Ασύρματο δίκτυο αισθητήρων

Παρακολούθηση περιοχής

Η παρακολούθηση περιοχής είναι μια κοινή εφαρμογή των αισθητηριακών δικτύων. Στην παρακολούθηση περιοχής, το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων έχει αναπτυχθεί σε μια περιοχή όπου κάποιο φαινόμενο πρέπει να παρακολουθηθεί. Ένα παράδειγμα από τον στρατό είναι η χρήση των αισθητήρων ώστε να ανιχνευθεί η εχθρική εισβολή. Ενα πολιτικό παράδειγμα είναι η γεω-περίφραξη του φυσικού αερίου ή στους αγωγούς πετρελαίου.

Περιβαλλοντική / γεωσκόπηση

Ο όρος Περιβαλλοντικά δίκτυα αισθητήρων έχει εξελιχθεί για να καλύψει πολλές εφαρμογές των ασύρματων δικτύων αισθητήρων για την έρευνα της γεολογίας. Αυτό περιλαμβάνει την παρακολούθηση με αισθητήρες ηφαιστείων, ωκεανών, παγετώνων, δασών κτλ. Ορισμένοι από τους κύριους τομείς αναφέρονται παρακάτω.

Παρακολούθηση της ρύπανσης του αέρα

Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων έχουν αναπτυχθεί σε διάφορες πόλεις (Στοκχόλμη, Λονδίνο και Μπρισμπέιν) για την παρακολούθηση της συγκέντρωσης των επικίνδυνων αερίων για τους πολίτες. Αυτά μπορούν να επωφεληθούν από τις ασύρματες ζεύξεις ad-hoc και όχι από τις ενσύρματες εγκαταστάσεις που επίσης τα κάνουν πιο ευκίνητα για δοκιμαστικές μετρήσεις σε διάφορες περιοχές. Υπάρχουν διάφορες αρχιτεκτονικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τέτοιες εφαρμογές, καθώς και διάφορα είδη ανάλυσης δεδομένων και εξόρυξης δεδομένων που μπορούν να διεξαχθούν.

Ανίχνευση δασικών πυρκαγιών

Ένα δίκτυο αισθητήριων κόμβων μπορεί να εγκατασταθεί σε ένα δάσος για να ανιχνεύει πότε έχει εκδηλωθεί πυρκαγιά. Οι κόμβοι μπορούν να είναι εξοπλισμένοι με αισθητήρες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, την υγρασία και τα αέρια που παράγονται από φωτιά στα δέντρα ή τη βλάστηση. Η έγκαιρη ανίχνευση είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχή δράση των πυροσβεστών,χάρη στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, η πυροσβεστική θα είναι σε θέση να γνωρίζει πότε μια πυρκαγιά ξεκίνησε και πώς εξαπλώνεται.

Ανίχνευση κατολισθήσεων

Ένα σύστημα ανίχνευσης κατολίσθησης κάνει χρήση ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων για να ανιχνεύσει τις μικρές κινήσεις του εδάφους και αλλαγές στις διάφορες παραμέτρους που μπορεί να συμβούν πριν ή κατά τη διάρκεια μιας κατολίσθησης. Μέσα από τα δεδομένα που συλλέγονται μπορεί να είναι δυνατόν να γνωρίζουμε την εμφάνιση των κατολισθήσεων πολύ πριν αυτό συμβεί στην πραγματικότητα.

Παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων

Η παρακολούθηση της ποιότητας του νερού περιλαμβάνει την ανάλυση των ιδιοτήτων του νερού σε φράγματα, ποτάμια, λίμνες και ωκεανούς, καθώς και τα υπόγεια αποθέματα νερού. Η χρήση πολλών ασύρματων αισθητήρων που διανέμονται επιτρέπει τη δημιουργία μιας πιο ακριβούς εικόνας της κατάστασης των υδάτων, και επιτρέπει τη μόνιμη εγκατάσταση σταθμών παρακολούθησης σε περιοχές με δύσκολη πρόσβαση, χωρίς την ανάγκη του εγχειριδίου ανάκτησης δεδομένων.

