무선 센서 네트워크(WSN). 어려운 산업 환경에서 무선 센서 네트워크를 배치하는 방법 다른 사전에 "무선 센서 네트워크"가 무엇인지 확인하십시오

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1 목차 서론 1 무선 센서 네트워크 소개 1.1 무선 센서 네트워크 및 표준 Wi-Fi 표준 WiMAX 표준 블루투스 표준 HomeRF 표준 ZigBee 표준 1.2 무선 네트워크에서의 라우팅 방법 2 네트워크 시뮬레이터의 개요 및 비교 및 ​​최적의 시뮬레이터 선택 2.1 개요 모델링 도구 무선 센서 네트워크 시뮬레이터 NS 시뮬레이터 Cooja 시뮬레이터 TOSSIM 시뮬레이터(TinyOS 시뮬레이터) OMNeT++ 시뮬레이터 3 NS-2 및 OMNeT 시뮬레이터의 비교 분석 일반 비교 3.2 결론 3.3 AODV 라우팅 프로토콜 3.4 NS-2 및 OMNeT AODV 모델에서 AODV 프로토콜 작동 시뮬레이션 OMNeT++ 4의 NS 모델 AODV 시스템에서 라우팅 모델의 개발 및 소프트웨어 구현 무선 통신 4.1 네트워크 모델링 4.2 소프트웨어 설치 및 구성 4.3 무선 통신 모델의 소프트웨어 구현 5 결과 분석 5.1 네트워크 지연 분석 5.2 네트워크 노드의 표준 편차 5.3 네트워크의 패킷 전송 5.4 전송 중 노이즈 내성 5.5 노드의 전력 소비 5.6 결론 6 생명 안전 6.1 시스템 계산 조건 6.2 인공 조명 계산 결론 사용 소스 목록 약어 목록 부록

2 서론 무선 센서 네트워크는 자동화 및 제어, 모니터링 및 제어를 위한 시스템을 적극적으로 개발하고 있습니다. 센서는 제어 장치와 상호 작용하여 정보를 수집, 처리 및 전송하기 위한 분산된 자체 구성 시스템을 만듭니다. "자체 구성 네트워크"의 개념은 장치가 서로를 "찾을 수 있고" 스스로 네트워크를 형성할 수 있는 시스템으로 정의되며, 노드 중 하나에 장애가 발생하는 경우 메시지 전송을 위한 새로운 경로를 설정할 수 있습니다. 센서 네트워크 기술은 네트워크를 구축하기 위해 보조 장비(케이블 채널, 터미널, 캐비닛 등)와 함께 값비싼 케이블이 필요하지 않습니다. 그리고 센서 네트워크는 현재 사용 중인 주요 인터페이스와 프로토콜을 지원하기 때문에 대규모 재구성 없이 기존 네트워크에 통합할 수 있다. 소형이므로 에너지가 필요 없는 센서(서비스 수명은 몇 년에 달할 수 있음)는 접근하기 어려운 장소와 넓은 지역에 배치할 수 있는 가능성을 제공합니다. 지속적으로 이동하거나 자주 이동하는 노드를 네트워크에 연결해야 하는 경우 무선 솔루션은 필수 불가결합니다. 그러나 무선 솔루션의 단점은 제한된 시간 동안 데이터 전달을 보장하고 전송된 정보를 무단 액세스로부터 보호한다는 측면에서 낮은 신뢰성입니다. 삶의 모든 영역에서 센서 네트워크의 개발과 도입은 인류에게 엄청난 이점을 제공할 것입니다. 감각 무선 네트워크에 대한 주제는 아직 충분히 연구되지 않았으며 현재 해결되지 않은 많은 문제와 한계가 있지만 이점은 기업이 ZigBee 표준과 같은 센서 네트워크에서 정보를 전송하기 위한 표준을 개발하도록 유인하고 있습니다. 이 논문의 목적은 고정 및 고정의 특성과 매개 변수를 연구하는 것입니다. 모바일 기기 ZigBee 시스템의 센서 네트워크.

3 1장. 무선 센서 네트워크에 대한 일반 정보 1.1. 무선 센서 네트워크 및 표준 무선 센서 네트워크(WSN)는 과학 연구를 위한 새로운 기회를 창출하는 현재 통신 시스템 개발에서 가장 유망한 분야 중 하나입니다. 소형 노드 크기(1입방인치 보드), 통합 무선 인터페이스, 낮은 전력 소비, 상당히 저렴한 비용 이 네트워크제어 및 관리 시스템을 구축하거나 보안을 모니터링해야 하는 생활 영역에서 사용하기에 매우 유용합니다. 무선 센서 네트워크는 기술, 경제 또는 조직상의 이유로 일반적으로 케이블을 배치하는 것이 불가능한 영역에서 주로 필요합니다. 센서 네트워크 노드(MOT)는 트랜시버, 마이크로컨트롤러, 배터리, 메모리 및 센서를 포함하는 보드입니다. 센서는 다양한 방식으로 사용될 수 있으며 가장 일반적으로 사용되는 센서는 온도, 압력, 습도, 조명, 덜 자주 진동 센서 또는 화학 측정입니다. 특별한 소프트웨어, 그들은 네트워크를 구성하고 서로 정보를 교환합니다. 대부분의 무선 센서 네트워크는 University of Berkeley에서 개발한 TinyOS 소프트웨어를 사용합니다. 메시지를 전송할 수 있는 최대 거리는 100미터를 넘지 않습니다. 데이터를 송수신하기 위해 각 노드에는 안테나가 장착되어 있습니다. 센서 네트워크의 프로세스는 그림 1.1에 나와 있습니다. 그림 1.1 센서 네트워크 모트의 과정

4 센서 네트워크 노드는 고정되어 특정 위치에 고정될 수 있으며 모바일 개체에 부착되어 네트워크의 일부로 남아 있는 동안 자유롭게 이동할 수도 있습니다. 티끌은 서로 정보를 주고받으며, 게이트웨이 근처에 있는 티끌은 축적된 데이터를 모두 보낸다. 일부 모트가 실패하면 네트워크는 재구성 후에도 계속 작동합니다. 그림 1.2는 센서 네트워크 노드의 내부 구조를 보여준다. 그림 1.2 센서 네트워크 노드 Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth, HomeRF, ZigBee 등 많은 데이터 전송 규격이 2.4GHz 대역을 공유하여 서로 간섭하는 Wi-Fi 규격 Wi-Fi 상표 Wi-Fi Alliance for wireless IEEE 표준 기반 네트워크 오늘날 인터넷에 연결되지 않은 랩톱이나 커뮤니케이터는 사실상 쓸모없는 하드웨어입니다. 넓은 덕분에 Wi-Fi를 사용하여인터넷 연결 문제를 해결하기 위해 이 용어가 널리 알려졌습니다. 처음에 Wireless Fidelity라는 문구가 일부 WECA 보도 자료에 등장했음에도 불구하고 현재 이 공식은 폐기되었으며 Wi-Fi라는 용어는 어떤 식으로도 해독되지 않습니다. 원래 POS 시스템용으로 의도된 제품은 WaveLAN 브랜드로 시장에 출시되었으며 1~2Mbps의 데이터 전송 속도를 제공했습니다. Wi-Fi 제작자 Vic Hayes는 IEEE b, IEEE a 및 IEEE g와 같은 표준을 지원하는 팀에 있었습니다. 일반적으로 Wi-Fi 네트워크 레이아웃에는 하나 이상의 액세스 포인트와 하나 이상의 클라이언트가 포함됩니다.

5 액세스 포인트를 사용하지 않고 클라이언트가 네트워크 어댑터곧장. 액세스 포인트는 100ms마다 0.1Mbps의 속도로 특수 비콘 패킷을 사용하여 네트워크 식별자(SSID)를 전송합니다. 따라서 0.1Mbps는 Wi-Fi의 가장 낮은 데이터 전송률입니다. 네트워크의 SSID를 알면 클라이언트는 이 액세스 포인트에 연결할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 동일한 SSID를 가진 두 개의 액세스 포인트가 범위에 들어오면 수신기는 신호 강도 정보를 기반으로 둘 중 하나를 선택할 수 있습니다. Wi-Fi 표준은 클라이언트가 연결 기준을 선택할 수 있는 완전한 자유를 제공합니다. Wi-Fi 장치는 오늘날 시장에서 어디에나 있습니다. Wi-Fi 로고가 있는 필수 인증을 통해 장비 호환성을 보장합니다. 데이터 전송 시 Wi-Fi 장치에서 방출되는 방사선은 휴대전화. 이 기술을 사용하면 케이블 없이 네트워크를 배포할 수 있으므로 네트워크 배포 및/또는 확장 비용을 줄일 수 있습니다. 옥외 및 유서 깊은 건물과 같이 케이블을 설치할 수 없는 위치는 무선 네트워크로 서비스할 수 있습니다. 이 기술을 통해 모바일 장치가 네트워크에 액세스할 수 있습니다. WEP 암호화 표준은 올바른 구성(알고리즘의 약한 강도로 인해)으로도 비교적 쉽게 깨질 수 있습니다. 최신 장치는 고급 WPA 및 WPA2 데이터 암호화 프로토콜을 지원하지만 많은 구형 액세스 포인트는 이를 지원하지 않으므로 교체해야 합니다. 2004년 6월 IEEE i(WPA2) 표준의 채택으로 새로운 장비에 사용되는 보다 효율적인 인증 및 암호화 방식이 가능해졌습니다. WPA 및 WPA2 프로토콜을 구현하려면 강력한 비밀번호사용자가 일반적으로 할당한 것보다 IEEE 표준은 네트워크 운영 Ad-hoc(BSS 기본 서비스 세트) 및 인프라 ESS 확장 서비스 세트의 두 가지 모드를 정의합니다. Ad-hoc 모드("point-to-point"라고도 함)는 특별한 액세스 포인트를 사용하지 않고 스테이션(클라이언트) 간의 통신이 직접 설정되는 간단한 네트워크입니다. 인프라 ESS 모드에서 무선 네트워크는 유선 네트워크에 연결된 하나 이상의 액세스 포인트와 일부 무선 클라이언트 스테이션으로 구성됩니다. 제한된 공간에서 무선 네트워크를 구성하기 위해 무지향성 안테나가 있는 송신기가 사용됩니다. 금속 보강재가 많이 포함된 벽(철근 콘크리트 건물에서는 내하중 벽임)을 통해 2.4GHz 대역의 전파가 때때로 전혀 통과하지 못할 수 있으므로 다음을 설정해야 합니다. 그러한 벽으로 분리된 방에 있는 자신의 액세스 포인트. IEEE 표준에 따라 작동하는 액세스 포인트 또는 클라이언트 스테이션의 송신기에서 방출되는 전력은 0.1W를 초과하지 않지만

6 많은 제조업체 무선 포인트액세스는 소프트웨어로만 전력을 제한하며 전력을 0.2-0.5 와트로 올리는 것으로 충분합니다. 비교를 위해 휴대 전화에서 방출되는 전력은 훨씬 더 큽니다(통화 시 최대 2W). 휴대전화와 달리 네트워크 요소가 머리에서 멀리 떨어져 있기 때문에 일반적으로 무선 컴퓨터 네트워크는 일반 네트워크보다 건강 측면에서 더 안전하다고 볼 수 있습니다. 휴대 전화. IEEE 무선 제품은 물리적, SSID 서비스 세트 식별자, MAC ID 미디어 액세스 제어 ID 및 암호화의 4가지 보안 수준을 제공합니다. 많은 조직에서 VPN과 같은 추가 암호화를 사용하여 침입으로부터 보호합니다. 현재 WPA2 크래킹의 주요 방법은 암호 추측이므로 암호 추측 작업을 최대한 어렵게 하기 위해 복잡한 영숫자 암호를 사용하는 것이 좋습니다. WiMAX 표준 WiMAX(English Worldwide Interoperability for Microwave Access)는 통신 광범위한 장치(워크스테이션 및 랩톱에서 휴대폰에 이르기까지)에 장거리에 걸쳐 보편적인 무선 통신을 제공하도록 설계된 기술입니다. IEEE 표준을 기반으로 하며 Wireless MAN이라고도 합니다(WiMAX는 기술이 아니라 Wireless MAN이 합의된 포럼의 이름이므로 속어 이름으로 간주되어야 함). WiMAX는 Wi-Fi 액세스 포인트를 서로 연결하고 인터넷의 다른 부분과 연결하는 문제를 해결하고 무선 통신을 제공하는 데 적합합니다. 광대역 액세스전용 회선 및 xdsl에 대한 대안으로. WiMAX를 사용하면 Wi-Fi 네트워크보다 훨씬 넓은 범위에서 고속으로 인터넷에 액세스할 수 있습니다. 이를 통해 기술을 백본 채널로 사용할 수 있으며 이는 로컬 네트워크는 물론 기존의 임대 및 xdsl 회선에서 계속됩니다. 결과적으로 이 접근 방식을 사용하면 도시 내에서 확장 가능한 고속 네트워크를 만들 수 있습니다. WiMAX는 일반적으로 허가된 스펙트럼(비허가 주파수도 사용될 수 있음)을 사용하여 ISP가 최종 사용자에게 지점간 인터넷 연결을 제공하는 수 킬로미터의 공간을 포괄하는 장거리 시스템입니다. 다양한 제품군 표준은 모바일(휴대전화 데이터 전송과 유사)에서 고정 액세스(유선 액세스의 대안으로 사용자의 무선 장비가 위치에 연결됨)에 이르기까지 다양한 액세스 유형을 제공합니다.

