Sieć czujników - Sensor web

Koncepcja „sieci czujników” to rodzaj sieci czujników, która jest szczególnie dobrze przystosowana do monitorowania środowiska . Wyrażenie „sieć czujników” jest również związane z systemem czujników, który intensywnie wykorzystuje sieć WWW . OGC „s Czujnik Web Enablement (SWE) ramy definiuje zestaw interfejsów usług internetowych i protokołów komunikacyjnych abstrahując od niejednorodności czujnika (sieci) komunikacji.

Definicja

Termin „sieć czujników” został po raz pierwszy użyty przez Kevina Delina z NASA w 1997 roku, aby opisać nową architekturę bezprzewodowej sieci czujników, w której poszczególne elementy mogą działać i koordynować jako całość. W tym sensie termin ten opisuje specyficzny rodzaj sieci czujników : amorficzną sieć przestrzennie rozproszonych platform czujników ( pods ), które komunikują się ze sobą bezprzewodowo. Ta amorficzna architektura jest wyjątkowa, ponieważ jest zarówno synchroniczna, jak i pozbawiona routerów , co odróżnia ją od bardziej typowych schematów sieciowych podobnych do TCP/IP . Kapsuła jako fizyczna platforma dla czujnika może być orbitalna lub naziemna, stacjonarna lub mobilna, a nawet może być dostępna w czasie rzeczywistym przez Internet . Komunikacja między kapsułami jest zarówno wszechkierunkowa, jak i dwukierunkowa, gdzie każdy kapsuł wysyła zebrane dane do każdego innego kapsuła w sieci. Dlatego architektura pozwala każdemu zasobnikowi wiedzieć, co dzieje się z każdym innym zasobnikiem w sieci czujników w każdym cyklu pomiarowym. Poszczególne pody (węzły) były równoważne sprzętowo, a architektura Delin nie wymagała specjalnych bramek ani routingu, aby każdy z poszczególnych elementów komunikował się ze sobą lub z użytkownikiem końcowym. Definicja sieci sensorowej Delina była autonomiczną, samodzielną jednostką sensoryczną – zdolną do interpretacji i reagowania na zmierzone dane – która niekoniecznie wymaga obecności sieci World Wide Web . W rezultacie fuzja danych w locie, taka jak fałszywie dodatnia identyfikacja i śledzenie smugi, może wystąpić w samej sieci czujników, a system następnie reaguje jako skoordynowana, zbiorowa całość na przychodzący strumień danych. Na przykład, zamiast nieskoordynowanych czujek dymu, sieć czujników może reagować jak pojedynczy, rozproszony przestrzennie lokalizator pożaru.

Termin „sieć czujników” przekształcił się również w czasami kojarzony z dodatkową warstwą łączącą czujniki z siecią WWW . Inicjatywa Sensor Web Enablement (SWE) Open Geospatial Consortium (OGC) definiuje interfejsy usług, które umożliwiają interoperacyjne wykorzystanie zasobów czujników poprzez umożliwienie ich wykrywania , dostępu , wykonywania zadań , a także obsługi zdarzeń i alarmowania . Poprzez zdefiniowanie znormalizowanych interfejsów usług sieć czujników oparta na usługach SWE ukrywa heterogeniczność podstawowej sieci czujników, jej szczegółów komunikacji i różnych komponentów sprzętowych przed aplikacjami zbudowanymi na jej bazie. Inicjatywa OGC SWE definiuje termin „sieć czujników” jako infrastrukturę umożliwiającą dostęp do sieci czujników i zarchiwizowanych danych z czujników, które można wykryć i uzyskać do nich dostęp za pomocą standardowych protokołów i interfejsów programowania aplikacji . Dzięki temu oderwaniu od szczegółów czujników, ich wykorzystanie w aplikacjach jest ułatwione.

Charakterystyka architektury sieci czujników Delin

Delin zaprojektował sieć czujników jako sieć połączonych ze sobą strąków. Wszystkie zasobniki w sieci czujników są równoważne sprzętowo (nie ma specjalnych zasobników „brama” lub „podrzędnych”). Niemniej jednak istnieją dodatkowe funkcje, które mogą wykonywać pody oprócz udziału w ogólnej funkcji sieci czujników. Dowolny zasobnik sieci czujników może być zasobnikiem portalu i zapewnia użytkownikom dostęp do sieci czujników (zarówno wejścia, jak i wyjścia). Dostęp może być zapewniony przez modem RF, połączenia z telefonami komórkowymi, połączenia z laptopami, a nawet serwer internetowy. W niektórych przypadkach kapsuła będzie miała dołączoną wymienną jednostkę pamięci (taką jak pamięć USB lub laptop), która przechowuje zebrane dane.

