Giriş Giriş Giriş

Kablosuz sensör ağları (WSNs) çevresel izleme için vazgeçilmez hale geldi, çevresel izlemenin toplanması, sıcaklık, nem, hava kalitesi, su kirliliği ve vahşi yaşam aktiviteleri gibi kritik verilerin toplanması ve veri aralarının sürekli tehdit edilmesi, bu engellerin üstesinden gelmek için, araştırmacılar ve mühendisler önemli bir iletişim sorunlarına yol açtılar: Daha geniş bir güvenlik spektrumu nedeniyle sinyale maruz kalma, endüstriyel ekipman veya diğer kablosuz sistemlere müdahale, daha güvenli bir şekilde müdahaleye yönelik olarak, daha güvenli bir şekilde erişim sağlayan geniş bir sinyal izleme yöntemiyle, daha geniş bir güvenlik perspektifine göre daha geniş bir sinyale yol açan bir sinyale yol açıyor.

Spektrüman Teknolojisi

Origins and Evolution

Spektrücre iletişim köklerini 1940'ların başlarında izler, aktris Hedy Lamarr ve besteci George Antheil radyo kılavuzları için frekans kırılmış bir sistemdi. icatları, taşıyıcı frekansını önceden belirlenmiş bir modele göre hızla değiştirmeyi amaçladı - daha sonra Frekans Hopping Spectrum (FHSS) ile daha sonra, daha sonra düşük maliyetli bir askeri iletişim kurma aracı haline geldi. 1980'lerde ve 1990'larda ucuz dijital sinyal işlemenin gelişiyle.

Temel Prensipleri

Ortam spektrumunun arkasındaki temel fikir basit: her iki verici ve alıcıya da dar frekans kanalı içinde tüm bu enerjiyi yoğunlaştırmak yerine, sinyal işlemesi çok daha geniş bir bant genişliğine yayılmak için sistemi teşvik eder. Bu yayılma genellikle grubun küçük bir kısmını etkileyen bir pişkan gürültü (PN) serisi, alıcıya göre, aynı PN serisi, sinyal işlemenin geri çekilmesini sağlar - ayrıca baskıya müdahale etmek için sistemi daha da zorlaştırır: bir sabit bir şekilde baskı yapar.

Türler

Doğrudan Sequence spread Spectrum (DSSS)

DSSS'de, veri akışı, yüksek frekanslı PN kodu ile bir araya getirilir (örneğin, her veri biraz 11 veya daha fazla bitleri tarafından değiştirilebilir. Elde edilen sinyal, veri oranı yerine bir bant genişliği tutar.) IEEE 802.11b Wi-Fi ve popülerurBee)ZigBee)

Frekans Hopping Spectrum (FHSS)

FHSS, taşıyıcı frekansının ikinci bir dizi kanal arasında hızla geçiş yapar. FHSS özellikle de verici ve alıcıya bilinen bir dizi kanala sahiptir.Her kanalda bir kanal genellikle kısadır (< 400 ms). Bluetooth, örneğin, ikinci sensör düğümlerine 1000 dolar arasında birden fazla erişim sağlar.FHSS özellikle düşük maliyetli sensör sensörlerine sahip ortamlarda etkilidir.

Zaman Hopping Spectrum (THSS)

Daha az yaygın ama hala belirli sensör ağ senaryoları için ilgili, THSS, çevre izlemede hassas yerelleşme için verileri iletmektedir - bu patlamaların zaman zaman aralığı olarak PN kodu tarafından belirlenir.Kaç büyük ölçüde deneysel olarak bant (UWB) teknikleri ile bir araya gelir, THSS hem de iletişim ve çok düşük güç yoğunluğu ve yüksek menzil kararı elde edebilir, bu da vahşileşmenin izlenmesi gibi - toprak ne kadar hassas bir şekilde algılanır.

Kablosuz Sensör Ağlarında Spectrum'un Faydaları

Interference Direniş ve Robustness

Çevresel izleme genellikle elektromanyetik müdahale kaynaklarına yakın sensörler yerleştirir: motorlar, pompalar, güç hatları veya diğer kablosuz vericiler (örneğin, Wi-Fi yönlendiricileri, hücresel temel istasyonları).Görüntülerin doğal bağışıklıkları bu kadar dar bant müdahalesinin sağlanması, insan müdahalesinin 20-30 dB kadar yüksek olması gerektiği anlamına gelir.