7 WiMAX와 달리 Wi-Fi는 일반적으로 수십 미터를 커버하는 단거리 시스템으로, 비인가 주파수 대역을 사용하여 네트워크 액세스를 제공합니다. 일반적으로 Wi-Fi는 사용자가 인터넷에 연결되거나 연결되지 않은 자신의 로컬 네트워크에 액세스하는 데 사용됩니다. WiMAX를 비교할 수 있다면 이동 통신, Wi-Fi는 고정되어 있습니다. 무선 전화(무선 전화). WiMAX와 Wi-Fi는 완전히 다른 QoS(서비스 품질) 메커니즘을 가지고 있습니다. WiMAX는 기지국과 사용자 장치 간의 연결 설정을 기반으로 하는 메커니즘을 사용합니다. 각 연결은 각 연결에 대한 QoS 매개변수를 보장할 수 있는 특수 스케줄링 알고리즘을 기반으로 합니다. Wi-Fi는 패킷이 다른 우선 순위를 받는 이더넷에서 사용되는 것과 유사한 QoS 메커니즘을 사용합니다. 이 접근 방식은 모든 연결에 대해 동일한 QoS를 보장하지 않습니다. 장점 세트는 전체 WiMAX 제품군에 내재되어 있지만 해당 버전은 서로 크게 다릅니다. 표준 개발자는 고정 및 모바일 애플리케이션 모두를 위한 최적의 솔루션을 찾고 있었지만 하나의 표준 내에서 모든 요구 사항을 결합하는 것은 불가능했습니다. 여러 기본 요구 사항이 중복되지만 다른 틈새 시장에 대한 기술의 초점으로 인해 표준의 두 가지 개별 버전이 만들어졌습니다(또는 오히려 두 가지 다른 표준으로 간주될 수 있음). 각 WiMAX 사양은 작동 주파수 범위, 대역폭, 방사 전력, 전송 및 액세스 방법, 신호 코딩 및 변조 방법, 무선 주파수 재사용 원칙 및 기타 지표를 정의합니다. 따라서 IEEE e 및 d 버전의 표준을 기반으로 하는 WiMAX 시스템은 실질적으로 호환되지 않습니다. 두 기술의 주요 차이점은 고정 WiMAX는 고정 가입자에게만 서비스를 제공하는 반면 모바일 WiMAX는 최대 150km/h의 속도로 이동하는 사용자 작업에 중점을 둡니다. 이동성은 가입자가 이동할 때(네트워크에서 발생하는 것처럼) 로밍 기능과 기지국 간의 "원활한" 전환의 존재를 의미합니다. 셀룰러 통신). 특정 경우에 모바일 WiMAX는 고정 사용자에게 서비스를 제공하는 데도 사용할 수 있습니다. 모바일 와이맥스의 발명으로 특수 단말기(일반 단말기와 유사한 모바일 스마트폰) 및 컴퓨터 주변기기(USB 라디오 모듈 및 PC 카드). WiMAX 네트워크를 사용하기 위한 장비는 여러 제조업체에서 공급하며 실내(일반 xdsl 모뎀 크기의 장치)와 실외 모두에 설치할 수 있습니다. 실내 배치용으로 설계되었으며 설치 시 전문 기술이 필요하지 않은 장비는 물론 더 편리하지만 전문적인 것보다 기지국에서 훨씬 더 짧은 거리에서 작동할 수 있습니다.

8 설치된 외부 장치. 따라서 실내에 설치된 장비는 네트워크 인프라 개발에 훨씬 더 많은 투자가 필요합니다. 일반적으로 WiMAX 네트워크는 기지국과 가입자 스테이션, 그리고 기지국을 서로, 서비스 제공업체 및 인터넷에 연결하는 장비와 같은 주요 부분으로 구성됩니다. IEEE 표준 제품군의 네트워크 구조는 기존 GSM 네트워크와 유사합니다(기지국은 최대 수십 킬로미터의 거리에서 작동하므로 이를 설치하기 위해 타워를 구축할 필요가 없습니다. WiMAX는 "라스트 마일" 문제를 해결하고 사무실 및 지역 네트워크에 대한 네트워크 액세스를 제공하는 데 모두 사용됩니다. 기지국과 가입자를 연결하기 위해 1.5 ~ 11GHz의 고주파 전파가 사용됩니다. 이상적인 조건에서 데이터 속도는 기지국과 수신기 사이의 가시선이 필요 없이 70Mbps에 도달할 수 있습니다. 10~66GHz의 주파수 범위를 사용하여 기지국 간에 연결(시선)이 설정되고 데이터 교환 속도는 140Mbps에 도달할 수 있습니다. 동시에 하나 이상의 베이스 스테이션이 기존 유선 연결을 사용하여 공급자의 네트워크에 연결됩니다. 그러나 사업자의 네트워크에 연결된 BS의 수가 많을수록 데이터 전송 속도와 네트워크 전체의 신뢰성이 높아집니다. Bluetooth 표준 Bluetooth를 통해 개인용 컴퓨터(데스크탑, 주머니, 랩톱), 휴대폰, 프린터, 디지털 카메라, 마우스, 키보드, 조이스틱, 헤드폰, 헤드셋과 같은 장치 간의 정보 교환이 가능하며 안정적이고 저렴하며 유비쿼터스 무선 주파수. 무선 채널을 통해 이러한 장치는 서로 다른 방에서도 반경 1 ~ 200m(범위는 장애물 및 간섭에 크게 좌우됨) 내에 있을 때 통신할 수 있습니다. AIRcable이 약 30km 범위의 Host XR Bluetooth 어댑터를 출시했다는 점은 주목할 가치가 있습니다. Bluetooth 장치가 함께 작동하려면 모두 공통 프로필을 지원해야 합니다. 프로필은 특정 사용자에 대해 사용할 수 있는 기능의 집합입니다. 블루투스 기기. Bluetooth 기술은 2.4 2.4835GHz의 비면허(러시아를 제외한 거의 모든 지역) 주파수 범위에 의존합니다. 이 경우 넓은 보호 대역이 사용됩니다. 주파수 범위의 하한은 2GHz이고 상한은 3.5GHz입니다. 주파수(스펙트럼 중심의 위치)는 ± 75kHz의 정확도로 설정됩니다. 주파수 드리프트는 이 간격에 포함되지 않습니다. 신호 인코딩은 2단계 방식 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)에 따라 수행됩니다. 논리 0과 1은 2에 해당합니다. 다른 주파수. 지정된 주파수 대역에서

9개의 할당된 79개의 무선 채널(각 1MHz) HomeRF 표준 HomeRF는 특히 홈 네트워크를 대상으로 하는 무선 기술입니다. HomeRF의 주요 아이디어는 가정 사용자의 요구 사항이 매우 다르다는 것입니다. 기업 사용자. 이것은 그들이 필요로 하는 솔루션이 그들을 위해 특별히 설계되었음을 의미합니다. HomeRF는 오늘날의 전사적 무선 솔루션보다 합리적으로 설치하기 쉽고 사용하기 쉽고 저렴한 장치를 제공함으로써 이 틈새 시장에 서비스를 제공하는 것을 목표로 합니다. HomeRF는 기존의 여러 음성 및 데이터 전송 표준을 기반으로 하여 단일 솔루션으로 결합합니다. FHSS를 사용하여 2.4GHz ISM 주파수 대역에서 작동합니다. 주파수 점프는 초당 50~100번의 속도로 발생합니다. 신호를 시간과 주파수로 확산시켜 간섭을 제거합니다. HomeRF는 블루투스 기술 기반의 개인 무선 네트워크에서 사용되는 것과 유사한 저전력 무선 송신기를 사용합니다. 두 기술의 차이점은 HomeRF가 SWAP(Standard Wireless Access Protocol)를 포함하여 홈 사용자 시장만을 대상으로 한다는 점입니다. 여기에는 HomeRF 내에서 멀티미디어 애플리케이션을 보다 효율적으로 처리할 수 있습니다. 송신기는 기지국에서 m 거리에서 작동하며 Compact Flash 카드에 내장될 수 있습니다. ZigBee 표준 ZigBee는 IEEE 표준을 기반으로 하는 소형, 저전력 무선 송신기를 사용하는 상위 계층 네트워크 프로토콜 집합의 이름입니다. 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 설명합니다. ZigBee는 낮은 데이터 전송률에서 긴 배터리 수명과 높은 데이터 보안이 필요한 애플리케이션을 대상으로 합니다. ZigBee 기술의 주요 특징은 상대적으로 낮은 전력 소비로 단순한 무선 통신 토폴로지(“point-to-point” 및 “star”)뿐만 아니라 중계 및 메시지가 있는 메시 토폴로지를 가진 복잡한 무선 네트워크를 지원한다는 것입니다. 라우팅. 이 기술의 적용 영역은 센서의 무선 네트워크 구축, 주거 및 건설 건물의 자동화, 개별 진단 의료 장비의 생성, 산업 모니터링 및 제어 시스템, 소비자 전자 제품 및 개인용 컴퓨터.

10 꿀벌이 벌집으로 돌아올 때의 행동에서 브랜드 이름이 유래되었습니다. ZigBee 프로토콜에 의해 형성된 네트워크는 자체 구성 통신 시스템의 필요성이 제기된 1998년부터 고려되었습니다. ZigBee는 낮은 전송 속도에서 긴 배터리 수명과 높은 데이터 전송 보안이 요구되는 응용 프로그램을 목표로 합니다. ZigBee는 산업, 과학 및 의료(ISM 대역) 무선 대역에서 작동합니다. 유럽에서는 868MHz, 미국과 호주에서는 915MHz, 세계 대부분의 국가에서는 2.4GHz입니다(세계 대부분의 관할 지역). ZigBee 장치는 대부분 절전 모드에 있기 때문에 전력 소비가 매우 낮아 배터리 수명이 길어질 수 있습니다. ZigBee 장치는 15ms 이하로 깨어날 수 있으며(즉, 절전 모드에서 절전 모드로 전환) 응답 대기 시간은 특히 Bluetooth와 비교하여 매우 낮을 수 있습니다. 칩 가격, 기술 개발의 낮은 비용 및 속도, 낮은 전력 소비 및 노이즈 내성과 같은 기준을 고려하면 ZigBee는 종종 현재라고 말할 수 있습니다. 최고의 선택. ZigBee 구현을 위한 칩은 Texas Instruments, Freescale, Atmel, STMicroelectronics, OKI 등과 같은 잘 알려진 회사에서 생산합니다. 이것은 보장합니다 낮은 가격이 기술의 구성 요소에 대한. ZigBee는 빌딩 조명 시스템, 산업용 차량 감시 시스템 등과 같은 하이 노드 제어 시스템을 위한 저속, 저전력 무선 네트워크의 틈새를 채우는 기술입니다. 현재 ZigBee 모듈은 Telegesis에서 출시한 ETRX2, ETRX3과 같이 매우 저렴합니다. 이에 익숙해지기 위해 USB 커넥터가 있는 조정자 모듈과 온도 및 광 센서, 테스트 버튼 등이 있는 라우터 또는 최종 장치로 작동하도록 구성할 수 있는 3개의 다른 모듈이 포함된 스타터 키트가 있습니다. 다음은 주요 표준의 비교 표입니다.

11 표 1.1 무선 네트워크 규격의 비교 특성 ZigBee 규격 와이파이 블루투스(IEEE) (IEEE b) (IEEE) 주파수 대역 2.GHz 2.4-2.483GHz 2.4-2.483GHz 대역폭 kbps,1 프로토콜 스택 크기, kb 1000 이상 250 이상 연속 배터리 수명, 일 네트워크의 최대 노드 수 동작 범위, m 영역 원격 전송 애플리케이션 모니터링 및 멀티미디어 유선 연결 정보의 대체 제어(인터넷, 메일, 비디오) 표 1.1에 주어진 특성은 ZigBee 1.2가 센서 네트워크에 대한 최적의 표준임을 보여줍니다. 무선 네트워크의 라우팅 방법 라우팅에는 단순, 고정 및 적응의 세 가지 유형이 있습니다. 그들 사이의 근본적인 차이점은 경로 선택 문제를 해결할 때 토폴로지 변경과 네트워크 부하를 고려하는 정도에 있습니다. 단순 라우팅은 경로를 선택할 때 네트워크 토폴로지의 변경이나 해당 상태(부하)의 변경이 고려되지 않는다는 점에서 다릅니다. 방향성 패킷 전송을 제공하지 않으며 효율성이 낮습니다. 장점은 라우팅 알고리즘을 구현하는 단순성과 개별 요소에 장애가 발생한 경우 네트워크의 안정적인 작동을 보장한다는 것입니다. 일부 실용수신된 다양한 단순 라우팅: 무작위 및 눈사태. 랜덤 라우팅의 특징은 통신 노드에서 임의로 선택된 하나의 자유 방향을 선택하여 패킷을 전송한다는 것입니다. 패킷은 네트워크를 통해 "방황"하고 유한한 확률로 목적지에 도달합니다. 이것은 최적의 패킷 전달 시간이나 대역폭의 효율적인 사용을 제공하지 않습니다.