Termin kapsuła-matka odnosi się do kapsuły zawierającej zegar główny systemu synchronicznej sieci czujników. Kapsuła-matka nie jest z nią związana żaden specjalny sprzęt, jej oznaczenie jako matki opiera się jedynie na numerze identyfikacyjnym powiązanym z kapsułą. Często kapsuła-matka służy jako główny punkt portalu do Internetu, ale odbywa się to tylko dla wygody wdrażania. Wczesne publikacje odnosiły się do macierzystej kapsuły jako „głównego węzła”, jeśli dodatkowo zawierała specjalny sprzęt dla określonego typu urządzenia wejścia/wyjścia (powiedzmy modem RF).

Ze względu na nieodłączne przeskakiwanie danych w sieci czujników, zasobnik bez podłączonych czujników może być zastosowany jako przekaźnik, którego jedynym celem jest ułatwienie komunikacji między innymi zasobnikami i rozszerzenie zakresu komunikacji do określonego punktu końcowego (takiego jak strąk matki). Czujniki mogą być później dołączane do kapsuł przekaźnikowych, a same przekaźniki mogą również służyć jako kapsuły portalowe.

Każda kapsuła zwykle zawiera:

  • jeden lub więcej czujników prowadzących do jednego lub więcej kanałów danych,
  • jednostka przetwarzająca, taka jak mikrokontroler lub mikroprocesor ,
  • element komunikacji dwukierunkowej, taki jak radio i antena (zasięgi radiowe są zazwyczaj ograniczone przez rządowe wymagania dotyczące widma; pasma nielicencjonowane pozwolą na komunikację na odległość kilkuset jardów w niezakłóconych obszarach, chociaż linia widzenia nie jest wymagana),
  • źródło energii takie jak bateria sprzężona z ogniwem słonecznym ,
  • pakiet chroniący komponenty przed czasami trudnym środowiskiem,

Każda kapsuła zazwyczaj wymaga również podparcia, takiego jak tyczka lub statyw. Liczba strąków może się różnić, z przykładami sieci czujników z 12 do 30 strąkami. Kształt sieci czujników może mieć wpływ na jej przydatność, na przykład konkretne rozmieszczenie upewniło się, że każdy zasobnik był w zasięgu, aby komunikować się z co najmniej dwoma innymi zasobnikami. W przypadku wdrożonych systemów cykle pomiaru sieci sensorowej wynosiły zazwyczaj od 30 sekund do 15 minut.

Wdrożono sieci czujników składające się z kapsuł, które rozciągnęły się na kilometry i działają nieprzerwanie od lat. Sieci sensorowe zostały wykorzystane w trudnych warunkach (w tym na pustyniach, w górach i na Antarktydzie) do celów nauk o środowisku i okazały się również cenne w miejskich poszukiwaniach i ratownictwie oraz ochronie infrastruktury. Technologia nie tylko monitoruje środowisko, ale czasami także kontroluje środowisko poprzez uruchamianie urządzeń.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Sensor Webs, KA Delin, SP Jackson i RR. Niektóre NASA Tech Briefs 1999, 23, 90 [1] publikacja ogólnodostępna .
  • The Sensor Web: Distributed Sensing for Collective Action, Kevin A. Delin Sensors Online, lipiec 2006, 18 [2] publikacja o otwartym dostępie .
  • The Sensor Web: A Distributed, Wireless Monitoring System, Kevin A. Delin Sensors Online, kwiecień 2004, 21 [3] publikacja o otwartym dostępie .
  • Nowa generacja Sensor Web Enablement, Arne Bröring, Johannes Echterhoff, Simon Jirka, Ingo Simonis, Thomas Everding, Christoph Stasch, Steve Liang, Rob Lemmens Sensors 2011, tom 11, numer 3, 2652-2699 [4] publikacja ogólnodostępna .
  • Badania środowiskowe za pomocą sieci czujników: zasady i praktyka, Kevin A. Delin, Shannon P. Jackson, David W. Johnson, Scott C. Burleigh, Richard R. Woodrow, J. Michael McAuley, James M. Dohm, Felipe Ip, Ty PA Ferré, Dale F. Rucker, Victor R. Baker Sensors 2005, 5, 103-117 [5] publikacja ogólnodostępna .
  • OGC Sensor Web Enablement: Przegląd i architektura wysokiego poziomu, Botts, Percivall, Reed i Davidson [6] Biała księga OGC, publikacja z lipca 2006 r. z otwartym dostępem .
  • Open Sensor Web Architecture: Core Services, Xingchen Chu, Tom Kobialka, Bohdan Durnota i Rajkumar Buyya, materiały z 4. międzynarodowej konferencji na temat inteligentnego wykrywania i przetwarzania informacji (ICISIP 2006, IEEE Press, Piscataway, New Jersey, USA, ISBN  1- 4244-0611-0 , 98-103 s.), 15-18 grudnia 2006, Bangalore, Indie. [7] publikacja o otwartym dostępie .
  • Oprogramowanie pośredniczące SensorWeb z usługami stanowymi dla heterogenicznych sieci czujnikowych, Tom Kobialka, Rajkumar Buyya, Christopher Leckie i Rao Kotagiri, materiały z 3. międzynarodowej konferencji poświęconej inteligentnym czujnikom, sieciom czujnikowym i przetwarzaniu informacji (ISSNIP 2007, IEEE Press, Piscataway, New Jersey , USA), 3-6 grudnia 2007 r., Melbourne, Australia. [8] publikacja ogólnodostępna .

