Качество сервиса в сенсорных сетях

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Школа естественных наук

Кафедра информационных наук

 

Курсовая работа на тему:

 «Качество сервиса в сенсорных сетях»

 

 

 

 

  Проверил доцент:

  Верещагина Е.А.

 

 

 

   

Владивосток

      2012

 

 

Содержание

Аннотация. 3

1. Введение 3

2. Применение беспроводных сенсорных сетей. 5

2.1 Военное применение. 5

2.2 Экологическое  применение. 6

2.3 Применение  в медицине. 7

2.4 Применение в доме. 7

3. Факторы влияющие на разработку моделей сенсорных сетей. 8

3.1 Отказоустойчивость. 8

3.2 Масштабируемость 8

3.3 Расходы  на производство 8

3.4 Аппаратные  особенности 9

3.5 Топология  сети 10

   3.5.1 Предварительное развертывание 10

        3.5.2 Фаза после развертывания сети 11

        3.5.3 Фаза развертывания дополнительных узлов 11

     3.6 Окружающая среда 12

     3.7 Способы передачи данных 12

     3.8 Мощность потребления 13

        3.8.1 Связь 14

        3.8.2 Обработка данных 14

4. Архитектура сенсорных сетей. 15

Литература 17

5. Подходящие транспортные протоколы для беспроводных сенсорных сетей………………………………………………18    

 Аннотация 18

6. Введение 18

7. Характеристики  траспортных протоколов 19

7.1 Управление перегрузкой. 19

7.2 Надежность. 19

7.3 Энергоэффективность 19

7.4 Эффективность использования ресурсов 20

8. Предложенные транспортные протоколы 20

8.1 PSFQ. 20

8.2 ESRT. 20

8.3 RMST. 21

8.4 DTC. 21

8.5 Оптимизация поперечного уровня. 22

9. Нерешенные  проблемы 22

10. Выводы 23

Литература 24

 

Аннотация

Статья описывает концепции  сенсорных сетей, реализация которых  стала возможна в результате объединения  миктроэлектро-механических систем, беспроводной связи и цифровой электроники. Изучены задачи и потенциал сенсорных сетей, сделан обзор фактов влияющих на их разработку. Также рассмотрена архитектура построения сенсорных сетей, разработанные алгоритмы и протоколы для каждого слоя архитектуры. В статье исследованы вопросы о реализации сенсорных сетей.

1. Введение

 Последние достижения  в области технологий микро-электро-механических систем (MEMS), беспроводной связи и цифровой электроники позволили создавать недорогие, маломощные, многофункциональные моты (узлы), они небольшие и «общаются» непосредственно друг с другом. Сенсорных сети основанных на совместной работе большого числа крошечных узлов, которые состоят из модулей сбора и обработки данных, передатчика. Такие сети имеет значительные преимущества перед набором традиционных датчиков. Вот две ключевые особенности традиционных датчиков:

• Датчики могут быть расположены далеко от наблюдаемого явления. При таком подходе требуется  много датчиков, которые используют некоторые сложные методы, чтобы  выделить цели из шума.

 • Можно развернуть  несколько датчиков, которые выполняют  только сбор данных. Тщательно  разработать позиции датчиков  и топологию. Они будут передавать  наблюдения в центральные узлы, где и будет выполнятся сбор и обработка данных.