12 네트워크 능력. 플러딩 라우팅(또는 모든 자유 출력 방향을 패킷으로 채우는 것)은 패킷이 이 노드로 온 곳을 제외하고 노드에서 모든 방향으로 패킷을 전송하는 것을 포함합니다. 이것은 모든 노드에서 발생하기 때문에 패킷의 "전파" 현상이 발생하여 네트워크 대역폭 사용이 크게 저하됩니다. 이를 방지하려면 패키지의 복사본을 표시하고 각 노드에서 패키지를 다시 통과하는 중복을 제거해야 합니다. 이 방법의 주요 이점은 패킷이 전송되는 모든 방향 중에서 적어도 하나가 이러한 시간을 제공하기 때문에 수신인에게 최적의 패킷 전달 시간이 보장된다는 것입니다. 이 방법은 패킷 전달의 시간과 신뢰성을 최소화하기 위한 요구 사항이 상당히 높을 때 무부하 네트워크에서 사용할 수 있습니다. 고정 라우팅은 경로를 선택할 때 네트워크 토폴로지의 변경 사항이 고려되고 부하의 변경 사항이 고려되지 않는다는 사실이 특징입니다. 각 목적지 노드에 대해 전송 방향은 최단 경로를 정의하는 라우팅 테이블(디렉토리)에서 선택됩니다. 카탈로그는 네트워크 제어 센터에서 컴파일됩니다. 네트워크 토폴로지가 변경되면 새로 컴파일되고 수정됩니다. 부하 변경에 대한 적응 부족은 네트워크 패킷 지연으로 이어집니다. 고정 라우팅의 단일 경로 및 다중 경로 유형은 구별됩니다. 첫 번째는 장애 및 과부하에 대한 불안정성과 관련된 두 가입자 간의 단일 패킷 전송 경로를 기반으로 구축되고, 두 번째는 두 가입자 간의 여러 가능한 경로를 기반으로 하여 선호 경로가 선택됩니다. 고정 라우팅은 토폴로지가 거의 변경되지 않고 패킷 흐름이 안정적인 네트워크에서 사용됩니다. 라우팅을 어댑티브(adaptive)라고 하며 토폴로지와 네트워크 부하 모두의 변경 사항을 고려하여 패킷 전송 방향을 결정합니다. 라우트를 선택할 때 사용되는 정보가 다른 적응형 라우팅에는 여러 가지 수정 사항이 있습니다. 로컬, 분산, 중앙 집중식 및 하이브리드 라우팅과 같은 수정이 널리 보급되었습니다. 로컬 적응 라우팅은 주어진 노드에서 사용 가능한 정보의 사용을 기반으로 하며 다음을 포함합니다. 이 노드에서 전송될 패킷의 모든 방향을 결정하는 경로 테이블; 출력 통신 라인의 상태에 대한 데이터(작동 여부); 전송을 기다리는 패킷 대기열의 길이입니다. 다른 통신 노드의 상태에 대한 정보는 사용되지 않습니다. 경로 테이블은 패킷을 최소 시간 내에 목적지까지 전달할 수 있는 최단 경로를 정의합니다. 이 방법의 장점은 노드의 최신 상태를 사용하여 경로를 결정한다는 것입니다. 이 방법의 단점은 전체 네트워크의 글로벌 상태를 고려하지 않고 경로 선택이 수행되기 때문에 "근시"입니다.

13 따라서 혼잡한 경로를 통해 패킷이 전송될 위험이 항상 있습니다. 분산 적응 라우팅은 로컬 라우팅에 대해 지정된 정보와 인접 네트워크 노드에서 수신한 데이터의 사용을 기반으로 합니다. 각 노드는 모든 목적지 노드에 대한 경로 테이블(카탈로그)을 형성하며, 최소 패킷 지연 시간을 갖는 경로가 표시됩니다. 네트워크가 시작되기 전 이 시간은 네트워크 토폴로지를 기반으로 추정됩니다. 네트워크 운영 과정에서 노드는 노드의 부하(패킷 큐의 길이)를 나타내는 소위 지연 테이블이라는 인접 노드와 주기적으로 교환합니다. 지연 테이블을 교환한 후 각 노드는 지연을 다시 계산하고 노드 자체의 대기열 길이와 수신 데이터를 기반으로 경로를 조정합니다. 지연 테이블의 교환은 주기적으로 수행될 수 있을 뿐만 아니라 부하 또는 네트워크 토폴로지가 갑자기 변경되는 경우 비동기식으로 수행될 수도 있습니다. 경로를 선택할 때 인접 노드의 상태를 고려하면 라우팅 알고리즘의 효율성이 크게 향상되지만 서비스 정보로 인해 네트워크 부하가 증가하는 대가를 치르게 됩니다. 또한 노드의 상태 변화에 대한 정보는 네트워크를 통해 비교적 느리게 전파되기 때문에 약간 오래된 데이터를 기반으로 경로를 선택합니다. 중앙 집중식 적응 라우팅은 각 네트워크 노드에 대한 라우팅 작업이 라우팅 센터(CM)에서 해결된다는 사실이 특징입니다. 각 노드는 주기적으로 자신의 상태(대기열의 길이 및 통신 회선의 상태)에 대한 메시지를 생성하고 이를 CM에 전송합니다. 이러한 데이터를 기반으로 각 노드에 대한 CM에서 경로 테이블이 컴파일됩니다. 당연히 CM으로의 메시지 전송, 라우팅 테이블의 형성 및 배포 -이 모든 것은 시간 지연과 관련이 있으므로 특히 네트워크의 큰 부하 리플과 함께 이 방법의 효율성 손실과 관련이 있습니다. 또한 CM이 실패할 경우 네트워크 제어를 상실할 위험이 있습니다. 하이브리드 적응 라우팅은 노드의 대기열 길이 분석과 함께 CM이 네트워크 노드로 보낸 라우팅 테이블의 사용을 기반으로 합니다. 따라서 중앙 집중식 및 로컬 라우팅의 원칙이 여기에서 구현됩니다. 하이브리드 라우팅은 중앙 집중식 라우팅(센터에서 형성한 경로가 다소 구식임) 및 로컬(방법의 "근시")의 단점을 보완하고 장점을 인식합니다. 센터의 경로는 네트워크의 글로벌 상태에 해당하고 계정 노드의 현재 상태는 문제 해결의 적시성을 보장합니다. .

14 Chapter 2. 네트워크 시뮬레이터의 검토 및 비교 및 ​​가장 적합한 시뮬레이터의 선택 2.1. 무선 센서 네트워크용 모델링 도구 개요 정보통신 시스템의 품질 지표를 평가하는 가장 효과적인 도구는 시뮬레이션입니다. 이를 위해 수많은 네트워크 시뮬레이터가 개발되었습니다. 가장 널리 퍼진 것을 생각해 봅시다. 시뮬레이터의 주요 언어는 C++와 Tcl(Tool Command Language)입니다. OTCL(Object Tcl)은 시뮬레이션을 만드는 데 사용됩니다. 프로그램은 무료로 제공되며, 프로그램 웹사이트에서 다운로드하여 학업 목적으로 사용할 수 있습니다. 시뮬레이터는 많은 프로토콜, 네트워크 유형, 네트워크 요소, 데이터 전송 모델을 지원합니다. Ad-hoc 네트워크 모델링을 위해 라우팅 프로토콜 AODV, DSDV, DSR 및 TORA가 지원되며, 모바일 노드와 함께 작동할 수 있는 기능을 제공하려면 추가 개발이 필요합니다. NS-2 시뮬레이터에는 IEEE 표준을 구현한 모델이 있으며 LR-WPAN(Low-Rate Wireless Personal Area) 모델의 구성요소 구조와 주요 기능은 그림 2.1과 같다.

15 그림 2.1 LR-WPAN NS-2 모델의 구성요소 구조 이 표준. 이와 관련하여 현재 NS-2에 존재하는 라우팅 프로토콜만 사용할 수 있으며 무선 센서 네트워크의 기능을 완전히 고려하지 않습니다. 시뮬레이터 사용에 대한 문서가 거의 없고 교육 문헌이 거의 없습니다. 자주묻는질문 목록을 참고하여 모델의 소스코드를 분석하는 것이 좋습니다. Cooja Simulator 무선 센서 네트워크용으로 특별히 설계된 운영 체제(OS) Contiki용 네트워크 시뮬레이터로, 직접 구현하기 전에 개발된 네트워크의 기능을 평가할 수 있습니다. Contiki는 센서 노드와 같은 저전력 장치를 위한 휴대용 OS입니다. Contiki 라이브러리는 시뮬레이터에 의해 로드되고 컴파일되며 특정 기능의 도움으로 네트워크가 모니터링되고 분석됩니다. 시뮬레이터는 무선 센서 네트워크용으로 설계되었지만 TCP/IP 프로토콜 스택도 지원합니다. 그림 2.2는 Cooja 시뮬레이터의 작업 창을 보여줍니다.

16 그림 2.2 Cooja 시뮬레이터 창 시뮬레이터는 Java 언어를 사용하여 모델을 생성하지만 C 언어로 네트워크 장치용 프로그램을 작성할 수 있습니다. Cooja는 확장 가능한 시뮬레이터이며 이를 위해 추가 플러그인 및 인터페이스가 사용됩니다. 인터페이스는 센서 노드의 속성을 설명하고 플러그인을 사용하면 시뮬레이션을 형성할 수 있습니다(예: 시뮬레이션 속도 제어 또는 센서 노드 간의 트래픽 관찰 및 제어). 시뮬레이터는 여러 네트워크의 동시 시뮬레이션을 지원합니다. Cooja 시뮬레이터의 기능 중 하나는 네트워크 수준, 운영 체제 수준 및 기계어 명령 수준의 세 가지 수준에서 동시 시뮬레이션이 가능하다는 것입니다. 초기에 Cooja는 Linux 및 Windows/Cygwin용으로 개발되었지만 나중에 MacO용 버전이 등장했습니다. TOSSIM 시뮬레이터(TinyOS Simulator) TinyOS는 센서 네트워크용으로 특별히 설계된 시스템입니다. nesc 언어로 설명된 구성 요소 프로그래밍 모델이 있습니다. TinyOS는 전통적인 의미의 운영 체제가 아닙니다. 임베디드 시스템 및 구성 요소 집합을 위한 소프트웨어 환경입니다.

17을 사용하면 TOSSIM과 같은 특정 애플리케이션으로 시뮬레이션 모델을 생성할 수 있습니다. TOSSIM 시뮬레이터는 최대 수천 개의 노드로 구성된 네트워크를 모델링할 수 있으며, 이를 분석하여 네트워크의 동작을 고정밀도로 예측할 수 있습니다. 가능한 간섭 및 오류가 있는 네트워크를 시뮬레이션함으로써 시뮬레이터는 네트워크에서 노드의 가능한 모든 상호 작용에 대한 간단하지만 동시에 효과적인 모델을 생성합니다. TinyOS 장치의 저전력 모델을 설명하는 시뮬레이터는 센서 노드의 동작을 매우 충실하게 시뮬레이션하고 특성을 설명하고 많은 실험을 수행합니다. 개발자의 편의를 위해 TOSSIM은 GUI사용자는 실행 중인 시뮬레이션 모델의 동작에 대한 상세한 시각화 및 재생산을 제공합니다. 가지고 가자 일반적 특성 TOSSIM 에뮬레이터: - 확장성 시뮬레이터는 다양한 구성의 많은 노드로 구성된 네트워크 모델을 지원합니다. 지금까지 개발된 가장 큰 TinyOS 네트워크는 약 850개의 노드로 구성되며 시뮬레이터는 이러한 모델을 지원할 수 있습니다. - 신뢰도 - 시뮬레이터는 실제 네트워크에서 발생할 수 있는 노드의 다양한 상호 작용을 설명합니다. - 연결 시뮬레이터는 구성 알고리즘을 그래픽 표현에 연결하여 개발자가 테스트할 수 있도록 합니다. 프로그래밍 코드, 실제 장치에서 실행하고 네트워크 시각화를 생성해야 합니다. TOSSIM의 아키텍처(그림 2.3)는 다음 요소로 구성됩니다. - 실제 티끌의 해당 하드웨어 구성 요소를 대체하는 소프트웨어 구성 요소 세트 - 외부 프로그램이 에뮬레이터와 상호 작용할 수 있도록 하는 통신 수단.

