השימוש בספקטרום של רשתות חיישן אלחוטיות למעקב סביבתי

מבוא

רשתות חיישן אלחוטיות (WSN) הפכו הכרחיות לניטור סביבתי, המאפשר איסוף נתונים קריטיים כגון טמפרטורה, לחות, איכות אוויר, זיהום מים ופעילות חיות בר.רשתות אלה פועלות לעתים קרובות מרחוק, מאתגר או במקומות בלתי נגישים שבו תשתית חוטית היא בלתי מעשית של גישה, עם זאת, עצם ניטור סביבתי מציג אתגרים תקשורת משמעותיים: הפחתה עקב קדחתנות או הפרעה תעשייתית, בהשוואה לשיטות אבטחה מרובות, החלות, החלת, החלת, כדי להפיץ אותות צבאיים, כדי להפיץ אותות חריפים יותר, או לספקטרום רחבים, באופן קבוע של לחץ על פני ספקטרום רחב יותר, ולהוביל באופן קבוע של לחץ על ידי שימוש בספקטרום רחב יותר, כדי להפיץ את עוצמת לחץ על ידי שימוש בספקטרום תקשורת אלחוטיים יותר.

טכנולוגיית Spectrum

מקורות ואבולוציה

תקשורת ספקטרום מפרסמת את שורשיה בתחילת שנות ה-40, כאשר השחקנית האדי למאר ומלחין ג'ורג' אנתיל הפטנטים על מערכת תדר-הההפצה לטורפדוes שהונחו על ידי רדיו, המצאתם נועדה למנוע ג'אט על ידי שינוי מהיר של תדירות נושאת על פי דפוס קבוע מראש (HSEC) אשר מאומץ יותר ויותר על ידי שימוש בתקני אבטחה אלחוטיים מסחריים (F) ב-SECF) ב-S (S) ב-SECF) ו-SECBIRFSTSECBOSTS (S) ב-SECBOSTS (S) הוא יותר ויותר ידוע כיום תחת ספקטרום נמוך יותר ויותר ידוע כיום תחת ספקטרום של אבטחה נמוכה יותר ויותר (בשנות אבטחה נמוכה יותר ויותר (FSTFSTFSTF) ב-S (בשנות אבטחה נמוכה יותר ויותר (בשנות אבטחה נמוכה יותר ויותר) ב-S (בטווח תקשורת אלחוטית (בשנות אבטחה נמוכה יותר ויותר) ב-SECFSTFSTFSTFSTFSTFSTFSTS (בשנות אבטחה), מושג אשר מאוחר יותר ויותר) ו-SEC) ב-S (בשנות אבטחה נמוכה יותר ויותר

עקרונות הליבה

הרעיון הבסיסי מאחורי ספקטרום התפשטות הוא פשוט: במקום להתמקד בכל האנרגיה המועברת בתוך ערוץ תדר צר, האות מתפשט במכוון על פני רוחב פס רחב הרבה יותר.הפצה זו מושגת בדרך כלל על ידי הפעלת אות הנתונים עם רצף רעש פסאודודום (PN) הידוע גם משדר וגם המקלט.הגורם הרחבה רוחב הפס - המכונה גם רווח העיבוד - מספק את המערכת עם חסינות להפרעה צרה: מופר או הפרעה יעילה יותר של אותו קטע זה לא רק כדי להפיץ את האות המקורי.

סוגים של ספקטרום

המונחים: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

ב-DSSS, זרם הנתונים משולב (בדרך אגב באמצעות XOR) עם רצף קוד גבוה של PN. לדוגמה, כל פיסת נתונים עשויה להיות מוחלף על ידי שבב של 11 או יותר סיביות.הסימן המתקבל תופס רוחב פס פרופורציונלי לקצב השבבים ולא שיעור הנתונים. IEEE 802.11byon Wi-Fi והפופולרי הפופולרי ביותר:0ZigBeealrbeFLT1, כולל פרוטוקול מעקב מעולה של 802, כולל ISS).

תדירות ההוגות להפיץ Spectrum (FHSS)

FHSS מתירה במהירות את תדירות המוביל בין קבוצה של ערוצים על פי רצף פסאודודום הידוע לשדר ולמקבל.זמן ה-FHSS על כל ערוץ הוא בדרך כלל קצר (< 400 ms) Bluetooth, למשל, הופ בין 79 ערוצים בקצב של 1600 הופות לשנייה.FHSS הוא יעיל במיוחד בסביבות עם התערבות חזקה, קבוע - אם ערוץ חסום, מערכת פשוט תומך רצף נמוך יותר.

