پایان نامه بررسي سيستم هاي كنترل صنعتي بي سيم
مقدمه:
1-1 : شبکه بیسيم حسگر (Wireless Sensor Network/ WSN)
شبکه بیسیم حسگر (Wireless Sensor Network/ WSN) به یک شبکه بیسیم از حسگرهای خودراهبر که با فاصله پخش شده باشند و برای نشان دادن گروهی از کمیت های فیزیکی یا شرایط محیطی مانند دما، صدا، لرزش، فشار، حرکت یا آلوده کننده ها، در مکانهای مختلف یک محدوده کاربرد دارد. شبکه حسگرها با انگیزه استفاده در تجهیزات نظامی که برای نظارت بر صحنه جنگ استفاده میشد توسعه پیدا کرد. اما امروزه شبکه بی سیم حسگرها در صنعت و بسیاری از مقاصد غیر نظامی استفاده میشود که شامل نمایش و کنترل فرآیند های صنعتی، سلامت دستگاهها، نمایش یک محدوده و یا خانه، تجهیزات سلامتی، خانه های هوشمند و کنترل ترافیک میشود.
بعلاوه ی یک یا چند سنسور، یک گره از شبکه معمولا مجهز به یک فرستنده و گیرنده بی سیم، یک میکروکنترلر کوچک، و یک منبع انرژی (معمولا یک باتری) است. اندازه یک گره سنسوری بسته اندازه بسته بندی آن تغییر کرده و تا یک دانه شن قابل کوچک سازی است. که قطعات این شنریزه در ابعاد میکروسکوپی هنوز باید ساخته شود. همینطور قیمت هر گره حسگر میتواند بین چند صد دلار تا چند سنت بسته به اندازه، پیچیدگی مورد نیاز یک گره متفاوت باشد. قیمت و اندازه محدود کننده هر گره باعث محدودیت هایی مثل انرژی، حافظه، سرعت پردازش و پهنای باند میشود.
شبکه سنسورها معمولا به صورت یک شبکههای بیسیم ادهاک است که هر گره از الگوریتم مسیر دهی multi-hop استفاده میکند.(تعداد زیادی گره یک بسته اطلاعاتی را جلو برده و به ایستگاه مرکزی میرساند.)
در حال حاضر شبکههای بیسیم حسگر یکی از موضوعات فعال تحقیقی در علوم کامپیوتر و ارتباطات است که تعداد بیشماری کارگاه و کنفرانس هر ساله در این زمینه انجام میشود.
کاربرد ها :
استفاده از (WSN) یا گیرنده های بی سیم متنوع و زیاد است . آنها برای استفاده در کاربردهای تجاری و صنعتی برای کنترل داده ها و برای استفاده در جایی که استفاده از گیرنده های بی سیمی مشکل و گران است به کار می روند. برای مثال این شبکهها می توانند در محیط های بیابانی هم گسترش یابند و سالها باقی بمانند. کاربرد دیگر اعلام خطر ورود مهاجم به یک محل کنترل شده و سپس ردیابی مهاجم باشد.
تعدای از استفاده های خاص شامل نظارت محل های مسکونی ، ردیابی هدفهای متحرک، کنترل راکتور هسته ای، آشکار سازی حریق، نظارت ترافیک و غیره …. میباشد.
نظارت بر محیط :
کنترل یا نظارت بر محیط نوعی استفاده از گیرنده بی سیم است. در نظارت محیط ، گیرنده بی سیم در ناحیه ای پراکنده میشود که تعدادی پدیده یا حادثه باید تحت نظارت باشد. برای مثال تعداد زیادی از این گره های فرستنده و دریافت کننده می توانند در میدان جنگ برای آشکار کردن تجاوز دشمن بجای استفاده از مین های زمینی گسترش داده شوند.
زمانی که این حس گر یا گیرنده اتفاقی را که تحت نظر بوده (گرما، فشار ، صدا ، نور ، زمین هایی با خواص مغناطیسی و لرزش و ارتعاش و غیره) پیدا می کند، لازم است که اتفاق به یکی از پایگاه ها گزارش شود. این پایگاه بر اساس نوع کاربری شبکه عملی مناسب، مانند ارسال پیغام به اینترنت یا ماهواره و یا پردازش محلی داده، را انجام میدهد.
مشخصه ها :
مشخصه های منحصر به فرد گیرنده ی بی سیم :
- گره های گیرنده با مقیاس کم
- قدرت محدود که می توان ذخیره یا تخلیه شود
- شرایط محیطی نا مناسب
- نقص های گره
- ترک گره
- شبکه دینامیک توپو لوژی
- نقص ارتباطات
- غیر یکنواختی گره ها
- گسترش با مقیاس بالا
- عملکرد خودکار
گره های گیرنده را می توان کامپیوتر های کوچکی تصور کرد. کاملاً اساسی و در وجه مشترکشان در ساختار و اجزاء آنها معمولاً شامل واحد پردازنده و قدرت اشتباه محاسبه ی محدود و حافظه ی محدود هستند گیرنده ها (شامل شرایط خاص مدارها) دستگاه ارتباطی (معمولاً فرستنده و گیرنده رادیویی و نوری متناوب) و منبع انرژی هم معمولاً از باتری است. پایگاه ها بنیادی از یا چند اجزاء برجسته از شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم (WSN) با محاسبه ی بیشتر انرژی ، منبع ارتباطاتی ، آنها مثل دروازه بین گره گیرنده و کاربر نهایی عمل می کنند .