 Сенсорная сеть состоит  из большого числа узлов (мотов), которые густо расположены близко  к наблюдаемому явлению. Положение  мотов не нужно предварительно  рассчитывать. Это позволяет случайным  образом располагать их в труднодоступных  местностях или использовать  для операций по оказанию помощи, которые требуют быстрого реагирования. С другой стороны, это означает, что сетевые протоколы и алгоритмы  работы мотов должны обладать  возможностью самоорганизации. Еще  одной уникальной особенностью  сенсорных сетей является совместная работа отдельных узлов. Моты оснащены процессором. Поэтому вместо передачи исходных данных, они могут их обрабатывать, выполняя простые вычисления и передавать далее только необходимые и частично обработанные данные. Описанные выше особенности обеспечивают широкий спектр применения сенсорных сетей. Такие сети можно применять в здравоохранении, для военных нужд и безопасности. Например, физиологические данные о пациенте может контролироваться удаленно врачом. Это удобно как для пациента, так и позволяет врачу понять его текущее состояние. Сенсорные сети могут быть использованы для выявления инородных химических агентов в воздухе и воде. Они могут помочь определить тип, концентрацию и расположение загрязнителей. В сущности, сенсорные сети позволяют лучше понять окружающую среду. Мы предполагаем, что в будущем, беспроводные сенсорные сети будут неотъемлемой частью нашей жизни, более, чем современных персональных компьютеров. Реализация этих и других проектов, требующих использование беспроводных сенсорных сетей, требуют специальных методов. Многие протоколы и алгоритмы были разработаны для традиционных беспроводных одноранговых сетей, поэтому они не очень хорошо подходит для уникальных особенностей и требований сенсорных сетей. Приведем различия сенсорных и одноранговых сетей:

 

 

• Количество узлов сенсорной  сети может быть на несколько порядков выше, чем узлов в одноранговой сети.

 • Узлы плотно расположены.

 • Узлы подвержены  сбоям.

 • Топология сенсорных  сетей может часто изменяться

 • Узлы в основном  используют широковещательные сообщения,  в то время как большинство  одноранговых сетей основаны на связи "точка-точка".

 • Узлы ограничены  в питании, вычислительных мощностях,  и памяти.

 • Узлы не могут  иметь глобальный идентификационный  номер (ИН) из-за большого количества  накладных расходов и большого  количества датчиков.

 Так как узлы в  сети расположены плотно, соседние  узлы могут оказаться очень  близко друг к другу. Следовательно,  multi-hop связи в сенсорных сетях будут потреблять меньше энергии, чем прямые связи. Кроме того, можно использовать низкую мощность сигнала передачи данных, что полезно в скрытых наблюдениях. Multi-hop связи могут эффективно преодолевать некоторые трудности при распространении сигнала на дальние расстояния в беспроводной связи. Одним из наиболее важных ограничений для узлов является малое потребление энергии. Моты имеют ограниченные источники энергии. Итак, в то время как традиционные сети направлены на достижение высокого качества сигнала, сетевые протоколы мотов должны сосредоточиться главным образом на сохранение энергии. Они должны обладать механизмами, которые дают пользователю возможность продления времени жизни мота за счет либо снижения пропускной способности, либо увеличения времени задержки передачи данных. Многие исследователи в настоящее время участвуют в разработке схем, которые выполняют эти требования. В данной статье мы сделаем обзор протоколов и алгоритмов, существующих в настоящее время для сенсорных сетей. Наша цель – предоставить лучшее понимание текущих вопросов научных исследований в этой области. Мы также попытаемся исследовать ограничения, накладываемые на разработку, и выявить инструменты, которые можно использовать для решения задач проектирования. Статья организована так: во втором разделе, мы опишем потенциала и полезность сенсорных сетей. В разделе 3 мы обсудим факторы, которые влияют на проектирование таких сетей. Подробное исследование существующих методик в этой области рассмотрим в разделе 4. И подведем итоги в 5 разделе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Применение беспроводных  сенсорных сетей

 Сенсорные сети могут  состоять из различных типов  датчиков, например сейсмических, датчиков  определения магнитного поля, тепловых, инфракрасных, акустических, которые  в состоянии осуществлять самые  разнообразные измерения условий  окружающей среды. Например, такие  как [23]:

 • температура,

 • влажность,

 • автомобильное движение,

 • состояние молнии,

 • давление,

 • состав почвы,

 • уровень шума,

 • наличие или отсутствие  некоторых объектов,

 • механическая нагрузка

 • динамические характеристики, такие как скорость, направление  и размер объекта.

