En els darrers anys, el disseny eficient d’una xarxa de sensors sense fils s’ha convertit en una àrea de recerca líder. Un sensor és un dispositiu que respon i detecta algun tipus d’entrada tant de les condicions físiques com ambientals, com ara pressió, calor, llum, etc. La sortida del sensor sol ser un senyal elèctric que es transmet a un controlador per a un processament posterior. .

Xarxes de sensors sense fils (WSN)

Una xarxa de sensors sense fils es pot definir com una xarxa de dispositius que poden comunicar la informació recollida d’un camp monitoritzat mitjançant enllaços sense fils. Les dades s’envien a través de diversos nodes i, amb una passarel·la, es connecten a altres xarxes com ara Ethernet sense fils .

Xarxes de sensors sense fils

WSN és una xarxa sense fils que consisteix en estacions base i un nombre de nodes (sensors sense fils). Aquestes xarxes s’utilitzen per controlar les condicions físiques o ambientals com el so, la pressió, la temperatura i passar cooperativament dades a través de la xarxa a la ubicació principal tal com es mostra a la figura.

Topologies de xarxes WSN

Per a les xarxes de comunicacions per ràdio, l'estructura d'un WSN inclou diverses topologies com les que es mostren a continuació.

Topologies de xarxa de sensors sense fils

Topologies d’estrelles

La topologia estel·lar és una topologia de comunicació, on cada node es connecta directament a una passarel·la. Una sola passarel·la pot enviar o rebre un missatge a diversos nodes remots. En topologies instantànies, no es permet als nodes enviar missatges entre ells. Això permet comunicacions de baixa latència entre el node remot i la passarel·la (estació base).

A causa de la seva dependència d'un sol node per gestionar la xarxa, la passarel·la ha d'estar dins del rang de transmissió per ràdio de tots els nodes individuals. L’avantatge inclou la possibilitat de mantenir el consum d’energia dels nodes remots al mínim i simplement sota control. La mida de la xarxa depèn del nombre de connexions realitzades al concentrador.

Topologies d'arbres

La topologia d’arbres també s’anomena topologia d’estrelles en cascada. En les topologies d'arbres, cada node es connecta a un node que es col·loca més amunt a l'arbre i després a la porta d'entrada. El principal avantatge de la topologia d'arbres és que l'expansió d'una xarxa pot ser fàcilment possible i també es fa fàcil la detecció d'errors. L’inconvenient d’aquesta xarxa és que depèn en gran mesura del cable del bus si es trenca, tota la xarxa s’ensorrarà.

Topologies de malla

Les topologies de malla permeten la transmissió de dades d’un node a un altre, que es troba dins del seu rang de transmissió per ràdio. Si un node vol enviar un missatge a un altre node que estigui fora del rang de comunicació de ràdio, necessita un node intermedi per reenvia el missatge al node desitjat. L’avantatge d’aquesta topologia de malla inclou un fàcil aïllament i detecció d’avaries a la xarxa. L’inconvenient és que la xarxa és gran i requereix una gran inversió.

Tipus de xarxes WSN (Wireless Sensor Networks)

Segons el medi ambient, el tipus de xarxes es decideixen perquè es puguin desplegar sota l'aigua, sota terra, a terra, etc. Diferents tipus de WSN inclouen:

WSN terrestres
WSN subterranis
WSN subaquàtics
WSN multimèdia
WSN mòbils

1. WSN terrestres

Els WSN terrestres són capaços de comunicar les estacions base de manera eficient i consisteixen en centenars a milers de nodes de sensors sense fils desplegats de manera no estructurada (ad hoc) o estructurada (pre-planificada). En un mode no estructurat, els nodes del sensor es distribueixen aleatòriament dins de l'àrea objectiu que es deixa caure des d'un pla fix. El mode pre-planificat o estructurat considera la col·locació òptima, la col·locació de quadrícula i els models de col·locació 2D i 3D.

En aquest WSN, el bateria és limitat, però, la bateria està equipada amb cèl·lules solars com a font d’energia secundària. La conservació de l'energia d'aquests WSN s'aconsegueix utilitzant operacions de cicle de treball baix, minimitzant els retards i un encaminament òptim, etc.

“puc convertir 220v a 110v ”

2. WSN subterranis

Les xarxes de sensors sense fils subterrànies són més cares que les WSN terrestres en termes de desplegament, manteniment i consideracions de cost d'equips i una planificació acurada. Les xarxes WSN consisteixen en diversos nodes de sensors que s’amaguen a terra per controlar les condicions subterrànies. Per retransmetre informació des dels nodes del sensor a l'estació base, hi ha nodes de lavabo addicionals situats sobre el terra.

