Сложно в комментарии описать все применения сенсорных сетей, это тема для отдельной статьи. Могу привести конкретный пример
На юге нашей страны на газовом хранилище (которое принадлежит Газпрому) было произведено модернизирование системы контроля. Вместо старых датчиков давления в подземном хранилище, были установлены сенсорные узлы. Раньше контролер должен был обходить все датчики и в ручную собирать информацию, так как площади хранилища достаточно большие, то на это тратилось много времени. Также в случае аварии и нештатной ситуации время реагирования было крайне высоко. Вместо старой системы была установлена сенсорная сеть с датчиками давления, которая по цепочке передавала информацию на базовую станцию, где сидел контролер и мог видеть информацию со всех датчиков. Это реальная система, которая была внедрена.
Время отклика старой системы — это то, как часто рабочий обходил территорию и снимал информацию. Территория несколько квадратных километров. Данные снимались в ручную. После внедрения системы сбор информации просиходит в автоматическом режиме с заданной регулярностью, которую можно задавать в зависимости от различных параметров (общее состояние системы газохранилищ, желаемое время работы сети и прочее). В случае нештатной ситуации (давление превышает определенный порог), происходит «мгновенная» передача инормации на диспетчерский пункт. В такой ситуации мощность передатчика повышается и информация передается за один «хоп» на диспетчерский пункт.
по цене я не могу ответить подробно, этим занимались мои коллеги.
Понял.
Всё-таки, хотелось бы хотя бы порядок цены узнать. Хотя бы качественно ориентировать себя и фирму, сколько это хотя бы примерно может стоить, скажем, за 1 датчик.
Коммерческие наборы узлов с программным обеспечением стоят порядка нескольких тысящ долларов. До $1 доллара за узел, как мечтают разработчики, сенсорным сетям еще далеко.
Простите, надо было написать контролёр — человек. Да вот такими системами пользуются наши предприятия
Вы правильно описали преимущества сенсорных сетей. В той же системе например, если один из узлов на маршруте выходит из строя, то сеть сама находит другой маршрут, чтобы обойти этот узел.
У меня есть неплохой примерчик ) Представте огромный датацентр(площадью буквально в несколько квадратных километров). В нем стоят тысячи серверов в стойках, с каждой из которых неплохо бы получать информацию о температуре. Безпроводная сенсорная сеть в этом случае подходит как нельзя лучше. Софт, управляющей этой сетью сможет, например, в случае критического повышения температуры предупредить персонал датацентра или, чем черт не шутит — исправить ситуацию самостоятельно, включив на полную близстоящий кондей ) На самом деле это одно из успешных коммерческих применений подобных сетей.
Сенсорные, как я понял, потому что на них есть «сенсоры» =)
Например, нам нужно отследить влажность почвы на местности в 10 кв км. К приёмо-передатчику подключается сенсор влажности (кислотности и тп), устанавливается на месте. Через определённый промежуток устанавливается другой такой прибор, и так далее, пока мы не покроем нужный нам участок земли «сенсорами».
Зачем делать сеть? что бы можно было использовать маломощные передающие устроиства, тем самым снизив энерго потребление.
Соответственно, их применение может распространятся на техногенные области: пожар, загрязнение вод, выброс газов. Хорошо, окружили зону, нужно передать результат далеко, значит есть главный транслятор?
Все зависит от архитектуры и удаленности объекта. Например почти 10 лет назад проводился эксперимент на Great Duck Island в USA. Была организована сенсорная сеть, которая в течении 9 месяцев собирала информацию о среде обитания буревестников. Конечно в таких условиях никто не находился на этом острове в течении всего времени, сеть была полностью автономна. Но иногда есть случаи, когда данные контролируются на постоянной основе, один из примеров я описал выше.
