лениям наблюдения (ф0, 80) и (ф^, 8^) и I — множество участков и точек возможного размещения камер (предполагается, что при размещении в любой точке I возможна такая ориентация камер, при которой зона ^ полностью просматривается).
Из всего множества переменных, требуемых для численного решения задачи, пока не рассмотрены возможные значения функций х, у), х, у), х, у).
Для решения данной задачи разработан алгоритм решения, опирающийся на метод ветвей и границ, при котором заведомо "плохие" участки размещения отсекаются. Однако реализация данного метода достаточно трудоемка: в экспериментах, проведенных применительно к коридору длиной 60 м время работы составило около 2,5 ч.
В эксперименте величины х, у), х, у),
w(3)(t, х, у) брались равными 0,03 (для всех t, х, у); р(?, х, у) бралось равным 0,4 для дневного освещения и 0,1 в ночное время (с 8 ч вечера до 7 ч утра). При более сложных конфигурациях зоны ^ и большем числе камер время расчета может существенно возрасти. Поэтому в настоящее время разрабатывается метод, основанный на генетических алгоритмах.
Приведенные в работе методы оценки степени наблюдаемости различных точек объекта защиты при использовании камер различных типов явля-
ется основой для формализованного анализа степени наблюдаемости объекта защиты ТК и для разработки алгоритмов наиболее эффективного размещения средств теленаблюдения на объекте защиты. Основанием для формирования набора ограничений, способствующих повышению эффективности функционирования средств наблюдения, является приведенная выше совокупность требований к системам теленаблюдения. Одно из важных направлений продолжения данной задачи — разработка методов и алгоритмов рационального выбора средств теленаблюдения и их размещения на объекте защиты, обеспечивающих наиболее эффективное их функционирование.
ЛИТЕРАТУРА
1. Системы охранного телевизионного наблюдения. — М.: НИЦ ТВ "Охрана", 1997.
2. Белов С. В. Попов Г. А. Оценка степени физической защищенности объекта защиты // Изв. вузов. Сев.-Кавказского региона. Технические науки. — 2005. — № 2. — С. 3—6.
Сергей Валерьевич Белов — канд. техн. наук, доцент ФГОУ ВПО "А1ТУ";
® (8512) 61-45-87 E-mail: SSBelov@yandex.ru
Георгий Александрович Попов — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой ФГОУ ВПО "АГТУ".
® (8512) 61-45-10
E-mail: popov@astu.org □
УДК 681.586'37.681.3.066
СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ РАДИОЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ
А. А. Сорокин В. Н. Дмитриев
Приведены сравнительные характеристики способов построения систем мониторинга на основе радиочастотных датчиков.
Ключевые слова: беспроводные сети датчиков, топология, маршрутизация.
Системы распределенного мониторинга (СРМ) на основе радиочастотных датчиков (сенсорные сети) — это структуры, состоящие из датчиков (сенсоров), вычислительных и приемопередающих элементов для наблюдения и принятия решений в зависимости от событий в наблюдаемой системе. В роли администратора сенсорных сетей могут выступать гражданские и коммерческие организации, а в качестве наблюдаемой системы — различные биологические, технологические и ин-
формационные системы [1], например, системы контроля параметров технологического объекта или производства в целом, СРМ состояния окружающей среды и др.
Сенсорные сети состоят из четырех основных компонентов [2]:
— распределенных или локализованных датчиков;
— многосвязанной сети (обычно, беспроводной);
r w r _ ✓
' /
■ Оконечное устройство ф Беспроводной маршрутизатор ^^ Точка сбора данных
Рис. 1. Структуры системы распределенного мониторинга класса C1WSNs (г — радиоканал)
— центральной точки сбора информации;
— набора вычислительных комплексов для обработки поступающих данных, установленных в центральной точке либо вне нее.
Известны две категории коммерческих сенсорных сетей.
Беспроводные сенсорные сети категории 1 (Category 1 ClWSNs) — это распределенные системы, основанные на технологии mesh с "многоретрансляционными" радиолиниями между узлами (датчиками) и динамических принципах маршрутизации при передаче информации. Область их применения — создание быстроразвертывае-мой, распределенной по большой площади, системы мониторинга.
Беспроводные сенсорные сети категории 2 (Category 2 C2WSNs) — системы с соединениями "точка — точка" и "точка — многоточка". Узлы соединены, в основном, односкачковыми радиоканалами, используется статическая маршрутизация. Основное назначение — мониторинг жилищных комплексов.
В системах ClWSNs беспроводные датчики могут самостоятельно осуществлять передачу данных между собой в пределах одного кластера, т. е. до первого маршрутизатора (рис. 1), и поддерживать соединение с маршрутизатором при помощи соседних, аналогичных датчиков, используя их в качестве промежуточных ретрансляторов. Беспроводные маршрутизаторы поддерживают протоколы динамической маршрутизации для расчета оптимальных по заданным критериям маршрутов, по которым осуществляется передача информации от источника (датчика) до места назначения (центральной точки сбора информации). Марш-
рутизаторы, так же как и датчики, осуществляют передачу данных между собой по беспроводным каналам и могут осуществлять обработку, корректировку и восстановление передаваемой информации. В системах ClWSNs расстояние от датчика до центральной точки сбора данных может достигать нескольких километров [1]. Такие системы называют "meshy" (петлевые или сетчатые беспроводные сенсорные сети).
