`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Ячеистые сети -- следующий шаг в развитии беспроводных технологий

0 
 

Сегодня беспроводные ячеистые сети (Wireless Mesh Networks) получили наибольшее распространение в индустриальных распределенных системах сбора и обработки данных. Здесь в качестве узлов сети выступают датчики со встроенной логикой (smart sensors), или преобразователи (transducers), которые не только собирают данные, но и выполняют их предварительную обработку. Это позволяет передавать лишь полезную информацию и существенно снизить трафик в сети. В англоязычной литературе для таких сетей можно также встретить название Smart Sensor Networks (хотя строгий перевод этого термина звучит как "сети датчиков со встроенной логикой", мы в качестве синонима "ячеистым сетям" будем использовать выражение "сенсорные сети").

В действительности область применения ячеистых сетей выходит далеко за пределы индустриального сектора. Более того, специалисты считают, что рынок для них практически неограничен. Сенсорные сети могут использоваться везде: от домашней автоматики и медицины до космонавтики и координации боевых действий. Однако разрабатывать и производить преобразователи для каждой конкретной сети -- занятие слишком дорогое. Решение этой проблемы хорошо известно. Как и для любой другой сетевой технологии, оно заключается в стандартизации.


Спецификация IEEE 1451

Разработки начались осенью 1993 г., когда были образованы четыре технические рабочие группы для решения различных аспектов будущего стандарта.

Перед рабочей группой Р1451.1 была поставлена цель определить общую объектную модель для преобразователей (сенсоров) наряду со спецификациями интерфейса для компонентов модели. Результатом ее деятельности стала принятая в 1999 г. Network Capable Application Processor (NCAP) Information Model (информационная модель процессора приложений с сетевыми возможностями), которая включала классы объектов, методы и режимы работы интеллектуальных преобразователей.

Группа Р1451.2 занялась спецификациями, описывающими аппаратный интерфейс и протоколы коммуникаций между интерфейсным модулем интеллектуального преобразователя (Smart Transducer Interface Module -- STIM) и NCAP. Спецификации также включали определение формата листа технических данных (Transducer Electronic Data Sheet -- TEDS), который позволял пользователям хранить информацию о характеристиках преобразователя непосредственно в нем самом. Они были одобрены в 1997 г.

Усилия группы Р1451.3 сосредоточились на интерфейсе для цифровых коммуникаций для распределенных систем с многоточечным каналом -- Digital Communication and TEDS Formats for Distributed Multidrop Systems (напомним, что многоточечным каналом называется конфигурация, при которой несколько устройств разделяют общую среду передачи, хотя в каждый момент времени активным может быть только одно устройство).

Задачей четвертой группы Р1451.4 была разработка протоколов для коммуникаций в смешанном режиме (Mixed-Mode Communication Protocols and TEDS Formats). Эти протоколы описывали, как сенсоры с аналоговым выходом могли использовать некоторые особенности цифровых протоколов 1451, таких, как TEDS. Смешанный режим применяется для приложений, требующих высокой скорости сбора данных.

Остановимся более подробно на NCAP и STIM -- двух основных компонентах беспроводных ячеистых сетей.


Интерфейсный модуль интеллектуального преобразователя

Ячеистые сети -- следующий шаг в развитии беспроводных технологий
Рис. 1
STIM может включать датчики (Sensor STIM), исполнительные механизмы (Actuator STIM) или и то и другое (Sensor/Actuator STIM) (рис. 1).

Датчики используются для измерения любого типа аналогового сигнала (давление, температура, воздушный поток), тогда как исполнительные механизмы (например, соленоид или гидропривод) принимают сигнал и преобразуют его в физическое воздействие.

Модуль STIM содержит TEDS, логику, реализующую интерфейсы датчиков, и какой-нибудь преобразователь или формирователь сигнала. В модуль может устанавливаться до 255 датчиков или исполнительных механизмов в любой комбинации, АЦП, ЦАП и цепи цифрового ввода/вывода к интерфейсам датчиков или исполнительных механизмов. Он также включает в себя адресную логику и цифровую электронику или микропроцессоры для преобразования считанных сигналов в цифровую форму или цифровых команд для управления исполнительными механизмами. Адресная логика используется при коммуникациях между STIM и NCAP.


