Ця стаття містить , але походження тверджень у ній через практично повну відсутність . (липень 2023) |
Бездротова сенсорна мережа (БСМ) — розподілена мережа, що самоорганізується та складається із безлічі датчиків (сенсорів) і виконуючих пристроїв, об'єднаних між собою за допомогою радіосигналу. Область покриття подібної мережі може становити від декількох метрів до декількох кілометрів за рахунок здатності ретрансляції повідомлень від одного елемента до іншого.
Бездротова сенсорна мережа | |
Коротка назва | WSN |
---|---|
Бездротова сенсорна мережа у Вікісховищі |
Огляд основних стандартів
Із самого початку розвитку індустрії сенсорних мереж для об'єднання різнопланових пристроїв була необхідна технологія для об'єднання усіх пристроїв у єдину мережу на базі протоколу бездротового зв'язку, котра мала бути простою та дешевою у використанні, проте, у той же час, достатньо надійною для передачі даних на відстані, відповідні до розміру окремої будівлі.
Ще кілька років тому розробники могли вибирати лише між протоколом X10 та технологіями, які використовувалися у рішеннях окремих фірм. Пристрої на базі Х10 успішно використовувалися для дистанційного контролю освітлення та управління побутовими приладами. Проте, цей протокол має ряд недоліків, таких, як: низька швидкість, мала надійність передачі та слабкий захист від колізій. Це призвело до пошуку нових рішень в індустрії. Додатковим недоліком було з'єднання окремих приладів дротами.
До останнього часу не існувало бездротового стандарту, що відповідав специфічним потребам пристроїв, найважливішим параметром яких є довгострокове використання батарей та підтримка великої кількості пристроїв у мережі. їм необхідні не велика пропускна можливість, а низький рівень латентності та економічне енергоспоживання. Розробка різними фірмами спеціалізованих пристроїв на запатентованих стандартах призводить до проблем взаємодії та ускладненню переходу на нові технології.
Однак, після того як у травні 2003 року було випущено першу версію стандарту 802.15.4, у наступні два роки було створено одразу два консорціуми, котрі розробляли та використовували технології, засновані на цьому стандарті, та призвані впровадити ці технології в сферу автоматизації — Z-Wave Alliance і ZigBee Alliance.
Типовий Z-Wave Alliance чип містить:
- радіо трансивер;
- 32кб flash пам'яті, включно Z-Wave протокол та додатки;
- системні інтерфейси, включаючи цифрові та аналогові інтерфейси для приєднання зовнішніх пристроїв, таких як сенсори;
- 3DES ядро для забезпечення конфіденційності та аутентифікації;
- Триак контроллер, для зменшення вартості додатків, вмикаючих світло.
ZigBee Alliance. визначає три види пристроїв:
- мережевий координатор. У кожній мережі може бути лише один, знаходиться в корені мережевого дерева;
- FFD (Full Function Devices). Повнофункціональні пристрої, які можуть виконувати функції маршрутизаторів;
- RFD (Reduced Function Devices). Кінцеві пристрої, які не можуть бути маршрутизаторами.
Класифікація бездротових сенсорних мереж
При класифікації сенсорних мереж виникають об'єктивні складнощі, пов'язані із дуже широким переліком завдань, вирішуваних подібними системами. Пропонується використовувати наступну модель 3-х факторної класифікації:
- За потребами до оперативності передачі показань пристроїв апаратних та програмних датчиків:
- миттєвої передачі: передача показників ініціюється одразу після моменту їх фіксації;
- із низькою латентністю: передача показників відбувається із незначною затримкою у часі, яка складає одиниці або десятки секунд;
- із високою латентністю: передача одиничних показань або груп вибірок відбувається зі значною затримкою у часі.
- За типом організації живлення мережі:
- стаціонарні: живлення всіх вузлів, незалежно від функціонального навантаження, здійснюється віз зовнішньої мережі живлення або від елементів живлення високої ємності;
- напівстаціонарні: живлення вузлів, які піддаються найбільшому мережевому навантаженню, здійснюється від зовнішньої мережі живлення або від елементів живлення високої ємності; кінцеві вузли мають автономні елементи живлення;
- автономні: ретранслятори та рядові вузли мережі мають особисті обмежені автономні джерела живлення.
- За розрахунком строку служби мережі:
- короткострокового функціювання: від кількох годин до кількох днів;
- середньострокового функціювання: до кількох місяців;
- довгострокового функціювання: до кількох років.
Найбільш поширеними є два типи систем: довгострокового функціювання із низьким рівнем латентності та стаціонарні системи довгострокового функціювання з миттєвою реакцією. Зрозуміло, що підходи, які використовуються при побудові подібних систем, розрізняються діаметрально. Найбільший інтерес представляє перший клас систем. Дослідження показують, що в цьому випадку необхідно застосовувати найбільш прості мережеві топології (зірка та кластерне дерево), складні алгоритми маршрутизації та часової синхронізації, специфічні методи розділення каналу передачі даних.
Алгоритми маршрутизації
Для маршрутизації в бездротовій сенсорній мережі можуть використовувати:
- Мурашиний алгоритм;
- Бджолиний алгоритм;
- ;
- інші.
