inteligentni senzori

POVEZIVANJE INTELIGENTNIH SENZORA

Jelena Savić

2

Sadržaj:• 1. Uvod• 2. Inteligentni senzori• 3. Mreže inteligentnih senzora• 4. ZigBee PROTOKOL• 5. Projektovanje senzorskih mreža• 6. Zaključak• Literatura

Prethodni slajd Sledeći slajd

3

1. Uvod• Razvoj globalne Internet računarske

mreže;• Minijaturizacija elektronskih uređaja;• Razvoj poluprovodničke tehnologije;• Kretanje cena poluvodičkih komponenti od

kojih su građene WSN.


4

2. Inteligentni senzori

Digitalni senzor:• Sredstvo koje vrši konverziju merene

analogne veličine u digitalni signal;• Osim merenja, obrađuje i mernu

informaciju;• Konvertuje merenu analognu veličinu xF u

digitalni izlazni signal xN.


5

Slika 2.1 – Opšta strukturna blok-šema digitalnog senzora


6

Digitalni senzori mogu biti direktni ili kompenzacioni:

• Direktni meri fizičku veličinu i tokom mernog procesa proizvodi paralelni binarni ili BCD (binarno kodirani decimalni) izlaz.

• Digitalni senzori kompenzacionog tipa. Ovi senzori neprekidno porede merenu i kompenzacionu vrednost sve dok se ne postigne njegovo izjednačavanje.


7

Slika 2.2 – Opšta struktura inteligentnog senzora


8

Akvizicija podataka

• DAS - Analogni interfejs digitalnom svetu.• Struktura DAS-a sastoji se od: senzora,

modifikatora (blok za kondicioniranje signala i procesiranje) i aktuatora.

Slika 2.3 – DAS čine tri dela: senzori, modifikator i aktuatoriPrethodni slajd Sledeći slajd

9

Slika 2.4 – Konverzija energije


10

Tipovi DAS-ova

DAS-ovi se uglavnom koriste za merenje i arhiviranje signala koji se generišu bilo kao: • Signali koji potiču od direktnog merenja

električnih veličina;• Signali koji potiču od transđusera:

Analogni; Digitalni.


11

Kondicioniranje signala

• Svakom od procesa odgovara najmanje jedan signal;

• Postojanje frekvencijskih komponenata pružaja mogućnost da se propuštanjem signala kroz niskopropusni filtar ograniči njegov spektar;

• Korišćenje filtara u cilju sprečavanja tzv. aliasing – a signala.


12

Slika 2.5 - Greška usled aliasing-a

Slika 2.6 - Anti – aliasing filtriranjePrethodni slajd Sledeći slajd

13

Digitalizacija merene analogne veličine

Rad digitalnih senzora zasniva se na primeni PCM-modulacije;

Slika 2.10 – Princip rada digitalnog senzora: a) uzorkovanje u vremenu i diskretizacija po amplitudi, b) impulsno-kodna

modulacija PCMPrethodni slajd Sledeći slajd

14

3. Mreže inteligentnih senzora• Prvi eksperiment bežičnog povezivanja

računara realizovan je 1970. godine;• SNet se formira od individualnih

multifunkcionalnih senzorskih čvorova (motova) (Sensor Nod- SNod);

• SNet-ovi se realizuju kao data-centric;• U okviru jednog cluster-a postoji jedan

agregator čvor (mote).


15

Specifičnosti karakteristika SNet-ova su sledeće:• Broj SNod-ova je mnogo veći u odnosu na

broj čvorova kod ad-hoc mreže;• SNod-ovi su gusto raspoređeni;• SNod-ovi koriste broadcast komunikacionu

paradigmu u odnosu na ad-hoc čvorove koji koriste point-to-point komunikacije;

• SNod-ovi nemaju globalnu identifikaciju zbog velikog broja senzora.