Системы ClWSNs обеспечивают быстрое развертывание большого числа узлов (например, в системах экологического контроля) и используются в больших системах, соединенных по принципу "точка — многоточка" с большим объемом передаваемых данных в зоне, зависящей от возможностей радиоканалов.
В системах C2WSNs датчики передают информацию при помощи одного канала передачи данных до промежуточной точки сбора (соединенной с точками сбора более высокого уровня проводными или беспроводными каналами передачи данных) (рис. 2), но не обеспечивают соединение с промежуточной точкой сбора информации при помощи соседних, аналогичных датчиков. При этом промежуточные точки сбора информации обеспечивают только статическую маршрутизацию в магистральной сети.
Системы C2WSNs обычно работают на ограниченном пространстве (внутри жилых, производственных, офисных помещений) короткими и низкоскоростными приложениями (световые переключатели, детекторы огня и дыма, термостаты и др.). Зона развертывания C2WSNs, как правило, ограничивается сотнями метров, а поток данных представляется в виде транзакций (периодических
'J У
Точка—точка
Звезда (Точка—многоточка)
^^ Точка сбора данных
■ Оконечное устройство
ф Наземный маршрутизатор
# Первый маршрутизатор по умолчанию
Рис. 2. Структура сети C2WSNs с односкачковыми системами "точка — точка" и статической маршрутизацией (г — радиоканал; I — проводной канал)
Для правильной работы сенсорной сети критично местоположение узла и время замеров параметров исследуемой среды, а локализация датчиков и временная синхронизация необходимы для обнаружения интересующих параметров в анализируемой среде.
Согласно работе [3] задача проектирования СРМ сводится к поиску минимума функционала стоимости: F(U, Q, Y, Z) — min, где U — величина, характеризующая параметры сетевой нагрузки, интенсивность потоков сообщений между каждой парой узлов сети, размер сообщений и их приоритетность; Q — величина, представляющая совокупность параметров технических средств (пропускная способность, надежность и др.); Y — величина, описывающая параметры логической структуры сети; Z — внешние воздействия в проектируемой системе.
Процесс развертывания СРМ содержит этапы установки, организации сети и измерения.
Установка — процесс объединения большого числа распределенных устройств для наблюдения и взаимодействия с физической средой. Под устройствами понимаются небольшие узлы, оборудованные системами наблюдения и связи.
Организация сети — процесс установления физических и логических каналов передачи данных (разработаны специализированные протоколы для беспроводных СРМ).
Измерение — процесс сбора и обработки параметров, характеризующих анализируемую среду.
Развитие беспроводных технологий по передаче данных упрощает решение задачи создания СРМ, поскольку современные системы передачи данных имеют большую зону покрытия. Это позволяет развертывать СРМ с использованием канальной емкости существующих сетей, например, системы стандарта GSM. Накоплен также значи-
Возможные нижние уровни работы протоколов для СРМ
Наименование GSM/CDMA IEEE 802.11b/g IEEE 802.15.1 IEEE 802.15.4
Рыночное название 2.5G/3G Wi-Fi Bluetooth ZigBee
Характеристика сети Глобальные/городские сети Беспроводные локальные сети Небольшие локальные сети Сенсорные сети
Основное назначение Передача голоса и данных на большой зоне покрытия Корпоративные приложения Замена кабеля Мониторинг и управление
Скорость передачи, Мбит/с 0,064...0,128 11...54 0,7 0,02...0,25
Дальность действия, км, не более 35 1 0,2 0,1
Преимущества Дальность действия Поддержка корпоративной универсальности, низкая стоимость Низкая стоимость, простота использования Надежность, низкие стоимость и потребляемая мощность
/„ Удаленные сенсоры
Одноретранс- , ч .
' ляционныеП ~(датчики) Удал^ьге сенс°ры »
связи ^ V (датчики)
Беспроводные4 ; >>-/ ф л
каналы /"''Ч' \ О
О Р (00 Кластерообра- \ 1
"О Много-зующие узлы О О " '
О ^рансляД Беспроводные4 I _ ^ »/"Л ционные \ ^ м \ г Одноретранс-1
() связи \или проводные ^ ляционные - . каналы связи
ЮЛ
т \Ol \ / Кластерообра-
Беспроводные vwx. \ .f ¡г ¡г
каналы
связи
зующие узлы /
_ Оконечный
I I управляющий узел
Рис. 3. Структура системы распределенного мониторинга с гибридной топологией
обращений) от источника (датчика) до получателя (точки сбора данных).
Для работы в пределах зданий СРМ строятся на базе технологии IEEE 802.15.4 ZigBee. Системы C2WSNs на базе IEEE 802.15.4 используют частоты диапазона 2,4 ГГц, обеспечивают скорость передачи до 250 кбит/с на расстояния от 10 до 80 м.
В зависимости от условий работы системы в зоне может быть разверну
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.