18 그림 2.3 TOSSIM 에뮬레이터 아키텍처 OMNeT++ 시뮬레이터 이 시뮬레이터다음과 같은 작업에 사용할 수 있는 개별 이벤트를 기반으로 하는 시뮬레이션 시스템입니다. -유선 및 무선 통신 시스템의 시뮬레이션; - 모델링 프로토콜; - 대기열 네트워크 모델링. OMNeT++ 프로그램은 개별 이벤트를 기반으로 하는 모든 네트워크를 모델링하는 데 적합합니다. 프로세스는 메시지를 교환하는 개체로 편리하게 표시됩니다. OMNeT++는 시뮬레이션 모델에 C++ 언어를 사용합니다. NED 고급 언어와 함께 시뮬레이션 모델은 큰 구성 요소로 조합되고 큰 시스템을 나타냅니다. 시뮬레이터는 그래픽 도구모델을 만들고 결과를 실시간으로 평가합니다. 프로그램 모델은 모듈이라고 하는 재사용 가능한 구성 요소로 조립됩니다. 모듈은 반복해서 사용할 수 있고 LEGO 브릭처럼 결합할 수 있습니다. 모듈은 포트를 사용하여 상호 연결되고 NED 고급 프로그래밍 언어를 사용하여 복합 모듈로 결합됩니다. 입력 모듈의 수는 무제한입니다. 모듈은 임의의 데이터 구조를 포함하는 메시지를 전달하여 통신합니다. 모듈은 보낼 수 있습니다

특정 포트에 대한 19개의 메시지 및 서버 연결 또는 서로 직접 연결. 예를 들어 후자는 무선 네트워크를 모델링하는 데 유용합니다. 그림 2.4 그래픽 NED 편집기 모델링 프로세스는 다양한 사용자 인터페이스에서 실행할 수 있습니다. 그래픽 애니메이션 사용자 인터페이스네트워크 및 인터페이스를 시연하고 디버깅하는 데 편리합니다. 명령줄변경에 편리합니다. OMNeT++ 구성요소: 1) 루트 모델링 라이브러리; 2) Eclipse 플랫폼 기반 OMNeT++ IDE; 3) 실행 중인 시뮬레이션의 그래픽 인터페이스, 실행 파일(Tkenv)에 대한 링크 4) 시뮬레이션 실행을 위한 명령줄 사용자 인터페이스(Cmdenv); 5) 문서, 예. OMNeT++는 가장 일반적인 운영 체제(Linux, Mac OS/X, Windows)에서 실행됩니다.

20 그림 2.5 NED 소스 코드 편집기 3장 NS-2 및 OMNeT 시뮬레이터의 비교 일반 비교 기능 이 섹션에서는 WSN(무선 센서 네트워크) 시뮬레이션 모델을 생성하고 해당 매개변수를 테스트하기 위해 OMNeT++ 및 NS-2 소프트웨어 제품의 사용을 비교합니다. 이 논문에서는 NS-2 및 OMNeT ++와 같은 시뮬레이터에 많은 주의를 기울였습니다. 그 이유는 첫 번째(MobiHoc 조사에서 네트워크 모델링에 이 시뮬레이터 사용의 약 45%가 사용됨)의 높은 보급률과 단순성 때문입니다. OMNeT ++ 시뮬레이터의 인터페이스. NS-2의 프로토콜 구현이 공개 도메인에서 사용 가능한 경우 이러한 시뮬레이터의 아키텍처가 다르기 때문에 OMNeT ++에서 동일한 프로토콜을 적용하는 데 어려움이 있습니다. 분석을 위해 무선 센서 네트워크 모델링 가능성과 네트워크에서 발생하는 실제 이벤트에 대한 시뮬레이션 이벤트의 대응에 대해 각 시스템에 대해 연구한 기준을 공식화하고 설정했습니다. 무선 센서 네트워크를 모델링하면 이론적 계산을 대략적으로 평가하고, 실제 네트워크에서 발생하는 작업을 예측하고, 네트워크에서 노드의 상호 작용을 설명하고, 새로운 프로토콜을 테스트하고, 설명할 수 있습니다. 가능한 해결책아키텍처 최적화,

21 새로운 네트워크 솔루션을 적용하기 위한 특정 토폴로지를 선택합니다. Table (3.1)은 NS-2 시뮬레이터와 OMNeT 시뮬레이터의 성능에 대한 일반적인 비교 특성을 보여주고 있다 결론 따라서 OMNeT ++ 프로그램은 배우기 쉬운 인터페이스를 가지고 있으며, 학문적 사용을 위해 무료이며, OMNeT의 기본 기능을 구현한다. ZigBee 네트워크 계층. 따라서 무선 센서 네트워크의 모델링 및 연구에 매우 적합합니다. 추가 작업을 위해 OMNet ++ 프로그램을 선택합니다. AODV 라우팅 프로토콜을 사용하여 무선 센서 네트워크를 모델링합니다.

22 표 3.1 NS-2 및 OMNeT++ 기능 비교 NS-2 OMNeT++ 매개변수 유연성 NS-2는 OMNeT++에서 TCP/IP 유연한 시뮬레이션 구조로 개발되었습니다. 각각 데이터 구성 요소가 패킷화되는 네트워크로 시뮬레이션된 네트워크에 사용할 수 있습니다. NS-2는 노드의 표현, 메시지 전달을 통해 엄격하게 상호 작용합니다. 프로토콜, 링크, 패킷 표현, 네트워크 주소는 장점이 있지만 변경할 수 없습니다. 동기화 개별 이벤트 개별 이벤트 시스템 플랫폼 Linux, FreeBSD, Solaris. Linux, Unix, 시뮬레이션 Windows(Cygwin) Windows(Cygwin) 지원 흐름 모니터링 흐름 모니터링 그래픽 시뮬레이션 시뮬레이션, C++로 인터페이스 설계 및 토폴로지 정의, 분석 및 시뮬레이션 결과 문헌, 비디오 자습서 확장성 NS-2에는 대규모 네트워크 확장성을 위한 OMNeT++가 없습니다. 대규모 네트워크를 지원합니다. 시뮬레이션 시뮬레이터에는 대규모 네트워크가 없습니다. 응용 프로그램 모델 및 프로토콜 제공에 대한 제한, 사용되는 컴퓨터의 하드웨어 모델 기능

23 3.3 AODV 라우팅 프로토콜 AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector)는 모바일 Ad-hoc 네트워크를 위한 동적 라우팅 프로토콜입니다. 이 프로토콜을 사용하면 모바일 노드가 새 목적지로의 경로를 빠르게 설정할 수 있으며 노드가 메모리에 비활성 경로를 저장할 필요가 없습니다. AODV 프로토콜은 네트워크 연결이 끊긴 경우 적시에 경로 재지정을 제공합니다. 고유한 기능은 경로를 업데이트할 때 시퀀스 번호를 할당하는 것입니다. 시퀀스 번호가 가장 높은 경로가 선호됩니다. AODV 프로토콜은 RREQ(경로 생성 요청), RREP(응답 메시지) 및 PERR(오류 메시지) 메시지 유형으로 정의됩니다. 프로토콜 동작에 대한 설명은 다음과 같습니다. 노드가 데이터를 보내야 할 때 전송 경로를 만들기 위해 RREQ를 보냅니다. 요청이 대상에 직접 도달하거나 중간 노드를 통해 경로 결정이 발생합니다. 요청 노드가 RREP 응답 메시지를 수신한 경우 경로가 생성됩니다. 응답 메시지는 요청 노드에 엄격하게 전달되며 네트워크 전체에 전송되지 않습니다(그림 3.1). 노드는 활성 경로의 링크도 모니터링합니다. 연결이 중단된 경우 RERR 오류 메시지가 전송되어 연결이 중단되었음을 다른 노드에 알립니다. 이 메시지는 이 방향으로 데이터를 전송할 수 없으며 새 경로가 필요함을 나타냅니다. 그림 3.1 경로 설정 AODV는 라우팅 프로토콜이므로 라우팅 테이블이 있습니다. 이러한 테이블은 임시 단거리 경로에도 생성됩니다. 이 테이블에는 다음 필드가 포함되어 있습니다. - 목적지 주소; - 수령인의 일련번호 - 현재에 대한 메모 일련 번호;

24 - 경로 상태에 대한 메모(활성, 작동하지 않음, 복원됨, 복원됨) - 재전송 횟수(목적지에 도달하는 데 필요한 재전송 횟수) - 경로의 지속 시간. AODV 프로토콜은 10개에서 1,000개 노드에 이르는 크기의 모바일 ad-hoc 네트워크용으로 설계되었으며 다양한 수준의 데이터 트래픽은 물론 저속, 중급 및 고속 데이터 속도로 작동할 수 있습니다. AODV 프로토콜은 UDP를 전송 프로토콜로 사용하여 응용 프로그램 계층에서 작동합니다. 노드가 적절한 요청을 보내지 않고 RREP 응답을 수신하는 것은 정상이며 응답을 수신한 노드는 이를 처리해야 합니다(MUST). 이 프로토콜의 장점은 데이터가 이미 설정된 경로를 따라 전송될 때 추가 트래픽이 생성되지 않으며 많은 양의 메모리도 필요하지 않다는 것입니다. 프로토콜의 단점은 처음에 경로를 생성하는 데 시간이 걸린다는 사실입니다. 많은 분량시각.

25 3.4 NS-2 및 OMNeT에서 AODV 프로토콜 작동 모델링 NS-2에서 AODV 모델. 그림 3.2 NS-2 아키텍처 NS-2는 TCL, OTCL, TCLCL, 이벤트 스케줄러 및 네트워크 구성 요소로 구성되어 있습니다. TCL(English Tool Command Language)은 NS-2에서 다양한 시뮬레이션 시나리오를 만드는 데 사용됩니다. OTCL은 제어 언어로 자리 잡고 있으며 그 목적은 모델링 환경을 구축하는 것입니다. TCLCL은 TCl과 C++로 작성된 시뮬레이션 스크립트 사이의 다리 역할을 합니다. 먼저 NS2는 C++로 구현된 다양한 네트워크 구성 요소와 이벤트 스케줄러의 모델을 조정하는 시뮬레이터입니다. OTCL은 네트워크 모델을 생성하기 위해 TCL로 작성된 시뮬레이션 스크립트의 C++ 파일과 OTCL에서 생성된 시뮬레이션 프로그램을 사용합니다. 그림 3.3 모델 생성 절차

26 그림은 NS-2에서 시뮬레이션을 실행하는 방법을 보여줍니다. 먼저 시뮬레이션 스크립트가 포함된 스크립트를 생성한 후 필요한 매개변수를 입력합니다. 시뮬레이션 스크립트는 사용된 프로토콜, 에너지 관리, 물리 계층 데이터 등과 같은 매개변수를 포함하는 TCL 파일입니다. 이러한 매개변수는 C++의 객체 지향 확장을 사용하여 NS-2에서 생성됩니다. 이 경우 시뮬레이션 시나리오에서 라우팅 프로토콜로 AODV 프로토콜을 사용합니다. AODV 프로토콜은 NS-2 디렉토리에 있는 C++ 파일입니다. 이 C++ 파일에서 AODV 프로토콜은 OTCL 시뮬레이션 시나리오에 연결됩니다. OMNeT++ OMNeT++의 AODV 모델은 모듈식 구조를 가지고 있으며 그 아키텍처는 그림 3.4에 나와 있습니다. 모델링 구성 요소 라이브러리는 C++로 작성된 단순 및 복합 모듈로 구성됩니다. 간단한 모듈 LEGO 블록의 원리에 따라 복합 그룹으로 결합되어 OMNeT ++ 개체를 생성합니다. 이 속성은 프로그램에 다양한 빌드를 위한 모듈 라이브러리가 미리 준비되어 있기 때문에 매우 편리합니다. 그림 3.5 OMNeT++ 모듈 시뮬레이션은 사용자 인터페이스 라이브러리(envir, Cmdenv, Tkenv)에서 제공하는 환경에서 실행되며 환경은 시뮬레이션 모델의 데이터 입력, 결과 출력, 디버깅, 렌더링 및 애니메이션 프로세스를 제어합니다.

27 OMNeT++에서 AODV 프로토콜은 시뮬레이션 구성 요소 라이브러리에서 구현되며 NED 파일은 모듈과 하위 모듈을 생성합니다. 그림 3.6 NED에서 모델 생성 시뮬레이션이 생성되는 것은 NED 파일에 있으며, 이를 기반으로 INI 파일은 네트워크 매개변수, 시뮬레이션 시간 등을 구성하도록 구성됩니다. 그림 3.7 시뮬레이션된 네트워크 생성의 세부 프로세스

28 OMNeT++ 및 NS2의 AODV 프로토콜 구현은 동일한 시뮬레이션 시나리오를 사용하여 평가됩니다. 4장 무선 통신 시스템에서 라우팅 모델 설계 및 프로그래밍 4.1 네트워크 모델링 네트워크 모델링 시나리오에는 다음이 포함됩니다. 1. 라우터 - 데이터 전송을 수행하고 패킷을 라우팅합니다. 2. 코디네이터는 네트워크를 구성하고, 장치를 네트워크에 연결할 때 설정을 합니다. 3. 모듈 노드는 배터리로 작동되는 터미널 장치입니다. 노드는 컨트롤러 또는 센서입니다. 네트워크의 노드 수는 특정 응용 프로그램의 요구 사항에 따라 설계됩니다. 그림 4.1 시뮬레이션 시나리오의 시각화 라우터와 조정자의 역할은 네트워크의 호스트 간의 연결을 구성하는 것입니다. 시뮬레이션은 일정한 속도로 7개의 다른 기간 동안 실행됩니다.