Процессор приложений с сетевыми возможностями

Ячеистые сети -- следующий шаг в развитии беспроводных технологий
Рис. 2
NCAP (рис. 2) логически располагается между сетью и STIM и обеспечивает сетевые коммуникации, обмен данными со STIM, преобразование информации и выполнение прикладных задач. В его функции также входит подача питания на STIM. NCAP обычно содержит контроллер и расширенный сетевой интерфейс для поддержки других узлов. После того как информация из TEDS считана, процессор знает, как быстро он может обмениваться данными со STIM, как много каналов имеет последний и какой формат данных каждого из преобразователей, входящих в интерфейсный модуль. Он также знает, в каких физических единицах выполняются измерения и как корректно преобразовать данные, скажем, в систему СИ.

NCAP инициирует процесс измерений или управляющих воздействий посредством запуска STIM и обрабатывает квитанции от последнего при завершении функций. NCAP может использоваться в качестве контроллера узла в многоузловой сети. Он может также обмениваться данными с другими NCAP.

Обмен данными с преобразователями (transducers) выполняет драйвер STIM. Он содержит четыре блока. Синтаксический анализатор TEDS (TEDS Parser), зная структуру таблицы, выбирает параметры, необходимые для работы; интерфейсный драйвер (Interface Driver) отвечает за сбор данных со всех интерфейсов STIM; драйвер IEEE 1451.2 API обеспечивает доступ к блокам TEDS, считывает показания с датчиков, управляет исполнительными устройствами, обрабатывает прерывания; устройство корректировки данных (Data Correction Engine) преобразует необработанные данные, считанные с датчиков STIM, в единицы, указанные в TEDS для датчиков или исполнительных устройств.


Архитектура ячеистых сетей

Ячеистые сети -- следующий шаг в развитии беспроводных технологий
Рис. 3
Поскольку сетевой процессор, логика и беспроводной интерфейс сосредоточены внутри каждого узла, то необходимость в централизованной коммутации исчезает. Иными словами, топология ячеистых сетей предусматривает либо прямую связь между образующими их узлами, либо транзитную передачу данных между источником и получателем (рис. 3). Следовательно, перед тем как начать обмен данными, каждый узел должен "решить", будет ли он выполнять функции точки доступа, служить транзитным устройством или сочетать обе роли. Далее индивидуальные узлы определяют своих соседей, используя протокол типа запрос/ответ. После окончания процедуры обнаружения узлы замеряют характеристики коммуникационных каналов, такие, как мощность принимаемого сигнала, пропускная способность, задержка и частота ошибок. Соседние узлы обмениваются этими значениями, а затем на их основании каждый узел выбирает наилучший по качеству обслуживания маршрут коммуникаций со своими соседями.

Процессы обнаружения и выбора наилучшего маршрута выполняются в фоновом режиме, так что каждый узел располагает актуальным списком своих соседей. В случае недоступности по тем или иным причинам какого-либо узла его соседи могут быстро реконфигурировать свои таблицы и вычислить новый оптимальный маршрут. Способность самоконфигурации и самовосстановления обеспечивают ячеистым сетям высокую надежность. Беспроводные ячеистые сети могут состоять из сотен и даже тысяч узлов, что позволяет их легко расширять и обеспечивать необходимую избыточность.

Узлы являются вполне автономными устройствами, способными самостоятельно управлять своим функционированием, оставаясь в то же время компонентом общей сети, допускающим управление из центральной точки. Используя SNMP, системный администратор может выполнять мониторинг и конфигурировать отдельные элементы, узлы, домены или всю сеть. Протокол обнаружения упрощает эту задачу посредством поиска и локализации отдельных узлов для их отображения на дисплее управления.

Ячеистые сети обладают целым рядом достоинств. Их топология по своей сути обеспечивает надежность и избыточность. Беспроводные сети этого типа не требуют предварительного планирования или разработок каких-либо схем. Узлы могут начать работать практически сразу после их установки. В целом, ячеистая архитектура рассматривается как будущее беспроводных сетей.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT