Rede do sensor - Sensor web

O conceito de "rede de sensores" é um tipo de rede de sensores especialmente adequado para monitoramento ambiental . A frase "rede de sensores" também está associada a um sistema de detecção que utiliza muito a rede mundial de computadores . A estrutura Sensor Web Enablement (SWE) do OGC define um conjunto de interfaces de serviço da web e protocolos de comunicação que abstraem da heterogeneidade da comunicação do sensor (rede).

Definição

O termo "rede de sensores" foi usado pela primeira vez por Kevin Delin, da NASA, em 1997, para descrever uma nova arquitetura de rede de sensores sem fio onde as peças individuais podiam agir e se coordenar como um todo. Nesse sentido, o termo descreve um tipo específico de rede de sensores : uma rede amorfa de plataformas de sensores espacialmente distribuídas ( pods ) que se comunicam sem fio entre si. Essa arquitetura amorfa é única, pois é síncrona e livre de roteador , tornando-a distinta dos esquemas de rede mais típicos do tipo TCP / IP . Um pod como plataforma física para um sensor pode ser orbital ou terrestre, fixo ou móvel e pode até ter acessibilidade em tempo real via Internet . A comunicação pod a pod é omnidirecional e bidirecional, em que cada pod envia os dados coletados para todos os outros pod da rede. Conseqüentemente, a arquitetura permite que cada pod saiba o que está acontecendo com todos os outros pod através da rede do sensor em cada ciclo de medição. Os pods individuais (nós) eram todos equivalentes em hardware e a arquitetura do Delin não exigia gateways ou roteamento especiais para que cada uma das partes individuais se comunicasse entre si ou com um usuário final. A definição de Delin de uma rede de sensores era uma entidade autônoma e autônoma de detecção - capaz de interpretar e reagir aos dados medidos - que não requer necessariamente a presença da rede mundial de computadores para funcionar . Como resultado, a fusão de dados em tempo real, como identificação de falso-positivo e rastreamento de pluma, pode ocorrer dentro da própria rede de sensores e o sistema subsequentemente reage como um todo coletivo coordenado ao fluxo de dados de entrada. Por exemplo, em vez de ter detectores de fumaça descoordenados, uma rede de sensores pode reagir como um único localizador de incêndio espacialmente disperso.

O termo "rede de sensores" também se transformou, às vezes, sendo associado a uma camada adicional que conecta os sensores à rede mundial de computadores . A iniciativa Sensor Web Enablement (SWE) do Open Geospatial Consortium (OGC) define interfaces de serviço que permitem um uso interoperável de recursos de sensor, permitindo sua descoberta , acesso , atribuição de tarefas , bem como eventos e alertas . Ao definir interfaces de serviço padronizadas, uma rede de sensores baseada em serviços SWE esconde a heterogeneidade de uma rede de sensores subjacente, seus detalhes de comunicação e vários componentes de hardware, dos aplicativos construídos sobre ela. A iniciativa SWE da OGC define o termo "rede de sensores" como uma infraestrutura que permite o acesso a redes de sensores e dados de sensores arquivados que podem ser descobertos e acessados ​​usando protocolos padrão e interfaces de programação de aplicativos . Por meio dessa abstração dos detalhes do sensor, seu uso em aplicativos é facilitado.

Características da arquitetura da web de sensores da Delin

Delin projetou uma teia de sensores como uma teia de pods interconectados. Todos os pods em uma rede de sensores são equivalentes em hardware (não há pods "gateway" ou "escravos" especiais). No entanto, existem funções adicionais que os pods podem executar, além de participar da função da web geral do sensor. Qualquer pod de uma teia de sensor pode ser um pod de portal e fornece aos usuários acesso à teia de sensor (entrada e saída). O acesso pode ser fornecido por modem RF, conexões de telefone celular, conexões de laptop ou até mesmo um servidor de Internet. Em alguns casos, um pod terá uma unidade de memória removível conectada (como um stick USB ou um laptop) que armazena os dados coletados.