Πρόληψη φυσικών καταστροφών

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων μπορούν να ενεργήσουν αποτελεσματικά για να αποτραπούν οι συνέπειες των φυσικών καταστροφών, όπως οι πλημμύρες. Ασύρματοι κόμβοι έχουν αναπτυχθεί με επιτυχία σε ποτάμια όπου οι μεταβολές της στάθμης του νερού θα πρέπει να παρακολουθείτε σε πραγματικό χρόνο.

Βιομηχανική παρακολούθηση

Παρακολούθηση μηχανημάτων υγείας
Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων έχουν αναπτυχθεί για την βασική συντήρηση των μηχανημάτων (Condition-based maintenance - CBM), δεδομένου ότι προσφέρουν σημαντική εξοικονόμηση κόστους και επιτρέπουν νέες λειτουργίες. Σε ενσύρματα συστήματα, η εγκατάσταση των αισθητήρων συχνά περιορίζεται από το κόστος της καλωδίωσης. Προηγουμένως απρόσιτες περιοχές, περιστρεφόμενα μηχανήματα, επικίνδυνες ή ζώνες περιορισμένης πρόσβασης  και τα κινητά περιουσιακά στοιχεία μπορούν πλέον να επιτευχθούν με ασύρματους αισθητήρες.

Καταγραφή δεδομένων

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων χρησιμοποιούνται επίσης για τη συλλογή δεδομένων για την παρακολούθηση των περιβαλλοντικών πληροφοριών, αυτό μπορεί να είναι τόσο απλό όσο η παρακολούθηση της θερμοκρασίας σε ένα ψυγείο η περίπλοκο όσο η παρακολούθηση του επιπέδου του νερού σε δεξαμενές υπερχείλισης σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Οι στατιστικές πληροφορίες μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για να δείξουν πώς τα συστήματα λειτουργούσαν. Το πλεονέκτημα των ασύρματων δικτύων αισθητήρων έναντι των συμβατικών καταγραφέων είναι η "ζωντανή" τροφή δεδομένων που έχουν σαν δυνατότητα.

Βιομηχανική λογική και έλεγχος των αιτήσεων

Σε πρόσφατη έρευνα ένας τεράστιος αριθμός πρωτοκόλλων επικοινωνίας ασύρματων δικτύων αισθητήρων έχουν αναπτυχθεί. Ενώ η προηγούμενη έρευνα εστιάζεται κυρίως στην ενημέρωση για την  ενέργεια, πιο πρόσφατες έρευνες έχουν αρχίσει να εξετάζουν ένα ευρύτερο φάσμα θεμάτων, όπως η αξιοπιστία των ασύρματων συνδέσεων, τις δυνατότητες σε πραγματικό χρόνο, ή την ποιότητα της παρεχόμενης υπηρεσίας. Τα νέα αυτά στοιχεία θεωρούνται καταλυτικά για μελλοντικές εφαρμογές σε βιομηχανικές και εφαρμογές ελέγχου σχετικών ασύρματων  εννοιών και μερική αντικατάσταση ή την ενίσχυση συμβατικών ενσύρματων δικτύων με τεχνικές WSN.

Παθητικός εντοπισμός και παρακολούθηση

Η εφαρμογή των WSN στο παθητικό εντοπισμό και την παρακολούθηση των μη συνεργάσιμων στόχων (δηλαδή, άτομα που δεν φορούν οποιοδήποτε ταμπέλα) έχει προταθεί από τη διάχυτη αξιοποίηση  χαμηλού κόστους φύσης της εν λόγω τεχνολογίας και τις ιδιότητες των ασύρματων ζεύξεων που είναι εγκατεστημένα σε ένα δίκτυο υποδομής WSN.

Παρακολούθηση έξυπνου σπιτιού

Παρακολούθηση των δραστηριοτήτων που εκτελούνται σε ένα έξυπνο σπίτι επιτυγχάνοντε με τη χρήση ασύρματων αισθητήρων,ενσωματωμένων σε αντικείμενα καθημερινής χρήσης, σχηματίζοντας ένα WSN. Όταν η κατάσταση αλλάζει σε αντικείμενα που βασίζονται στην ανθρώπινη χειραγώγηση συλλαμβάνεται από το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων που επιτρέπουν τη δραστηριότητα σε Υπηρεσίες υποστήριξης.

