Izbira ustreznega protokola za brezžično mesh omrežje industrijskega Interneta stvari omogoča nove aplikacije. Eden izmed največjih obljub industrijskega Interneta stvari je, da bodo podatki iz resničnega sveta in vsakdanjega življenja, zbranih prek brezžičnih senzorskih omrežij (WSN, Wireless Sensor Networks) pripeljali do večje učinkovitosti in racionalizacije poslovnih praks. Zahteve glede WSN so raznolike, s senzorji, razporejenimi znotraj celotnih stavb, mestnih ulic, industrijskih objektov, predorov in mostov, v premikajočih se vozilih ali na oddaljenih lokacijah, kot so vzdolž cevovodov in z vremenskih postaj. Splošna zahteva pri takšnih aplikacijah za industrijske internetu stvari je, da ima WSN vsaj dve glavni lastnosti, namreč majhno porabo in takšno zanesljivost povezave, kot jo ponuja kabelska povezava in vse to v širokem spektru različnih oblik omrežij, velikostih in hitrosti prenosa podatkov.
Brezžična mesh omrežja postajajo vse bolj popularna zaradi njihove sposobnosti, da lahko pokrivajo zelo velika območja z uporabo oddajnikov z relativno nizko oddajno močjo, ki prenašajo sporočila od vozlišča do vozlišča in ker ohranjajo visoko zanesljivost povezav, s pomočjo nadomestnih poti in komunikacijskih kanalov za premagovanje motenj. Še posebno ena tehnika za mesh omrežja, ki se imenuje Časovno sinhronizirani preskoki med kanali (TSCH, Time Synchronized Channel Hopping), katere začetnik je Linear Technology Dust Nerworks in ki je vključena v industrijski standard WirelessHART, se je v praksi izkazala dovolj zanesljiva za zagotavljanje delovanja povezave, ki je potrebna za industrijski Interneta stvari. TSCH omrežja običajno ponujajo> 99,999% zanesljivost prenosa podatkov in vsa brezžična vozlišča, celo tista, ki prevzamejo nalogo usmerjevalnika, imajo z malimi litijevimi baterijami življenjsko dobo baterije tudi več let. Vendar pa različna mesh omrežja uporabljajo podobne zveneče tehnike mreženja (npr “Agilnost radarske frekvence” namesto ” preskok med kanal “, “zaspano” namesto “časovno sinhronizirano” mesh omrežje), ki prinašajo drastično različne ravni zmogljivosti. Ti natančnejši podatki o brezžičnem omrežju razkrijejo, kako močno vplivajo na delovanje nekega WSN prav odločitve na ravni protokola in k splošni primernosti omrežja z izbranim protokolom za posamezno aplikacijo.
Izzivi v brezžičnih senzorskih omrežjih
Ker je brezžični prenos že po naravi nezanesljiv, je pomembno razumeti vire nezanesljivosti, da lahko pri načrtovanju komunikacijskega sistema nanje računamo. Za razliko od žičnih komunikacij, kjer je komunikacijski signal zaščiten pred zunanjim svetom z opletom kabla, se radijski signal širi na prostem v vse smeri in okolica lahko nanj pomembno vpliva. Obstaja velika možnost, da drugi viri radijskih komunikacij povzročajo aktivne motnje.
Vendar pa je veliko bolj pogost pojav slabitev signala zato, ker se širi po različnih poteh (multipath fading), kjer se moč signala lahko drastično zmanjša zaradi odboja oddanega signala od okoliških površin in sprejemanja tega signala v protifazi (slika 1). Uporabniki mobilnih telefonov doživljajo takšen “večstezni” pojav vsak dan, ko imajo njihovi telefoni navidezno slabo moč signala na enem mestu, ampak se zelo izboljša s premikanjem mobilnika le nekaj centimetrov. Večstezni pojav se s časom spreminja, saj se odbojne površine (na primer ljudje, avtomobili, vrata) v bližini oddajnika običajno premikajo. Končni rezultat takšnih pogojev je, da bo imel signal na vsakem RF kanalu v daljšem časovnem obdobju precejšnja nihanja v kakovosti.
Nadaljnji dodatek k izzivom je dejstvo, da je pojav večsteznega slabljenja signala nepredvidljiv. Po definiciji, mora mreža aktivno oddajati na kanalu, da lahko ocenimo (in torej izmerimo) delovanje kanala ob večsteznem slabljenju. Torej, medtem ko je možnost uporabe preprostih meritev pasivne moči signala (RSSI) z neuporabljenega kanala lahko koristno za odkrivanje aktivnih motilnikov, pa s tem ni mogoče napovedati primernost tega kanala v razmerah z večsteznim slabljenjem.
Ker pa na srečo večstezno slabljenje prizadene vsak RF kanal drugače in se s časom spreminja, uporaba skokov med kanali zaradi frekvenčne raznolikosti zmanjšuje negativne učinke večsteznega slabljenja. Izziv za WSN protokole je sposobnost uporabe skokov med kanali na velikih omrežjih z več skoki.
Internet stvari omogoča nove aplikacije
Linear Technology
2015_SE236_11
