Распределенные сенсорные сети. Возможности развития самых перспективных технологий в России
Комментарии к новости
В нашей недавней публикации “Интернет вещей” мы сделали заключение, что (коль скоро к поиску глобальных технологических решений в этой сфере подключилась известная во всем мире Intel) сегмент рынка современной электроники, нацеленный на создание и реализацию устройств, обеспечивающих программируемое автоматическое взаимодействие множества специальных и бытовых приборов, ждет весьма значительный и даже ускоренный рост уже в ближайшем будущем. И вот еще одно сообщение, на этот раз о перспективных российских разработках в эквивалентной ("интерфейсно связанной" с представленной в предыдущей публикации сферой программно-аппаратных разработок сенсоров и контроллеров) области, вызывающий сегодня пристальный интерес в индустриальном мире высоких технологий: распределенным сенсорным сетям (РСС). Обращает на себя не только синхронный старт, по-видимому, уже множества корпораций и исследовательских групп в этом, подающем большие надежды, направлении, но и методики решения технических проблем, подходов в решении задач, как у нас, так и за рубежом.
Публикуемый ниже фрагмент интервью директора Лаборатории интеллектуальных исследований, Юрия Аурениуса, дает возможность понять основную проблематику разработок, проводимых сегодня в новой сфере технологий. Стоит, наверное, признать, что начатые в нашей стране исследования в области распределенных сенсорных сетей играют весьма значительную роль, поскольку, кроме серьезного вклада в развитие отрасли отечественной электроники, содействуют созданию программного обеспечения, имеющего принципиально-важное, стратегическое значение.
Все больше в массовое практическое применение в мире внедряются распределенные сенсорные сети (РСС), готовые работать как «умная пыль» – самостоятельно организовываться в единую интеллектуальную сеть и контролировать по тысячам целевых параметров квартиры, жилые дома, целые города и даже континенты.
Они в десятки раз надежнее существующих беспроводных сетей, позволяют формировать системы автоматического решения огромного комплекса жизненно важных задач практически без вмешательства человека.
Наиболее перспективным проектом по разработке отечественных чипов стандарта ZigBee и программного обеспечения для их активного применения в различных областях можно назвать команду Института лазерных и информационных технологий РАН (г. Шатура ) и Лаборатории интеллектуальных исследований «ЛИНТЕХ».
О том, насколько реально нашей стране совершить беспрецедентный по своим масштабам рывок в развитии индустрии РСС, рассказал генеральный директор ООО «ЛИНТЕХ», Юрий Аурениус.
- Особенностей и преимуществ у сенсорных сетей множество. Основные, пожалуй, две – произвольно расположенные модули сенсорной сети мгновенно самостоятельно организуются в единую сеть. И вторая – то, что Wi-Fi и Bluetooth строятся по технологии «звезда» – это когда одна точка раздает всем сетевые настройки и к ней прицепляются другие «дочерние» устройства, а сеть по стандарту ZigBee способна стать смешанной сетью, которая сама формируется в структуру со случайными связями. Сенсорная сеть – это MESH. Визуально она представляет собой не звезду ( «точка- многоточка») , а рыболовную сеть – т.е. каждый элемент такой сети взаимодействует с множеством соседних элементов, образуя необходимое соединение. Это и обеспечивает в разы большую надежность передачи данных. Чем больше в ней участников – тем больше надежность передачи данных. Сеть может потерять до 40% активных устройств, сохранив свой основной функционал. Область применения практически не ограниченна – от распространенных бытовых приборов до серьезных систем мониторинга и жизнеобеспечения.
Но соединить модули одного стандарта в одну сеть – не самая сложная задача . Это происходит автоматически. А вот далее, к каждой такой сети предъявляются разные требования – одним требуется часто передавать данные из точек к центру, другим – один раз каждый час, третьим гарантировано передавать данные с заданной длительностью, у четвертых может быть задача один раз в год во время пожара включиться и передать данные, а все остальное время «спать» – там должна быть максимальная работоспособность сети без замены батарей. Разные задачи решаются разными требованиями к сети. Отсюда возникают разные протоколы и алгоритмы взаимодействия компонентов сети – как всем датчикам одновременно «проснуться», передать информацию и потом опять заснуть, чтобы не тратить драгоценную в этом случае энергию. Или, наоборот, – по какой схеме им надо включаться и засыпать, чтобы гарантированно собрать и пере-дать данные на центральный узел сбора и обработки данных.
Сеть состоит из узлов – т.н. мотов. Каждый узел это программно-аппаратное устройство, представляющее из себя приемопередатчик, главный чип (микропроцессор), который обрабатывает команды, современный блок автономного питания и какой-то сенсор. Если Вы не знаете, сенсор, по-русски, – датчик. К каждому такому моту можно подключить несколько различных датчиков. Чем больше датчиков прицепляем к одному узлу, то тем больше различных параметров мы можем замерять, но при этом и расход энергии батарей увеличивается. Датчики, как правило, используются стандартные. Это замеры температуры, давления, влажности, освещенности, вибрации, шума, положения в пространстве (инклинометры), количества оборотов (энкодеры), радиации, угарного газа (CO/CH). Кроме датчиков можно устанавливать и управляемые исполнительные устройства. Тогда каждый узел сети начинает работать уже как «умный дом» – собирает необходимую информацию и передает ее для обработки, затем получает сигнал управления «из центра » и выдает его для отработки исполнительному устройству. И никаких проводов и сомнений в надежности системы.
Сенсоры могут также быть специально разработанные. Но в этом случае стоимость узла резко вырастает. Как правило, для построения сети используют десятки узлов, датчики стараются использовать стандартные. Они дешевле за счет массового производства, ремонтопригодны или быстро заменяемы – главное, чтобы удовлетворяли требуемым параметрам. В сети есть координаторы – более «умные» моты, которые выполняют основные функции синхронизации сети, при включении они опрашивают все доступные устройства и выстраивают по ним сеть. Есть промежуточные узлы – ретрансляторы, или роутеры. И третий уровень – это конечные устройства. К ним-то как раз сенсоры и прицепляют. Через ретрансляторы выстраивается сеть, по которой передаются пакетами собранные данные и они все стекаются в единую точку сбора. Расстояние между устройствами, как правило, в настоящее время не превышают 100 метров. Хотя уже разработаны и поступили в продажу чипы, которые связываются между собой на расстоянии до 1 км. Правда, при этом, надо понимать, если сигнал проходит на большее расстояния – значит будет и больший расход батарей, сеть быстрее израсходует энергию. Есть специальные операционные системы для сенсорных сетей – это TinyOS, а все разработки ведутся обычно на языке С, под операционные системы-аналоги Linux.
В публикации, также были затронута тема, разработанных специалистами лаборатории проектов, их тестирования, а также ряда проблем, с которыми приходится сталкиваться разработчикам и исполнителям НИОКРов в области информационных технологий в нашей стране.
Полностью с публикацией можно познакомиться на сайте nanonewsnet.ru
Фото ds.informatik.rwth-aachen.de