Енергоспоживання та ефективність мережі
Одним з головних вимог до БСМ є її автономність, виконати яке можна, забезпечити мінімальне енергоспоживання кожного вузла. Для вирішення даної проблеми використовують такі методи:
- визначення і оптимізація часу включення передачі;
- багатозіркова передача, тобто відправка повідомлень через проміжні вузли замість прямої далекої передачі;
- попередня обробка і скорочення обсягу даних, необхідних для передачі.
Пристрої без внутрішніх джерел живлення можуть отримувати енергію безпосередньо з навколишнього середовища. Деякі пристрої такого роду забезпечені сонячними батареями, інші перетворюють в електроенергію механічні коливання. У випадку з бездротовими пристроями ZigBee найбільш перспективним є використання енергії радіохвиль. Енергоспоживання — ключовий параметр якості роботи БСМ, тому питання про його розрахунку при створенні подібних систем виникає одним з перших.
Організація доступу до каналу передачі даних. Мережеві технології. Часова синхронізація
Основні особливості бездротових сенсорних мереж у порівнянні з іншими системами організованої передачі даних очевидні — малий радіус радіозв'язку окремого вузла, обмежені та невідновлювальні джерела живлення, низькі обчислювальні можливості та малий об'єм доступної пам'яті; високі вимоги до масштабування застосованих алгоритмів, адаптивність хаотичних змін топології. Усі наведені особливості накладають певні обмеження на використані у бездротових сенсорних мережах стеки протоколів у цілому та на алгоритми часової синхронізації зокрема.
Для вузлів сенсорної мережі необхідно забезпечити синхронізацію внутрішні систем тактування з глобальним часом мережі, адже кожен вузол має бути абсолютно автономним. У той же час, ємність автономних джерел живлення складає, у кращому випадку, 1-2 А/год. При цьому енергоспоживання сучасних мікросхем трансиверів, що відповідають потребам використання в сенсорних мережах, у межах прийому та передачі складає 30-80 мА, що дозволяє пристрою безперебійно працювати у активному режимі 1-3 дні. У енергозберігаючих режимах споживання пристроїв складає лише десятки наноампер або одиниці мікроампер. Проте, необхідно щоб пристрої знали очікуваний час виходу в ефір сусідніх пристроїв. Тобто необхідна чітка часова синхронізація.
Традиційні методи часової синхронізації абсолютно неприйнятні в бездротових сенсорних мережах. Адже вони орієнтовані на досягнення максимальних параметрів синхронізації за рахунок загального навантаження мережі та обчислювальної потужності окремих вузлів, а з точки зору сенсорних мереж необхідно дотримуватися лише одного критерію — найменше енергоспоживання кінцевого пристрою в складі системи.
Часова синхронізація, організація доступу до каналу передача даних напряму залежить від топології побудови мережі, адже вона накладає значні обмеження на алгоритми. Найбільш сприятливими, з енергетичної точки зору, є топології «точка-точка», «зірка» та «кластерне дерево». Основною перевагою цих топологій є те, що кожен пристрій заздалегідь знає час очікування до виходу на зв'язок своїх сусідів, оскільки їх, як правило, обмежена кількість.
Найбільш складною є мережа, побудована за топологією «кластерного дерева». Доступ до фізичного серевища передачі даних у мережах цього класу відбувається вже в синхронному режимі. Проте, є можливим розбиття суперкадру на відповідні інтервали, кожен з яких має свій тип доступу до каналу. У цьому випадку доступ до радіоканалу в мережі відбувається під керуванням координатора, який періодично передає сигнали-маяки. При цьому доступ до радіоканалу та розклад «сну» мережевих пристроїв «прив'язані» до сигналів маяків від координатора. Часовий інтервал між двома сигналами маяків від координатора розбито на дві частини: активну та неактивну. Під час неактивної частини координатор і всі інші пристрої можуть знаходитися у режимі сну. Під час активної частини координатор дозволяє доступ мережевим пристроям. Активна частина сигналу і називається суперкадром. Тривалість суперкадру поділена на два інтервали: під час першого інтервалу (CAP) надається доступ на конкурентній основі відповідно з алгоритмом (CSMA/CD); під час другого (CFP) — надається доступ із часовим розподіленням. При цьому пристрій отримує доступ під час закріпленого за ним часового слота (GTS). Виділення пристрою слота відбувається координатором після попереднього запиту від пристрою МАС командою, який відправляється під час інтервалу САР. Використання алгоритму CSMA/CD за наявності синхронізації має особливості, пов'язані з прив'язкою випадкових параметрів алгоритму до інтервалів часу (слотам) САР. Якщо на поточному слоті САР приймається рішення про наявність вільного каналу, то кадр даних передається у слоті, який відрізняється від поточного за номером на перше випадкове число. Якщо прийнято рішення, що канал зайнято, спроба відновлюється на слоті, який відрізняється від поточного за номером на друге випадкове число.
У загальному випадку для мережі з топологією типу кластерне дерево наявність довгострокового періоду конкурентного доступу до каналу не є бажаним, адже може призвести до значних втрат енергії. Одним із рішень може бути відмова від подібного інтервалу або звести його період до мінімально можливої тривалості.
Розглянувши особливості можна сформувати наступні вимоги до системи часової синхронізації:
- бажано проводити часову синхронізацію в межах регулярного обміну інформацією, не використовуючи спеціальні сигнали — маяки, які підвищують завантаження мережі та енергоспоживання системи в цілому;
- синхронізацію необхідно проводити між пристроями за парами, з урахуванням затримок розповсюдження сигналу між пристроями. Затримки розповсюдження можна вважати функцією від рівня потужності сигналу;
- синхронізація повинна містити кілька етапів:
- початкове жорстке вирівнювання основних частот тактових імпульсів за рахунок зміни зовнішнього лічильника;
- точне вирівнювання протягом кількох сеансів зв'язку;
- коригування десинхронізації усієї ієрархії мережі, зачіпаючи координатори.