WSN subterranis

“projectes elèctrics per fer a casa ”

Les xarxes de sensors sense fils subterrànies desplegades a terra són difícils de recarregar. Els nodes de la bateria del sensor equipats amb una bateria limitada són difícils de recarregar. A més, l’entorn subterrani converteix la comunicació sense fils en un repte a causa de l’alt nivell d’atenuació i pèrdua de senyal.

3. Sota l'aigua WSN

Més del 70% de la terra està ocupada amb aigua. Aquestes xarxes consisteixen en diversos nodes de sensors i vehicles desplegats sota l'aigua. S’utilitzen vehicles subaquàtics autònoms per recopilar dades d’aquests nodes de sensors. Un desafiament de la comunicació submarina és un llarg retard de propagació i fallades en l'ample de banda i el sensor.

WSN sota l’aigua

Sota l'aigua, els WSN estan equipats amb una bateria limitada que no es pot recarregar ni substituir. La qüestió de la conservació de l'energia per a les xarxes WSN subaquàtiques implica el desenvolupament de tècniques de comunicació i xarxes submarines.

4. WSN multimèdia

S'han proposat xarxes de sensors sense fils multimèdia per permetre el seguiment i el seguiment d'esdeveniments en forma de multimèdia, com ara imatges, vídeo i àudio. Aquestes xarxes consisteixen en nodes de sensors de baix cost equipats amb micròfons i càmeres. Aquests nodes estan interconnectats entre ells mitjançant una connexió sense fils per a la compressió de dades, la recuperació de dades i la correlació.

WSN multimèdia

Els desafiaments del WSN multimèdia inclouen un alt consum d’energia, requisits d’amplada de banda elevats, processament de dades i tècniques de compressió. A més, els continguts multimèdia requereixen un gran ample de banda perquè els continguts es puguin lliurar correctament i fàcilment.

5. WSN mòbils

Aquestes xarxes consisteixen en una col·lecció de nodes de sensors que es poden moure sols i que es poden interactuar amb l’entorn físic. Els nodes mòbils poden calcular el sentit i comunicar-se.

Les xarxes de sensors mòbils sense fils són molt més versàtils que les xarxes de sensors estàtics. Els avantatges de MWSN respecte a les xarxes de sensors sense fils estàtics inclouen una millor i millor cobertura, una millor eficiència energètica, una capacitat de canal superior, etc.

Limitacions de les xarxes de sensors sense fils

Tenen molt poca capacitat d’emmagatzematge: uns quants centenars de quilobytes
Posseeix una potència de processament modesta: 8 MHz
Funciona amb un abast de comunicació curt: consumeix molta energia
Requereix protocols de restricció d’energia mínims
Teniu bateries amb una vida útil limitada
Els dispositius passius proporcionen poca energia

Aplicacions de xarxes de sensors sense fils

Aquestes xarxes s’utilitzen en el seguiment ambiental, com ara la detecció de boscos, el seguiment d’animals, la detecció d’inundacions, la predicció i la predicció del temps, i també en aplicacions comercials com la predicció i el seguiment de l’activitat sísmica.
Aplicacions militars , com ara les aplicacions de vigilància de seguiment i vigilància del medi ambient, utilitzen aquestes xarxes. Els nodes de sensor de les xarxes de sensors es deixen al camp d’interès i són controlats remotament per un usuari. Seguiment d'enemics, també es realitzen deteccions de seguretat mitjançant l'ús d'aquestes xarxes.
Les aplicacions sanitàries, com ara el seguiment i el seguiment de pacients i metges, utilitzen aquestes xarxes.
Les aplicacions de xarxes de sensors sense fils més freqüentment utilitzades en el camp dels sistemes de transport, com ara la supervisió del trànsit, la gestió d’encaminaments dinàmics i la supervisió d’aparcaments, etc.
Resposta ràpida d'emergència, seguiment de processos industrials , el control automatitzat del clima de l’edifici, la vigilància de l’ecosistema i l’hàbitat, la vigilància de la salut estructural civil, etc., utilitzen aquestes xarxes.

Es tracta de les xarxes de sensors sense fils i de les seves aplicacions. Creiem que la informació sobre els diferents tipus de xarxes us ajudarà a conèixer-les millor per als vostres requisits pràctics. A part d'això, per obtenir informació addicional sobre SCADA sense fils , consultes i dubtes sobre aquest tema o projectes elèctrics i electrònics , i qualsevol suggeriment, si us plau comenteu-nos o escriviu-nos a la secció de comentaris a continuació.

Crèdits fotogràfics