 Моты могут использоваться  для непрерывного зондирования, обнаружения и идентификации  событий. Концепция микро - зондирования и беспроводное соединение обещают много новых областей применения для таких сетей. Мы классифицировали их по основным направлениям: военное применение, исследование окружающей среды, здравоохранение, использование в домах и других коммерческих областях. Но можно расширить эту классификацию и добавить больше категорий, например исследование космического пространства, химическая обработка и ликвидации последствий стихийных бедствий.

2.1. Военное применение

 Беспроводные сенсорные  сети могут быть неотъемлемой  частью военного управления, связи,  разведки, наблюдения и систем  ориентирование (C4ISRT). Быстрое развертывание,  самоорганизации и отказоустойчивость  – это характеристики сенсорных  сетей, которые делают их перспективным  инструментом для решения поставленных  задач. Поскольку сенсорные сети  могу быть основаны на плотном  развертывании одноразовых и  дешевых узлов, то уничтожение  некоторых их них во время  военных действий не повлияет  на военную операцию так, как  уничтожение традиционных датчик. Поэтому использование сенсорных  сетей лучше подходит для сражений. Перечислим еще некоторые способы  применение таких сетей: мониторинг  вооружения и боеприпасов дружественных  сил, наблюдение за боем; ориентация  на местности; оценка ущерба  от битв; обнаружение ядерных,  биологических и химических атак. Мониторинг дружественных силы, вооружения и боеприпасов: лидеры  и командиры могут постоянно  контролировать состояние своих  войск, состояние и наличие  оборудования и боеприпасов на  поле боя с помощью сенсорных  сетей. К каждому транспортному  средству, оборудованию и важным  боеприпасам могут быть прикреплены  датчики, которые сообщают их  статус. Эти данные собирается  вместе в ключевых узлах, и  направляются руководителям. Данные  также могут быть переадресованы  на верхние уровни иерархии  командования для объединения  с данными из других частей. Наблюдения боя: критические участки,  пути, маршруты и проливы могут  быть быстро покрыты сенсорными  сетями для изучения деятельности  сил противника. Во время операций или после разработки новых планов сенсорные сети могут быть развернуты в любое время для наблюдения за боем. Разведка сил противника и местности: Сенсорные сети могут быть развернуты на критических территориях, и могут быть собраны в течении нескольких минут ценные, подробные и своевременные данные о силах противника и местности, прежде чем враг сможет их перехватить. Ориентация: сенсорные сети могут быть использованы в системах наведения интеллектуальных боеприпасов. Оценка ущерба после боя: непосредственно перед или после нападения, сенсорные сети могут быть развернуты в целевой области для сбора данных об оценке ущерба. Обнаружение ядерных, биологических и химических атак: при применении химического или биологического оружия, использование которого близко к нулю, важное значение имеет своевременное и точное определение химических реагентов. Могут быть использованы сенсорные сети в качестве систем предупреждения химических или биологических атак и данные собранные в короткие сроки помогут резко уменьшить количество жертв. Также можно использовать сенсорные сети для подробной разведки, после обнаружения таких атак. Например, можно осуществлять разведку в случае радиационных заражений не подвергая людей радиации.

 