29 표 4.1 매개변수 매개변수 값 노드 수 50 시간 범위 0, 20, 40, 80, 120, 160, 200초 속도 20m/s 시뮬레이션 시간 200초. AODV 프로토콜의 시뮬레이션은 표 4.1에 설명된 매개변수에 따라 수행됩니다. 그림 4.2 네트워크의 그래픽 표현 시뮬레이션 결과를 기반으로 얻은 데이터를 분석하여 비교 그래프로 결합합니다.

30 그림 4.3 NS-2 및 OMNeT++용 PDR 그림 4.3은 두 시뮬레이터에서 얻은 PDR(패킷 무결성 전달 비율)을 보여줍니다. PDR 비율은 모든 지점에서 유사함을 알 수 있습니다. 그러나 서로 다른 시간 간격에서 PDR 값을 고려하면 가장 작은 값이 OMNeT ++에 의해 달성됨을 알 수 있습니다. 그림 4.4는 두 개의 시뮬레이터로 얻은 처리량 연구 결과를 보여주고 있다 그림 4.4 NS-2와 OMNeT++의 처리량 시뮬레이션을 수행하고 결과를 분석할 때 OMNeT++와 NS-2의 내부 구조를 고려하였다. 소스 코드를 포함하여 시뮬레이터를 분석한 후 구현의 차이점이 발견되었습니다. 즉, 한 시뮬레이터의 시뮬레이션 시나리오를 다른 시뮬레이터에서 재현하는 것이 불가능합니다. 또한 동일한 매개변수를 선택하더라도 OMNeT++ 및 NS-2에 대해 다른 결과를 얻는 것으로 나타났습니다.

31 이는 시뮬레이션 중 시뮬레이터 작동의 차이 때문입니다 소프트웨어 설치 및 구성 운영 체제 요구 사항 OMNET++ 및 MiXiM이 올바르게 작동하려면 다음 시스템 요구 사항을 고려해야 합니다. 지원되는 플랫폼: Windows 7, 8 및 XP; 맥 OS X 10.7, 10.8 및 10.9; 리눅스 배포판. OMNET++ 소프트웨어 다운로드는 웹사이트에서 다운로드할 수 있습니다. MiXiM은 다음 링크에서 다운로드할 수 있습니다. 소프트웨어 설치 및 구성 OMNET++를 설치하려면 omnetpp-4.5-src.tgz 아카이브를 원하는 디렉토리에 복사하고 파일의 압축을 풀어야 합니다. . 폴더에서 mingwenv.cmd 파일을 찾아 실행합니다. OMNET++를 설치하려면 다음 명령을 입력하십시오. $./configure 그림 4.5 OMNET++ 설치

32 설치가 완료되면 OMNET++를 컴파일해야 합니다. 다음 명령을 입력하십시오. $ make Figure OMNET++ 설치 파일 컴파일 OMNET++를 시작하려면 터미널에 다음 명령을 입력하십시오. $ omnetpp

33 그림 OMNET++ 작업 창 MiXiM을 설치하려면 파일을 OMNet++로 가져와야 합니다. 메뉴에서 파일 > 가져오기 > 일반 > 기존 프로젝트를 작업공간으로 선택하십시오. 다음을 클릭합니다. 표시되는 드롭다운에서 디렉토리를 선택합니다. 설치 파일믹심. 프로젝트를 작업 공간으로 복사 확인란을 선택해야 합니다. 다음으로 마침을 클릭합니다. 그림 MiXiM 4.3 설치 무선 모델의 소프트웨어 구현

34 OMNeT++의 MiXiM은 모바일 및 고정 무선 네트워크(무선 센서 네트워크, 본체 네트워크, Ad-hoc 네트워크, 전송 네트워크 등)를 위해 설계된 시뮬레이션 환경입니다. 입력 그래픽 편집기 OMNET++ MiXiM 시뮬레이션 환경은 다음과 같이 제시됩니다. 센서 네트워크의 시뮬레이션에서 직접 사용될 기능에 대한 설명이 제공됩니다. API 클래스 MiXiM의 구조: a) 기능별로 그룹화된 가장 중요한 클래스 모듈: 1) 응용 프로그램 수준 모듈; 2) 네트워크 계층의 네트워크 계층 모듈; 3) nic 네트워크 인터페이스; 4) 호스트 이동성을 지원하는 이동성 모듈; 5) 유틸리티 유틸리티; 6) 기본 MiXiM 기본 모듈; 7) 수학적 매핑 매핑; 8) MiXiM에서 구현된 다양한 프로토콜에 대한 프로토콜 클래스 9) 소비전력 b) 클래스: sensorapplayer 테스트 애플리케이션 계층 클래스. 다음 인수를 포함합니다. 1) 패킷: 애플리케이션에서 전송된 패킷 수. 2) 트래픽 유형: 두 패킷 생성 사이의 시간 간격(주기적, 지수적 값) 3) trafficparam: 트래픽 유형에 대한 매개변수입니다. 그림 4.9 sensorappllayer c) 이동성을 위한 계획: 무작위 움직임을 만드는 모바일 모델(모트)에 대한 MassMobilty 설명

35 . 네트워크를 모델링하려면 새 프로젝트를 만들어야 합니다. 메뉴에서 파일 > 새로 만들기 > 새 OMNeT++ 프로젝트를 선택합니다. 그림 4.10 새 프로젝트 만들기 다음을 클릭합니다. 다음 창에서 MiXiM 도구로 폴더를 선택합니다. 그림 4.11 MiXiM 도구 센서 네트워크의 매개변수에 따라 설정합니다.

36 그림 4.12 센서 네트워크 모델 설정 구성 파일은 섹션으로 시작합니다. 모든 시나리오에 대한 일반 매개변수를 지정합니다. 네트워크를 모델링하기 전에 다음 매개변수를 결정해야 합니다. - 스테이션 수(numnodes); - 시뮬레이션 시간(sim-time-limit); - 링크 계층 프로토콜 설정. 시뮬레이션은 60분(sim-timelimit = 60분) 동안 10개의 장치(numnodes = 10)에 대해 실행됩니다. 모든 장치는 링크 계층 프로토콜로 IEEE 프로토콜(mixim.modules.node.host802154a;)을 사용합니다. 이 경우 모바일 센서가 모델링되므로 Mass Mobility 매개변수를 선택합니다(부록 1). 그래픽 모드에서 초기 시간 t=0의 네트워크 토폴로지는 다음과 같습니다.

37 그림 4.13 네트워크 토폴로지 그림 시작점의 네트워크 토폴로지(시뮬레이션 실행 전) 시뮬레이션 중에 오브젝트의 이동으로 인해 토폴로지가 주기적으로 변경됩니다. 다른 시간 간격으로 센서는 위치를 변경합니다.

38 그림 4.15 15분에 센서의 위치 그림 4.16 42분에 센서의 위치 고정 센서의 시뮬레이션도 10개 장치(numnodes = 10)에 대해 60분(sim-timelimit = 60분) 동안 수행됩니다. 모든 장치는 링크 계층 프로토콜로 IEEE 프로토콜(mixim.modules.node.host802154a;)을 사용합니다. 이 경우 고정 센서가 모델링되므로 "고정 이동성" 매개변수를 선택합니다(부록 2). 그래픽 모드에서 네트워크 토폴로지는 다음과 같습니다.

39 그림 4.17 네트워크의 그래픽 표현 그림 4.18 네트워크 토폴로지 따라서 고정 및 이동 센서의 모델링이 이루어졌습니다. 비교 특성을 편리하게 수행할 수 있도록 센서는 동일한 치수의 방에 배치됩니다. 센서 네트워크의 센서에 대한 설정이 이루어졌습니다. 모든 장치는 링크 계층 프로토콜로 IE EE 프로토콜을 사용하며, 시뮬레이션은 1시간 동안 10개의 센서에 대해 수행되었습니다. MiXiM 도구는 무선 센서 네트워크를 만드는 데 사용되었습니다.

40 그림 4.19의 알고리즘 다이어그램은 MiXiM 환경에서 무선 네트워크가 시뮬레이션된 방법을 보여줍니다. 그림 4.19 시스템 운영 구조 5장. 결과 분석 5.1. 네트워크 지연 분석 시뮬레이션 결과를 받았으면 네트워크 성능 분석으로 넘어갑시다. 시뮬레이션 결과가 포함된 파일을 얻으려면 파일 > 새로 만들기 > 분석 파일을 선택합니다. 예를 들어

41 노드의 지연 기간(대기 시간). ZigBee 네트워크의 지연은 네트워크 토폴로지에 따라 달라지며 현재 간섭 수준과 트래픽 강도에 따라 크게 달라질 수 있습니다. OMNeT++에서는 수신된 데이터를 분석할 때 노드의 최소 및 최대 지연이 표시됩니다. 표 5.1 노드 대기 시간(대기 시간) 표 5.2 노드 대기 시간(대기 시간) OMNeT++를 사용한 데이터의 그래픽 표시:

42 그림 5.1 - 고정 센서의 최소 지연 그림 5.2 고정 센서의 최대 지연

43 그림 5.3 모바일 센서의 최소 지연 그림 5.4 모바일 센서의 최대 지연

44 시각적 표시를 위해 데이터를 비교 그래프로 요약해 보겠습니다. 그림 5.5 고정식 센서와 이동식 센서를 사용할 때의 최대 지연 그림 5.6 고정식 및 이동식 센서를 사용할 때의 최소 지연 이동식 센서의 지연은 더 적지만 성능이 덜 안정적이며, 이는 관련 따라서 서로 다른 시점에서 센서는 서로 매우 가까워 방해 없이 메시지를 전송할 수 있거나 장거리에 있고 긴 지연으로 메시지를 전송할 수 있습니다. 유사한 예를 그림 5.6에서 볼 수 있습니다.

45 5.2. 네트워크 노드의 표준 편차 비인가 대역에서 전송 중 간섭 및 편차의 소스는 동일한 대역에서 작동하는 장치일 수 있습니다. 이러한 유형의 RF 장치를 사용하는 경우 처리량무선 네트워크는 재전송과 장치가 매체에 액세스할 수 있는 권한을 놓고 서로 경쟁한다는 사실로 인해 크게 감소합니다. 그렇기 때문에 네트워크 계획 및 배포에 신중하게 접근하고 배포 중인 네트워크를 방해할 수 있는 다른 장치를 고려해야 합니다. ZigBee의 문제점은 WiFi 장치도 2.4Hz 대역에서 작동하며 ZigBee 트래픽이 있는 WiFi 트래픽이 간섭할 수 있다는 것입니다. ZigBee의 또 다른 문제는 네트워크가 무선 채널에서 고정 속도를 가지고 있음에도 불구하고 250kbps의 주장된 속도에서 실제 속도가 훨씬 더 낮다는 것입니다. 이것은 네트워크 노드의 네트워크 상호 작용 중에 발생하며 패킷을 확인하는 데 지연이 발생합니다. 또한 스택의 하위 수준에서 데이터를 처리하는 데도 시간이 걸립니다. 특정 시간. 네트워크 지연(stddev)의 표준 편차를 고려하십시오. 표준(제곱 평균 제곱근) 편차는 평균 값에 대한 확률 변수 값의 분포를 보여줍니다. 확산이 클수록 트래픽을 관리하기가 더 어려워집니다(정확한 순서로 패킷을 수신하고 패킷의 중복을 방지함). 표 5.3 노드의 표준 편차 고정 센서 모바일 센서 노드=0 0.94 노드=0 0 노드=1 0 노드=1 0.31 노드=2 0 노드=2 0.46 노드=3 1.58 노드=3 0 .99 노드=4 0 노드= 4 0 node=5 1.42 node=5 0.79 node=6 1.85 node=6 0.29 node=7 1.98 node=7 0 node=8 1.24 node=8 0.35 node=9 1.58 node=9 0.41 얻어진 히스토그램으로부터 고정 센서의 경우 노드 1,2,4 및 모바일 센서의 경우 노드 0.4,7이 데이터를 수신하지 않았으므로 이러한 노드의 편차는 100%입니다.

46 편의를 위해 데이터를 그래픽으로 표시합니다. 그림 5.7 고정식 센서를 사용할 때의 표준 편차 그림 5.8 이동식 센서를 사용할 때의 표준 편차

47 그림 5.9 고정 및 이동 센서의 표준 편차 5.3 네트워크에서의 패킷 전송 ZigBee 네트워크에서 전송된 패킷의 형식: 데이터 패킷(데이터 전송에 사용됨); 승인 패킷(성공적인 데이터 전송을 확인하는 데 사용됨) MAC 명령 패킷(MAC 제어 명령의 전송을 구성하는 데 사용됨) 신호 패킷(조정자가 동기화된 액세스를 구성하는 데 사용). 패킷 전송의 순서를 제어하기 위해 넘버링(Data sequence number)을 사용하며, 체크 합계프레임 시퀀스는 오류 없는 전송을 보장합니다(Frame Check Sequence - FCS). 확인 패키지는 다음을 제공합니다. 피드백데이터 패킷의 오류 없는 성공적인 전송에 대해 수신자에서 발신자에게. MAC 명령 패킷은 다음을 위해 필요합니다. 리모콘및 네트워크 장치를 구성합니다. 네트워크 조정자가 네트워크 크기에 관계없이 모든 네트워크 슬레이브를 개별적으로 구성할 수 있습니다. 신호 패킷은 동기화 패킷을 수신하는 기간에만 활성화되기 때문에 최종 장치를 활성화하기 위해 필요합니다.