Hardware

Μια σημαντική πρόκληση σε ένα WSN είναι η παραγωγή χαμηλού κόστους και μικροσκοπικών αισθητήριων κόμβων. Υπάρχει ένας αυξανόμενος αριθμός των μικρών επιχειρήσεων που παράγουν WSN υλικό και η εμπορική κατάσταση μπορεί να συγκριθεί με αυτή των οικιακών υπολογιστών τη δεκαετία του 1970. Πολλοί από τους κόμβους είναι ακόμη στο στάδιο της έρευνας και της ανάπτυξης, ιδίως το λογισμικό τους. Επίσης εγγενείς στην υιοθέτηση αισθητήρα του δικτύου είναι η χρήση των πολλών χαμηλών μεθόδων ισχύος για απόκτηση δεδομένων.

Λειτουργικά συστήματα

Τα λειτουργικά συστήματα ασύρματων κόμβων του δικτύου αισθητήρων είναι συνήθως λιγότερο πολύπλοκα από τα γενικής χρήσης λειτουργικά συστήματα. Τα πιο έντονα μοιάζουν με τα ενσωματωμένα συστήματα, για δύο λόγους. Πρώτον, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων συνήθως έχουν αναπτυχθεί με μια συγκεκριμένη εφαρμογή κατά νού, όχι ως μια γενική πλατφόρμα. Δεύτερον, η ανάγκη για χαμηλό κόστος και χαμηλή ισχή οδηγεί τους κόμβους να έχουν χαμηλής ισχύος μικροελεγκτές εξασφαλίζοντας ότι οι μηχανισμοί, όπως η εικονική μνήμη είναι είτε περιττά ή υπερβολικά δαπανηρή για την εφαρμογή της.
Επομένως, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν τα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα όπως ECOS και στο UC / OS για τα δίκτυα αισθητήρων.Ωστόσο, τα εν λόγω λειτουργικά συστήματα συχνά σχεδιάζονται με ιδιότητες πραγματικού χρόνου.
Το TinyOS είναι ίσως το πρώτο λειτουργικό σύστημα ειδικά σχεδιασμένο για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Το TinyOS βασίζεται σε ένα event-driven μοντέλο προγραμματισμού αντί multithreading. Τα TinyOS προγράμματα αποτελούνται από μηχανισμούς χειρισμού συμβάντων και εργασιών με run-to-completion σημασιολογία. Όταν ένα εξωτερικό συμβάν, όπως ένα εισερχόμενο πακέτο δεδομένων ή μια ανάγνωση του αισθητήρα, TinyOS σηματοδοτεί τον κατάλληλο χειρισμό συμβάντων ώστε να χειριστούν την εκδήλωση. Οι χειριστές των συμβάντων μπορούν να δημοσιεύουν εργασίες που έχουν προγραμματιστεί από τον πυρήνα TinyOS κάποια στιγμή αργότερα.
Το LiteOS είναι ένα νεόκτιστο λειτουργικό σύστημα για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων,το οποίο παρέχει UNIX-όπως η αφαίρεση και η υποστήριξη για τη γλώσσα προγραμματισμού C.
Το Contiki είναι ένα λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιεί ένα απλό στυλ προγραμματισμού σε C, παρέχοντας παράλληλα προόδους όπως 6LoWPAN και Protothreads.
Το RIOT υλοποιεί μια δομή microkernel. Παρέχει multithreading με το πρότυπο API και επιτρέπει την ανάπτυξη σε C/C++. RIOT υποστηρίζει κοινά πρωτόκολλα Ίντερνετ, όπως 6LoWPAN, IPv6, RPL, TCP, και UDP.

Συνεργασία σε απευθείας σύνδεση πλατφορμών διαχείρισης των δεδομένων του αισθητήρα