Організація захисту даних
У більшості додатків необхідно гарантувати безпеку сенсорних мереж, особливо, коли помилка у виконанні може призвести до катастрофічних наслідків, здатним вплинути на безпеку, дану структура та суспільство в цілому. Інакше кажучи, сенсорні мережі повинні працювати у несприятливих умовах, під загрозою атаки, навіть коли деякі вузли вийдуть із ладу або вони будуть зламані.
Проте унікальні властивості сенсорних мереж ускладнюють реалізацію захисту. По-перше, вузли мережі зазвичай мають обмежені енергоресурси. У результаті стає небажаним використання таких механізмів, як криптографія з відкритим ключем на цих вузлах. По-друге, сенсорні мережі розгораються як автоматичні, таким чином піддаються фізичному впливу. Сенсорні вузли можуть бути захоплені, та будь-яка інформація на захоплених вузлах потенційно може бути відкрита загарбником. Таким чином, будь-який механізм захисту для сенсорних мереж має бути стійким до захоплених вузлів. По-третє, більшість додатків сенсорних мереж залежить від локальних обчислень та з'єднань, через обмеження енергоресурсів вузла. Однак, певний загарбник може атакувати будь-який вузол мережі та використовувати інформацію, передану з вузлів із порушеним захистом для зламу інших вузлів у даному районі. Усе це посилює дисбаланс між загрозою та захищеністю.
Атаки в сенсорних мережах:
- DOS-атака з постановкою активних радіоперешкод;
- атака із відтворенням;
- тунельна атака;
- вибіркова маршрутизація;
- фальсифікація маршрутної інформації;
- атака «розмноженням».
Основні технології шифрування.
Забезпечення процесу керування ключами конфіденційності та аутентифікації на рівні групи складне завдання через ad-hoc типу мережі, переривчастого зв'язку та обмеження ресурсів середовища розподіленої сенсорної мережі. Використані протоколи управління ключами можуть класифікуватися як протоколи з попереднім розташуванням, арбітражною логікою, самодостатні, автономні, протоколи шифрування.
Протоколи з попереднім розташуванням дозволяють компенсувати високі витрати на передачу сенсорних вузлів через більш інтенсивні попередні початкові конфігурації. Деякі попередні конфігурації завжди необхідні, проте можуть знизити гнучкість та вплинути на безпеку.
Інші технології потребують менше початкових налаштувань. У протоколах з арбітражною логікою використовується точка централізованого розподілення ключа для встановлення та підтримки ключа в сенсорній мережі. Ця точка може бути централізованим об'єктом або може бути розподілена серед довірених вузлів. У даній категорії ієрархічні протоколи шифрування також можуть забезпечувати засоби ефективної підтримки новизни ключового матеріалу для групи.
Самодостатні автономні протоколи шифрування поширюються встановлення ключів по всій групі, іноді з використанням парних ключів.
Споживання енергії примітивами шифрування.
Методи керування ключем потребують використання криптографічних функцій, які забезпечують конфіденційність, аутентифікацію та цілісність мережі. Вибір та розподілення криптографічних функцій по мережі впливає на споживання енергії окремих вузлів та змінює баланс енергії всієї мережі. Кількість споживаної енергії функцією безпеки на заданому мікропроцесорі головним чином визначається споживаною процесором потужністю, тактовою частотою та кількістю тактових імпульсів, необхідних процесору для розрахунку функції безпеки. Криптографічний алгоритм та ефективність використання програмного забезпечення визначають кількість тактів, необхідних для виконання функції безпеки.
Основні послуги криптографії, такі як широкомовна аутентифікація та керування ключами, є необхідною умовою для забезпечення безпеки та стійкості додатків сенсорних мереж. Інші основні послуги також потребують інтенсивного випромінювання. Наприклад, часова синхронізація, безпечне визначення місцезнаходження, захищений збір даних та робота в мережі, утворення груп, вибір головного в групі. Більше того необхідне виявлення вторгнень у сенсорну мережу, особливо через те, що необслуговувані сенсорні вузли можуть бути легко захоплені, або зламані. Дослідження у сфері безпеки сенсорних мереж швидше за все вплине на побудову самих сенсорних мереж.
Основні послуги криптографії, такі як широкомовна аутентифікація та керування ключами, є необхідною умовою для забезпечення безпеки та стійкості додатків сенсорних мереж. Інші основні послуги також потребують інтенсивного випромінювання. Наприклад, часова синхронізація, безпечне визначення місцезнаходження, захищений збір даних та робота в мережі, утворення груп, вибір головного в групі. Більше того необхідне виявлення вторгнень у сенсорну мережу, особливо через те, що необслуговувані сенсорні вузли можуть бути легко захоплені, або зламані. Дослідження у сфері безпеки сенсорних мереж швидше за все вплине на побудову самих сенсорних мереж.
Структура типового вузла сенсорної мережі
Варто окремо роздивитися, що представляє із себе окремий вузол сенсорної мережі.
Датчик сенсорної мережі містить у собі:
- Радіомодем, який включає в себе малопотужний приймач/передавач та мікроконтролер (МК). МК, своєю чергою, містить обчислювальне ядро, оперативну і флеш-пам'ять, EEPROM, АЦП, блок обробки переривань, певну номенклатуру інтерфейсів та ряд інших периферійних пристроїв, залежно від конкретного пристрою;
- Вузол живлення. У ланцюгах живлення реалізовано захист від перенапруги та від переполюсовки клем. Можлива додаткова схема для подачі живлення від зовнішнього джерела;
- Блок візуалізації для зображення поточного стану пристрою (опціонально);
- Блок вводу для зміни режимів роботи, перезавантаження і т. д.;
- Інтерфейсний блок, що містить порти вводу/виводу, наприклад програмування або підключення зовнішнього датчика.
Примітки
- . Архів оригіналу за 6 березня 2022. Процитовано 28 вересня 2020.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title () - . Архів оригіналу за 8 серпня 2020. Процитовано 28 вересня 2020.
{{}}
: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title ()
Посилання
- Крейдл Х., Куприс Г., Ремизевич Т. В., Панфилов Д. И. Работа с микроконтроллерами семейства HC(S)08. — М. : Издательство МЭИ, 2005
- М. С. Голубцов ― Микроконтроллеры AVR от простого к сложному: Москва Солон-Пресс 2003
- Вольфганг Трамперт ― Измерение, управление и регулирование с помощью AVR микроконтроллеров:, МК-Пресс 2006
- Гребнев В. В.,/Микроконтроллеры семейства AVR фирмы «Atmel»/, ИП Радиософт 2002 г.
- Karygiannis and E. Antonakakis, «MANET and Sensor Network Security», ACM/IEEE MSWiM 2006, 9th Annual International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems, October 2-6, 2006.
- K. Wagner ― Secure Routing in Wireless Sensor Networks: Attacks and Countermeasures." First IEEE International Workshop Sensor Network Protocols and Applications (SNPA'03).
- Никулин С. А. ―Датчики/,2007
- Дж. Фрейден ― Современные датчики. Справочник./,Москва 2005
- Евстифеев А. В. ― Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega Фирмы «Atmel»/,Издательский дом ―Дюдэка-XXI/,2004
- Ivan Stojmenovic ― Hardbook of sensor netwirks algorithms and architectures/, Wiley inersciense 2005
- Datasheet, 8-bit Microcontroller with 64K/128K/256K Bytes In-System Programmable Flash ATmega1281/V
- Datasheet, ZigBeeTM IEEE 802.15.4TM Radio Transceiver AT86RF230
- Datasheet, Transceiver for 802.15.4, MC13192
- Datasheet, HC08 Microcontroller, MC9S08GT32
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cya stattya mistit perelik posilan ale pohodzhennya tverdzhen u nij zalishayetsya nezrozumilim cherez praktichno povnu vidsutnist vnutrishnotekstovih dzherel vinosok Bud laska dopomozhit polipshiti cyu stattyu peretvorivshi dzherela z pereliku posilan na dzherela vinoski u samomu teksti statti lipen 2023 Bezdrotova sensorna merezha BSM rozpodilena merezha sho samoorganizuyetsya ta skladayetsya iz bezlichi datchikiv sensoriv i vikonuyuchih pristroyiv ob yednanih mizh soboyu za dopomogoyu radiosignalu Oblast pokrittya podibnoyi merezhi mozhe stanoviti vid dekilkoh metriv do dekilkoh kilometriv za rahunok zdatnosti retranslyaciyi povidomlen vid odnogo elementa do inshogo Bezdrotova sensorna merezha Korotka nazvaWSN Bezdrotova sensorna merezha u VikishovishiOglyad osnovnih standartivIz samogo pochatku rozvitku industriyi sensornih merezh dlya ob yednannya riznoplanovih pristroyiv bula neobhidna tehnologiya dlya ob yednannya usih pristroyiv u yedinu merezhu na bazi protokolu bezdrotovogo zv yazku kotra mala buti prostoyu ta deshevoyu u vikoristanni prote u toj zhe chas dostatno nadijnoyu dlya peredachi danih na vidstani vidpovidni do rozmiru okremoyi budivli She kilka rokiv tomu rozrobniki mogli vibirati lishe mizh protokolom X10 ta tehnologiyami yaki vikoristovuvalisya u rishennyah okremih firm Pristroyi na bazi H10 uspishno vikoristovuvalisya dlya distancijnogo kontrolyu osvitlennya ta upravlinnya pobutovimi priladami Prote cej protokol maye ryad nedolikiv takih yak nizka shvidkist mala nadijnist peredachi ta slabkij zahist vid kolizij Ce prizvelo do poshuku novih rishen v industriyi Dodatkovim nedolikom bulo z yednannya okremih priladiv drotami Do ostannogo chasu ne isnuvalo bezdrotovogo standartu sho vidpovidav specifichnim potrebam pristroyiv najvazhlivishim parametrom yakih ye dovgostrokove vikoristannya batarej ta pidtrimka velikoyi kilkosti