2.2. Экологическое  применение

 Некоторые из направлений  в экологии, где применяют сенсорные  сетей: отслеживание движения  птиц, мелких животных и насекомых;  мониторинг состояния окружающей  среды, с целью выявления ее  влияния на сельскохозяйственные  культуры и скота; орошения; широкомасштабный  мониторинга земли и исследования  планет; химическое / биологическое  обнаружение; обнаружение лесных  пожаров; метеорологические или  геофизические исследования; обнаружение  наводнений; и исследование загрязнения  [2, 8, 10, 11, 14, 31, 35, 39, 40, 42, 61, 81, 88, 89]. Обнаружение  лесных пожаров: поскольку моты  могут быть стратегически и  плотно развернуты в лесу, то  они могут ретранслировать точное  происхождение огня до того, как  пожар станет неконтролируемым. Миллионы датчик могут быть  развернуты на постоянной основе. Они могут быть оснащены солнечными  батареи, т.к узлы могут быть оставлены без присмотра на месяцы и даже годы. Моты будут работать сообща для выполнения задач распределенного зондирования и преодоления препятствий, таких как деревья и скалы, которые блокируют работу проводных датчиков. Отображение био состояния окружающей среды [11]: требует сложных подходов к интеграции информации во временных и пространственных масштабах [26,87]. Прогресс в области технологии дистанционного зондирования и автоматизированный сбор данных, позволили значительно снизить затраты на исследования [15]. Преимущество данных сетей в том, что узлы могут быть соединены с Интернетом, который позволяет удаленным пользователям осуществлять контроль, мониторинг и наблюдения за окружающей средой. Хотя спутниковые и бортовые датчики являются полезными в наблюдении за большим разнообразием, например, пространственной сложности видов доминирующих растений, они не позволяют наблюдать за мелкими элементами, которые составляет большую часть экосистемы [43]. В результате возникает потребность в развертывании на местах узлов беспроводных сенсорных сетей. Одним из примеров применения это составление биологической карты окружающей среды в заповеднике в Южной Калифорнии [11]. Три участка покрыты сетью, в каждой их которых по 25-100 узлов, которые используются для постоянного наблюдения за состоянием окружающей среды. Обнаружение наводнений [7]: примером обнаружения наводнений является система оповещения [90] в США. Несколько типов датчиков, размещенных в системе оповещения, определяют уровень осадков, уровень воды и погоду. Научно-исследовательские проекты, такие как COUGAR Device Database Project в Корнельском университете [7] и проект DataSpace в Университете Rutgers [38], изучают различные подходы к взаимодействию с отдельными узлами в сети для получения снимков и долго собираемых данных. Сельское хозяйство: преимуществом сенсорных сетей также является возможность контролировать уровень пестицидов в воде, уровень эрозии почвы и уровень загрязнения воздуха в режиме реального времени.

2.3. Применение  в медицине

 Одним из применений  в медицине является устройства  для инвалидов; мониторинг пациентов;  диагностика; мониторинг использования  медикаментов в больницах; сбор  физиологических данных человека; и мониторинга врачей и пациентов  в больницах [8,42,60,71,88]. Мониторинг  физиологического состояния человека: физиологические данные, собранные  сенсорными сетями могут храниться  в течение длительного периода  времени [41] и могут использоваться  для медицинского исследования [62]. Установленные узлы сети могут  также отслеживать движения пожилых  людей и, например, предупреждать  падения [9,16]. Эти узлы невелики  и обеспечивают пациенту большую  свободу передвижения, в тоже  время позволяют врачам выявить  симптомы болезни заранее [56]. Кроме того, они способствуют  обеспечению более комфортной  жизни для пациентов в сравнении  с лечением в больнице [5]. Для  проверки возможности такой системы  на факультете медицины Grenoble–France был создан “Здоровый умный дом ''. [60]. Мониторинг врачей и пациентов в больнице: каждый пациент имеет небольшой и легкий узел сети. Каждый узел имеет свою конкретную задачу. Например, один может следить за сердечным ритмом, в то время как другой снимает показания кровяного давления. Врачи могут также иметь такой узел, он позволит другим врачам найти их в больнице. Мониторинг медикаментов в больницах: Узлы могут быть присоединены к лекарствам, тогда шансы выдачи неправильного лекарства, могут быть сведены к минимуму. Так, пациенты будут иметь узлы, которые определяют их аллергию и необходимые лекарства. Компьютеризированные системы, как описано в [78] показали, что они могут помочь свести к минимуму побочные эффекты от ошибочной выдачи препаратов.

