Nos últimos anos, um projeto eficiente de uma rede de sensores sem fio tornou-se uma área de pesquisa líder. Um sensor é um dispositivo que responde e detecta algum tipo de entrada de ambas as condições físicas ou ambientais, como pressão, calor, luz, etc. A saída do sensor é geralmente um sinal elétrico que é transmitido a um controlador para processamento posterior .

Redes de sensores sem fio (RSSF)

Uma rede de sensores sem fio pode ser definida como uma rede de dispositivos que podem comunicar as informações coletadas de um campo monitorado por meio de links sem fio. Os dados são encaminhados através de vários nós e, com um gateway, os dados são conectados a outras redes como Ethernet sem fio .

Redes de sensores sem fio

WSN é uma rede sem fio que consiste em estações base e números de nós (sensores sem fio). Essas redes são usadas para monitorar as condições físicas ou ambientais, como som, pressão, temperatura, e transmitir dados de forma cooperativa pela rede para o local principal, conforme mostrado na figura.

Topologias de rede WSN

Para redes de comunicação de rádio, a estrutura de uma RSSF inclui várias topologias como as apresentadas a seguir.

Topologias de rede de sensores sem fio

Topologias em estrela

Topologia em estrela é uma topologia de comunicação, onde cada nó se conecta diretamente a um gateway. Um único gateway pode enviar ou receber uma mensagem para vários nós remotos. No caso das topologias, os nós não têm permissão para enviar mensagens entre si. Isso permite comunicações de baixa latência entre o nó remoto e o gateway (estação base).

Devido à sua dependência de um único nó para gerenciar a rede, o gateway deve estar dentro da faixa de transmissão de rádio de todos os nós individuais. A vantagem inclui a capacidade de manter o consumo de energia dos nós remotos a um mínimo e simplesmente sob controle. O tamanho da rede depende do número de conexões feitas ao hub.

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Topologias de árvore

A topologia em árvore também é chamada de topologia em estrela em cascata. Em topologias de árvore, cada nó se conecta a um nó que é colocado mais alto na árvore e, em seguida, ao gateway. A principal vantagem da topologia em árvore é que a expansão de uma rede pode ser facilmente possível, e também a detecção de erros torna-se fácil. A desvantagem dessa rede é que ela depende muito do cabo do barramento, se ele quebrar, toda a rede entrará em colapso.

Topologias de malha

As topologias Mesh permitem a transmissão de dados de um nó para outro, que está dentro de sua faixa de transmissão de rádio. Se um nó deseja enviar uma mensagem para outro nó, que está fora da faixa de comunicação de rádio, ele precisa de um nó intermediário para encaminhar a mensagem para o nó desejado. A vantagem dessa topologia em malha inclui fácil isolamento e detecção de falhas na rede. A desvantagem é que a rede é grande e exige grandes investimentos.

Tipos de RSSF (redes de sensores sem fio)

Dependendo do ambiente, o tipos de redes são decididos para que possam ser implantados debaixo d'água, no subsolo, em terra e assim por diante. Diferentes tipos de RSSFs incluem:

RSSFs terrestres
RSSFs subterrâneas
RSSFs subaquáticas
WSNs multimídia
RSSFs móveis

1. RSSFs terrestres

As RSSFs terrestres são capazes de comunicar estações base com eficiência e consistem em centenas a milhares de nós sensores sem fio implantados de maneira não estruturada (ad hoc) ou estruturada (pré-planejada). Em um modo não estruturado, os nós sensores são distribuídos aleatoriamente dentro da área alvo que é descartada de um plano fixo. O modo pré-planejado ou estruturado considera o posicionamento ideal, posicionamento de grade e modelos de posicionamento 2D e 3D.

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Nesta WSN, o energia da bateria é limitada, entretanto, a bateria é equipada com células solares como fonte de energia secundária. A conservação de energia dessas RSSFs é alcançada usando operações de ciclo de serviço baixo, minimizando atrasos e roteamento ideal, e assim por diante.

2. RSSFs subterrâneas

As redes subterrâneas de sensores sem fio são mais caras do que as RSSFs terrestres em termos de implantação, manutenção e considerações de custo de equipamento e planejamento cuidadoso. As redes RSSF consistem em vários nós sensores que estão escondidos no solo para monitorar as condições subterrâneas. Para retransmitir informações dos nós sensores para a estação base, nós coletores adicionais estão localizados acima do solo.