Выше уже правильно ответили насчет названия «сенсорные сети», добавлю, что датчик может быть любой, все зависит от задачи. И Вы правильно отметили, что такие сети могут работать в области техногенных катастроф, куда доступность человека затруднена. Датчики могут сбрасываться с самолета или вертолета и автоматически объеденяться в сеть. Обычно один из датчиков является базовой станцией (с немного другой инфраструктурой и большим запасом энергии), которая собирает информацию с других узлов и отправляет на станцию контроля или в интернет.
Не совсем понял принцип работы. То есть подобная сеть разворачивается с целью сбора информации на местности?
Например температуру почв на площади 10га, устанавливаем точки с сенсорами и они передают информацию в центр управления (если можно так назвать)?
Да Вы все правильно пишете. Самоорганизация и устойчивость к выходу из строя отдельных узлов являются важной частью концепции сенсорных сетей. Цена отдельных устройств должна крайне низкой (этого пока к сожалению не могут добиться).
Различий на самом деле масса. Начиная от железа и физики и заканчивая софтом. Я занимался в основном исследованием физических эффектов и они намного разнообразнее, за счет того, что в сенсорных сетях используются маломощные приемо-передатчики.
Сложностей на самом деле очень много, это связано и с особенностями физических процессов и нестандартизацией протоколов (существует очень много протоколов различного уровня и для различных целей).
На вскидку я не могу вспомнить применений в археологии. Существует много конференций по сенсорных сетям, которые проводятся ежегодно и на каждой конференции представляются десятки докладов по различным применениям. Возможно уже используют и в археологии, но конкретные примеры мне не известны
Ничего личного, но по статье сразу видно, что человек чаще пишет для научных журналов и официальных докладов, чем для людей. Информации много, формулировки сложные, а ничего понятно так и не стало.
Да, в своем время я написал много статей в журналы и доклады на конференции, это конечно отражается на стиле. Если будет такая возможность в следующих статьях попробую писать более понятно и детально. Просто тема достаточно специфическая и совсем без терминов не обойтись.
Хотелось бы знать пропускную способность протоколов, можно ли использовать данные сети для передачи звука, видео? Время соединения с базовой станцией — как пример видеокамера которая срабатывает и начинает передавать данные только по датчику движения (для экономии батарей).
Примерное энергопотребление, какое примерно время жизни до перезарядки. А также примерную стоимость этих юнитов.
Много вопросов, попробую ответить по-порядку.
1) Пропускная способность определяется как используемым приемо-передатчиком, так и архитектурой сети. Например часто используемый приемо-передатчик Chipcon CC2420 имеет скорость передачи 250 кб/c, от этого можно отталкиваться. Вообще такие сети не предназначены для постоянной передачи информации, часто датчики включаются переодически, передают данные и снова отключатся. Более важной задачей в сенсорных сетях является сохранение энергии.
2) Время соединения с базовой станцией зависит от числа «хопов», так как информация передается по цепочке от узла к узлу. Иногда узел может включить более мощный режим и передать информацию на более блинные дистанции. Приложения, где камера включается по датчику движения и передает картинку на базовую станцию, существуют.
3)Например для узла с которым я работал, типичное значение тока 20-25 mA при передаче и приеме, из этих данных можно исходить. В идеале сеть должна работать от одной баттарейки несколько лет, на практике такое встречается редко, все зависит от режима работы сети.
4) Стоимость, опять же в идеале, должна стремиться к минимому, $1. В действительности мы покупали такие узлы по $100 за штуку.
Можно ли построить такую сеть из современных мобильных телефонов (android, iphone и т.д.), используя их встроенные сенсоры? Вы знаете о существующих решениях, опытах, программном обеспечении?
Социальные, игровые решения, организующие (управляющие) функции. Если приём GPRS нестабилен или отсутствует, то можно использовать wifi и bluetooth (как «ad hoc», так и мобильные «hotspots»), как резервную сеть. При достаточной динамической плотности, к примеру, когда объекты (люди) перемещаются или просто находятся на ограниченном пространстве, информация может распространиться (в том числе дойти до управляющего центра) за какое-то конечное время :)
Может я чего-то не понимаю, но по ходу это банальные датчики, которым заменили провода на радио. Ничего оссобенного в этом не вижу, кроме как потенциальную брешь в системе безопасности.
