In den letzten Jahren hat sich ein effizientes Design eines drahtlosen Sensornetzwerks zu einem führenden Forschungsgebiet entwickelt. Ein Sensor ist ein Gerät, das auf Eingaben unter physischen oder Umgebungsbedingungen wie Druck, Wärme, Licht usw. reagiert und diese Art von Eingabe erkennt. Die Ausgabe des Sensors ist im Allgemeinen ein elektrisches Signal, das zur weiteren Verarbeitung an eine Steuerung übertragen wird .

Drahtlose Sensornetzwerke (WSNs)

Ein drahtloses Sensornetzwerk kann als ein Netzwerk von Geräten definiert werden, die die von einem überwachten Feld gesammelten Informationen über drahtlose Verbindungen übertragen können. Die Daten werden über mehrere Knoten weitergeleitet, und mit einem Gateway werden die Daten mit anderen Netzwerken wie verbunden Wireless Ethernet .

Drahtlose Sensor Netzwerke

WSN ist ein drahtloses Netzwerk, das aus Basisstationen und der Anzahl der Knoten (drahtlose Sensoren) besteht. Diese Netzwerke werden verwendet, um physikalische oder Umgebungsbedingungen wie Schall, Druck, Temperatur zu überwachen und Daten kooperativ durch das Netzwerk an den Hauptstandort zu leiten, wie in der Abbildung gezeigt.

WSN-Netzwerktopologien

Für Funkkommunikationsnetze umfasst die Struktur eines WSN verschiedene Topologien wie die unten angegebenen.

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Topologie des drahtlosen Sensornetzwerks

Drahtlose Sensornetzwerktopologien

Sterntopologien

Die Sterntopologie ist eine Kommunikationstopologie, bei der jeder Knoten eine direkte Verbindung zu einem Gateway herstellt. Ein einzelnes Gateway kann eine Nachricht an mehrere Remote-Knoten senden oder empfangen. In Instar-Topologien dürfen die Knoten keine Nachrichten aneinander senden. Dies ermöglicht eine Kommunikation mit geringer Latenz zwischen dem Remote-Knoten und dem Gateway (Basisstation).

Aufgrund seiner Abhängigkeit von einem einzelnen Knoten zur Verwaltung des Netzwerks muss sich das Gateway innerhalb der Funkübertragungsreichweite aller einzelnen Knoten befinden. Der Vorteil besteht in der Möglichkeit, den Stromverbrauch der Remote-Knoten auf ein Minimum zu beschränken und einfach unter Kontrolle zu halten. Die Größe des Netzwerks hängt von der Anzahl der Verbindungen zum Hub ab.

Baumtopologien

Die Baumtopologie wird auch als kaskadierte Sterntopologie bezeichnet. In Baumtopologien stellt jeder Knoten eine Verbindung zu einem Knoten her, der höher im Baum platziert ist, und dann zum Gateway. Der Hauptvorteil der Baumtopologie besteht darin, dass die Erweiterung eines Netzwerks leicht möglich ist und auch die Fehlererkennung einfach wird. Der Nachteil dieses Netzwerks ist, dass es stark vom Buskabel abhängt, wenn es bricht, das gesamte Netzwerk zusammenbricht.

Maschentopologien

Die Mesh-Topologien ermöglichen die Übertragung von Daten von einem Knoten zu einem anderen, der sich innerhalb seines Funkübertragungsbereichs befindet. Wenn ein Knoten eine Nachricht an einen anderen Knoten senden möchte, der außerhalb des Funkkommunikationsbereichs liegt, benötigt er einen Zwischenknoten leiten Sie die Nachricht weiter zum gewünschten Knoten. Der Vorteil dieser Maschentopologie besteht in der einfachen Isolierung und Erkennung von Fehlern im Netzwerk. Der Nachteil ist, dass das Netzwerk groß ist und enorme Investitionen erfordert.

Arten von WSNs (Wireless Sensor Networks)

Je nach Umgebung kann die Arten von Netzwerken werden so beschlossen, dass diese unter Wasser, unter der Erde, an Land usw. eingesetzt werden können. Verschiedene Arten von WSNs umfassen:

Terrestrische WSNs
Unterirdische WSNs
Unterwasser-WSNs
Multimedia-WSNs
Mobile WSNs

1. Terrestrische WSNs

Terrestrische WSNs können Basisstationen effizient kommunizieren und bestehen aus Hunderten bis Tausenden von drahtlosen Sensorknoten, die entweder unstrukturiert (ad hoc) oder strukturiert (vorgeplant) bereitgestellt werden. In einem unstrukturierten Modus sind die Sensorknoten zufällig innerhalb des Zielbereichs verteilt, der von einer festen Ebene abgeworfen wird. Der vorgeplante oder strukturierte Modus berücksichtigt die Modelle für optimale Platzierung, Rasterplatzierung und 2D- und 3D-Platzierung.

In diesem WSN wird der Batterieleistung begrenzt ist, ist die Batterie jedoch mit Solarzellen als sekundäre Stromquelle ausgestattet. Die Energieeinsparung dieser WSNs wird durch Verwendung von Operationen mit niedrigem Arbeitszyklus, Minimierung von Verzögerungen und optimalem Routing usw. erreicht.