2.4. Применение  в доме

 Автоматизация дома: смарт-узлы могут быть интегрированы в бытовые приборы, например в пылесосы, микроволновые печи, холодильники и видеомагнитофоны [67]. Они могут взаимодействовать друг с другом и с внешней сетью через Интернет или спутник. Это позволит конечным пользователям легко управлять устройствами дома как локально, так и удаленно. Умная окружающая среда: дизайн смарт-среды может иметь два различных подхода, т.е., ориентированного на человека или на технологии[1]. В случае первого подхода, смарт-среда должна адаптироваться к потребностям конечных пользователей с точки зрения взаимодействия с ними. Для технологически-центрированных систем должны быть разработаны новые аппаратные технологий, сетевые решений, и промежуточные приложения. Примеры того, как узлы могут быть использованы для создания смарт-среды описана в [36]. Узлы могут быть встроены в мебель и технику, они могут общаться друг с другом и сервером комнаты. Сервер комнаты может также общаться с другими серверами комнат, чтобы узнать о услугах, которые они могут предложить, например, печать, сканирование и работа с факсом. Эти сервера и сенсорные узлы могут быть интегрированы в существующие встраиваемые устройства и составлять самоорганизующиеся, саморегулируемые и адаптивные системы, основанные на модели теории управления, как описано в работе [36].

 

 

 

 

3. Факторы, влияющие  на разработку моделей сенсорных  сетей.

 Разработка сенсорных  сетей зависит от многих факторов, которые включают в себя отказоустойчивость, масштабируемость, издержек производства, вид операционной среды, топологию сенсорной сети, аппаратные ограничения, модель передачи информации и потребление энергии. Эти факторы рассматриваются многими исследователями. Однако ни в одном из этих исследований полностью не учтены все факторы, которые влияют на разработку сетей. Они важны, поскольку служат в качестве ориентира для разработки протокола или алгоритмов работы сенсорных сетей. Кроме того, эти факторы могут быть использованы для сравнения различных моделей.

3.1. Отказоустойчивость

 Некоторые узлы могут  выйти из строя из-за отсутствия  энергии, физических повреждений  или стороннего вмешательства.  Отказ узла не должен повлиять  на работу сенсорной сети. Это  вопрос надежности и отказоустойчивости. Отказоустойчивость - способность поддерживать  функциональность сенсорной сети  без сбоев при выходу из строя узла [37,55,75]. Надежность Rk(t) или отказоустойчивости узла моделируется в [37] с помощью распределения Пуассона для определения вероятности отсутствия неисправности узла в период времени (0; t) Стоит обратить внимание на то, что протоколы и алгоритмы могут быть ориентированы на уровень отказоустойчивости, требуемый для построения сенсорных сетей. Если среда, в которой узлы размещены мало подвержена вмешательствам, то протоколы могут быть менее отакзоустоичивыми. Например, если узлы внедряются в дом, чтобы следить за влажностью и уровнем температуры, требования к отказоустойчивости может быть низким, поскольку такого рода сенсорные сети не могут выйти из строя и «шум» окружающей среды не влияет на их работу. С другой стороны, если узлы используются на поле боя для наблюдения, то отказоустойчивость должна быть высокой, поскольку наблюдения являются критически важными и узлы могут быть уничтожены во время военных действий. В результате, уровень отказоустойчивости зависит от применения сенсорных сетей и модели должны быть разработаны с учетом этого.

3.2. Масштабируемость

 Количество узлов развернутых  для изучения явления может  быть порядка сотен или тысяч.  В зависимости от приложения, число может достигать экстремальных  значений (миллионов). Новые модели  должны быть в состоянии работать  с этим числом узлов. Они  также должны использовать высокую  плотность сенсорных сетей, которая  может варьироваться от нескольких  узлов до нескольких сотен  на участке, который может быть  меньше 10 м в диаметре [14]. Плотность  может быть рассчитана в соответствии  с [8],

3.3. Расходы на  производство

Так как сенсорные сети состоят из большого количества узлов, то стоимость одного узла должна быть такой, чтобы оправдать общую  стоимость сети. Если стоимость сети выше, чем развертывание традиционных датчиков, то она не экономически оправданна. В результате, стоимость каждого  узла должна быть низкой. Сейчас стоимость  узла с использованием Bluetooth-передатчика  менее 10$ [71]. Цена на PicoNode в районе 1$ [70]. Следовательно, стоимость узла сенсорной сети должна быть гораздо меньше, чем 1 $ для экономической оправданности их использования. Стоимость Bluetooth-узла, который считается дешевым устройством, в 10 раз выше, чем средние цены на узлы сенсорной сети. Обратите внимание, что узел также имеет некоторые дополнительные модули, такие как модуль сбора данных и модуль обработки данных (описано в разделе 3.4.) Кроме того они могут быть оборудованы системой определения местонахождения или силовым генератором в зависимости от применения сенсорных сетей.