16

Arhitektura SNet-a

Strukturu pametnog senzorskog čvora (smart sensor node), čine sledeća četiri osnovna gradivna bloka:• senzorska jedinica (sensing unit);• primo-predajna jedinica (transceiver unit);• procesna jedinica (processing unit);• jedinica za napajanje (power unit).


17

Arhitektura IEEE 802.11

• Standard se odnosi na prva dva sloja OSI arhitekture: fizički sloj i sloj veze;

• Podsloj MAC (sloja veze) određuje način dodele kanala;

• Podsloj LLC (sloj veze) ima zadatak da zaštiti više slojeve od različitih tehnika IEEE 802.11 serije.


18

Protokol MAC podsloja IEEE802.11

• Protokol na MAC podsloju standarda IEEE 802.11 <> protokola na MAC podsloju standarda IEEE 802.3;

• AP;• Višestruki pristup sa izbegavanjem kolizije

(MACA Multiple Access with Collision Avoidance) prvi je protokol projektovan za bežične lokalne računarske mreže.


19

Wired Equivalent Privacy (WEP) protocol

• WEP obezbeđuje autentifikaciju i šifrovanje komunikacije između uređaja i AP-a;

• Algoritam za šifrovanje koristi 40-bitni tajni ključ;

• Koristi se i 24-bitni vektor inicijalizacije;• Metod za šifrovanje koristi algoritam

poznat kao RC4.


20

Nivoi protokola

Slika 3.1 - Protokol stack SNod-a


21

Fizički nivo

Fizički nivo je zadužen za:• izbor frekvencije (frequency selection);• detekciju signala (signal detection);• zaštitu podataka (data protection);• propagacione efekte (propagation effects);• modulacionu šemu (modulation sheme);• energetsku efikasnost (power efficiency).


22

Nivo veze

Nivo veze je odgovoran za:• multipleksiranje nivoa podataka

(mulytiplexing data streams);• formiranje okvira (framing);• fizičkom adresiranju (physical addressing);• upravljanje protokom (flow control);• kontrolu gresaka u prenosu (error control);• metod pristupa (access control).Prethodni slajd Sledeći slajd

23

Protokoli bazirani na sudarima

ALOHA

CSMA/CD

Protokoli bazirani na planiranju

TDMA

FDMAIli

CDMA


24

Kontrola grešaka

Za rešavanje ovog problema koriste se sledeće tehnike:

• FEC (Forward Error Correction) • ARQ (Automatic Repeat Request)


25

Mrežni nivo

Glavni atributi mrežnog nivoa su:

• efikasna potrošnja;• efikasno rutiranje i• agregacija podataka.


26

X.25

Tri nivoa funkcionalnosti:• fizički nivo;• link nivo (nivo veze);• nivo paketa.

Slika 3.2 - Interfejs X.25


27

DATA-CENTRIC protokoli

• SPIN 1Za razmenu podataka između čvorova SPIN koristi tri tipa poruka, a to su:

ADV poruke- omogućavaju senzoru da oglašava pojedine meta-podatke;

REQ poruke- vrše upis specifičnih podataka;

DATA poruke- sadrže aktuelne podatke.

• SPIN 2SPIN 2 ima implementirano energetsko-konzervativnu haeristiku.


28

Transportni nivo

• Pojam pouzdani prenos podataka od jednog krajnjeg korisnika do drugog mora se drugačije sagledati zbog postojanja kako većeg broja predajnika tako i postojanja većeg broja senzora, ali takođe i zbog jednog odredišta (sink) koje inicira multicast tip protok podataka.

• Sa druge strane ne postoji potreba za end-to-end pouzdanim prenosom između sink-a i individualnih čvorova


29

Aplikacioni nivo

Dosta je napora istraživača uloženo na razvoju ovog nivoa zadnjih godina. Tri poznata aplikaciona protokola su: • Sensor Management Protocol (SMP); • Task Assignment and Data Advertisement

Protocol (TADAP); • Sensor Query and Data Dissemination Protocol

(SQDDP).