Η συνεργασία σε απευθείας σύνδεση πλατφορμών διαχείρισης των δεδομένων του αισθητήρα είναι on-line υπηρεσίες βάσεων δεδομένων που επιτρέπουν στους ιδιοκτήτες των αισθητήρων να εγγράφοντε και να συνδέουν τις συσκευές τους για να μεταφέρουν τα δεδομένα σε μια ηλεκτρονική βάση δεδομένων για αποθήκευση και επίσης επιτρέπει στους προγραμματιστές να συνδέοντε με τη βάση δεδομένων και να δημιουργούν τις δικές τους εφαρμογές με βάση αυτά τα δεδομένα. Παραδείγματα όπως η Xively και η Wikisensing πλατφόρμα. Τέτοιες πλατφόρμες απλοποιούν την απευθείας συνεργασία των χρηστών σε διάφορα σύνολα δεδομένων που κυμαίνονται από την ενέργεια και το περιβάλλον δεδομένων σε πληροφορίες που συλλέγονται από υπηρεσίες μεταφορών. Άλλες υπηρεσίες περιλαμβάνουν τη δυνατότητα στους προγραμματιστές να ενσωματώνουν γραφήματα σε πραγματικό χρόνο και widgets σε ιστοσελίδες,την αναλύση και την επεξεργασία ιστορικών στοιχείων που πάρθηκαν από τις τροφοδοσίες δεδομένων, στέλνουν σε πραγματικό χρόνο ειδοποιήσεις από κάθε ροή δεδομένων για τον έλεγχο των σεναρίων, συσκευών και περιβαλλόντων.
Η αρχιτεκτονική του συστήματος Wikisensing περιγράφεται στο  περιγράφει τα βασικά στοιχεία των συστημάτων αυτών και περιλαμβάνουν APIs και τις διεπαφές για online συνεργάτες, ένα middleware που περιέχει την επιχειρηματική λογική που απαιτείται για τα δεδομένα διαχείρισης του αισθητήρα και επεξεργασία και αποθήκευση του κατάλληλου μοντέλο για την αποτελεσματική αποθήκευση και ανάκτηση των μεγάλων όγκων δεδομένων.

Προσομοίωση της ΑΔΑ

Επί του παρόντος, ο πράκτορας που βασίζεται στη μοντελοποίηση και την προσομοίωση είναι το μόνο παράδειγμα που επιτρέπει την προσομοίωση των πολύπλοκων συμπεριφορών στα περιβάλλοντα των ασύρματων αισθητήρων (όπως συρρέουν). Agent-based προσομοίωση των ασύρματων αισθητήρων και ad-hoc δίκτυα είναι ένα σχετικά νέο πρότυπο. Το Agent-based μοντέλο βασίστηκε αρχικά στην κοινωνική προσομοίωση.
Προσομοιωτές δικτύων, όπως OPNET, NS2 NetSim μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσομοιωθεί ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων.

Ενοποίηση δεδομένων και Sensor Web

Τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από ασύρματα δίκτυα αισθητήρων είναι συνήθως αποθηκευμένα με τη μορφή των αριθμητικών δεδομένων σε έναν κεντρικό σταθμό βάσης. Επιπλέον, το Open Geospatial Consortium (OGC) προσδιορίζει τα πρότυπα για την διαλειτουργικότητα των διεπαφών και κωδικοποιήσεις μεταδεδομένων που επιτρέπουν ολοκλήρωση σε πραγματικό χρόνο των ετερογενών ιστών αισθητήρων στο Internet, επιτρέποντας σε κάθε άτομο την παρακολούθηση ή τον έλεγχο Ασυρμάτων Δικτύων Αισθητήρων μέσω ενός προγράμματος περιήγησης στο Web.

Εσωτερικό  δίκτυο επεξεργασίας

Για να μειωθεί το κόστος της επικοινωνίας μερικοί αλγόριθμοι εξαλειφουν ή μειώνουν τις περιττές πληροφορίες των αισθητηρίων κόμβων και την αποφυγή διαβίβασης των στοιχείων, που δεν έχουν καμία χρήση. Όπως οι κόμβοι μπορούν να επιθεωρούν τα δεδομένα που προωθούν μπορούν επίσης να μετρήσουν τους μέσους όρους ή την κατευθυντικότητα για παράδειγμα των αναγνώσεων από άλλους κόμβους. Για παράδειγμα, στην ανίχνευση και την παρακολούθηση των αιτήσεων, είναι γενικά περίπτωση όπου  γειτονικοί κόμβοι αισθητήρων παρακολούθησης περιβαλλοντικών εγγράφουν χαρακτηριστικά παρόμοιες αξίες. Αυτό το είδος του πλεονασμού δεδομένων λόγω της χωρικής συσχέτισης μεταξύ των παρατηρήσεων του αισθητήρα εμπνέει τις τεχνικές για τη συγκέντρωση και εξόριξη δεδομένων στο δίκτυο.