МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Международный Университет Информационных Технологий

Кафедра «Компьютерная инженерия и телекоммуникации»

Отчет ___________________________________________________________

вид практики

________________________________________________________________

место практики

________________________________________________________________

предприятие

Руководитель от Руководитель от

предприятия университета

________________________И.О.Ф. ___________________И.О.Ф.

«____» __________________ 2016г. «___»______________2016 г.

Студент ___________________И.О.Ф.

Специальность______________ М.П. Группа ____________________

Алматы 2016 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………...3

• Технические характеристики и особенности ZigBee……………………...4

• Характеристики ZigBee…………………………………………………...4

1.2 Формирование сети ZigBee………………………………………………9

1.3 Описание модели OSI сети ZigBee……………………………………..13

1.4 Методы доступа к каналу связи………………………………………..16

Заключение………………………………………………………………………….21

Список использованной литературы ……………………………………………..22

Введение

Актуальность темы.В настоящее время в системах автоматизации, мониторинга за состоянием объектов все чаще успешно используется технология беспроводных сенсорных сетей (БСС).

В практическом применении наибольшее распространение получили стационарные беспроводные сенсорные сети, для которых характерно их фиксированное состояние в процессе работы. В последнее время в сенсорных сетях активно развивается направление, связанное с использованием для них автономных источников питания на базе альтернативных источников энергии.

Целью дипломной работы является повышение эффективности функционирования (БССС) с автономными источниками питания за счет уменьшения энергопотребления узлов сети и увеличения времени автономной работы.

Задачи исследований:

- обзор и анализ существующих механизмов обеспечения качества обслуживания для различных моделей передачи данных и методов энергетической балансировки в беспроводных сенсорных сетях;

- разработка метода и алгоритма энергетической балансировки стационарной БСС с автономными источниками питания;

Объектом исследования является беспроводная стационарная сенсорная сеть сбора данных с автономными источниками питания. Предметом исследования являются метод и алгоритм энергетической балансировки в беспроводной стационарной сенсорной сети сбора данных.

Методы исследования. Для реализации цели исследования и решения поставленных задач были использованы следующие научные методы и подходы: методы системного анализа, математического анализа и моделирования, методы дискретного программирования.

Научная новизна заключается в следующем:

- разработан и исследован метод энергетической балансировки беспроводной стационарной сенсорной сети с автономными источниками питания, уменьшающий энергопотребление узлов сети и увеличивающий продолжительность непрерывной работы такой сети;

- разработан и исследован алгоритм энергетической балансировки беспроводной стационарной сенсорной сети с автономными источниками питания, позволяющий решать практические задачи, в том числе и задачи большой размерности.

Дипломный проект включает в себя пять разделов:первый,второй раздел-основная работа;третий раздел –расчетная часть;четвертый раздел-экономическое обоснование;пятый раздел-охрана труда;введение;заключение;список литературы и приложения.

РГП Государственная Техническая Служба г.Алматы .

Данное предприятие занимается сопровождением системы мониторинга радиочастотного спектра и радиоэлектронных средств, национальной базы данных радиоэлектронных средств и радиочастотных присвоений, а также обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств высокочастотных устройств гражданского назначения на территории Республики Казахстан.

Также участвует в техническом сопровождении национальных электронных информационных ресурсов и информационных систем, интегрируемых в национальную информационную инфраструктуру Республики Казахстан.

1 Обзор современных беспроводных технологий

1.1 Архитектура сенсора

Сенсорный датчик состоит из аппаратной и программной части, как и любой другой телекоммуникационный узел. В общем случае сенсор состоит из следующих

подсистем: восприятие, обработки данных, мониторинга, коммуникационной и источника питания (Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Общая архитектура сенсора.

Подсистема восприятия состоит, как правило, из аналогового устройства, снимающего определенную статистику и аналого-цифрового преобразователя. Подсистема обработки данных содержит в себе центральный процессор и память, позволяющие хранить не только генерируемые сенсором данные, но и служебную информацию, которая необходима для корректного и полноценного функционирования коммуникационной подсистемы. Подсистема мониторинга позволяет сенсору собирать данные об окружающей среде, такие как влажность, температура, давление, магнитное поле, химический анализ воздуха и т.д. Также сенсор может быть дополнен гироскопом, акселерометром, что даёт возможность для построения системы позиционирования.

Прогресс в области беспроводной связи и миниатюризация микросхем открывают новые горизонты в информационно-компьютерных технологиях. Помимо многошаговых сетей существуют более сложные протоколы маршрутизации, когда следующий узел выбирается на основе анализа его характеристик, например, уровень энергии, надежность и тому подобное. Ситуация усложняется в случае, когда узлы беспроводной сенсорной сети передвигаются – топология сети становится динамичной.

Для реализации сенсора как телекоммуникационного устройства малого размера (не более одного кубического сантиметра) необходимо учитывать многие технические аспекты. Частота центрального процессора должна быть не менее 20МГц, объем оперативной памяти не менее 4 КБ, скорость передачи не менее 20 Кбит/с. Оптимизация аппаратной части позволит снизить размеры сенсора, но повлечет за собой увеличение его цены. Операционную систему (ОС) необходимо оптимизировать с учетом архитектуры применяемого центрального процессора. Ограниченные ресурсы и малый размер памяти стимулируют размещение ОС в ПЗУ. В настоящее время широко распространена ОС с открытым кодом Tiny OS, позволяющая достаточно гибко управлять сенсорами разных производителей[2]. В области сетевого взаимодействия, ограниченный источник питания в сенсорах накладывает существенные ограничения на

использование радиотехнологий, которые могут быть применены в сенсорных сетях. Также следует отметить, что ограниченная производительность центрального процессора не позволяет применение стандартных протоколов маршрутизации IP-сетей

– высокая сложность расчета алгоритма оптимального пути перегрузит центральный процессор. На сегодняшний день разработано большое количество специальных протоколов маршрутизации для сенсорных сетей.

Разработка технологии передачи данных в сенсорных сетях является одной из самых важных задач при построении сенсорной сети, так как её специфические архитектурные и системные характеристики накладывают целое множество жестких ограничений, среди которых следует подчеркнуть следующие:

• ограниченные запасы энергии, из-за чего радиус действия ограничен;

• ограниченная производительность процессора;

• одновременное функционирование большого количества узлов на ограниченном пространстве;

• равнозначность узлов, архитектура «клиент-сервер» не применима в связи с характерной для неё задержками;

• функционирование в нелицензируемом спектре частот;

• низкая стоимость.

• настоящее время разработка сенсорных сетей строится на стандарте IEEE 802.15.4 Zigbee, о котором я упомянала выше. Дополнительно отмечу, что альянсом Zigbee предполагается, что радиодоступ стандарта ZigBee будет применятся в таких приложениях, как мониторинг, автоматизация производства, сенсоры, безопасность, контроль, бытовая техника и многое другое. Таким образом, приложения сенсорных сетей можно разделить на несколько основных категорий:

• безопасность, чрезвычайные ситуации и военные операции;

• медицина и здоровье;

• погода, окружающая среда и сельское хозяйство;

• фабрики, заводы, дома, здания;

• транспортные системы и автомобили.

Рассмотрю случаи конкретного применения сенсорных сетей в вышеперечисленных категориях. Сенсорные сети могут, как минимум, использоваться в следующих сценариях.