Вниманию инвесторов: сенсорные сети
Предложена технология создания сенсорных сетей для задач общественной и частной безопасности, экологического, противопожарного мониторинга, мониторинга транспортных и людских потоков, мониторинга зданий и сооружений.
Сенсорная сеть состоит из миниатюрных автономных устройств, связанных друг с другом по радиоканалу малого радиуса действия. Устройства оснащаются микропроцссором и необходимыми датчиками. При развертывании сенсорной сети устройства хаотично распределяют на территории - это может быть поверхность земли, объемы внутри зданий, подземные сооружения, территории, прилегающие к дорогам и железнодорожным путям. Количество таких устройств может измеряться десятками тысяч.
По периферии территории развертывания сенсорной сети располагают базовые станции, оснащенные приемниками Глонасс/GPS так, чтобы они установили соединение по радиоканалу с ближайшими автономными устройствами. Кроме того, базовые станции могут располагать хаотично по всей территории, но их количество измеряется всего лишь десятками. Базовые станции имеют выход в интернет по проводному каналу или GSM/GPRS.
По предлагаемой ООО “Зареалье” технологии, автономные устройства и базовые станции, обмениваясь сообщениями, вычисляют собственные координаты по оригинальному алгоритму. Таким образом, автономные устройства, не оснащенные приемниками Глонасс/GPS, получают информацию о собственном местоположении в виде географических координат. Даже при перемещении устройств их местоположение отслеживается.
Это позволяет развертывать сенсорные сети без предварительной привязки автономных устройств к IP-адресам или другим фиксированым идентификаторам, а использовать в качестве адреса устройств его географические координаты. Становится возможным буквально разбрасывать сенсоры из вертолета, и они самостоятельно сконфигурируются в сеть и будут передавать на центральный сервер сигналы с датчиков с указанием собственных координат.
Помимо оригинального алгоритма определения координат, предлагается использовать для радиосвязи другую российскую разработку - приемопередатчики ближнего радиуса действия на основе теории хаоса. Их преимущества в малошумности, незаметности для средств радиоэлектронной разведки, устойчивости к помехам и энергетической эффективности, что позволяет эксплуатировать приемопередатчики на батарейном питании в течение нескольких лет.
Таким образом, появляется возможность создать лицензионно чистое микроэлектронное устройство для сенсорных сетей, сочетающее принцип самоорганизации и принцип беспроводной связи, предложенные российскими разработчиками. Кроме того, на основе этого микроэлектронного устройства или лицензирования технологии появляется возможность создания глобального сервиса для построения сенсорных сетей.
Глобальный сервис позволит на единой основе строить пользовательские сенсорные сети. Сейчас существует проблема разобщенности, когда создаются фрагментарные сети, изолированные друг от друга, предназначенные для решения узко специализированных задач, несовместимые между собой и неспособные предоставлять данные для анализа в реальном времени. Согласно нашему предложению, появится возможность создавать сети даже на одной и той же территории, кооперативно сотрудничающие между собой, при этом соблюдая все требования по защите данных и информационной безопасности.
Область применения
Беспроводные технологии передачи информации – одно из новых быстрорастущих направлений телекоммуникационного рынка. Беспроводные сети передачи информации – это технологии, призванные без проводов обеспечивать взаимодействие информационных устройств в радиусе от десятков сантиметров до 50-70 м.
Сенсорная сеть — распределенная самоконфигурируемая беспроводная сеть, состоящая из малогабаритных интеллектуальных сенсорных устройств.
Основные преимущества сенсорных сетей состоят в оперативности и экономичности их развертывания; длительной автономной работе; отсутствии необходимости в техническом обслуживании; надежности работы в жестких условиях эксплуатации. Очевидно, что такие уникальные преимущества открывают широкие перспективы для применения сенсорных сетей в различных областях человеческой деятельности.
По мнению ряда экспертов, беспроводные сенсорные сети будут являться той технологией, которая обеспечит следующий качественный скачок в развитии мировой экономики, наподобие микроэлектроники и интернета.
Уже сейчас сенсорные сети могут эффективно решать задачи мониторинга государственного масштаба. Вспоминая события из новостей последних лет, применение сенсорных сетей для мониторинга необычной активности экономично решило бы задачу охраны и контроля территории железной дороги для предотвращения терактов; применение сенсорных сетей для мониторинга экологических параметров эффективно позволило бы обнаруживать очаги лесных пожаров; применение сенсорных сетей в верховьях рек позволило бы обнаруживать и предупреждать развитие паводков. Остро стоит задача энергосбережения, причем стандартные способы мониторинга потерь в трубопроводах чрезвычайно затратны. Предлагаемая нами сенсорная сеть способна экономично решить и эту задачу.