30

4. ZigBee protokolPrednosti ZigBee tehnologije su:

• Niska potrošnja;• Malo kašnjejne;• Podrška za više tipova toplogije mreža: statične, dinamične, star i mesh;• Tehnologija Pseudo-slučajno proširenog spektra (DSSS);• Do 65.000 nodova u mreži;• 128-bit AES enkripcija – Omogućava bezbedan prenos podataka;• Izbegavanje kolizije u mreži;• Indikacija kvaliteta veze (linka); • Prenos sa repeticijom i obaveštenje o uspešno prenetoj poruci;• Postavljanje kriterijuma po jačini signala (Clear Channel Assessment -

CCA);• Podrška za GTS (Guaranteed Time Slots) i svežinu podatka.


31

ZigBee Aliance

• Zigbee Aliance je grupacija kompanija koje rade zajedno;

• Cilj je osigurati veliku fleksibilnost, mobilnost i lakoću rukovanja proizvodima, ugrađivanjem bežičnih i inteligentnih sistema u te proizvode;

• Predstavnici ZigBee udruge su preduzeća Philips, Honeywell, Motorola, Mitsubishi electric, Invensys.


32

5. Projektovanje senzorskih mreža

Osnovni faktori koji utiču na projektovanje senzorskih mreža su:• Topologija;• Skalabilnost;• Troškovi proizvodnje;• Radno okruženje;• Komunikacioni kanal;• Potrošnja;• Mobilnost;• Ekonomičnost sistema;• Agregacija podataka…


33

6. Zaključak• Inteligentni senzori se koriste u raznim

industrijskim granama;• Migracija senzora iz analognog u digitalni

domen je donela bitne prednosti za korisnike;

• Umrežavanje senzoran polako zauzima sve oblasti u industrijskim zemljama.


34

Literatura[1] Ranđić S., Inteligentni senzori, Tehnički fakultet, Čacak, 2010.

[2] Popović M., Senzori i merenja, Sarajevo, 2004.

[3] Krstić M., Wireless senzori i wireless mreže, Tehnički fakultet, Čačak

[4] IEEE 802.15.4, “Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)”, October2003.

[5] G. J. Pottie and W. J. Kaiser, “Wireless Integrated Network Sensors,” Communications of the ACM, vol. 43, no. 5, pp. 551-8, May 2000.

[6] Principi rada i konstrukcije temperaturnih senzora: www.omega.com

[7] http://www.mdpi.com/1424-8220/9/6/4195/pdf

[8] http://es.elfak.ni.ac.rs/rmif/predavanja.htm

[9] http://es.elfak.ni.ac.rs/das/Materijal/DAS.pdf

[10] http://es.elfak.ni.ac.rs/iw/predavanja.htm

[11] http://es.elfak.ni.ac.rs/tkon/predavanja.htm

[12] http://es.elfak.ni.ac.rs/rts/predavanja.htm


http://www.omega.com/

http://www.mdpi.com/1424-8220/9/6/4195/pdf

http://www.mdpi.com/1424-8220/9/6/4195/pdf

http://es.elfak.ni.ac.rs/rmif/predavanja.htm



http://es.elfak.ni.ac.rs/das/Materijal/DAS.pdf

http://es.elfak.ni.ac.rs/das/Materijal/DAS.pdf

http://es.elfak.ni.ac.rs/iw/predavanja.htm

http://es.elfak.ni.ac.rs/iw/predavanja.htm

http://es.elfak.ni.ac.rs/tkon/predavanja.htm

http://es.elfak.ni.ac.rs/tkon/predavanja.htm

http://es.elfak.ni.ac.rs/rts/predavanja.htm

http://es.elfak.ni.ac.rs/rts/predavanja.htm

35

HVALA NA PAŽNJI!

inteligentni senzori

Documents