Это была вводная статья, которая должна была показать, есть ли у сообщества интерес к данной тематике. В посте я написал, что готов, если будет такая возможность и будет интересно, написать более детальные статьи по отдельным темам. У меня написана диссертация на 200 страниц, которая охватывает лишь несколько конкретных проблем, в одной короткой статье просто невозможно уместить все.
По тематике сенсорных сетей ежегодно в мире проходят десятки конференцийи публикуется просто огромное количество работ.
Особенность таких сетей в самоорганизации, устойчивости к сбоям, передачи информации по цепочке и обнаружение машрутов. В этой теме очень много задач, как научных так и чисто практических, как для тех, кто разрабатывает железо, так и для программистов.
А какое максимальное расстояние от базовой станции до ближайшего датчика? Так же хотелось узнать если ли подобные системы предназначенные для передачи сигнала на большие расстояния по радиоканалу в условиях города на большие расстояния (~30км). Естественно с питанием от сети.
Бесповодные сенсорные сети используют маломощные приемо-передатчики, это их особенность. Поэтому типичное расстояние между двумя узлами — это несколько десятков метров.
С питанием от сети и на больших расстояних — это были бы уже не сенсорные сети. Но для создания таких сетей наверно можно исползовать некоторые протокол, разработанные для сенсорных сетей.
Ребята, я сильно извиняюсь, но сегодня у меня день рождения, а время уже 3 часа ночи, валюсь с ног. Продолжу отвечать на вопросы завтра. Спасибо за хорошие вопросы.
ЗЫ: Я вижу, здесь довольно много людей, которые знают тематику сенсорных сетей. Это радует.
Внесу баланс, Luxoft не единетсвенный, кто занимается этим в России и не была упомянута еще одна платформа. Есть еще одна компания — Meshnetics (IBS) — один из законодателей в этом секторе, так это тоже вполне русская компания, вроде находится на Тимирязевской в Москве.
Вот у них есть своя платформа и богатый функционал ПО, как-то вот так. А то упомянули Luxoft, а конкурента-соотечесвенника нет, нехорошо.
Платфор очень много, я описал лишь самые распространенные. Коммерческих много, но часто их архитектура закрыта.
Что касается упомянутой Meshnetics, то насколько я знаю, это разработка Люксофта, который тоже входит в группу компаний IBS. Так что здесь никакого противоречия нет. Тем более когда я ничинал заниматься этой темой, тогда Meshnetics еще не существовали.
ну вообще Meshnetics — это отдельная компания, находится в соседнем здании с центральным IBS'овским. По поводу того что они конкуренты, то я перепутал. Они действительно входят в одну группу компаний — IBS. Я думаю когда Вы начали заниматься, то она уже была — 2002-2003 год.
Более того, Meshneics оказывается вырос из одного из подразделений Luxoft (Luxoft Labs) согласно вот этому профилю meshnetics.com/mediakit/profile/, так что извиняюсь за внесенную путаницу.
Не стоит вносить смуту в понятия. Есть устойчивое выражение «Беспроводные сенсорные сети».
Такое название принято как в академической литературе, так и в других изданиях.
спасибо за статью.
А какой радиус действия у каждого модуля?
Вот скажем если я хочу иметь сеть длиной в 1км, то сколько мне понадобится таких устройств (минимум)?
(в данном случае исключим резервирование, т.е. все датчики на одной прямой, если один вышел из строя то сеть разорвана)
Очень многое зависит от условий окружающей среды, от типа использованного оборудование. Сложность таких сетей как раз и состоит в том, что очень сложно заранее предсказать как точно она будет работать. Необходимо время на моделирование и отладку.
Что касается выхода из строя одного из узлов. Есть это была цепь, то узлы, которые окружали «умерший» узел, могут повысить мощность передачи, это несколько продлит время работы сети, но запас энергии этих узлов сократится гораздо быстрее.
Например мы разрабатывали алгоритмы, когда несколько узлов синхронизовывались и передавали информацию совместно, что позволяло увеличить дальность передачи. Моделирование показало, что такой подход может продлить время жизни сети.
А можно поподробней? Вот я тож занимаюсь беспроводными сетями и мне часть ваших утверждений кажется странными. Основной параметр, влияющий на живучесть сети — это максимальное количество хопов а никак не мощность трансивера или какая-то совместная передача информации. При выходе из стоя узла как правило просто меняется маршрут доставки сообщения. Кстати, алгоритмы расчета минимального маршрута так же сильно влияют на живучесть и это собстно квинэссенция академического изучения WSN.
Параметров влияющих на время жизни сети очень много, количество хопов один из них и его нельзя считать основным.
Представьте ситуацию, когда информация стекается на базовую станцию («sink»), это типичная топология сенсорных сетей. В таком случае узлы, которые находятся в непосредственной близости от базовой станции выходят из строя гораздо быстрее, так как через них проходит максимальное поличество данных. И при выходе из строя всех ближайших узлов, сеть польностью «умирает». У меня есть графики такого процесса. В данном случае число хопов до этого вообще не имеет значение.
А мощность передатчика напрямую влияет на время жизни сети. Увеличиваем мощность, соответственно растет расход энергии, что приводит к быстрой деградации сети.
Протоколы определения эффективного маршрута — это лишь часть науки о WSN. Интересных тем для изучения десятки, если ни сотни.
Число хопов имеет значение при прокладывании маршрута. Простые протоколы обеспечивают 4-6 хопов, чего для нормальной работы сети с количеством узлов больше 50 уже мало.
Если у вас в сети нет роутеров с неавтономным питанием и сеть умирает при отказе все датчиков в непосредственной близости с координатором — мне очень жаль вашу сеть =(
Это не моя сеть, это одна из типичных конфигураций. В большинстве случаев нельзя обеспечить неавтономное питание даже на базовой станции, не говорю уже о роутерах.
Есть исследования, которые показывают, что сети с числом хопов более 6 нежизнеспособны и неэффективны.
В большинстве случаев мне интересны только прикладные исследования. А прикладывать WSN в России сейчас актуально в ЖКХ инфраструктуру — это автоматический съем данных с различных счетчиков ресурсов. А это однозначно помещения и постоянное питание координаторов и роутеров. ЖД, строительство, сельское хозяйство — совсем нет заказчиков. Там немножко другие законы, если вы понимаете о чем я.
Ну а про количестве хопов — расскажите консорциуму ZigBee. Из опыта — на среднем подъезде жилого дома число хопов будет больше 10. Естественно с роутерами.
Вы говорите о конкретном применении в конкретной области, я же пока обсуждаю концепцию таких сетей в целом.
Кстати у моих коллег есть проект по применению таких сетей в ЖКХ в России, сейчас попросил выслать мне материалы, я их посмотрю и возможно напишу статью про этот проект. Вам наверно будет интересно.
В свою очередь хотелось бы, чтобы Вы рассказали о своем опыте внедрения таких сетей, было бы очень интересно.
несколько узлов на маршруте это не резервирование, это обычное построение сети. Вход узла из строя это все таки довольно редкое событие, гораздо чаще меняется обстановка в эфире. К примеру, кто-нибудь включает бустер на своем Wi-fi маршрутизаторе — и привет. WSN как правило ориентируются на диапазон 2.4 ГГц (хотя есть и сети в ISM диапазонах 433, 868 МГц), и если бустер самопальный или дешевый китайский и дает много гармоник на соседние каналы, что некоторые узлы сети могут просто выпасть.