זמן ההוספיג ספקטרום (THSS)

פחות נפוץ אבל עדיין רלוונטי עבור תרחישים מסוימים ברשת חיישן, THSS מעביר נתונים בהתפרצויות קצרות בתקופות פסאודודום זמן מרווחים.תזמון התפרצויות אלה נקבע על ידי קוד PN. בשילוב עם טכניקות אולטרה-רחבות (UWB), THSS יכול להשיג צפיפות חשמל נמוכה מאוד ורזולוציה טווח גבוה טווח, אשר הוא יתרון עבור דיוק ניטור סביבתי - כגון מעקב אחר תנועת חיות בר או זיהוי לחות ניסיונית בעיקר עבור רשתות חשישומי תקשורת עתידיים.

היתרונות של הפצת Spectrum ב-WiFiual Sensor Networks

התנגדות הדדית ורובוסטנס

ניטור סביבתי לעתים קרובות מציב חיישנים ליד מקורות של הפרעה אלקטרומגנטית: מנועים, משאבות, קווי חשמל, או משדרים אלחוטיים אחרים (למשל, נתבי Wi-Fi, תחנות בסיס סלולריות) מפיצים חסינות הטלאית של ספקטרום להפרעות פסים צרים מבטיח שידור נתונים אמין בתנאים כאלה.העיבוד של DSSS יכול להיות גבוה כמו 20-30 dB יקר, כלומר אות בין היתר חייב להיות מאות פעמים של הפרעה בלתי אפשרית עבור הפרעה אנושית.

אבטחה משופרת ופרטיות

נתונים סביבתיים עשויים להיות רגישים: מקרי זיהום שיכולים למנוע מפעל, מיקומים בעלי חיים שניתן להשתמש בהם על ידי פונקים, או נתונים אקלים שיש להם ערך קניין רוחני.ספקטרום להפיץ מספק שכבה ראשונה של אבטחה על ידי הפיכת אותות קשים ליירט מבלי לדעת את קוד PN. בעוד לא תחליף הצפנה, זה מעלה את המחסום נגד ניכויים אקראיים.

אפשרויות גישה מרובות

WSN for Environmental Monitor יכול לכלול מאות או אלפי צמתים. להפיץ טכניקות גישה מרובות ללא פניית חלוקת זמן (TDMA) או המורכבות של חטיבת תדר (FDMA) בהקשר צר פס. ב DSSS, Code-division מרובים גישה (CDMA) מקצה קודים שונים PN לכל אחת - או קבוצות של Nodes - כך שהם יכולים להעביר בו זמנית על אותו תדר FSS מאפשר רק רצף משותף של התנגשויות.

כוח חיים סוללה וסוללות

ניתן לחשוב אינטואיטיבית כי הפצת אות על פני רוחב פס רחב יותר תצרכו יותר כוח.בפרקטיקה, ספקטרום מבוזר יכול למעשה להפחית את דרישות הכוח כי זה מאפשר יחס אות נמוך יותר לרעש (SNR) במקלט.הרווח ביעילות מגביר את האות הרצוי ביחס לרעש (בנוסף, מערכות FHSS יכולות לפטור את הרדיו ביעילות, מה שמפריד בין ספקטרום מודרני רבים) ל-Lowsp.com (R) ל-Sp.

יישומים ב- Environmental Monitoring

פיקוח איכות אוויר

רשתות איכות אוויר עירוני דורשות תקשורת אמינה בתוך ה cacophony הרדיו- ⁇ של חיי העיר. להפיץ חיישנים ספקטרום מדידה PM2.5, אוזון, NO2, ו- CO2 יכול לכרות את הנתונים שלהם באמצעות רשת של מקלטים אפילו כאשר ממוקמים ליד נקודות חמות Wi-Fi או מגדלי תאים.לדוגמה, FLT:0 OpenAFIRFLT:1 וטייסים חכמים שונים משתמשים Zig-S כדי להבטיח עיכובים מבוססי תחנות אבטחה (Bemp) מתחנות רדיו-DS.

