Wireless Sensor Networking in the Internet of Things and Cloud Computing Era

چکیده

در سالهای اخیر تحولات فناوری زیادی را مشاهده کرده ایم، از جمله انتقال از جهان آنالوگ به جهان دیجیتال و از روش های سیمی متمرکز به سیستم های بی سیم توزیع شده و فراگیر. به خصوص، ظهور فرستنده گیرنده های قیمت پایین و با توان کم، به همراه رشد استک های اندازه فشرده و استاندارد باز، شبکه های سنسور وایرلس (WSN ها) را ممکن ساخته اند، که به شدت هم برای کاربردهای مانیتورینگ صنعتی و هم خانه/اداری اتخاذ می شوند. هدف بلندپروازانه امروز، نمونه برداری و جمع آوری و آنالیز همه قسمتهای اطلاعات اطراف ما می باشد، برای بهبود کارآمدی تولید و اطمینان از مصرف منبع بهینه. “اینترنت اشیاء” (IoT)، یعنی قابلیت اتصال هر ابزار ممکنی به جهان وب، پاسخ عملی به این درخواست می باشد. در نتیجه حجم عظیمی از اطلاعات تضمین شده می توانند به طور مفیدی با استفاده از سرویس های “ابری” مدیریت شوند، یعنی چهارچوب های سخت افزار/نرم افزاری منعطف و قدرتمند قادر هستند رایانش را به عنوان سرویسی ارائه کنند. هدف این تحقیق ادامه مزیت ها و معایب فناوری های WSN پذیرفته شده می باشد، که گسترش ممکن شان را به سمت سرویس های ابری با دسترسی قبلی پیشنهاد می کند.

Abstract

In the recent past we have observed many technological revolutions, including the transition from the analog world into its digital counterpart and from centralized wired solutions to distributed and pervasive wireless systems. In particular, the advent of lowcost and low-power transceivers, together with the development of compact-size and open standard stacks, have made possible Wireless Sensor Networks (WSNs), largely adopted for both home/office and industrial monitoring applications. The nowadays ambitious goal is to sample, collect and analyze every piece of information around us, in order to improve production efficiency and ensure optimal resource consumption. The “Internet of Things” (IoT), i.e. the capability of connecting every possible device to the World Wide Web, is the practical answer to this request. The very large amount of information that is consequently generated could be profitably handled using “cloud” services, i.e. flexible and powerful hardware/software frameworks capable to deliver computing as a service. The aim of this work is to resume pros and cons of well-accepted WSN technologies, suggesting their possible extension towards already available cloud services.

Keywords: wireless sensor networks; real-time communication; low power consumption

مقدمه

 در گذشته نه چندان دور، دسترسی میکروکنترلرها/پردازنده های ارزان قیمت ظهور به اصطلاح “سنسورهای هوشمند” را مقدور ساختند، یعنی ابزاری که نه تنها قادر است کمیت فیزیکی مطلوب را تبدیل کند، بلکه همچنین قادر است مقداری پردازش پس از عملیات بر دیتای خام به منظور استخراج اطلاعات مفید اجرا کند. در نتیجه، غلبه برخی محدودیت های ذاتی عنصر حسگر (برای مثال غیرخطی) و ارائه نشانگر اندازه گیری به فرمت دیجیتالی (برای مثال بهبود ایمنی نویز) ممکن بودند، آماده برای استفاده توسط کنترلرها، عملگرها و غیره. مرحله مشهود بعدی، اتخاذ رابط ارتباطی (دیجیتالی) بود، که بنابراین اشتراک گذاری یک رسانه ارتباطی را توسط وسایل مختلف و نوعی اطلاعات مقدور می ساخت. روش های اندازه گیری از روشی متمرکز توسعه یافتند، که بسیاری از سنسورهای متصل آنالوگ پیوند خورده با سیستم کسب مرکزی و پردازش بودند، به سمت روشی توزیع شده، که “هوشمندی” شبکه در امتداد شبکه به عنوان یک پارچه پخش شده است. در نوع دوم ذکر شده، نه فقط نشانگرهای اندازه گیری بلکه همچنین دیتای تکمیلی، به عنوان تشخیص، می توانند از راه دور دسترسی یابند. با این وجود، علی رغم کاهش کابلی به دلیل انتقال دیجیتال توسط روشی از یک باس، مرز واقعی حذف کامل سیم ها، به حداقل رساندن هزینه های نصب و مشکل یابی می باشد. در حقیقت، در دسترس بودن رابط های رادیویی ارزان و با توان پایین، جایگذاری وسایل سیمی سنتی را توسط وسایل بی سیم مقدور می سازد، بدون تنزل چندان در عملکرد قابل دست یافتنی. محدودیت اصلی واقع، تعادل بین نهان بودن و طول عمر می باشد، که توسط مقدار محدود منبع توان آنبورد تحمیل می شود (اغلب توسط باتری های با ابعاد کوچک اجرا می شود)، به دلیل نیاز به ابزاری واقعا مستقل.

در این مقاله نگاهی به WSN ها صورت می گیرد، سپس توضیحی درباره سرویس های رایانش ابری و ترکیب ممکن شان با WSN ها ارائه می شود. در نهایت، یک مثال که با استفاده از “بستر آزمایش حساسیت” توسعه یافته است نشان داده می شود، شامل سناریوهایی که وسایل هوشمند و انسانها به عنوان سنسورها استفاده می شوند.