Sun Spot حسگر بي سيم محصول شركت سان مايكروسيستمز
2-1 : پايگاه ها
سخت افزار :
فصل اصلی گره گیرنده شامل : اصلی ترین موضوع با قیمت کم با گره های گیرنده کوچک است . با ملاحضه به این اهداف ، گره های گیرنده در حال حاضر در اصل نمونه های اولیه هستند . از کوچک سازی و کاهش هزینه متوجه می شویم که اهداف اخیر و آینده در پیشرفت رشته MEMS و NEMS است و تعدادی از گره های گیرنده پایین ارائه می شوند و تعدادی از گره ها هنوز در مرحله تحقیق هستند. نظر کلی راجع به استفاده از شبکه ، پایگاه ها و اجزاء و موضوعات مربوط در SNM قابل دسترس است .
استانداردها :
زمانیکه مسیر اصلی کامپیوترها درخور استانداردها ست – تنها استاندارد رسمی که در شبکه های ارتباطی گیرنده بی سیم پذیرفته شده ISO 18000-7 و 610 wpan و بی سیم HART است و در پایین تعداد دیگری از استانداردها که توسط محققین این رسته برای استفاده تحقیق شده اند مي باشند :
- Zig Bee
- Wibree
نرم افزارها :
انرژی، منبع کمیاب گره های شبکه بی سیم است و تعیین کننده عمر شبکه ارتباطی گیرنده های بی سیم (WSN) است بطور متوسط می توانند در تعداد بالایی در محیطهای گوناگون گسترش یابند در مناطق دور افتاده و دشمن ، همراه ارتباطات تک کاره به عنوان کلید بدين علت به الگوریتم و پروتکل احتیاج دارند به دنبال این پیامدها :
- بیشینه سازی عمر
- توانمندی و تحمل عیب
- روش تنظیم .و نصب خودکار
بعضی از موضوع های داغ در تحقیق نرم افزارهای ( WSN)
- امنیت
- قابلیت انتقال و ترک ( زمانی که گره های گیرنده و یا پایگاه ها در حال حرکت اند)
- میان افزار ، طراحی سطح متوسط اولیه بین نرم افزار و سخت افزار است.
سیستم عامل :
سیستم عامل برای گره های شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم به نوعی پیچیدگی اش کمتر از اهداف کلی سیستم عامل است . هردو به دلیل احتیاجات خاص و درخواست شکبه ارتباطی خاص و به دلیل اضطرار یا تحمیل منبع در پایگاه سخت افزاری شبکه گیرنده است برای مثال کاربرد استفاده شبکه گیرنده معمولاً همکاری متقابل مثل یک کامپیوتر نیست. به همین علت ، سیستم عامل احتیاجی به پشتیبانی کاربرد ندارد علاوه برآن تحمیل یا اضطرار منبع در دوره حافظه و نقشه حافظه سخت افزار را پشتیبانی می کند و ساختمانی می سازد مثل حافظه مجازی که هردو غیر ضروری و غیر ممکن برای انجام دادن هستند. شبکه ارتباطی گیرنده بی سیم ، سخت افزارهایش فرقی با سیستم های سنتی تعبیه شده ندارد و بنابراین استفاده از سیستم عامل تعبیه شده ممکن است مثل ecos یا VC/OS برای گیرنده شبکه ارتباطی و اگرچه مثل سیستم عامل طراحی شده باشند با خواص بلادرنگ و برخلاف سیستم عامل تعبیه شده سنتی عمل مي كند اگر سیستم عامل هدف مخصوص شبکه های ارتباطی گیرنده است اغلب پشتیبانی بلادرنگ ندارد .
Tiny Os شاید اولین سیستم عاملی باشد که مخصوصا برای شبکه ارتباطی گیرنده طراحی شده Tiny Os بر خلاف بیشتر سیستم عامل های دیگر براساس برنامه کامپیوتری یا فرآیندی که هر مرحله اجرا مربوط به تحمیلات خارجی است برنامه نویسی می کند و multithread مدل را به جای طرح برنامه ای که بیش از یک مسیر منطقی دارد استفاده می کند و هر مسیر همزمان اجرا می شود .
برنامه دستوری TinyOs که تشکیل شده از گرا و کارهایی که تداوم پیدا می کند در تکامل معنایی، زمانی که پیشامد خارجی رخ می دهد (مانند وارد شدن اطلاعات و خواندن گیرنده)
TinyOs خبر از گرای مناسبی که اتفاقات را شرح می دهد، می دهد گرا می تواند کارهایی را که با هسته اصلی TinyOs برنامه ریزی شده است را ارسال کند كه در زمانی عقب تر هر دو سیستم TinyOs و Nesc برنامه نوشته شده برای TinyOs که آنها با برنامه نویسی C نوشته شده اند طراحی شده و برای یافتنRace-Condition (حالت نا معینی که به هنگام عملکرد همزمان دستورالعمل های دو کامپیوتر به وجود می آید و امکان شناخت این مسئله که کدام یک از آنها ابتدا تمام خواهد شد وجود ندارد) بین وظایف و گراها عمل مي كند.
و همچنین سیستم عامل هاي هستند که اجازه برنامه نویسی در C را می دهند مثل سیستم عامل هایي شامل Contiki و MANTIS و BT nut و SOS و Nano-RK .
Contiki طراحی شده است برای پشتیبانی و اندازه گیری بارگیری در شبکه و پشتیبانی زمان اجرای بارگیری در استاندارد فایلهای ELF هسته .
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.