pristroyiv u merezhi yim neobhidni ne velika propuskna mozhlivist a nizkij riven latentnosti ta ekonomichne energospozhivannya Rozrobka riznimi firmami specializovanih pristroyiv na zapatentovanih standartah prizvodit do problem vzayemodiyi ta uskladnennyu perehodu na novi tehnologiyi Odnak pislya togo yak u travni 2003 roku bulo vipusheno pershu versiyu standartu 802 15 4 u nastupni dva roki bulo stvoreno odrazu dva konsorciumi kotri rozroblyali ta vikoristovuvali tehnologiyi zasnovani na comu standarti ta prizvani vprovaditi ci tehnologiyi v sferu avtomatizaciyi Z Wave Alliance i ZigBee Alliance Tipovij Z Wave Alliance chip mistit radio transiver 32kb flash pam yati vklyuchno Z Wave protokol ta dodatki sistemni interfejsi vklyuchayuchi cifrovi ta analogovi interfejsi dlya priyednannya zovnishnih pristroyiv takih yak sensori 3DES yadro dlya zabezpechennya konfidencijnosti ta autentifikaciyi Triak kontroller dlya zmenshennya vartosti dodatkiv vmikayuchih svitlo ZigBee Alliance viznachaye tri vidi pristroyiv merezhevij koordinator U kozhnij merezhi mozhe buti lishe odin znahoditsya v koreni merezhevogo dereva FFD Full Function Devices Povnofunkcionalni pristroyi yaki mozhut vikonuvati funkciyi marshrutizatoriv RFD Reduced Function Devices Kincevi pristroyi yaki ne mozhut buti marshrutizatorami Klasifikaciya bezdrotovih sensornih merezhPri klasifikaciyi sensornih merezh vinikayut ob yektivni skladnoshi pov yazani iz duzhe shirokim perelikom zavdan virishuvanih podibnimi sistemami Proponuyetsya vikoristovuvati nastupnu model 3 h faktornoyi klasifikaciyi Za potrebami do operativnosti peredachi pokazan pristroyiv aparatnih ta programnih datchikiv mittyevoyi peredachi peredacha pokaznikiv iniciyuyetsya odrazu pislya momentu yih fiksaciyi iz nizkoyu latentnistyu peredacha pokaznikiv vidbuvayetsya iz neznachnoyu zatrimkoyu u chasi yaka skladaye odinici abo desyatki sekund iz visokoyu latentnistyu peredacha odinichnih pokazan abo grup vibirok vidbuvayetsya zi znachnoyu zatrimkoyu u chasi Za tipom organizaciyi zhivlennya merezhi stacionarni zhivlennya vsih vuzliv nezalezhno vid funkcionalnogo navantazhennya zdijsnyuyetsya viz zovnishnoyi merezhi zhivlennya abo vid elementiv zhivlennya visokoyi yemnosti napivstacionarni zhivlennya vuzliv yaki piddayutsya najbilshomu merezhevomu navantazhennyu zdijsnyuyetsya vid zovnishnoyi merezhi zhivlennya abo vid elementiv zhivlennya visokoyi yemnosti kincevi vuzli mayut avtonomni elementi zhivlennya avtonomni retranslyatori ta ryadovi vuzli merezhi mayut osobisti obmezheni avtonomni dzherela zhivlennya Za rozrahunkom stroku sluzhbi merezhi korotkostrokovogo funkciyuvannya vid kilkoh godin do kilkoh dniv serednostrokovogo funkciyuvannya do kilkoh misyaciv dovgostrokovogo funkciyuvannya do kilkoh rokiv Najbilsh poshirenimi ye dva tipi sistem dovgostrokovogo funkciyuvannya iz nizkim rivnem latentnosti ta stacionarni sistemi dovgostrokovogo funkciyuvannya z mittyevoyu reakciyeyu Zrozumilo sho pidhodi yaki vikoristovuyutsya pri pobudovi podibnih sistem rozriznyayutsya diametralno Najbilshij interes predstavlyaye pershij klas sistem Doslidzhennya pokazuyut sho v comu vipadku neobhidno zastosovuvati najbilsh prosti merezhevi topologiyi zirka ta klasterne derevo skladni algoritmi marshrutizaciyi ta chasovoyi sinhronizaciyi specifichni metodi rozdilennya kanalu peredachi danih Algoritmi marshrutizaciyiDlya marshrutizaciyi v bezdrotovij sensornij merezhi mozhut vikoristovuvati Murashinij algoritm Bdzholinij algoritm inshi Energospozhivannya ta efektivnist merezhiOdnim z golovnih vimog do BSM ye yiyi avtonomnist vikonati yake mozhna zabezpechiti minimalne energospozhivannya kozhnogo vuzla Dlya virishennya danoyi problemi vikoristovuyut taki metodi viznachennya i optimizaciya chasu vklyuchennya peredachi bagatozirkova peredacha tobto vidpravka povidomlen cherez promizhni vuzli zamist pryamoyi dalekoyi peredachi poperednya obrobka i skorochennya obsyagu danih neobhidnih dlya peredachi Pristroyi bez vnutrishnih dzherel zhivlennya mozhut otrimuvati energiyu bezposeredno z navkolishnogo seredovisha Deyaki pristroyi takogo rodu zabezpecheni sonyachnimi batareyami inshi peretvoryuyut v elektroenergiyu mehanichni kolivannya U vipadku z bezdrotovimi pristroyami ZigBee najbilsh perspektivnim ye vikoristannya energiyi radiohvil Energospozhivannya klyuchovij