RSSFs subterrâneas

As redes subterrâneas de sensores sem fio implantadas no solo são difíceis de recarregar. Os nós da bateria do sensor equipados com uma bateria limitada são difíceis de recarregar. Além disso, o ambiente subterrâneo torna a comunicação sem fio um desafio devido ao alto nível de atenuação e perda de sinal.

3. RSSFs subaquáticas

Mais de 70% da Terra está ocupada com água. Essas redes consistem em vários nós sensores e veículos implantados debaixo d'água. Veículos subaquáticos autônomos são usados para coletar dados desses nós sensores. Um desafio da comunicação subaquática é um longo atraso de propagação e falhas na largura de banda e no sensor.

RSSFs subaquáticas

Embaixo d'água, os RSSF são equipados com uma bateria limitada que não pode ser recarregada ou substituída. A questão da conservação de energia para RSSFs subaquáticas envolve o desenvolvimento de comunicação subaquática e técnicas de rede.

4. RSSFs de multimídia

Redes de sensores sem fio multimídia têm sido propostas para permitir o rastreamento e monitoramento de eventos na forma de multimídia, como imagens, vídeo e áudio. Essas redes consistem em nós sensores de baixo custo equipados com microfones e câmeras. Esses nós são interconectados entre si por meio de uma conexão sem fio para compactação, recuperação de dados e correlação.

WSNs multimídia

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Os desafios com a RSSF de multimídia incluem alto consumo de energia, requisitos elevados de largura de banda, processamento de dados e técnicas de compressão. Além disso, os conteúdos multimídia requerem alta largura de banda para que os conteúdos sejam entregues de forma adequada e fácil.

5. RSSFs móveis

Essas redes consistem em uma coleção de nós sensores que podem ser movidos por conta própria e podem interagir com o ambiente físico. Os nós móveis podem calcular o sentido e se comunicar.

As redes de sensores sem fio móveis são muito mais versáteis do que as redes de sensores estáticos. As vantagens do MWSN sobre as redes de sensores sem fio estáticos incluem cobertura melhor e mais aprimorada, melhor eficiência de energia, capacidade de canal superior e assim por diante.

Limitações das redes de sensores sem fio

Possui muito pouca capacidade de armazenamento - algumas centenas de kilobytes
Possui potência de processamento modesta - 8 MHz
Funciona em curto alcance de comunicação - consome muita energia
Requer o mínimo de energia - restringe os protocolos
Tenha baterias com vida útil finita
Dispositivos passivos fornecem pouca energia

Aplicativos de redes de sensores sem fio

Essas redes são usadas em rastreamentos ambientais, como detecção de floresta, rastreamento de animais, detecção de enchentes, previsão e previsão do tempo, e também em aplicações comerciais como previsão e monitoramento de atividades sísmicas.
Aplicações militares , como aplicativos de vigilância de monitoramento de rastreamento e ambiente usam essas redes. Os nós sensores das redes de sensores são descartados no campo de interesse e controlados remotamente por um usuário. Rastreamento de inimigos e detecções de segurança também são realizadas usando essas redes.
Aplicativos de saúde, como rastreamento e monitoramento de pacientes e médicos usam essas redes.
Os aplicativos de redes de sensores sem fio usados com mais frequência no campo de sistemas de transporte, como monitoramento de tráfego, gerenciamento de roteamento dinâmico e monitoramento de estacionamentos, etc., usam essas redes.
Resposta rápida de emergência, monitoramento de processo industrial , controle automatizado de clima de construção, monitoramento de ecossistema e habitat, monitoramento de saúde estrutural civil, etc., usam essas redes.

Isso é tudo sobre as redes de sensores sem fio e suas aplicações. Acreditamos que as informações sobre todos os diferentes tipos de redes o ajudarão a conhecê-las melhor para suas necessidades práticas. Além disso, para obter informações adicionais sobre SCADA sem fio , consultas e dúvidas sobre este tópico ou projetos elétricos e eletrônicos e quaisquer sugestões, por favor, comente ou escreva para nós na seção de comentários abaixo.

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