В результате стоимость узла - сложный вопрос, учитывая количество функциональных возможностей даже при цене менее 1 $.

3.4. Аппаратные  особенности 

 Узел сенсорных сетей  состоят из четырех основных  компонентов, как показано на  рис. 1: блок сбора данных, блок  обработки, передатчик и блок  питания. Наличие дополнительных  модулей зависит от применения  сетей, например, могут быть модули  определения местонахождения, силовой  генератор и мобилизатор (MAC). Модуль сбора данных, как правило, состоят из двух частей: датчики и аналого-цифровой преобразователей (АЦП). Аналоговый сигнал, генерируемый датчиком на основе наблюдаемого явления, преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП, а затем подается в блок обработки. Модуль обработки, который использует интегрированную память, управляет процедурами, которые позволяют совместно с другими узлами выполнять поставленные задачи наблюдения. Блок передатчика (трансивер) соединяет узел с сетью. Одним из наиболее важных компонентов узла является блок питания. Блок питания может иметь возможность подзарядки, например, используя солнечные батареи.

 Большинству узлов,  передающих данные и собирающих  данные, необходимо знать свое  местоположение с высокой точностью.  Поэтому в общую схему включен  модуль определения местоположения. Иногда может понадобиться мобилизатор, который при необходимости перемещает узел, когда это необходимо для выполнения поставленных задач. Все эти модули, возможно, потребуется разместить в корпус размером со спичечный коробок [39]. Размер узла может быть меньше кубического сантиметра [69] и достаточно легким, чтобы оставаться в воздухе. Помимо размера, есть некоторые другие жесткие ограничения для узлов. Они должны [42]:

 • потребляют очень  мало энергии,

 • работать с большим  количеством узлов на малых  расстояниях,

 • иметь низкую  стоимость производства

 • быть автономными  и работать без присмотра,

 • адаптироваться  к окружающей среде.

 Поскольку узлы могут  становиться недоступными, жизни  сенсорной сети зависит от  питания отдельных узлов. Питание  ограниченный ресурс и из-з а ограничений по размеру. Например, общий запас энергии смарт-узла составляет порядка 1 Дж [69]. Для беспроводной интегрированной сети датчиков (WINS) [86] средний уровень заряда, для обеспечения длительного времени работы должен быть меньше 30 LA. Возможно, продлить срок службы сенсорных сетей используя подзаряжаемые батареи [71], например, получая энергию из окружающей среды. Солнечные батареи – яркий пример использования подзарядки. Модуль передачи данных узла может быть пассивным или активным оптическим устройством, как в смарт-узле [69] или радиочастотным (RF) передатчиком. Для радиочастотной передачи нужен модуль модуляции, который использует определенную полосу пропускания, модуль фильтрация, демодуляция, что делает их более сложными и дорогими. Кроме того, возможны потери при передаче данных между двумя узлами из-за того, что антенны распложены близко к земле [69]. Тем не менее, радиосвязь является предпочтительной в большинстве существующих проектов сенсорных сетей, так как частот передачи данных низкие (как правило, менее 1 Гц) [71], а частота циклов передачи высока из-за малых расстояний. Эти характеристики позволяют использовать низкие радиочастоты. Однако, проектирование энергоэффективных и низкочастотных радиопередатчиков по-прежнему является технически сложной задачей, а существующие технологии, которые используются при производстве Bluetooth устройства, не является достаточно эффективным для сенсорных сетей, поскольку потребляют много энергии [77]. Хотя в настоящее процессоры постоянно уменьшают свои габариты и увеличивают мощность, обработка и хранения данных узлом по-прежнему является его слабым местом. Например, модуль обработки смарт-узла состоит из процессора 4 МГц Atmel AVR8535, микроконтроллера с 8 Кбайт для инструкций, флэш-памяти, 512 байт RAM и 512 байт EEPROM [66]. В этом модуле, который имеет 3500 байт под ОС и 4500 байт свободной памяти под код, используется операционная система TinyOS. Модуль обработки другого прототипа узла lAMPS имеет процессор SA-1110 с частотой 59-206 МГц [77]. На узлах IAMPS используется многопоточная операционная система L-OS. Большинство задач сбора данных требуют знаний позиции узла. Поскольку узлы, как правило, располагаются случайным образом и без надзора, они должны кооперироваться с помощью системы определения местоположения. Определение местоположения используется во многих протоколах маршрутизации сенсорных сетей (подробнее в разделе 4). Некоторые предлагают, чтобы каждый узел имел модуль системы глобального позиционирования (GPS), который работает с точностью до 5 метров [48]. В работе [74] утверждается, что оснащение всех узлов GPS не обязательно для работы сенсорных сетей. Есть альтернативный подход, где только некоторые узлы используют GPS и помогают другим узлам, определить свое положение на местности.