איכות המים וגילויי זיהום

חיישנים פרוסים בנהרות, אגמים או אזורי חוף לעתים קרובות להתמודד עם אתגרים מאווירה מים והשתקפות רב-פתפטית.מפיץ את היכולת של ספקטרום להתמודד עם רב-פתאט עושה את זה מתאים לסביבות מימיות כאלה. pHSS מבוסס אקוסטיות משמשים לעתים קרובות עבור רשתות חיישן תת-ימי, אם כי ספקטרום רדיו- ⁇ מתפשט מוגבל לחרוגות פני השטח או מים רדודים.

מעקב אחר חיות ו- Habitat

טכנולוגיית ספקטרום מבוזר היא אידיאלית למעקב אחר בעלי חיים מכיוון שהיא ממזערת את ההתערבות ממכשולים טבעיים ומעבירי חיות בר אחרים.צווארונים ותגים באמצעות FHSS (כמו גם ל-Bluetooth Low Energy) יכולים להיכנס למצב ולהתנהגות תוך דיווח מעת לעת למקלטים קבועים.The FLT:0MovebankFLT:1 פרויקט 1 ומחקרים אקולוגיים רבים מסתמכים על קישורים ספקטרום נמוך כל כך, בנוסף, ההסתברות נמוכה של גילוי עוזר למנוע מגילויים מחיות מתוות.

יער האש

גילוי מוקדם של שריפות פרא דורש רשת חיישן שיכול לפעול במשך חודשים בשטח מרוחק, מכוסה עץ.מפיץ עמידות של ספקטרום לעצימות של ספקטרום - הנגרמת על ידי עלים וענפים מתפזרים אותות - הוא יתרון גדול מערכות כמו FLT:0FireWatchFLT:1 להשתמש בספקטרום להפיץ ספקטרוםים במישרין כדי להעביר נתונים מטמפרטורה, לחות, 000 ביעילות נגד חיישנים או מחסנים.

החקלאות

חוות מודרניות מעסיקות רשתות חיישן אלחוטיות כדי לפקח על לחות הקרקע, רמות תזונתיות ומיקרו-קלימטים.ספקטרום להפיץ מאפשר תקשורת אמינה על פני שדות גדולים טבילה עם צינורות השקיה מתכתית, משאבות ומכונות אחרות.לדוגמה, מערכת מבוססת DSSS מ-FLT:0Decagon מכשירים FLT:1 (כיום חלק מקבוצת METER) משדרת נתונים קבורים לחיישנים מרכזיים, מאפשר שיפור מחסנית ותחנות ה- GPS ללא יבול אוטומטי, ואפקטים, ואפקטים, ללא קיבולת אווירית, ותחנות הפעלה אוטומטית.

אתגרים ומסחר

המונחים: Complexity

מעגלים ספקטרום מפוזרים דורשים עיבוד אותות מתוחכם יותר מאשר חלופות פס צר.הצורך בדור קוד PN, סינכרוניזציה מדויקת, ו despread מגביר שטח סיליקון ועלות אנרגיה.עם זאת, טרנסצ'יבים משולבים מודרני הפחיתו במידה רבה את הנושאים האלה - רדיו חד שבב יחיד משלב ספקטרום עם צריכת חשמל נמוכה.הפרסמת העלות היא לעתים קרובות מקובלת עבור פריסות סביבתיות ארוכות טווח.

שיקולים בנדידות ותקנות

ספקטרום רחב, על ידי הגדרה, צורכת יותר רוחב פס מאשר נתונים מקבילים באמצעות חישוב צר פס מודולציה. בלהקות ISM צפופות (2.4 GHz, 868/915 MHz), זה יכול להוביל לתכנים עם מערכות אחרות של ספקטרום מבוזר. תקנות מחזור (למשל, ETSI EN 300, FCC חלק 15 בארה"ב) גם להגביל את משך השידור, אשר מגבילים את קצב הנתונים ואת יכולת הרשת.

סינכרון ושעון Drift

מערכות ספקטרום מבוזרות מסתמכות על תזמון מדויק כדי ליצור ולתאם את רצפי PN. שעון סחף בין צמתים חיישן, במיוחד בתקופות ארוכות בטמפרטורות משתנות, יכולות להפיג את הביצועים של FHSS דורשות כי הן משדרות והן מקלט synronic - כל סחף יכול לגרום לעיכובים והפסדי החבילה. Solutions כוללים שידורים תקופתיים והשימוש בשרירים (TCOS), אשר מגבירים את דרישות הכוח (RIT) ו-RexiOS.