Gelişmiş Güvenlik ve Gizlilik

Çevre verileri hassas olabilir: PN kodu bilmeden önce bir fabrikayı, hayvan yerlerini sıkıştırabilecek bir alan okumaları, algılama (LPD) özelliğinin düşük olasılıklarını bulmak ve rektöre etmek için zor bir güvenlik katmanı sağlar - ekolojik rezervuarlama için bir engel teşkil ederken, bariyeri rahat bir şekilde yükseltir.

Birden Çok Access Cap tasks

Çevre izleme için WSNs yüzlerce veya binlerce düğüm oluşturabilir.Gruple teknikleri zaman bölme (TDMA) veya frekans bölümü (FDMA) karmaşık bir şekilde, bu çarpışmaların yalnızca yoğun bir şekilde gerçekleşmesini sağlar.Bu esneklik, spektrumel dağıtımlarını her düğümün grublarını etkin bir şekilde paylaşmanızı sağlar - aynı frekansta aynı şekilde iletebilir. FHSSS'ler farklı umutlu dizileri belirler.

Güç Verimliliği ve Battery Life

Bir sinyal daha geniş bir bant genişliğine yayılan bir sinyalin daha fazla güç tüketeceğini sezgisel olarak düşünebilir.In practice, spread spektrum aslında güç gereksinimlerini azaltabilir, çünkü alıcıda daha düşük enerji tüketimine (SNR) ulaşır.(0)TI CC1[Döneticileri)[Dönder)[Döneticileri değiştiremezler.

Çevresel İzleme Uygulamaları

Hava Kalite İzlemesi

Kentsel hava kalitesi ağları, radyo-frezelerin yarık noktası veya hücresel kuleler yakınındayken bile verileri ağlayabilir. Örneğin, hava kalitesindeki ani artış gecikmeden rapor edilir.

Su Kalitesi ve Kirliliği Tespiti

Nehirlerde, göllerde veya kıyı bölgelerinde kullanılan sensörler genellikle su azaltımı ve çok fazlapath yansımaları ile sınırlıdır.Gruplar, bu tür su ortamlarını ele geçirme yeteneğine sahiptir. FHSS tabanlı akustik modemler bazen sualtı sensörleri ağları için kullanılır, ancak radyo-fretleri yayılabilir spektrumları veya sulara ulaşmak için sınırlıdır. Örneğin, [[Dört:0)SmartBuoy) Buoy) Buoy[FLT) Buoy [FONTS tabanlı akustik modemler oksijeni azaltır ve su bazlı radyo iletişim araçları kullanarak, çeşitli yerlere iletmek için DSSS radyolar kullanır.

Yaban Hayatı İzleme ve Habitat İzleme

Arama spektrumu teknolojisi hayvanları takip etmek için idealdir, çünkü doğal engellerden ve diğer vahşi yaşam vericilerinden müdahaleyi en aza indirir.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.

Orman Yangını Tespiti

Yabani yangınların erken tespiti, uzak, ağaç destekli bir arazide aylarca çalışabilecek bir sensör ağı talep eder.Görüngeleme spektrumunun dayanıklılıklarını azaltmak - çünkü terk ve şubeler tarafından saçılmayı umuyor - büyük bir avantaj. Systems likeUVT:0)FireWatch), havacılıktan veriye, nemden, gaz sensörlerinden veriye kadar yayılabilir.

Tarımsal Tarımın İncelenmesi

Modern çiftlikler toprak nemi, besin seviyelerini izlemek için kablosuz sensör ağlarını kullanıyor ve mikrolimates.Gruplar, metalik sulama boruları, pompalar ve diğer makinelerle dolu geniş alanlarda güvenilir iletişim sağlar. Örneğin, bir DSSS tabanlı sistem:0)Decagon Cihazları)[MİL Grup parçası) merkezi bir ağ geçidine gömülü sensörlerden toprağa gömülü sensörlerden topraklara kadar uzanan verileri aktarıyor.

Meydanlar ve Ticaret-offs

Uygulama Kompleksi

Geniş bant devreleri, dar bant alternatiflerinden daha sofistike sinyal işleme gerektirir. PN kodu nesli, hassas senkronizasyon ve silikon alanı ve enerji maliyetlerini azaltır. Ancak, modern entegre transceivers büyük ölçüde bu sorunları azaltmıştır - tek-çiy radyolar düşük güç tüketimi ile spektrum donanımını entegre eder.