3.5. Топология сети

 Наличие того факта,  что узлов могут стать недоступными  и подвержены частым сбои, делают  обслуживание сети сложной задачей.  От сотни до нескольких тысяч  узлов могут быть размещены  на территории сенсорной сети. Они развертываются в десятке  метров друг от друга [39]. Плотность  расположения узлов может быть  и выше, чем 20 узлов на метр  кубический [77]. Плотное расположение  множества узлов требует тщательного  обслуживания сети. Мы рассмотрим  вопросы, связанные с обслуживанием  и изменением топологии сети  в три этапа: 

 

 

3.5.1. Предварительное  развертывание и само развертывание узлов может заключаться в массовом разбросе узлов или установке каждого по отдельности. Они могут быть развернуты:

 

 • разбросом с самолета,

 • посредством помещения  в ракету или снаряд

 • выброшены посредством  катапульты (например, с корабля  и т.д.),

 • размещение на  заводе

 • каждый узел размещен  по отдельности человеком или  роботом.

 Несмотря на то, что  огромное количество датчиков  и их автоматическое развертывание  обычно исключает размещение  их в соответствии с тщательно  разработанным планом, схемы для  первоначального развертывания  должны:

 • сокращать расходы  на монтаж,

 • устранять необходимость  в какой-либо предварительной  организации и предварительном  планировании,

 • повышать гибкости  размещения,

 • способствовать  самоорганизации и отказоустойчивости.

3.5.2. Фаза после  развертывания сети

 После развертывания  сети, изменение ее топологии  связано с изменением характеристик  узлов [39,50]. Перечислим их:

 • положение,

 • доступность (из-за  помех, шума, движущихся препятствий,  и т.д.),

 • заряда батареи,

 • неисправности

 • изменение поставленных  задач.

 Узлы могут быть  развернуты статически. Однако, отказ устройств является обычным явлением в связи с разрядкой батареи или уничтожения. Возможны сенсорные сети с высокой подвижностью узлов. Кроме того, узлы и сети выполняют различные задачи и могут быть подвергнуты преднамеренным помехам. Таким образом, структура сенсорной сети склонна к частым изменениям после развертывания.

3.5.3. Фаза развертывания  дополнительных узлов

 Дополнительные узлы  могут быть добавлены в любой  момент для замены неисправных  узлов или в связи с изменением  задач. Добавление новых узлов создает необходимость реорганизации сети. Борьба с частыми изменениями в топологии одноранговой сети, которая содержит множество узлов и имеет очень жесткие ограничения по энергопотреблению, требует специальных протоколов маршрутизации. Этот вопрос подробнее рассмотрен в разделе 4.