48 표 5.4 수신된 패킷 수 고정 센서 모바일 센서 노드=0 18 노드=0 0 노드=1 0 노드=1 9 노드=2 0 노드=2 9 노드=3 16 노드=3 6 노드=4 0 노드=4 0 노드=5 17 노드=5 6 노드=6 16 노드=6 9 노드=7 16 노드=7 1 노드=8 17 노드=8 3 노드=9 17 노드=9 9 그림 5.10 고정 센서가 수신한 패킷 수

49 그림 5.11 모바일 센서가 수신한 패킷 수 획득한 데이터에서 알 수 있듯이 고정 센서를 사용할 때 각 노드는 평균적으로 주기당 15패킷(모바일 센서의 경우 8패킷)을 수신했습니다. 전송된 모든 패킷이 수신기에 도달한 것은 아니며 일부는 손실되었습니다. 수치에 따르면 이동식 센서의 손실 확률은 고정식 센서보다 2배 높습니다. 이는 네트워크 데이터 처리량 감소, 일시적인 중단 또는 무선 연결의 완전한 연결 해제, 센서의 잘못된 작동과 같은 다양한 요인 때문입니다. 비교 데이터를 시각적으로 보여주기 위해 하나의 그래프로 결합해 보겠습니다. 그림 5.12 고정 센서와 모바일 센서를 이용한 패킷 수신

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분산 센서 네트워크

무선 센서 네트워크란 무엇입니까?

센서 및 수신 장치

무선 센서 네트워크는 모티 (티끌) - 주파수(예: 2.4GHz)에서 무선 통신이 가능한 배터리 및 마이크로칩으로 구동되는 소형 자율 장치. 특수 소프트웨어를 사용하면 티끌이 스스로를 분산 네트워크로 구성하고, 서로 통신하고, 일반적으로 100미터를 초과하지 않는 가장 가까운 노드와 데이터를 조사 및 교환할 수 있습니다.

영어 문헌에서는 이러한 네트워크를 무선 센서 네트워크(WSN)은 센서를 사용하여 서로 다른 영역의 물리적 또는 환경적 조건을 공동으로 모니터링하는 지리적으로 분산된 자율 장치로 구성된 무선 네트워크입니다.

온도, 소리, 진동, 압력, 물체 또는 공기의 움직임과 같은 매개변수를 측정할 수 있습니다. 무선 센서 네트워크의 개발은 처음에 전장 감시와 같은 군사 작업에 의해 동기가 부여되었습니다. 현재 무선 센서 네트워크는 산업 및 환경 모니터링, 의료 및 물체 이동 제어를 포함하여 시민 생활의 많은 영역에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 범위가 점점 넓어지고 있습니다.

작업의 기본 원칙

3단계 네트워크 다이어그램. 1단계 센서 및 게이트웨이. 2차 서버 레벨. 계층 3 씬 클라이언트

각 네트워크 노드: 경구무선 송수신기 또는 기타 무선 통신 장치, 소형 마이크로컨트롤러 및 전원(일반적으로 배터리)이 장착되어 있습니다. 태양 전지판 또는 기타 대체 에너지원과 함께 사용할 수 있습니다.

원격 요소의 데이터는 무선 채널을 통해 노드에서 노드로 가장 가까운 요소 사이의 네트워크를 통해 전송됩니다. 결과적으로 데이터 패킷은 가장 가까운 모트에서 게이트웨이로 전송됩니다. 게이트웨이는 일반적으로 USB 케이블로 서버에 연결됩니다. 서버에서 - 수집된 데이터가 처리되고 저장되며 WEB 셸을 통해 광범위한 사용자가 액세스할 수 있습니다.

센서 노드의 비용은 센서 네트워크의 크기와 복잡성에 따라 수백 달러에서 몇 센트까지 다양합니다.

하드웨어 및 표준

게이트웨이(2개), USB 케이블로 노트북에 연결. 노트북은 UTP를 통해 인터넷에 연결되어 서버 역할을 합니다.

무선 안테나가 있는 센서 장치

무선 노드 하드웨어 및 노드 간의 네트워킹 프로토콜은 다음을 제공하도록 전력 최적화됩니다. 장기간자율 전원으로 시스템 작동. 작동 모드에 따라 노드의 수명은 몇 년에 달할 수 있습니다.

현재 무선 센서 네트워크에 대해 많은 표준이 승인되었거나 개발 중입니다. ZigBee는 산업 제어, 임베디드 센싱, 의료 데이터 수집, 빌딩 자동화와 같은 것에 대한 표준입니다. Zigbee의 개발은 대규모 산업 회사 컨소시엄에 의해 촉진됩니다.

• WirelessHART는 산업 자동화를 위한 HART 프로토콜의 확장입니다. WirelessHART는 2007년 6월 HART Communications Foundation에서 승인한 HART 7 사양의 일부로 일반 HART 프로토콜에 추가되었습니다.
• 6lowpan은 네트워크 계층에 대해 선언된 표준이지만 아직 채택되지 않았습니다.
• ISA100은 WSN 기술에 진입하려는 시도의 또 다른 작업이지만 해당 분야에서 피드백 제어를 보다 광범위하게 포함하도록 구축되었습니다. ANSI 표준에 기반한 ISA100의 구현은 2008년 말까지 완료될 것으로 예상됩니다.

WirelessHART, ISA100, ZigBee 및 이들은 모두 IEEE 802.15.4 - 2005와 같은 동일한 표준을 기반으로 합니다.

무선 센서 네트워크 소프트웨어

운영 체제

무선 센서 네트워크용 운영 체제는 리소스가 제한적이기 때문에 일반 운영 체제보다 덜 복잡합니다. 하드웨어센서 네트워크. 이 때문에 운영 체제는 사용자 인터페이스에 대한 지원을 포함할 필요가 없습니다.

무선 센서 네트워크 하드웨어는 기존의 임베디드 시스템과 다르지 않으므로 임베디드 운영 체제를 센서 네트워크에 사용할 수 있습니다.

시각화 애플리케이션

측정 결과 시각화 및 보고 소프트웨어 MoteView v1.1

무선 센서 네트워크의 데이터는 일반적으로 중앙 기지국에 디지털 데이터로 저장됩니다. 많이있다 표준 프로그램, TosGUI MonSense, SOT와 같은 이러한 많은 양의 데이터를 쉽게 볼 수 있습니다. 또한 OGC(Open Consortium)는 메타데이터 상호 운용성 및 상호 운용성을 인코딩하는 표준을 지정하여 누구나 웹 브라우저를 통해 실시간으로 무선 센서 네트워크를 모니터링하거나 제어할 수 있습니다.

무선 센서 네트워크의 노드에서 오는 데이터로 작업하기 위해 데이터 보기 및 평가를 용이하게 하는 프로그램이 사용됩니다. 그러한 프로그램 중 하나가 MoteView입니다. 이 프로그램을 사용하면 실시간으로 데이터를 보고 분석하고 모든 종류의 그래프를 작성하고 다양한 섹션에서 보고서를 발행할 수 있습니다.

사용의 이점

• 전원 공급 및 데이터 전송을 위해 케이블을 놓을 필요가 없습니다.
• 구성 요소, 설치, 시운전 및 유지시스템;
• 빠르고 쉬운 네트워크 배포
• 개별 노드 또는 구성 요소에 장애가 발생한 경우 전체 시스템의 신뢰성 및 내결함성
• 개체 자체의 기능 프로세스를 방해하지 않고 모든 개체에서 네트워크를 구현하고 수정할 수 있는 가능성
• 필요한 경우 전체 시스템을 전체적으로 은폐하여 신속하게 설치할 수 있습니다.

각 센서는 맥주 뚜껑만한 크기이며(그러나 앞으로 수백 배 축소될 수 있음) 프로세서, 메모리 및 무선 송신기를 포함합니다. 이러한 커버는 모든 영역에 흩어져있을 수 있으며 서로 통신을 설정하고 단일 무선 네트워크를 형성하며 가장 가까운 컴퓨터로 데이터를 전송하기 시작합니다.

무선 네트워크에 결합된 센서는 움직임, 빛, 온도, 압력, 습도 등의 환경 매개변수를 추적할 수 있습니다. 센서가 체인을 따라 이웃에서 이웃으로 정보를 전송하기 때문에 매우 넓은 영역에서 모니터링을 수행할 수 있습니다. 이 기술을 통해 배터리를 교체하지 않고도 몇 년(심지어 수십 년) 동안 작동할 수 있습니다. 센서 네트워크는 컴퓨터의 보편적인 감각 기관이며 센서가 장착된 세상의 모든 물리적 물체는 컴퓨터가 인식할 수 있습니다. 미래에는 수십억 개의 센서 각각이 IP 주소를 받게 되며 글로벌 센서 네트워크와 같은 것을 형성할 수도 있습니다. 지금까지 군대와 산업체만이 센서 네트워크의 기능에 관심을 가져왔습니다. 센서 네트워크 시장 조사 전문가인 ON World의 최신 보고서에 따르면 올해 시장은 상당한 회복세를 보이고 있습니다. 올해 또 다른 주목할만한 사건은 세계 최초의 단일 칩 ZigBee 시스템(Ember사)의 출시였습니다. ON World가 조사한 미국의 대형 산업 기업 중 약 29%가 이미 센서 네트워크를 사용하고 있으며 다른 40%는 18개월 이내에 이를 배포할 계획입니다. 미국에서는 센서 네트워크의 생성 및 유지 관리에 종사하는 100개 이상의 상업 회사가 나타났습니다.

올해 말까지 지구상의 센서 수는 100만 개를 넘어설 것이며, 이제 네트워크 수뿐만 아니라 크기도 증가하고 있습니다. 처음으로 25,000개 노드에 대한 네트워크를 포함하여 1,000개 이상의 노드로 구성된 여러 네트워크가 생성되어 성공적으로 운영되었습니다.

출처: 웹플래닛

적용분야

WSN의 응용 프로그램은 많고 다양합니다. 상업용 및 산업용 시스템에서 유선 센서를 사용하여 제어하기 어렵거나 비용이 많이 드는 데이터를 모니터링하는 데 사용됩니다. WSN은 전원 공급 장치를 교체할 필요 없이 수년 동안 유지될 수 있는 도달하기 어려운 영역(환경 환경 모니터링)에서 사용할 수 있습니다. 그들은 보호 시설의 위반자의 행동을 제어할 수 있습니다

WSN은 모니터링, 추적 및 제어에도 사용됩니다. 다음은 몇 가지 응용 프로그램입니다.

• 대규모 숲과 이탄습지에서 발생하는 연기 모니터링 및 화재 감지
• 러시아 연방 주제 관리 위기 센터에 대한 추가 정보 출처
• 잠재적 장력의 지진 감지
• 군사 관찰
• 보안 시스템의 음향 물체 움직임 감지.
• 공간과 환경의 생태학적 모니터링
• 산업 공정 모니터링, MES 시스템에서 사용
• 의료 모니터링

빌딩 자동화:

	온도, 기류, 사람의 존재 및 미기후를 유지하기 위한 장비 제어의 모니터링;
	조명 제어;
	에너지 관리;
	가스, 수도, 전기 등의 아파트 계량기 판독값 수집;
	보안 및 화재 경보;
	건물 및 구조물의 내 하중 구조 상태 모니터링.

공업 자동화:

	산업용 장비의 원격 제어 및 진단;
	현재 상태에 따른 장비 유지 관리(안전 여유 예측);
	생산 공정 모니터링;

소개

무선 센서 네트워크- 무선 채널을 통해 상호 연결된 센서(센서) 및 액추에이터 세트가 분산되어 있습니다. 이러한 네트워크의 적용 범위는 한 요소에서 다른 요소로 메시지를 중계하는 기능으로 인해 수 미터에서 수 킬로미터까지 다양합니다.

무선 센서 네트워크의 주요 기능은 다음과 같습니다. 자기 조직화 및 작동 조건 변화에 대한 적응성따라서 시설에 네트워크를 배치할 때와 운영 중 후속 유지보수 중에 최소한의 비용이 필요합니다.

단편

센서 네트워크의 첫 번째 프로토타입 중 하나는 잠수함을 감지하고 식별하도록 설계된 SOSUS 시스템으로 간주될 수 있습니다. 1990년대 중반에 무선 센서 네트워크 기술이 활발히 발전하기 시작했고, 2000년대 초반에는 마이크로일렉트로닉스의 발달로 그러한 장치를 위한 상당히 저렴한 요소 기반을 생산할 수 있었습니다. 2010년대 초반의 무선 네트워크는 주로 .

목적

주요 목적은 분산된 자체 구성 네트워크를 통해 노드 간에 데이터를 교환하는 것뿐만 아니라 센서(온도, 압력, 습도, 복사 수준, 음향 진동)에서 중앙 노드로 전송된 정보(주로 데이터)를 수집하는 것입니다. 후속 분석 또는 처리의 목적.

시장에서 무선 센서 네트워크에 대한 수요는 도시인이 시간의 90%를 소비하는 가정, 사무실 및 산업 건물과 같은 개체의 지능화 개념과 밀접하게 관련되어 있습니다. 사이버네틱 산업(로봇이 완비된), 주요 임무는 도입하는 것입니다. APCS 수준의 무선 기술.