2. Unterirdische WSNs

Die unterirdischen drahtlosen Sensornetzwerke sind in Bezug auf Bereitstellung, Wartung, Gerätekosten und sorgfältige Planung teurer als die terrestrischen WSNs. Die WSN-Netzwerke bestehen aus mehreren Sensorknoten, die im Boden versteckt sind, um die unterirdischen Bedingungen zu überwachen. Um Informationen von den Sensorknoten an die Basisstation weiterzuleiten, befinden sich zusätzliche Senkenknoten über dem Boden.

Unterirdische WSNs

Die im Boden installierten unterirdischen drahtlosen Sensornetzwerke sind schwer aufzuladen. Die mit einer begrenzten Batterieleistung ausgestatteten Sensorbatterieknoten sind schwer aufzuladen. Darüber hinaus macht die unterirdische Umgebung die drahtlose Kommunikation aufgrund der hohen Dämpfung und des Signalverlusts zu einer Herausforderung.

3. Unter Wasser WSNs

Mehr als 70% der Erde sind mit Wasser besetzt. Diese Netzwerke bestehen aus mehreren Sensorknoten und Fahrzeugen, die unter Wasser eingesetzt werden. Autonome Unterwasserfahrzeuge werden zum Sammeln von Daten von diesen Sensorknoten verwendet. Eine Herausforderung der Unterwasserkommunikation ist eine lange Ausbreitungsverzögerung sowie Bandbreiten- und Sensorausfälle.

Unter Wasser WSNs

Unter Wasser sind WSNs mit einer begrenzten Batterie ausgestattet, die nicht aufgeladen oder ersetzt werden kann. Das Thema Energieeinsparung für Unterwasser-WSNs umfasst die Entwicklung von Unterwasserkommunikations- und Netzwerktechniken.

4. Multimedia-WSNs

Es wurden drahtlose Multimedia-Sensornetzwerke vorgeschlagen, um die Verfolgung und Überwachung von Ereignissen in Form von Multimedia wie Bildgebung, Video und Audio zu ermöglichen. Diese Netzwerke bestehen aus kostengünstigen Sensorknoten, die mit Mikrofonen und Kameras ausgestattet sind. Diese Knoten sind über eine drahtlose Verbindung miteinander verbunden, um Daten zu komprimieren, Daten abzurufen und zu korrelieren.

Multimedia-WSNs

“einpolige Umschalter ”

Zu den Herausforderungen beim Multimedia-WSN gehören ein hoher Energieverbrauch, hohe Bandbreitenanforderungen, Datenverarbeitung und Komprimierungstechniken. Darüber hinaus erfordern Multimedia-Inhalte eine hohe Bandbreite, damit die Inhalte ordnungsgemäß und einfach bereitgestellt werden können.

5. Mobile WSNs

Diese Netzwerke bestehen aus einer Sammlung von Sensorknoten, die einzeln verschoben und mit der physischen Umgebung interagiert werden können. Die mobilen Knoten können Sinn erfassen und kommunizieren.

Die mobilen drahtlosen Sensornetzwerke sind viel vielseitiger als die statischen Sensornetzwerke. Zu den Vorteilen von MWSN gegenüber den statischen drahtlosen Sensornetzwerken gehören eine bessere und verbesserte Abdeckung, eine bessere Energieeffizienz, eine überlegene Kanalkapazität usw.

Einschränkungen von drahtlosen Sensornetzwerken

Besitzen Sie sehr wenig Speicherkapazität - einige hundert Kilobyte
Besitzen Sie bescheidene Rechenleistung-8MHz
Funktioniert in kurzer Kommunikationsreichweite - verbraucht viel Strom
Benötigt minimale Energie - beschränkt Protokolle
Haben Sie Batterien mit einer begrenzten Lebensdauer
Passive Geräte liefern wenig Energie

Anwendungen für drahtlose Sensornetzwerke

Diese Netzwerke werden in Umweltverfolgungen wie Walderkennung, Tierverfolgung, Hochwassererkennung, Vorhersage und Wettervorhersage sowie in kommerziellen Anwendungen wie der Vorhersage und Überwachung seismischer Aktivitäten verwendet.
Militärische Anwendungen B. Verfolgungs- und Umgebungsüberwachungsüberwachungsanwendungen verwenden diese Netzwerke. Die Sensorknoten aus Sensornetzwerken werden in das interessierende Feld verschoben und von einem Benutzer ferngesteuert. Die Verfolgung von Feinden und Sicherheitserkennungen werden ebenfalls mithilfe dieser Netzwerke durchgeführt.
Gesundheitsanwendungen wie die Verfolgung und Überwachung von Patienten und Ärzten nutzen diese Netzwerke.
Die am häufigsten verwendeten drahtlosen Sensornetzwerkanwendungen im Bereich der Verkehrssysteme wie Verkehrsüberwachung, dynamisches Routing-Management und Überwachung von Parkplätzen usw. verwenden diese Netzwerke.
Schnelle Notfallreaktion, industrielle Prozessüberwachung , automatisierte Gebäudeklimatisierung, Überwachung von Ökosystemen und Lebensräumen, Überwachung der zivilen strukturellen Gesundheit usw. nutzen diese Netzwerke.

Hier dreht sich alles um die drahtlosen Sensornetzwerke und ihre Anwendungen. Wir glauben, dass die Informationen über die verschiedenen Arten von Netzwerken Ihnen helfen werden, sie für Ihre praktischen Anforderungen besser zu kennen. Abgesehen davon für zusätzliche Informationen über drahtlose SCADA , Fragen und Zweifel zu diesem Thema oder elektrische und elektronische Projekte und alle Vorschläge, bitte kommentieren oder schreiben Sie uns im Kommentarbereich unten.

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