parametr yakosti roboti BSM tomu pitannya pro jogo rozrahunku pri stvorenni podibnih sistem vinikaye odnim z pershih Organizaciya dostupu do kanalu peredachi danih Merezhevi tehnologiyi Chasova sinhronizaciyaOsnovni osoblivosti bezdrotovih sensornih merezh u porivnyanni z inshimi sistemami organizovanoyi peredachi danih ochevidni malij radius radiozv yazku okremogo vuzla obmezheni ta nevidnovlyuvalni dzherela zhivlennya nizki obchislyuvalni mozhlivosti ta malij ob yem dostupnoyi pam yati visoki vimogi do masshtabuvannya zastosovanih algoritmiv adaptivnist haotichnih zmin topologiyi Usi navedeni osoblivosti nakladayut pevni obmezhennya na vikoristani u bezdrotovih sensornih merezhah steki protokoliv u cilomu ta na algoritmi chasovoyi sinhronizaciyi zokrema Dlya vuzliv sensornoyi merezhi neobhidno zabezpechiti sinhronizaciyu vnutrishni sistem taktuvannya z globalnim chasom merezhi adzhe kozhen vuzol maye buti absolyutno avtonomnim U toj zhe chas yemnist avtonomnih dzherel zhivlennya skladaye u krashomu vipadku 1 2 A god Pri comu energospozhivannya suchasnih mikroshem transiveriv sho vidpovidayut potrebam vikoristannya v sensornih merezhah u mezhah prijomu ta peredachi skladaye 30 80 mA sho dozvolyaye pristroyu bezperebijno pracyuvati u aktivnomu rezhimi 1 3 dni U energozberigayuchih rezhimah spozhivannya pristroyiv skladaye lishe desyatki nanoamper abo odinici mikroamper Prote neobhidno shob pristroyi znali ochikuvanij chas vihodu v efir susidnih pristroyiv Tobto neobhidna chitka chasova sinhronizaciya Tradicijni metodi chasovoyi sinhronizaciyi absolyutno neprijnyatni v bezdrotovih sensornih merezhah Adzhe voni oriyentovani na dosyagnennya maksimalnih parametriv sinhronizaciyi za rahunok zagalnogo navantazhennya merezhi ta obchislyuvalnoyi potuzhnosti okremih vuzliv a z tochki zoru sensornih merezh neobhidno dotrimuvatisya lishe odnogo kriteriyu najmenshe energospozhivannya kincevogo pristroyu v skladi sistemi Chasova sinhronizaciya organizaciya dostupu do kanalu peredacha danih napryamu zalezhit vid topologiyi pobudovi merezhi adzhe vona nakladaye znachni obmezhennya na algoritmi Najbilsh spriyatlivimi z energetichnoyi tochki zoru ye topologiyi tochka tochka zirka ta klasterne derevo Osnovnoyu perevagoyu cih topologij ye te sho kozhen pristrij zazdalegid znaye chas ochikuvannya do vihodu na zv yazok svoyih susidiv oskilki yih yak pravilo obmezhena kilkist Najbilsh skladnoyu ye merezha pobudovana za topologiyeyu klasternogo dereva Dostup do fizichnogo serevisha peredachi danih u merezhah cogo klasu vidbuvayetsya vzhe v sinhronnomu rezhimi Prote ye mozhlivim rozbittya superkadru na vidpovidni intervali kozhen z yakih maye svij tip dostupu do kanalu U comu vipadku dostup do radiokanalu v merezhi vidbuvayetsya pid keruvannyam koordinatora yakij periodichno peredaye signali mayaki Pri comu dostup do radiokanalu ta rozklad snu merezhevih pristroyiv priv yazani do signaliv mayakiv vid koordinatora Chasovij interval mizh dvoma signalami mayakiv vid koordinatora rozbito na dvi chastini aktivnu ta neaktivnu Pid chas neaktivnoyi chastini koordinator i vsi inshi pristroyi mozhut znahoditisya u rezhimi snu Pid chas aktivnoyi chastini koordinator dozvolyaye dostup merezhevim pristroyam Aktivna chastina signalu i nazivayetsya superkadrom Trivalist superkadru podilena na dva intervali pid chas pershogo intervalu CAP nadayetsya dostup na konkurentnij osnovi vidpovidno z algoritmom CSMA CD pid chas drugogo CFP nadayetsya dostup iz chasovim rozpodilennyam Pri comu pristrij otrimuye dostup pid chas zakriplenogo za nim chasovogo slota GTS Vidilennya pristroyu slota vidbuvayetsya koordinatorom pislya poperednogo zapitu vid pristroyu MAS komandoyu yakij vidpravlyayetsya pid chas intervalu SAR Vikoristannya algoritmu CSMA CD za nayavnosti sinhronizaciyi maye osoblivosti pov yazani z priv yazkoyu vipadkovih parametriv algoritmu do intervaliv chasu slotam SAR Yaksho na potochnomu sloti SAR prijmayetsya rishennya pro nayavnist vilnogo kanalu to kadr danih peredayetsya u sloti yakij vidriznyayetsya vid potochnogo za nomerom na pershe vipadkove chislo Yaksho prijnyato rishennya sho kanal zajnyato sproba vidnovlyuyetsya na sloti yakij vidriznyayetsya vid potochnogo za nomerom na druge vipadkove chislo U zagalnomu vipadku dlya merezhi z topologiyeyu tipu klasterne derevo nayavnist dovgostrokovogo