센서 네트워크 기술은 가장 광범위한 산업 모니터링 및 제어 작업을 해결하도록 설계되었으며 기존의 다른 무선 및 유선 시스템에 비해 다음과 같은 명백한 이점이 있습니다.

• 기존 및 운영 중인 시설에 센서를 설치하는 기능 유선 네트워크 구축에 대한 추가 작업 없이;
• 저렴한 비용별도의 제어 요소;
• 저렴한 비용시스템의 설치, 시운전 및 유지 보수;
• 무선 장치 배치에 대한 최소한의 제한;
• 높은 내결함성감각 네트워크 전체.

설명

무선 노드의 하드웨어와 이들 간의 네트워크 상호 작용 프로토콜은 전력 소비에 최적화되어 자율 전원 공급 장치가 있는 시스템의 긴 서비스 수명을 보장합니다. 작동 모드에 따라 노드의 수명은 몇 년에 달할 수 있습니다.

각 센서 네트워크 노드에는 일반적으로 다음과 같은 데이터 입력/출력 포트가 있습니다. 다양한 센서환경 제어(또는 센서 자체), 마이크로 컨트롤러 및 무선 송수신기, 자율 또는 외부 전원. 이를 통해 장치는 측정 결과를 수신하고 초기 데이터 처리를 수행하고 외부와 통신할 수 있습니다. 정보 시스템. 마이크로컨트롤러는 지능형 분산 데이터 처리를 구현하는 데 사용할 수 있습니다. 지능형 무선 센서 네트워크에서 장치는 "원시" 데이터가 아닌 로컬 수준에서 정보를 교환하고 분석하고 처리된 정보를 특정 깊이까지 전송할 수 있습니다. 이를 통해 네트워크 대역폭 요구 사항을 크게 줄이고 확장성과 시스템 수명을 늘릴 수 있습니다. 그러나 네트워크에 "지능"을 추가하려면 적용된 작업의 특성을 고려해야 하므로 이 접근 방식은 일반적으로 맞춤형 고도로 전문화된 시스템을 개발할 때 효과적입니다.

이런 식으로 열쇠 센서 네트워크의 기능은 다음과 같습니다.

• 정보 전송 네트워크의 자체 구성 능력 및 장치 수에 대한 적응;
• 한 요소에서 다른 요소로 메시지를 전달하는 기능
• 각 요소에 센서를 가질 가능성;
• 긴 배터리 수명(1년 이상)

오늘날 무선 센서 네트워크의 기술은 장치의 배터리 수명, 신뢰성, 각 장치의 자동 또는 반자동 구성, 가능성에 대한 요구 사항에 중요한 모니터링 및 제어 작업을 해결하는 데 사용할 수 있는 유일한 기술입니다. 네트워크에서 장치를 간단히 추가하거나 제거하여 낮은 시스템 비용으로 벽과 천장을 통해 신호를 분배합니다. 그리고 "센서 네트워크"로 알려진 중계 단거리 무선 통신 기술은 산업 모니터링 및 자원 및 프로세스 제어를 위한 자체 구성 내결함성 분산 시스템 개발의 현대적인 방향 중 하나입니다.

사물 인터넷(IoT) 기술의 기업 버전은 오늘날 산업계에서 활발히 사용되고 있습니다. EIoT(Enterprise Internet of Things)는 무선 센서 네트워크 및 제어를 사용하여 기업에 기계 및 장비를 제어하는 ​​새로운 방법을 제공합니다. 유선 전원 공급 장치에 연결되지 않고 소형 배터리로 구동되는 무선 센서는 이전 세대 제어 장치에 완전히 접근할 수 없는 장소의 산업 환경에 배치할 수 있습니다.

EIoT는 산업뿐만 아니라 의료, 금융 서비스 등 이 영역에서 무선 기술을 구현하기 위한 가장 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 시스템 및 장비의 안정성, 보안 및 상호 운용성을 높였습니다. EIoT는 다음과 같은 요구 사항을 해결합니다. 이 새로운 방향의 기술 장치의 기술적 특성과 설계 요소는 덜 중요한 소비자 또는 상업용 응용 프로그램을 위해 설계된 기존 장치의 유사한 IoT 기술보다 훨씬 우수하다는 점에서 이러한 영역입니다.

EIoT 문제

EIoT 지원 센서 및 제어는 산업 환경의 거의 모든 곳에서 작동할 수 있지만 모든 산업 장비가 무선 네트워크에서 사용하기에 이상적이지는 않기 때문에 지금까지는 운이 더 좋았습니다. IoT 배포에는 서로 관련되어 있지만 겉보기에는 모순되는 두 가지 요소가 있기 때문입니다.

1. 근거리 기술과 관련된 센서 및 제어 장치를 사용하여 설정되는 장치 자체의 무선 네트워크 낮은 수준전력 소비.
2. 이미 더 먼 거리에 있는 다른 장비, 컨트롤러 및 네트워크의 일부와 상호 작용하는 IoT 센서 네트워크입니다.

쌀. 1. 도심에서 멀리 떨어진 애플리케이션과 전통적인 통신 서비스는 LoRa와 같은 에너지 효율적인 통신 프로토콜을 사용하여 글로벌 네트워크를 구성할 수 있습니다.

산업 환경에서 종종 가장 큰 장애물은 장거리에서 안정적인 통신의 불가능입니다. 이 문제는 간단한 이유가 있습니다. 유선 케이블 라인에 의해 수행되거나 기지국을 통한 신호 전송을 사용하여 수행되는 통신이 산업 장비 위치에서 항상 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 또한 한 통신 세션에서 센서의 여러 데이터 패킷을 전달하기 위해 셀룰러 서비스를 사용하는 데 드는 비용은 경제적인 관점과 순수한 기술적인 관점에서 모두 의미가 없습니다. 또한 센서 및 통신 장치의 전원 공급 문제가 자주 발생하는데, 이는 산업 네트워크에서 직접 장비나 인프라에 전원이 공급되지 않는 원격 장소에서 구성하기가 매우 어렵습니다.

정착지에서 셀룰러 통신이 광범위하게 적용되고 있음에도 불구하고 일부 지역에서는 무선 통신을 구성하기 위한 안정적인 서비스가 없습니다. 이것은 고립된 석유 및 가스 장비 또는 파이프라인 운송, 상수도 및 폐수 시스템(그림 1) 등과 같은 산업 장비의 원격 위치 및 농촌 지역에서 일반적인 문제입니다. 이러한 사이트는 또한 가장 가까운 기술 서비스에서 멀리 떨어져 있는 경우가 많습니다. 장치의 적절한 기능을 점검하는 직원. 때로는 엔지니어가 장비에 도착하여 검사하는 데 하루 종일 또는 심지어 며칠이 걸립니다. 그러한 외딴 지역에서 기꺼이 일하는 전문가를 찾는 것은 종종 어렵고 쉬운 일입니다. 제한된 통신 범위로 인해 원격 사이트에서 EIoT 지원 센서 및 제어가 매우 드물기 때문에 저전력 광역 네트워크(LPWAN)가 여기에서 구출됩니다.

BLE 및 LPWAN

가장 널리 사용되는 무선 기술 EIoT 시스템의 짧은 범위는 Bluetooth 저에너지 기술 - BLE(영어 Bluetooth 저에너지, Bluetooth Smart라고도 함)입니다. EIoT용 BLE의 인기가 높은 주된 이유는 에너지 효율성으로 인해 센서와 제어 장치가 매우 낮은 배터리 소모로 오랫동안 작동할 수 있기 때문입니다. BLE는 절전 주기, 대기 및 활성 주기를 관리합니다. BLE는 또한 RF 신호의 강도 때문에 널리 사용되며, 이 기술은 이 기술을 통해 높은 수준의 고주파 노이즈가 발생하는 어려운 환경에서도 효과적으로 작동할 수 있습니다. 디지털 신호컴퓨터 장비와 전파 전파에 물리적 장애물이 있는 경우에도 마찬가지입니다. 그러나 아시다시피 이러한 모든 요소는 산업 환경에 익숙합니다.

EIoT 구현을 위한 프로젝트에서 근거리 통신 구성의 기반이 되는 것은 BLE 기술입니다. 또한 이미 운영 중인 산업 장비와 아직 설계 중인 산업 장비 단지 모두에서 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 BLE 지원 장치 네트워크는 명령을 수신하고 더 먼 거리에서 데이터를 릴레이하는 방법이 필요합니다. 양방향 Wi-Fi 또는 셀룰러 신호를 허용하는 기존 통신 인프라에 의존하는 것은 이러한 센서 및 제어 네트워크의 적용을 제한하는 장벽으로 인해 불가능합니다. BLE와 LoRa 기술의 초범위 및 에너지 효율성을 결합함으로써 기업은 통신 인프라 및 전력 인프라를 사용할 수 없는 장소에 EIoT를 배치할 수 있었고, 이는 차례로 인터넷 구현의 지리를 확장했습니다. 기술의.

쌀. 2. 센서는 먼저 LoRa 클라이언트에 연결한 다음 LoRa 게이트웨이를 통해 연결합니다.

LoRa WAN 프로토콜은 배터리 교체 없이 수년간 IoT 네트워크와 안전한 양방향 데이터 전송 및 통신을 제공하기 때문에 LPWAN인 경우가 많습니다. LoRa 기술을 사용할 경우 최대 약 16km 거리에서 신호 송수신이 가능하며, 필요에 따라 중계기(repeater)가 이 거리를 수백km까지 늘릴 수 있다. 무화과에. 그림 2는 LoRa가 작동하는 방식을 보여줍니다. IoT 애플리케이션의 경우 LoRa는 경제적 특성과 기능으로 인해 정확히 다음과 같은 많은 이점을 가지고 있습니다.

• LoRa는 BLE와 마찬가지로 초저전력 기술이기 때문에 배터리로 구동되는 IoT 장치 네트워크에서 작동할 수 있으며 잦은 유지 관리 없이 긴 배터리 수명을 제공할 수 있습니다.
• LoRa 노드는 저렴하며 기업이 셀룰러 시스템을 통한 데이터 전송 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 광섬유 또는 구리 케이블 설치를 제거할 수 있습니다. 이는 원격에 위치한 센서와 장비를 연결하는 데 있어 주요 재정적 장벽을 제거합니다.
• LoRa 기술은 다음과 잘 작동합니다. 네트워크 장치복잡한 산업 환경을 포함하여 실내에 배치됩니다.
• LoRa는 수백만 개의 노드를 지원하여 확장성과 상호 운용성이 뛰어나며 공용 및 사설 데이터 네트워크와 양방향 통신 시스템에 연결할 수 있습니다.

따라서 다른 LPWAN 기술은 장기적으로 IoT 솔루션 구현의 통신 범위 문제만 해결할 수 있지만 LoRa 기술은 양방향 통신, 방해 전파 방지 및 높은 정보 콘텐츠를 제공합니다.

LoRa에는 낮은 대역폭이라는 중요한 단점도 있습니다. 따라서 스트리밍 데이터가 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다. 그러나 이러한 제한은 때때로 작은 데이터 패킷만 전송되는 광범위한 IoT 응용 프로그램에 대한 사용을 방해하지 않습니다.

상호 작용

쌀. 3. 다음을 포함하는 Laird의 RM1xx 모듈 커뮤니케이션 능력 LoRa 및 Bluetooth 무선 네트워크 프로토콜용

LoRa의 잠재력은 BLE와 같은 기술과 결합될 때 두 배입니다. 함께 작업하여 세트를 제공합니다. 무선 기능 EIoT 네트워크의 기능을 향상시키는 단거리 및 장거리 통신을 위한 초저전력. 예를 들어, 도시 지역의 중앙 부분은 이제 전통적인 통신 인프라에서 독립된 BLE 센서 네트워크의 기반이 되는 몇 개의 LoRaWAN 게이트웨이로 덮일 수 있습니다. 따라서 LoRa와 BLE의 공생은 사물 인터넷의 광범위한 구현에 장벽이 있는 거대 도시와 소도시 모두에서 IoT 확장에 대한 많은 장벽을 제거합니다. 그러나 LoRA와 BLE 조합의 가장 큰 수혜자는 무선 센서, 제어 장치 및 기타 장비로 이제 문자 그대로 아무 제한 없이 설치할 수 있습니다(그림 3). 이것이 BLE의 특별한 장점입니다. BLE는 또한 이러한 장치가 예를 들어 원격 무선 디스플레이로 사용되는 스마트폰이나 태블릿에서 제어되는 통합 단거리 네트워크에서 함께 작동할 수 있도록 합니다. 이 번들에서 BLE의 모바일 기능을 기반으로 하는 LoRa 기술은 장거리 데이터를 송수신할 수 있는 일종의 무선 중계국 역할을 합니다. 또한, 이러한 거리는 신호 전송을 위한 간단한 게이트웨이에 의해 증가될 수 있습니다.

LoRa와 BLE 페어링을 통해 EIoT 네트워크가 완전히 다른 기술 수준에 도달하고 확장을 증가시키는 방법을 보여주는 좋은 예가 이미 많이 있습니다.