Band Wide and Düzenlemeler

Anahtarlama spektrumu, tanımla, dar bant modülasyon kullanarak eşdeğer verilerden daha fazla bant tüketiyor. kalabalık ISM grupları (2.4 GHz, 868/915 MHz), bu, gerekli aralık ve veri oranını elde ederken diğer yayılma spektrum sistemleri ile içeriklemeye yol açabilir.

senkronizasyon ve Saat Drift

Genişleme spektrum sistemleri, PN dizilerini üretmek ve eşleştirmek için kesin zamanlamaya dayanır. sensör düğümleri arasında sürüklenme, özellikle de farklı sıcaklıklarda uzun süreler boyunca performans gerektirir. FHSS, hem verici hem de alıcı senkronizasyonu gerektirir - her zaman kaybolabilir ve paket kaybı. Solutions bu gereksinimleri rahatlamak için yarı iletken teknikler kullanabilir.

Diğer Kablosuz Sistemlerle Yandaşlık

IoT cihazlarının çoğalmasıyla, aynı spektrum, ZigBee'de Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee ve özel olarak yay spektrum sistemleri tarafından paylaşılabilir.Görünmüş spektrum, müdahaleye dayanıklı olmakla birlikte, yoğun kon-lokasyon hala düşük ücretli frekans umutlu (AFH) Bluetooth ve dinamik kanal seçimi ile paylaşılabilir. Çevre izleme, dikkatli frekans planlama ve alt bant kullanımı için (örneğin, 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 868 MHz, 868 MHz, popüler 2.4 GHz cihazlarla içerik azaltılabilir.

Future Yol ve Gelişen Trendler

Bilişsel Radyo ve Adaptif Yay

Bilişsel radyo teknolojisi, spektrum ortamını ve dinamik olarak iletim parametrelerini anlamlandırmak için kablosuz bir cihaz sağlar - yayılma faktörü, bant genişliği ve performans kaydetme kalıpları dahil - kablosuz ağlara yayılmaktan kaçınır. Araştırmacılar gelişmektedir.[Döneticisel yayılma spektrumu[Döneticileri”)[Döneticileri ve gerçek zamanlı olarak adaptasyon modellerini öğrenen protokolleri. Bu tür sistemler, örneğin, kablosuz iç içe dönük ortamlarda daha büyük güvenilirlik vaat ediyor.

5G ve LPWAN ile entegrasyon

5G ekosistemi gelişmiş makine tipi iletişim (eMTC) ve geniş kapsamlı IoT (mMTC) geniş spektrum teknikleri kullanan kategorilerdir. Narrowband IoT (NB-IoT) ve LTE-M kullanımı DSSS-Beğen, çevre izleme sınırlaması için yaygın bir şekilde yayılıyor.[değiştir | kaynağı değiştir]LoRaWAN[Dönetici tabanlı yayılma spektrum ağları özel sensör ağları için yönetilen bir alternatif sunar.

Enerjinin üretimi ve Ultra-Low Power Design

Gerçekten otonom sensör ağlarına ulaşmak için, araştırmacılar, enerji hasat teknolojileri ile yaylı spektrumu bir araya getiriyorlar. Örneğin, bir FHSS transceiver kullanarak hiçbir güneş enerjisinin yoğun bir şekilde çalışmasını sağlayabilirler, ancak mikrowatt veya alpine bölgelerindeki iklim değişikliği çalışmaları için acil bir ihtiyaç olmadan.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Genişleme spektrumu teknolojisi, çevre izlemede kullanılan kablosuz sensör ağları için güçlü bir olasılık olduğunu kanıtlamıştır. Sağlam müdahale reddedilmesi, doğal güvenlik, verimli çoklu erişim ve daha düşük güç tüketimi, düzenleyici kısıtlamalar ve senkronizasyonun birçok adreslerini uzaktan ve gürültülü ortamlara yönlendirdiği kanıtlamaktadır.Ggresyonda hava kalitesini ölçmeden, yoğun şehirlere kadar, spektrum WSN'ler zaten politika ve koruma alanlarındaki değerli verileri sunar.

[FONT=0)Dön Linkler:[Dönem:[Dönem: 1)

  • [0]Wikipedia: Spectrum[Dönemli: yay Spectrum[Dönemli)
  • [FONT:0)IEEE Paper: Kablosuz Sensör Ağları Çevre İzlemesi[Dönetici: 1 )
  • [FONT:0)Semtech: LoRa nedir? (Chirp spread Spectrum)).
  • [FONT:0)EPA: Hava Konuları (Real-world hava kalitesi izleme bağlamı)).