden verwerkingsvermogen - 8 MHz
Werkt in een kort communicatiebereik - verbruikt veel stroom
Vereist minimale energie - beperkt protocollen
Zorg voor batterijen met een eindige levensduur
Passieve apparaten leveren weinig energie

Toepassingen voor draadloze sensornetwerken

Deze netwerken worden gebruikt bij het volgen van de omgeving, zoals bosdetectie, dieropsporing, overstromingsdetectie, voorspelling en weersvoorspelling, en ook in commerciële toepassingen zoals voorspelling en monitoring van seismische activiteit.
Militaire toepassingen , zoals tracking en bewakingstoepassingen voor de omgeving, gebruiken deze netwerken. De sensorknooppunten van sensornetwerken worden naar het interessegebied gedropt en worden op afstand bestuurd door een gebruiker. Vijandentracering, beveiligingsdetecties worden ook uitgevoerd door deze netwerken te gebruiken.
Gezondheidstoepassingen, zoals het volgen en volgen van patiënten en artsen, gebruiken deze netwerken.
De meest gebruikte draadloze sensornetwerktoepassingen op het gebied van Transportsystemen zoals monitoring van verkeer, dynamisch routebeheer en monitoring van parkeerplaatsen etc. maken gebruik van deze netwerken.
Snelle noodhulp, industriële procesbewaking , geautomatiseerde klimaatbeheersing van gebouwen, monitoring van ecosystemen en habitats, monitoring van de civiele structurele gezondheid, enz., maken gebruik van deze netwerken.

Dit gaat allemaal over de draadloze sensornetwerken en hun toepassingen. Wij zijn van mening dat de informatie over alle verschillende soorten netwerken u zal helpen om ze beter te leren kennen voor uw praktische vereisten. Afgezien hiervan, voor aanvullende informatie over draadloze SCADA , vragen en twijfels over dit onderwerp of elektrische en elektronische projecten en eventuele suggesties, geef dan commentaar of schrijf ons in de commentaarsectie hieronder.

Fotocredits