Сенсорные сети могут эффективно применяться и в задачах, связанных с негосударственным сектором экономики. Рассмотрим в качестве примера реализацию сети управления уличным освещением на основе сенсорной сети. В описываемой реализации изобретения в качестве узлов сенсорной сети выступают блоки электронных балластов (ЭБ), каждый из которых включает средства включения газоразрядной лампы уличного освещения и средства контроля обрыва лампы. Блоки ЭБ объединяют в сенсорную сеть, причем при монтаже не требуется какой-либо идентификации или географической привязки ЭБ. Учитывая, что в городе с населением около 500 тыс. чел. количество светильников уличного освещения приблизительно равно 50 - 100 тыс. шт., достигают значительную экономию трудозатрат при развертывании сенсорной сети. Сеть используют для дистанционного управления освещением и для контроля исправности ламп. Например, в целях экономии энергии для дистанционного включения режима пониженного освещения в позднее ночное время в заданном районе города центральный компьютер передает широковещательное сообщение с координатами заданного района. В случае выхода из строя лампы блок ЭБ данного светильника передаст сообщение о неисправности с указанием собственных координат. Диспетчер сможет направить электромехаников для замены лампы в точку с указанными координатами. Фактически, все блоки ЭБ привязаны к географическим координатам, при этом не требуя оснащения приемниками глобальной системы позиционирования. Помимо значительной стоимости оснащения 100 тыс. устройств приемниками глобальной системы позиционирования, спутниковые системы неустойчиво работают в условиях многоэтажной городской застройки. Такая сенсорная сеть способна работать не только на поверхности земли в условиях плотной многоэтажной застройки, но и под землей, например в тоннелях и подземных автостоянках.
Технологический задел
Одной из проблем создания сенсорных сетей является адресация узлов и маршрутизация сообщений в сенсорных сетях. Обычно адрес каждого узла основывается на уникальном идентификаторе узла, задаваемым аппаратно при изготовлении узла или программно при развертывании сенсорной сети. Известные способы самоорганизации сенсорных сетей представляют собой разнообразные комбинации способов составления таблиц маршрутизации и способов присоединения новых узлов к существующим сетям. Необходимость хранения таблиц маршрутизации в каждом узле приводит к топологическим ограничениям. Например, обычным ограничением является предельное количество узлов, непосредственно соединяемых с данным узлом, и предельную длину цепочки взаимосвязанных узлов, начиная от корневого узла. На нынешнем уровне техники ограничения объема памяти, быстродействия и энергопотребления узла приводят к тому, что общее количество узлов в сенсорной сети не может превышать порядка 10000 узлов, причем ограничения на топологию их взаимосвязей вносят дополнительные ограничения или требуют ручной конфигурации сети. Сети с таким количеством узлов требуют огромных затрат на сетевую инфраструктуру, включая маршрутизаторы.
Вторым недостатком сенсорных сетей с адресацией на основе уникальных идентификаторов является сложность развертывания сети. Каждый из узлов сети должен быть однозначно идентифицирован и зарегистрирован в центральном устройстве обработки данных. Поскольку большинство вариантов применения сенсорных сетей предусматривает привязку узлов к определенным точкам в пространстве (географическим координатам, номерам комнат в помещениях или т.п.), то операция регистрации уникальных идентификаторов узлов включает пространственную привязку. Для сетей размерностью порядка 10 000 - 100 000 узлов данная операция является очень трудоемкой и приводящей к множеству ошибок.
Авторами разработан способ построения сенсорных сетей устраняет описанные выше недостатки для сенсорных сетей. Предложенная нами сенсорная сеть использует для маршрутизации географические или иные пространственные координаты, что позволяет применять простые геометрические алгоритмы маршрутизации; при развертывании не требует регистрации узлов в центральном устройстве обработки данных, что резко упрощает процесс развертывания сенсорной сети; узлы сенсорной сети не включают приемники сигналов спутниковых или иных систем глобального позиционирования, что удешевляет стоимость устройства узлов, сокращает энергопотребление и увеличивает срок службы при автономном питании, а также позволяет развертывать сенсорную сеть внутри помещений, под землей и на территориях, где затруднен или невозможен прием сигналов систем глобального позиционирования.
В предложенном способе используется принцип коллективных вычислений, когда множество хаотически распределенных сенсоров обмениваются друг с другом короткими сообщениями и сообща вычисляют координаты каждого сенсора по небольшому количеству опорных точек. Это оригинальный принцип, не требующий значительных вычислительных и энергетических затрат, имитирующий работу биологических сообществ, таких как рой насекомых или косяк рыб. Для развертывания сети по нашему принципу достаточно рассыпать на территории тысячи однотипных сенсоров, установить по границам территории небольшое число базовых станций, и сеть самостоятельно сконфигурируется без вмешательства извне. При регистрации интересующего нас события сенсор передает на базовую станцию свои координаты, а не условный номер (такой как IP-адрес). При необходимости подать команду в определенную область охваченной сетью территории, достаточно задать координаты этой области. Никакой привязки к IP-адресам не требуется. Разработка сейчас патентуется.