periodu konkurentnogo dostupu do kanalu ne ye bazhanim adzhe mozhe prizvesti do znachnih vtrat energiyi Odnim iz rishen mozhe buti vidmova vid podibnogo intervalu abo zvesti jogo period do minimalno mozhlivoyi trivalosti Rozglyanuvshi osoblivosti mozhna sformuvati nastupni vimogi do sistemi chasovoyi sinhronizaciyi bazhano provoditi chasovu sinhronizaciyu v mezhah regulyarnogo obminu informaciyeyu ne vikoristovuyuchi specialni signali mayaki yaki pidvishuyut zavantazhennya merezhi ta energospozhivannya sistemi v cilomu sinhronizaciyu neobhidno provoditi mizh pristroyami za parami z urahuvannyam zatrimok rozpovsyudzhennya signalu mizh pristroyami Zatrimki rozpovsyudzhennya mozhna vvazhati funkciyeyu vid rivnya potuzhnosti signalu sinhronizaciya povinna mistiti kilka etapiv pochatkove zhorstke virivnyuvannya osnovnih chastot taktovih impulsiv za rahunok zmini zovnishnogo lichilnika tochne virivnyuvannya protyagom kilkoh seansiv zv yazku koriguvannya desinhronizaciyi usiyeyi iyerarhiyi merezhi zachipayuchi koordinatori Organizaciya zahistu danihU bilshosti dodatkiv neobhidno garantuvati bezpeku sensornih merezh osoblivo koli pomilka u vikonanni mozhe prizvesti do katastrofichnih naslidkiv zdatnim vplinuti na bezpeku danu struktura ta suspilstvo v cilomu Inakshe kazhuchi sensorni merezhi povinni pracyuvati u nespriyatlivih umovah pid zagrozoyu ataki navit koli deyaki vuzli vijdut iz ladu abo voni budut zlamani Prote unikalni vlastivosti sensornih merezh uskladnyuyut realizaciyu zahistu Po pershe vuzli merezhi zazvichaj mayut obmezheni energoresursi U rezultati staye nebazhanim vikoristannya takih mehanizmiv yak kriptografiya z vidkritim klyuchem na cih vuzlah Po druge sensorni merezhi rozgorayutsya yak avtomatichni takim chinom piddayutsya fizichnomu vplivu Sensorni vuzli mozhut buti zahopleni ta bud yaka informaciya na zahoplenih vuzlah potencijno mozhe buti vidkrita zagarbnikom Takim chinom bud yakij mehanizm zahistu dlya sensornih merezh maye buti stijkim do zahoplenih vuzliv Po tretye bilshist dodatkiv sensornih merezh zalezhit vid lokalnih obchislen ta z yednan cherez obmezhennya energoresursiv vuzla Odnak pevnij zagarbnik mozhe atakuvati bud yakij vuzol merezhi ta vikoristovuvati informaciyu peredanu z vuzliv iz porushenim zahistom dlya zlamu inshih vuzliv u danomu rajoni Use ce posilyuye disbalans mizh zagrozoyu ta zahishenistyu Ataki v sensornih merezhah DOS ataka z postanovkoyu aktivnih radiopereshkod ataka iz vidtvorennyam tunelna ataka vibirkova marshrutizaciya falsifikaciya marshrutnoyi informaciyi ataka rozmnozhennyam Osnovni tehnologiyi shifruvannya Zabezpechennya procesu keruvannya klyuchami konfidencijnosti ta autentifikaciyi na rivni grupi skladne zavdannya cherez ad hoc tipu merezhi pererivchastogo zv yazku ta obmezhennya resursiv seredovisha rozpodilenoyi sensornoyi merezhi Vikoristani protokoli upravlinnya klyuchami mozhut klasifikuvatisya yak protokoli z poperednim roztashuvannyam arbitrazhnoyu logikoyu samodostatni avtonomni protokoli shifruvannya Protokoli z poperednim roztashuvannyam dozvolyayut kompensuvati visoki vitrati na peredachu sensornih vuzliv cherez bilsh intensivni poperedni pochatkovi konfiguraciyi Deyaki poperedni konfiguraciyi zavzhdi neobhidni prote mozhut zniziti gnuchkist ta vplinuti na bezpeku Inshi tehnologiyi potrebuyut menshe pochatkovih nalashtuvan U protokolah z arbitrazhnoyu logikoyu vikoristovuyetsya tochka centralizovanogo rozpodilennya klyucha dlya vstanovlennya ta pidtrimki klyucha v sensornij merezhi Cya tochka mozhe buti centralizovanim ob yektom abo mozhe buti rozpodilena sered dovirenih vuzliv U danij kategoriyi iyerarhichni protokoli shifruvannya takozh mozhut zabezpechuvati zasobi efektivnoyi pidtrimki novizni klyuchovogo materialu dlya grupi Samodostatni avtonomni protokoli shifruvannya poshiryuyutsya vstanovlennya klyuchiv po vsij grupi inodi z vikoristannyam parnih klyuchiv Spozhivannya energiyi primitivami shifruvannya Metodi keruvannya klyuchem potrebuyut vikoristannya kriptografichnih funkcij yaki zabezpechuyut konfidencijnist autentifikaciyu ta cilisnist merezhi Vibir ta rozpodilennya kriptografichnih funkcij po merezhi vplivaye na spozhivannya energiyi okremih vuzliv ta zminyuye balans energiyi vsiyeyi merezhi Kilkist spozhivanoyi energiyi funkciyeyu bezpeki na zadanomu mikroprocesori golovnim chinom