O termo pod mãe refere-se ao pod que contém o relógio mestre do sistema da web do sensor síncrono. O pod mãe não tem nenhum hardware especial associado a ele; sua designação como mãe baseia-se meramente no número de identificação associado ao pod. Freqüentemente, o pod-mãe serve como um ponto de portal principal para a Internet, mas isso é feito apenas por conveniência de implantação. Os primeiros artigos referiam-se ao pod-mãe como "um nó principal" se contivesse adicionalmente hardware especial para um tipo específico de dispositivo de entrada / saída (digamos, um modem RF).

Por causa do salto inerente de dados dentro de uma teia de sensor, um pod sem sensores anexados pode ser implantado como um relé com o único propósito de facilitar a comunicação entre os outros pods e expandir o alcance de comunicação para um ponto final específico (como um pod mãe). Os sensores podem ser anexados aos pods de relé posteriormente e os relés também podem servir como pods de portal.

Cada pod geralmente contém:

  • um ou mais sensores levando a um ou mais canais de dados,
  • uma unidade de processamento, como um microcontrolador ou microprocessador ,
  • um componente de comunicação bidirecional, como um rádio e uma antena (os intervalos de rádio são normalmente limitados por requisitos de espectro do governo; bandas não licenciadas permitirão a comunicação de algumas centenas de metros em áreas desobstruídas, embora a linha de visão não seja um requisito),
  • uma fonte de energia, como uma bateria acoplada a uma célula solar ,
  • um pacote para proteger os componentes contra ambientes às vezes hostis,

Cada pod também normalmente requer um suporte, como um poste ou tripé. O número de pods pode variar, com exemplos de teias de sensores com 12 a 30 pods. A forma de uma teia de sensor pode impactar sua utilidade, por exemplo, uma implantação específica garantiu que cada pod estivesse dentro do alcance para se comunicar com pelo menos dois outros pods. Os ciclos de medição da banda do sensor normalmente duram entre 30 segundos e 15 minutos para os sistemas implantados até agora.

Redes de sensores que consistem em pods foram implantadas que se estendem por quilômetros e funcionam continuamente por anos. Redes de sensores foram utilizadas em ambientes hostis (incluindo desertos, montanhas de neve e na Antártica) para fins de ciência ambiental e também se mostraram valiosas em busca e resgate urbano e proteção de infraestrutura. A tecnologia não está apenas monitorando o ambiente, mas às vezes também controlando o ambiente por dispositivos de acionamento.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Sensor Webs, KA Delin, SP Jackson e RR. Alguns NASA Tech Briefs 1999, 23, 90 [1] publicação de acesso aberto .
  • The Sensor Web: Distributed Sensing for Collective Action, Kevin A. Delin Sensors Online, julho de 2006, 18 [2] publicação de acesso aberto .
  • The Sensor Web: A Distributed, Wireless Monitoring System, Kevin A. Delin Sensors Online, abril de 2004, 21 [3] publicação de acesso aberto .
  • New Generation Sensor Web Enablement, Arne Bröring, Johannes Echterhoff, Simon Jirka, Ingo Simonis, Thomas Everding, Christoph Stasch, Steve Liang, Rob Lemmens Sensors 2011, Volume 11, Número 3, 2652-2699 [4] publicação de acesso aberto .
  • Environmental Studies with the Sensor Web: Principles and Practice, 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] publicação de acesso aberto .
  • Ativação da Web do Sensor OGC: Visão geral e arquitetura de alto nível, Botts, Percivall, Reed e Davidson [6] White Paper do OGC, publicação de acesso aberto de julho de 2006 .
  • Open Sensor Web Architecture: Core Services, Xingchen Chu, Tom Kobialka, Bohdan Durnota e Rajkumar Buyya, Proceedings of the 4 International Conference on Intelligent Sensing and Information Processing (ICISIP 2006, IEEE Press, Piscataway, New Jersey, EUA, ISBN  1- 4244-0611-0 , 98-103pp), 15 a 18 de dezembro de 2006, Bangalore, Índia. [7] publicação de acesso aberto .
  • A SensorWeb Middleware com Stateful Services para Heterogeneous Sensor Networks, Tom Kobialka, Rajkumar Buyya, Christopher Leckie e Rao Kotagiri, Proceedings of the 3rd International Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP 2007, IEEE Press, Piscataway, New Jersey , EUA), 3 a 6 de dezembro de 2007, Melbourne, Austrália. [8] publicação de acesso aberto .

