Węzeł sieci sensorowej
Budowa sensora
Pojedyncze węzły w sieci sensorowej mogą w znacznym stopniu różnić się od siebie pod względem zadań jakie wykonują. Niemniej jednak można stwierdzić, że każdy sensor składa się z podobnych modułów: zasilania, obliczeniowy, pomiarowy, transmisyjny oraz system operacyjny. Schemat budowy sensora został przedstawiony na rys 2.2.
Rysunek 2.2 Schemat budowy sensora dla sieci sensorowej.
Moduł pomiarowy zajmuje się zbieraniem informacji z obszaru docelowego sieci sensorowej. Analogowe sygnał jest generowany przez sensor w wielkości odpowiedniej do obserwowanego zjawiska. Następnie sygnał jest konwertowany na cyfrowy i przesyłany do modułu obliczeniowego, a tam przetwarzany.
Moduł obliczeniowy składający się z mikrokontrolera bądź mikroprocesora z pamięcią odgrywa główną rolę w współpracy z innymi sensorami. Dodatkowo moduł wyposażony jest w pamięć trwałego zapisu i interfejsy. Wszystko zintegrowane jest na płytce PCB.
Moduł transmisyjny odbiera i przesyła informacje pomiędzy węzłami sieci sensorowych, które komunikują się ze sobą drogą bezprzewodową wykorzystując fale radiowe, podczerwień bądź inne medium optyczne.
Moduł zasilania składa się głównie z baterii i jest największą słabością sieci sensorowych. W większości aplikacji sieci sensorowych nie ma możliwości wymiany bądź doładowania energii. Z tego powodu konieczne jest zaimplementowanie pewnych schematów, które pozwolą oszczędzać energię wydłużając działanie sieci. Należy zaznaczyć, iż obecnie prowadzone są prace nad uzyskiwaniem dodatkowej energii dla sensora z energii słonecznej i wibracji.
System operacyjny, który zarządza i monitoruje wszystkie w/w moduły, jest centralną częścią sensora. Musi sprawnie zarządzać, monitorować i przekazywać dane pomiędzy poszczególnymi modułami. Ze względu na ograniczone zasoby sprzętowe i różne wykorzystanie aplikacyjne sieci sensorowych powinien być także dobrze adoptowalny do potrzeb. Obecnie najbardziej popularnym systemem operacyjnym jest TinyOS [22], który bardzo dobrze spełnia wymagania sieci sensorowych.
Przykłady węzłów sensorowych
Ze względu na potrzebę miniaturyzacji i oszczędność energii w sieciach sensorowych parametry techniczne sensorów nie są zadawalające. Jak wiemy jednak siła sieci sensorowych leży w ilości sensorów i informacji jakie mogą odczytać i przetworzyć. Poniżej przedstawiono parametry wybranych sensorów:
1) Sensor MICAz [23], który jest komercyjne dostępnym produktem stworzonym przez firmę Crossbow, jest szeroko wykorzystywany w różnych aplikacjach sieci sensorowych np. przy monitorowaniu środowiska naturalnego. Węzeł ma wielkość dwóch baterii typu AA i został przedstawiony na rysunku 2.3. Ponadto charakteryzuje się następującymi parametrami:
8–bitowy procesor Atmel ATmega 128L 4 MHz z 128 kB pamięcią programowalną,
2400 MHz do 2483,5MHz to pasmo działania (pasmo ISM) z możliwością programowania co 1 MHz,
8 mA poboru mocy w trybie pracy i 15 μA w trybie uśpienia, co daje możliwy czas pracy przynajmniej 120 h,
512 kB pamięci typu flash,
10–bitowy konwerter analogowo-cyforowy ,
szybkość transmisji to 250kb/s a zużycie energii przy transmisji to 20 mA, a przy odbiorze 11-18 mA,
system operacyjny to wspomniany już TinyOS dostarczający wiele przydatnych narzędzi programistycznych,
zasięg na zewnątrz to 75-100m, wewnątrz 20-30m.
Rysunek 2.3 Sensor MICA produkowany przez firmę Crossbow.
2) TinyMote [9] to sensor stworzony na Politechnice Wiedeńskiej dla potrzeb projektu WSSN (ang. Wireless Self-sustain Sensor Network), którego jednym z głównych celów jest stworzenie i wdrożenie energooszczędnego protokołu warstwy łącza danych CSMA-MPS zoptymalizowanego dla wysokich szybkości odbiornika. Stworzony sensor charakteryzuje się następującymi parametrami:
16-bitowy procesor RISC z taktowanie 4 MHz i 8 kB programowalnej pamięci,
2400 MHz do 2479 MHz to pasmo działania (pasmo ISM) z możliwością programowania co 1 MHz,
256 kB pamięci RAM,
10–bitowy konwerter analogowo-cyforowy,
szybkość transmisji to 10kb/s, 250kb/s lub 1000kb/s.
Rysunek 2.4. Sensor TinyMote stworzony na Politechnice Wiedeńskiej o wielkości porównywalnej do 1 Euro.
komentarze
Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.