דו-קיום עם מערכות אלחוטיות אחרות

עם הפצת מכשירים IoT, אותו ספקטרום עשוי להיות משותף על ידי Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, ומערכות ספקטרום מבוזר קנייני. בעוד ספקטרום מתפשט נועד להיות חזק להפרעה, קו-מיקום צפוף עדיין יכול לפענוח באמצעות לוח.תדירות הסתגלות (AFH) ב- Bluetooth ו- דינמי מבחר ב ZHz הם פתרונות חלקיים. עבור ניטור סביבתי, תדירות זהירה ושימוש של תת-הרץ (R.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

רדיו קוגניטיבי וספקטרום הסתגלות

טכנולוגיית רדיו קוגניטיבית מאפשרת מכשיר אלחוטי לחוש את סביבת הספקטרום שלו ולתאים באופן דינמי את הפרמטרים שלה שידור - כולל גורם מתפשט, רוחב פס ותבניות היגוי - כדי להימנע מהתערבות ואופטימיזציה של ביצועים.מושג זה מתרחב לרשתות חיישן ספקטרום מבוזר.חוקרים מפתחים את ה-FLT:0cognitive Spreadספקטרום FLT:1 פרוטוקולים שלמדו תבניות התערבות והסתגלות בזמן אמתי כזה, אפילו אמינות רבה יותר בטמפרטורות יעילות, כגון אזורי בקרה תעשייתיים.

שילוב עם 5G ו- LPWAN

מערכת האקולוגית של 5G מגדירה תקשורת מסוג מכונה משופרת (eMTC) וקטגוריות גדולות של IoT (mMTC) המנצלות טכניקות ספקטרום (Narrowband IoT) ו- LTE-M משתמשים בהפצת DSSS כדי להשיג חדירה עמוקה וטווח ארוך.עבור פיקוח סביבתי הדורש כיסוי רחב של שטח רחב של תעשיות WAN (FLT) מציעות אלטרנטיבה פרטית, כלומר: CFVSFVSEROFVS) הרחבה (FERFEROFERC) הרחבה) היא הרחבה (FERFERC) הרחבה (FERC) הרחבה של ספקטרום רחבת כיסוי סביבתית: ספקטרום רחב יותר, כלומר: ספקטרום רחב של ספקטרום רחב יותר, כלומר: ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של WAN) ו-FWAN) ו-FLT2FWAN) ו-FWAN) מציעות עוצמה (TSFLT2FWAN) ו-FWAN (TS) המציעהפצה) ו-FLT) ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום רחב של ספקטרום

אנרגיה מתחדשת ו- Ultra-Low Power Design

כדי להשיג רשתות חיישן אוטונומיות באמת, החוקרים משלבים ספקטרום רחב עם טכנולוגיות קציר אנרגיה.לדוגמה, חיישן מופעל השמש ללא הפסקה באמצעות עוברי FHSS יכול לפעול ללא הגבלת זמן תוך צריכת רק מיקרווואט במהלך תקופות זמן של idle. New Circle עיצובים חדשים מתתים או הזרקת oscillators מקוטב כדי להפחית את האנרגיה מתחת 1J ההתקדמות תאפשר ניטור ארוך, ארוך טווח של אזורים מרוחקים של אקלים ללא צורך שינויים.

מסקנה

טכנולוגיית ספקטרום מבוזר הוכיחה להיות מאפשר רב עוצמה עבור רשתות חיישן אלחוטיות פרוסות ניטור סביבתי. על ידי הצעת דחייה חזקה, אבטחה טבועה, גישה מרובה יעילה וצריכת חשמל נמוכה יותר, היא מתייחסת לרבים מהאתגרים הייחודיים שמציבים סביבות מרוחקות ורעשניות.מעקב אחר ציפורים נודדות למדידת איכות האוויר בערים צפופות, להפיץ ספקטרום WSN כבר מעבירה נתונים חשובים המודיעים מדיניות ושימור, עם זאת, בעיות פרקטיות כגון יישום, אינטגרציה, ספקטרום תקשורת, ואפילו ספקטרום של רשתות אבטחה, וקידום אבטחה, וחשיפה לטכנולוגיות אבטחה מתקדמות יותר, וחדשנות סביבתית, וחדשנות, וחדשנות, וחדשנות, וחדשנות, וחדשנות, וחדשנות מתקדמת יותר.

(ב) ◄ ⁇ ⁇

• (ב) ,0) ויקיפדיה: להפיץ את Spectrumrumph 1
• (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) EPA: Air Topics (הקשר ניטור איכות האוויר של העולם האמיתי)