Беспроводная сенсорная сеть

Беспроводная сенсорная сеть (англ. WSN, wireless sensor network) – беспроводная сеть, обладающая свойством самоорганизации и использующая датчики для мониторинга различных процессов.

История беспроводных сенсорных сетей началась в 1950-х годах с развертыванием сети SOSUS (Sound Surveillance System) в США. Данная сеть была разработана военными для обнаружения и отслеживания советских подводных лодок с использованием погружных акустических датчиков – гидрофонов (в настоящее время сеть используется для наблюдения за подводной дикой природой и вулканической деятельностью). 

Исследование сенсорных сетей началось примерно в 1980 году, когда американским агентством передовых оборонных исследовательских проектов DARPA были созданы DSNs («distributed sensor networks» – распределенные сенсорные сети). Впоследствии разработкой и изучением беспроводных сенсорных сетей занялись многие ведущие университеты и компании мира: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, Массачусетский технологический институт, IBM, Bell Labs, Crossbow Technology, Dust Networks и другие. 

Развитие современных беспроводных сенсорных сетей началось в 2000-х (разработка технологий передачи данных, физических модулей, алгоритмов взаимодействия узлов в сети, принятие стандартов IEEE 802.15.х, рекомендации RFC 4944, 4919) и активно продолжается на сегодняшний день.

Технологии, используемые в беспроводных сенсорных сетях: Bluetooth, IEEE 802.11 a/b/g, IEEE 802.15.4, IEEE 802.15.3

Топологии WSN:

• Звезда – каждое устройство связывается напрямую со шлюзом;

• Дерево – предполагается наличие корневого, родительских и дочерних узлов;

• Ячеистая – каждое устройство связано с несколькими соседними, и данные передаются по наиболее удобному маршруту.

Для создания крупных сетей, состоящих из тысяч узлов, часто используются различные комбинации из перечисленных выше топологий.

Типы узлов:

• шлюз – интерфейс между приложением и сенсорами;

• маршрутизаторы – узлы ретрансляции, используются для расширения зоны покрытия сети;

• оконечное устройство – физический интерфейс для подключения к сенсорам;

• сенсор/актуатор – устройство, определяющее изменение окружающей среды и передающее данные в сеть.

Состав автономного устройства (узла сети): элемент питания (батарея или аккумулятор), микроконтроллер, радиоантенна, схема для подключения датчиков, интерфейс доступа.

Операционные системы для узлов сети: Contiki, TinyOS 1.x, TinyOS 2.0, SOS, MANTIS, BTnuts, MagnetOS, LiteOS, Ambient RT.

Приложения беспроводной сенсорной сети используются в различных отраслях: здравоохранение, промышленность, ЖКХ, сельское хозяйство и др. Например, мониторинг микроклимата на фермах, мониторинг дорожного движения, аварийные службы оповещения, измерение электроэнергии, газа, воды, мониторинг состояния нефтяных и газовых скважин, система обнаружения лесных пожаров.

1. Гольдштейн, Б. С. Сети связи пост-NGN / Б. С. Гольдштейн, А. Е. Кучерявый. – СПб. : БХВ, 2013.
2. Кучерявый, А. Е. Самоорганизующиеся сети / А. Е. Кучерявый, А. В. Прокопьев, Е. А. Кучерявый. – СПб. : Любавич, 2011.
3. http://www.silabs.com/documents/public/white-papers/evolution-of-wireless-sensor-networks.pdf