막심 세르기예프스키

마이크로칩 생산 분야의 최신 무선 통신 기술과 진보는 지난 몇 년 동안 새로운 종류의 분산 통신 시스템인 센서 네트워크의 실질적인 개발 및 구현을 가능하게 했습니다.

무선 센서 네트워크는 소형 컴퓨팅 및 통신 장치로 구성됩니다. 영어로부터.티끌 - 먼지 입자) 또는 센서. 모트는 일반적으로 1입방인치보다 크지 않은 보드입니다. 이 보드에는 프로세서, 플래시 및 RAM 메모리, 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환기, RF 트랜시버, 전원 공급 장치 및 센서가 있습니다. 센서는 매우 다양할 수 있습니다. 그들은 디지털 및 아날로그 커넥터를 통해 연결됩니다. 다른 것보다 더 자주 온도, 압력, 습도, 빛, 진동 센서가 사용되며 덜 자주 - 자기 전기, 화학 (예 : CO, CO2 함량 측정), 소리 및 기타. 사용되는 센서 세트는 무선 센서 네트워크에서 수행하는 기능에 따라 다릅니다. 모터는 작은 배터리로 구동됩니다. 티끌은 감각 데이터를 수집, 전처리 및 전송하는 용도로만 사용됩니다. 모습생산된 모터 다양한 제조사에서, 그림에 나와 있습니다. 하나.

모트에 의해 수집된 데이터의 주요 기능 처리는 노드 또는 게이트웨이에서 수행됩니다. 강력한 컴퓨터. 그러나 데이터를 처리하려면 먼저 데이터를 수신해야 합니다. 이를 위해 노드에는 안테나가 장착되어 있어야 합니다. 그러나 어쨌든 노드에 충분히 가까운 티끌만 사용할 수 있습니다. 즉, 노드는 각 모트로부터 직접 정보를 수신하지 않습니다. 티끌에 의해 수집된 감각 정보를 획득하는 문제는 다음과 같이 해결된다. 티끌은 무선 범위에서 작동하는 트랜시버를 사용하여 서로 정보를 교환할 수 있습니다. 첫째, 센서로부터 읽어온 감각정보이고, 둘째, 기기의 상태와 데이터 전송과정의 결과에 대한 정보이다. 정보는 체인을 따라 한 모트에서 다른 모트로 전송되며 결과적으로 게이트웨이에 가장 가까운 모트가 누적된 모든 정보를 게이트웨이로 재설정합니다. 일부 모트가 실패하면 재구성 후 센서 네트워크의 작동이 계속되어야 합니다. 그러나 이 경우 자연스럽게 정보 출처의 수가 감소합니다.

기능을 수행하기 위해 각 mot에 특수 운영 체제가 설치됩니다. 현재 대부분의 무선 센서 네트워크는 University of Berkeley에서 개발한 운영 체제인 TinyOS를 사용합니다. TinyOS는 오픈 소스 소프트웨어입니다. www.tinyos.net에서 구할 수 있습니다. TinyOS는 제한된 컴퓨팅 리소스로 작동하도록 설계된 이벤트 중심의 실시간 운영 체제입니다. 이 OS를 사용하면 모트가 자동으로 이웃과 연결을 설정하고 주어진 토폴로지의 센서 네트워크를 형성할 수 있습니다. TinyOS 2.0의 마지막 릴리스는 2006년에 나타났습니다.

무선 센서 네트워크의 작동에서 가장 중요한 요소는 모터에 장착된 배터리의 제한된 용량입니다. 배터리는 교체할 수 없는 경우가 많습니다. 이와 관련하여 전송되는 정보의 양을 줄이고 가장 중요한 데이터 송수신 주기 수를 최소화하기 위해 가장 간단한 1차 처리만 모트에 수행하면 됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 특수 통신 프로토콜이 개발되었으며 그 중 가장 유명한 것은 ZigBee 연합의 프로토콜입니다. 이 연합(웹사이트 www.zigbee.org)은 특히 무선 센서 네트워크 분야의 작업을 조정하기 위해 2002년에 만들어졌습니다. 여기에는 가장 큰 하드웨어 개발자와 소프트웨어 도구: Philips, Ember, Samsung, IBM, Motorola, Freescale Semiconductor, Texas Instruments, NEC, LG, OKI 외 다수(총 200명 이상의 회원). Intel Corporation은 활동을 지원하지만 동맹에 포함되지 않습니다.

원칙적으로 ZigBee는 무선 센서 네트워크용 프로토콜 스택을 포함한 표준을 개발하기 위해 이전에 개발된 IEEE 802.15.4 표준을 사용했습니다. 물리층낮은 전력 소비로 높은 수준의 신뢰성을 갖춘 단거리(최대 75m)의 무선 데이터 네트워크 환경에 대한 액세스 수준. IEEE 802.15.4 표준에 대한 무선 데이터 전송의 몇 가지 특성이 표에 나와 있습니다. 하나.

표 1. IEEE 802.15.4의 데이터 무선 특성

주파수 대역, MHz	라이센스가 필요합니까?	지리적 지역	데이터 전송 속도, Kbps	채널 수

현재 ZigBee는 완전히 호환되는 하드웨어 및 소프트웨어 제품의 생산으로 지원되는 이 분야에서 유일한 표준을 개발했습니다. ZigBee 프로토콜을 사용하면 장치가 절전 모드로 전환됩니다. b ~에 대한대부분의 경우 배터리 수명이 크게 연장됩니다.

분명히, 수백에서 수천 개의 티끌 사이에서 데이터 교환 체계를 개발하는 것은 그리 쉬운 일이 아닙니다. 무엇보다도 센서 네트워크가 비인가 주파수 대역에서 작동하므로 경우에 따라 외부 무선 신호 소스의 간섭이 발생할 수 있다는 사실을 고려해야 합니다. 또한 동일한 데이터의 재전송을 피하는 것이 바람직하며, 또한 불충분한 에너지 소비 및 외부 영향으로 인해 티끌이 영원히 또는 한동안 고장날 수 있음을 고려하십시오. 이러한 모든 경우에 통신 체계를 수정해야 합니다. TinyOS의 가장 중요한 기능 중 하나는 네트워크 구성 및 데이터 경로의 자동 선택이므로 무선 센서 네트워크는 기본적으로 자체 구성입니다.

대부분의 경우 mote는 적어도 데이터를 전송할 다른 mote와 관련하여 자신의 위치를 ​​결정할 수 있어야 합니다. 즉, 먼저 모든 티끌이 식별된 다음 라우팅 체계가 이미 형성됩니다. 일반적으로 모든 모트(ZigBee 표준 장치)는 복잡성 정도에 따라 세 가지로 분류된다. 그 중 가장 높은 조정자인 조정자는 네트워크 작동을 관리하고 토폴로지에 대한 데이터를 저장하며 추가 처리를 위해 전체 무선 센서 네트워크에서 수집한 데이터를 전송하기 위한 게이트웨이 역할을 합니다. 센서 네트워크는 일반적으로 하나의 조정자를 사용합니다. 평균 복잡성의 모트는 라우터입니다. 즉, 데이터를 송수신하고 전송 방향을 결정할 수 있습니다. 마지막으로 가장 단순한 모트는 가장 가까운 라우터에만 데이터를 전송할 수 있습니다. 따라서 ZigBee 표준은 클러스터 구조의 네트워크를 지원함을 알 수 있다(그림 2). 클러스터는 라우터와 이것이 감각 데이터를 요청하는 가장 단순한 부분으로 구성됩니다. 클러스터 라우터는 데이터를 서로 중계하고 결국 데이터는 코디네이터에게 전송됩니다. 코디네이터는 일반적으로 데이터가 최종 처리를 위해 전송되는 IP 네트워크에 연결되어 있습니다.

러시아에서도 무선 센서 네트워크 구축과 관련된 개발이 진행되고 있다. 따라서 High-Tech Systems 회사는 무선 센서 네트워크 구축을 위한 MeshLogic 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼을 제공합니다(웹사이트 www.meshlogic.ru). 이 플랫폼과 ZigBee의 주요 차이점은 P2P 메시 네트워크 구축에 중점을 둡니다(그림 3). 그러한 네트워크에서 기능각 부분은 동일합니다. 메쉬 토폴로지 네트워크의 자가 구성 및 자가 치유 가능성은 일부 티가 실패하는 경우 자발적으로 새로운 네트워크 구조를 형성할 수 있도록 합니다. 사실, 어쨌든 모든 데이터를 수신하고 처리하는 중앙 기능 노드 또는 처리를 위해 노드로 데이터를 전송하기 위한 게이트웨이가 필요합니다. 자발적으로 생성된 네트워크는 종종 "특정한 경우"를 의미하는 라틴어 Ad Hoc으로 지칭됩니다.

MeshLogic 네트워크에서 각 모트는 패킷 릴레이를 수행할 수 있습니다. 즉, 기능면에서 ZigBee 라우터와 유사합니다. MeshLogic 네트워크는 완전히 자체 구성되며 조정자 노드가 제공되지 않습니다. MeshLogic의 RF 트랜시버를 사용할 수 있으므로 다양한 장치, 특히 ZigBee 표준 장치와 마찬가지로 2.4 ... 2.4835GHz 주파수 범위에서 작동하는 Cypress WirelessUSB. MeshLogic 플랫폼에는 프로토콜 스택의 하위 계층만 존재한다는 점에 유의해야 합니다. 상위 계층, 특히 네트워크 및 애플리케이션은 특정 애플리케이션을 위해 생성될 것으로 믿어집니다. 2개의 MeshLogic 모터와 1개의 ZigBee 표준 모터의 구성 및 주요 매개변수가 표에 나와 있습니다. 2.

표 2. 다른 제조업체의 모터의 주요 특성

매개변수
마이크로 컨트롤러
CPU	텍사스 인스트루먼트 MSP430
클록 주파수	32.768kHz ~ 8MHz
램
플래시 메모리
트랜시버
		Cypress WirelessUSBTM LP
주파수 범위	2400-2483.5MHz		2400-2483.5MHz
전송 속도		15.625~250Kbps
출력 파워	-24 ~ 0dBm	-35~4dBm	-28~3dBm
감광도
			칩 1개 또는 2개
외부 인터페이스
	12비트, 7채널		10비트, 3채널
디지털 인터페이스	I2C/SPI/UART/USB		I2C/SPI/UART/IRQ/JTAG
다른 옵션
전원 전압	0.9~6.5V		1.8~3.6V
온도 범위	-40 ~ 85°C	0 ~ 70°C	0 ~ 85°C

이 보드에는 통합 터치 센서가 없습니다.

무선 센서 네트워크를 기존 컴퓨팅(유선 및 무선) 네트워크와 주로 구별하는 점은 다음과 같습니다.

• 전기, 통신 등 모든 종류의 케이블이 완전히 없습니다.
• 조밀한 배치 또는 티끌을 환경 물체에 통합할 가능성;
• 개별 요소와 더 중요하게는 전체 시스템의 신뢰성; 어떤 경우에는 네트워크가 제대로 작동하는 센서(티끌)의 10-20%만 작동할 수 있습니다.
• 설치 및 유지 보수를 위한 인력이 필요하지 않습니다.

센서 네트워크는 많은 응용 분야에서 사용될 수 있습니다. 무선 센서 네트워크는 유망한 신기술이며 모든 관련 프로젝트가 대부분 개발 중입니다. 우리는 이 기술의 주요 적용 영역을 나타냅니다.

• 방어 및 보안 시스템;
• 환경 통제;
• 산업 장비 모니터링;
• 보안 시스템;
• 농지의 상태 모니터링;
• 에너지 관리;
• 환기, 에어컨 및 조명 시스템 제어;
• 화재 경보;
• 재고 관리;
• 상품 운송 추적;
• 사람의 생리적 상태 모니터링;
• 인사 통제.

무선 센서 네트워크 사용의 상당히 많은 예에서 두 가지를 선택합니다. 아마도 가장 유명한 것은 BP 유조선에 네트워크를 배치한 것입니다. 그곳에서 인텔 장비를 기반으로 구축된 네트워크를 사용하여 예방 유지 보수를 구성하기 위해 선박의 상태를 모니터링했습니다. BP는 선박의 특정 영역에 존재하는 극한의 온도, 높은 진동 및 상당한 수준의 무선 주파수 간섭에서 센서 네트워크가 선박에서 작동할 수 있는지 여부를 분석했습니다. 실험은 성공적이었고 네트워크는 여러 번 자동으로 재구성 및 복원되었습니다.

완료된 또 다른 파일럿 프로젝트의 예는 플로리다에 있는 미 공군 기지에 센서 네트워크를 배치하는 것입니다. 이 시스템은 움직이는 물체를 포함하여 다양한 금속 물체를 인식하는 우수한 능력을 입증했습니다. 센서 네트워크를 사용하여 통제 구역에 사람과 자동차의 침투를 감지하고 움직임을 추적할 수 있었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자전기 및 온도 센서가 장착된 모터가 사용되었습니다. 이 프로젝트는 현재 확장되고 있으며 무선 센서 네트워크는 이미 10,000x500m 테스트 사이트에 설치되어 있으며 여러 미국 대학에서 적절한 응용 소프트웨어를 개발하고 있습니다.