Мой знакомый попросил опубликовать данную статью.У него нет аккаунта на Хабре, но он очень хотел бы получить инвайт.Автор получил инвайт — axel2001 Все плюсы ему.
За инвайт спасибо — tar
Я хочу посвятить свою статью технологиям беспроводных сенсорных сетей (wireless sensor networks), которая, как мне кажется, незаслуженно обделена вниманием хабра-сообщества. Основной причиной этого я вижу то, что технология пока так и не стала массовой и в большей части интересна скорее академическим кругам. Но я думаю в ближайшее время мы увидим много продуктов, так или иначе основанные на технологиях таких сетей. Я занимался исследованиями сенсорных сетей на протяжении нескольких лет, написал кандидатскую диссертацию на эту тему и ряд статей в российские и зарубежные журналы. Также мной был разработан курс по беспроводным сенсорным сетям, который я читал в Нижегородском Государственном Университете (ссылку на курс не привожу, если Вам интересно, могу дать ссылку в частном порядке). Имея опыт работы в данной области, хочу поделиться им с уважаемым сообществом, надеюсь Вам будет интересно.
Общие сведения
Беспроводные сенсорные сети получили большое развитие в последнее время. Такие сети, состоящие из множества миниатюрных узлов, оснащенных маломощным приемо-передатчиком, микропроцессором и сенсором, могут связать воедино глобальные компьютерные сети и физический мир. Концепция беспроводных сенсорных сетей привлекает внимание многих ученых, исследовательских институтов и коммерческих организаций, что обеспечило большой поток научных работ по данной тематике. Большой интерес к изучению таких систем обусловлен широкими возможностями применения сенсорных сетей. Беспроводные сенсорные сети, в частности, могут использоваться для предсказания отказа оборудования в аэрокосмических системах и автоматизации зданий. Из-за своей способности к самоорганизации, автономности и высокой отказоустойчивости такие сети активно применяются в системах безопасности и военных приложениях. Успешное применение беспроводных сенсорных сетей в медицине для мониторинга здоровья связано с разработкой биологических сенсоров совместимых с интегральными схемами сенсорных узлов. Но наибольшее распространение беспроводные сенсорные сети получили в области мониторинга окружающей среды и живых существ.
Железо
Из-за отсутствия четкой стандартизации в сенсорных сетях, существует несколько различных платформ. Все платформы отвечают основным базовым требованиям к сенсорным сетям: малая потребляемая мощность, длительное время работы, маломощные приемо-передатчики и наличие сенсоров. К основным платформам можно отнести MicaZ, TelosB, Intel Mote 2.
MicaZ
- Микропроцессор: Atmel ATmega128L
- 7.3728 Мгц частота
- 128 Кб флеш-памяти для программ
- 4 Кб SRAM для данных
- 2 UART’s
- SPI шина
- I2С шина
- Радио: ChipCon CC2420
- Внешняя флеш-память: 512 Кб
- 51-pin дополнительный коннектор
- восемь 10-битовых аналоговых I/O
- 21 цифровых I/O
- Три программируемых LEDs
- JTAG порт
- Питание от двух батарей AA
TelosB
- Микропроцессор: MSP430 F1611
- 8 Мгц частота
- 48 Кб флеш-памяти для программ
- 10 Кб RAM для данных
- UART
- SPI шина
- Втроенный 12-битовый ADC/DAC
- DMA контроллер
- Радио: ChipCon CC2420
- Внешняя флеш-память: 1024 Кб
- 16-pin дополнительный коннектор
- Три программируемых LEDs
- JTAG порт
- Опционально: Сенсоры освещенности, влажности, температуры.
- Питание от двух батарей AA
Intel Mote 2
- 320/416/520 МГц PXA271 XScale микропроцессор
- 32 Мбайта Флеш-памяти
- 32 Мбайта ОЗУ
- Mini-USB интерфейс
- I-Mote2 коннектор для внешних устройств(31+21 pin)
- Radio: ChipCon CC2420
- Светодиодные индикаторы
- Питание от трех батарей AAA
Каждая платформа по своему интересна и имеет свои особенности. Лично у меня был опыт работы с платформами TelosB и Intel Mote 2. Также в нашей лаборатории была разработана собственная платформа, но она является коммерческая и я не могу подробно о ней рассказывать.
Наиболее распространенным 3 года назад было использование чипсета CC2420 в качестве маломощного приемо-передатчика.
Программное обеспечение и передача данных
Основным стандартом передачи данных в сенсорных сетях является IEE802.15.4, которые специально был разработан для беспроводных сетей с маломощными приемо-передатчиками.
Никаких стандартов в области программного обеспечения в сенсорных сетях нет. Существует несколько сотен различных протоколов обработки и передачи данных, а также систем управления узлами. Наиболее распространенной операционной системой является система с открытым кодом – TinyOs (будучи в Стэнфордстком университете, лично познакомился с одним из разработчиков). Многие разработчики (особенно это касается коммерческих систем) пишут свою систему управления, часто на языке Java.
Программа управления сенсорного узла под управлением операционной системы TinyOs пишется на языке nesC.
Стоить отметить, что из-за дороговизны оборудования и сложности настройки сенсорных сетей, широкое распространение получили различные системы моделирования, в частности система TOSSIM, специально разработанная для моделирования работы узлов под управлением TinyOs.
Заключение
Сенсорные сети получают все большее распространение в России. Когда я начинал ими заниматься в 2003-ем году, количество человек в России, кто был знаком с данной технологией, можно было пересчитать по пальцам. В том числе в России этим занималась небезызвестная Luxsoft Labs.
Я работал с сенсорными сетями на протяжении 6 лет и могу многое рассказать про эти технологии. Если Хабрасообществу будет интересно и у меня будет возможность, то я с удовольствием напишу серию статей на эту тему. Могу затронуть такие вещи как: реальная работа с платформой TmoteSky, особенности программирования под систему TinyOs на языке nesC, оригинальные результаты исследований, полученных в нашей лаборатории, впечатления о 1.5 месяцах работы в Стэнфордском университете, в проекте по сенсорным сетям.
Всем спасибо за внимание, с удовольствием отвечу на Ваши вопросы.