Т.е. я о чем — если для беспроводных модемов P2P, например, радиус действия еще можно принимать за тех характеристику, то для узлов беспроводной сети датчиков этот параметр не важен в силу особенностей работы сети. Дальность действия датчика в поле (влажность почвы) и в помещении (счетчик газа, воды, энергии) будет различаться в несколько раз и даже на порядок, опираться на это при создании сети неправильно.
Естественно нельзя сравнивать радиус действия в помещении и на открытом пространестве. Это просто не имеет смысла.
Но радиусы действия на октрытом пространестве вполне подходят для сравнения, хотя там тоже не все однозначно.
Поэтому в любом случае при развертывании сети, необходимо проводить детальное моделирование и дальнейшую настройку. Что часто бывает довольно ресурснозатратно.
В фантастическом романе Вернора Винджа «Глубина в небе» описывались локализаторы. Крайне миниатюрное устройство, обладающее набором сенсоров (звук, свет и тд) и способное перезаряжаться от электромагнитных импульсов. При этом куча таких локализаторов, измеряя время прохождения сигнала между собой, определяла точное положение других в пространстве. Более того каждый обладал определенной вычислительной мощностью и сеть таких локализаторов становилась некислой вычислительной системой.
Ну и естественно были уже совсем фантастические фичи. К примеру, такой локализатор пристраивался рядом с глазным нервом, и мог передавать картинку, мог следить за биологическими показателями организма. В общем очень крутая штука, с довольно широким спектром применения, от простого позиционирования объектов, до тотального контроля над персоналом.
Устройства по цепочке передают данные на главный модуль? А как на счёт каскадного увеличения нагрузки? Т.е. узел, ближайший к главному модулю будет большую часть времени заниматься ретрансляцией чужих данных, а при определенной нагрузке — просто перестанет справлятся с работой. Ну и как минимум, батаря съедаться будет гораздо быстрее. Соответственно, в какой-то момент может сложится ситуация, что у модулей на периферии еще батарейка в порядке, а у ближних к главному модулю энергии уже нету.
Да во многих вариантах архитектуры сети такая проблема наблюдается. Есть несколько вариантов решений такой проблемы:
1) Можно перемешивать(менять) маршруты, что может снизить нагрузку на на некоторые узловы устройства.
2) Можно добавлять в сеть промежуточные устройства — шлюзы, которые имеют больший запас энергии.
3) Нами, насколько я знаю впервые, был предложен метод коллективной передачи информации, путем синхронизации группы узлов.
Mishagin K., Pastuhov V., Sadkov A., Umnov A., «The Sensor Ad Hoc Network Based on Self-Organized Antenna Arrays», International Conference IMMD2004, 2004, Vladimir.
Пост немного мутный. Стоило бы начать сразу с действующего примера использования. Автор 6 лет работает с такими сетями. Будет замечательно, если он продемонстрирует одну из них в действии: на видео, на фото, на скриншотах с визуализациями поступающий информации. Ну и пару историй успеха, когда применение таких сетей сделало чью-то жизнь лучше. А уже тогда люди начнут спрашивать про конкретные железки, софтины и подтянутся, тоже начнут работать над такими устройствами.
Тема очень интересная и перспективная.
Спасибо и успехов.
Спасибо за комментарий. Да, надо было в первом посте привести конкретный пример применения. Надеюсь исправится в следующих стратьях и рассказать подробно о нескольких экспериментах.
Вы про en.wikipedia.org/wiki/Wireless_Sensor_Networks?
Очень интересно было бы почитать про использование в сфере «умный дом» и сделай-сам. Индустриальное применение конечно тоже интересно, но, как мне кажется, это не в формате хабры.
Да это и есть беспроводные сенсорные сети. К сожалению я лично не сталкивался с применениями в сфере «умный дом». Попробую поискать какую-нибудь информацию.
Беспроводные сенсорные сети