Linki zewnętrzne

  • SensorWare Systems — firma wydzielona z NASA w celu komercjalizacji technologii sieci czujników.
  • Sensor Web Alliance — organizacja, która opracowuje platformę współpracy badawczej o nazwie Sensor Web Alliance (SWA). Celem jest zebranie zasobów w SWA, koordynacja badań i umożliwienie uczestniczącym organizacjom dzielenia się własnością intelektualną, co rozprzestrzeni ryzyko i obniży koszty wejścia.
  • SenseWeb Project — projekt Microsoft Research, który pozwala użytkownikom wizualizować i przeszukiwać dane w czasie rzeczywistym za pomocą interfejsu geograficznego, takiego jak Windows Live Local, oraz umożliwia właścicielom danych łatwe publikowanie danych na żywo za pomocą interfejsu usługi sieciowej.
  • GeoSensor Web Lab, University of Calgary — uniwersyteckie laboratorium badawcze, które opracowuje infrastrukturę GIS dla sieci Sensor Web i jej aplikacji. Opracowano i wdrożono kilka aplikacji internetowych dla czujników do zastosowań środowiskowych i rolniczych. Informacje o projekcie, publikacje i filmy demonstracyjne można znaleźć na tej stronie.
  • 52°North – Organizacja otwartego partnerstwa, która zapewnia interoperacyjne usługi sieciowe i modele kodowania danych, które stanowią techniczne elementy konstrukcyjne infrastruktur danych przestrzennych (SDI).
  • SWSL w Instytucie Geoinformatyki (IFGI) Uniwersytetu w Muenster - The S internecie Ensor, W eb oparte geoprzetwarzanie i S imulation L ab (SWSL) jest laboratorium uniwersytetu pracuje nad cegiełek internecie geosensor zrobić wszystko różne rodzaje czujników wykrywalnych, dostępnych i wykonujących zadania w sposób interoperacyjny.
  • OGC SWE – Od 2002 roku Open Geospatial Consortium (OGC) prowadzi ukierunkowaną działalność Sensor Web Enablement (SWE). Z perspektywy OGC sieć czujników odnosi się do dostępnych sieci czujników i zarchiwizowanych danych czujników, które można wykryć i uzyskać do nich dostęp za pomocą standardowych protokołów i interfejsów aplikacji (API).
  • Projekt Open SensorWeb Architecture – Projekt koncentruje się na rozwoju zorientowanego na usługi oprogramowania pośredniego dla SensorWeb, które integruje sieci czujników i rozproszone środowiska obliczeniowe, takie jak siatki obliczeniowe.
  • Sensorweb Research Laboratory – laboratorium badawcze na Georgia State University, opracowujące systemy sieci sensorowych i stosujące je w zastosowaniach naukowych i społecznych, takich jak monitorowanie środowiska, inteligentne środowiska i aplikacje inteligentnych sieci.
  • Projekt SEPS — koncepcja samoadaptacyjnego systemu przewidywania Ziemi (SEPS) łączy modele systemu Ziemi (ESM) i obserwacje Ziemi (EO) w jeden system za pośrednictwem standardowych usług internetowych. Jest to wspólny projekt, który składa się z naukowców z Center for Spatial Information Science and Systems (CSISS) z George Mason University , NASA GSFC i UMBC.
  • Semantic Sensor Web — projekt SSW to próba opisywania danych z czujników za pomocą metadanych semantycznych w celu dostarczenia informacji kontekstowych niezbędnych dla świadomości sytuacyjnej. W szczególności jest to podejście do opisywania danych z czujników przestrzennymi, czasowymi i tematycznymi metadanymi semantycznymi.