links externos

  • SensorWare Systems - A empresa saiu da NASA para comercializar a tecnologia da web de sensores.
  • Sensor Web Alliance - Organização que está desenvolvendo uma plataforma de pesquisa colaborativa chamada Sensor Web Alliance (SWA). O objetivo é reunir recursos no SWA, coordenar a pesquisa e permitir que as organizações participantes compartilhem a PI, o que distribuirá o risco e reduzirá o custo de entrada.
  • Projeto SenseWeb - Um projeto de pesquisa da Microsoft que permite aos usuários visualizar e consultar dados em tempo real usando uma interface geográfica como o Windows Live Local e permite que os proprietários de dados publiquem facilmente seus dados ativos usando uma interface de serviço da web.
  • GeoSensor Web Lab, University of Calgary - Um laboratório de pesquisa universitário que está desenvolvendo uma infraestrutura GIS para o Sensor Web e seus aplicativos. Vários aplicativos de sensor da web foram desenvolvidos e implantados para aplicações ambientais e agrícolas. Informações sobre o projeto, publicações e vídeos de demonstração podem ser encontrados neste site.
  • 52 ° Norte - Uma organização de parceria aberta que interopera serviços web e modelos de codificação de dados, que constituem os blocos de construção técnica de Infraestruturas de Dados Espaciais (SDIs).
  • SWSL no Instituto de Geoinformática (IFGI) da Universidade de Muenster - The S ensor web, geoprocessamento baseado em W eb e S imulation L ab (SWSL) é um laboratório universitário que trabalha nos blocos de construção da teia de geosensores para fazer todos diferentes tipos de sensores detectáveis, acessíveis e funcionais de maneira interoperável.
  • OGC SWE - Desde 2002, o Open Geospatial Consortium (OGC) tem uma atividade focada no Sensor Web Enablement (SWE). Da perspectiva do OGC, uma rede de sensores se refere a redes de sensores acessíveis pela web e dados de sensores arquivados que podem ser descobertos e acessados ​​usando protocolos padrão e interfaces de programa de aplicativo (APIs).
  • Projeto de arquitetura Open SensorWeb - O projeto se concentra no desenvolvimento de middleware orientado a serviços para SensorWeb que integra redes de sensores e ambientes de computação distribuída, como grades computacionais.
  • Sensorweb Research Laboratory - Um laboratório de pesquisa na Georgia State University, desenvolvendo sistemas de sensor da web e aplicando-os a aplicativos científicos e sociais, como monitoramento de ambiente, ambientes inteligentes e aplicativos de rede inteligente.
  • Projeto SEPS - O conceito de Sistema Preditivo Auto-adaptativo da Terra (SEPS) combina Modelos do Sistema Terrestre (ESM) e observações da Terra (EO) em um sistema por meio de serviços da Web padrão. Este é um projeto colaborativo que consiste em cientistas do Centro de Ciência e Sistemas de Informação Espacial (CSISS) da George Mason University , NASA GSFC e UMBC.
  • Semantic Sensor Web - O projeto SSW é uma tentativa de anotar dados do sensor com metadados semânticos para fornecer informações contextuais essenciais para a consciência situacional. Em particular, é uma abordagem para anotar dados do sensor com metadados semânticos espaciais, temporais e temáticos.