viznachayetsya spozhivanoyu procesorom potuzhnistyu taktovoyu chastotoyu ta kilkistyu taktovih impulsiv neobhidnih procesoru dlya rozrahunku funkciyi bezpeki Kriptografichnij algoritm ta efektivnist vikoristannya programnogo zabezpechennya viznachayut kilkist taktiv neobhidnih dlya vikonannya funkciyi bezpeki Osnovni poslugi kriptografiyi taki yak shirokomovna autentifikaciya ta keruvannya klyuchami ye neobhidnoyu umovoyu dlya zabezpechennya bezpeki ta stijkosti dodatkiv sensornih merezh Inshi osnovni poslugi takozh potrebuyut intensivnogo viprominyuvannya Napriklad chasova sinhronizaciya bezpechne viznachennya misceznahodzhennya zahishenij zbir danih ta robota v merezhi utvorennya grup vibir golovnogo v grupi Bilshe togo neobhidne viyavlennya vtorgnen u sensornu merezhu osoblivo cherez te sho neobslugovuvani sensorni vuzli mozhut buti legko zahopleni abo zlamani Doslidzhennya u sferi bezpeki sensornih merezh shvidshe za vse vpline na pobudovu samih sensornih merezh Osnovni poslugi kriptografiyi taki yak shirokomovna autentifikaciya ta keruvannya klyuchami ye neobhidnoyu umovoyu dlya zabezpechennya bezpeki ta stijkosti dodatkiv sensornih merezh Inshi osnovni poslugi takozh potrebuyut intensivnogo viprominyuvannya Napriklad chasova sinhronizaciya bezpechne viznachennya misceznahodzhennya zahishenij zbir danih ta robota v merezhi utvorennya grup vibir golovnogo v grupi Bilshe togo neobhidne viyavlennya vtorgnen u sensornu merezhu osoblivo cherez te sho neobslugovuvani sensorni vuzli mozhut buti legko zahopleni abo zlamani Doslidzhennya u sferi bezpeki sensornih merezh shvidshe za vse vpline na pobudovu samih sensornih merezh Struktura tipovogo vuzla sensornoyi merezhiVarto okremo rozdivitisya sho predstavlyaye iz sebe okremij vuzol sensornoyi merezhi Datchik sensornoyi merezhi mistit u sobi Radiomodem yakij vklyuchaye v sebe malopotuzhnij prijmach peredavach ta mikrokontroler MK MK svoyeyu chergoyu mistit obchislyuvalne yadro operativnu i flesh pam yat EEPROM ACP blok obrobki pererivan pevnu nomenklaturu interfejsiv ta ryad inshih periferijnih pristroyiv zalezhno vid konkretnogo pristroyu Vuzol zhivlennya U lancyugah zhivlennya realizovano zahist vid perenaprugi ta vid perepolyusovki klem Mozhliva dodatkova shema dlya podachi zhivlennya vid zovnishnogo dzherela Blok vizualizaciyi dlya zobrazhennya potochnogo stanu pristroyu opcionalno Blok vvodu dlya zmini rezhimiv roboti perezavantazhennya i t d Interfejsnij blok sho mistit porti vvodu vivodu napriklad programuvannya abo pidklyuchennya zovnishnogo datchika Primitki Arhiv originalu za 6 bereznya 2022 Procitovano 28 veresnya 2020 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite web title Shablon Cite web cite web a Obslugovuvannya CS1 Storinki z tekstom archived copy yak znachennya parametru title posilannya Arhiv originalu za 8 serpnya 2020 Procitovano 28 veresnya 2020 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite web title Shablon Cite web cite web a Obslugovuvannya CS1 Storinki z tekstom archived copy yak znachennya parametru title posilannya PosilannyaKrejdl H Kupris G Remizevich T V Panfilov D I Rabota s mikrokontrollerami semejstva HC S 08 M Izdatelstvo MEI 2005 M S Golubcov Mikrokontrollery AVR ot prostogo k slozhnomu Moskva Solon Press 2003 Volfgang Trampert Izmerenie upravlenie i regulirovanie s pomoshyu AVR mikrokontrollerov MK Press 2006 Grebnev V V Mikrokontrollery semejstva AVR firmy Atmel IP Radiosoft 2002 g Karygiannis and E Antonakakis MANET and Sensor Network Security ACM IEEE MSWiM 2006 9th Annual International Symposium on Modeling Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems October 2 6 2006 K Wagner Secure Routing in Wireless Sensor Networks Attacks and Countermeasures First IEEE International Workshop Sensor Network Protocols and Applications SNPA 03 Nikulin S A Datchiki 2007 Dzh Frejden Sovremennye datchiki Spravochnik Moskva 2005 Evstifeev A V Mikrokontrollery AVR semejstva Tiny i Mega Firmy Atmel Izdatelskij dom Dyudeka XXI 2004 Ivan Stojmenovic Hardbook of sensor netwirks algorithms and architectures Wiley inersciense 2005 Datasheet 8 bit Microcontroller with 64K 128K 256K Bytes In System Programmable Flash ATmega1281 V Datasheet ZigBeeTM IEEE 802 15 4TM Radio Transceiver AT86RF230 Datasheet Transceiver for 802 15 4 MC13192 Datasheet HC08 Microcontroller MC9S08GT32