5. Aplicații ale rețelelor de senzori și instrumentelor wireless

1. 5. Aplicații ale rețelelor de senzori și instrumentelor wireless Capitolele anterioare s-au concentrat pe informaţiile necesare pentru construirea şi operarea rețelelor de senzori şi a instrumentelor wireless. Au fost discutate probleme importante despre reţele au fost prezentate exemple de rețele de senzori și instrumente wireless. Progresele recente în domeniul comunicațiilor şi a tehnologiei circuitelor integrate (IC), precum şi apariţia unor standarde wireless a avut ca rezultat dezvoltarea senzorilor și a instrumentelor wireless. Ca rezultat, astăzi, senzorii şi instrumentele wireless își găsesc multe aplicaţii în instalaţiile industriale, în domeniul bunurilor de larg consum, în laboratoare științifice, laboratoare de testare, aviaţie, aplicații militare, case şi clădiri, spitale, reţele şi aşa mai departe. Această arie de aplicaţii crește în mod constant pe măsură ce vânzătorii de senzori şi instrumente wireless răspund cererii consumatorilor, oferind o gamă diversă de dispozitive wireless. În acest capitol sunt prezentate exemple de senzori wireless, instrumente şi reţele din următoarele domenii: • senzori și instrumente wireless specifice aplicațiilor; • senzori și instrumente wireless independente comerciale; • cercetare şi dezvoltare (R&D) în reţelele wireless; • aplicații industriale; • aplicații în domeniul sănătății umane și a mediului; • identificarea prin radiofrecvenţă (RFID); • produsele de larg consum şi alte aplicaţii. Această listă nu este deloc exhaustivă, prin urmare instrumentele wireless își pot găsi aproape zilnic multe și noi aplicaţii.

2. 5.1. Senzori și instrumente wireless specifice aplicațiilor Instrumentele wireless au existat de zeci de ani, dar erau scumpe si în principal construite pentru scopuri speciale. În plus, reţelele wireless au existat, în principal pentru transmiterea datelor, în special din zone îndepărtate, în aplicații telemetrice de tip supraveghere, control și achiziţie de date (SCADA). Astăzi, instrumentele și reţelele wireless sunt utilizate atât pe scară largă cât și în medii locale, în esenţă cu potenţialul de a înlocui toate formele de conexiuni cablate în fabrici şi uzine, case şi clădiri, laboratoare, echipamente de automatizare şi testare şi aşa mai departe. În acest sens, senzorii, instrumentele și rețelele wireless sunt relativ noi, dar ele sunt în curs de dezvoltare și constituie o alternativă competitivă la sistemele cablate. Cu toate că instrumentele și reţelele wireless devin din ce mai banale, există multe situaţii specifice, pentru care instrumentul necesar poate să nu fie disponibil. Acest lucru, pur şi simplu, deoarece producătorii nu oferă astfel de produse. În multe cazuri, poate fi necesar pentru a construi un instrument wireless să se pornească de la principiile și componentele de bază. Informaţiile furnizate în această carte pot fi aplicate pentru a atinge obiectivul de construire a instrumentelor și rețelelor wireless. În această secţiune, în continuare este furnizat un ghid de orientare.

3. 5.1. Senzori și instrumente wireless specifice aplicațiilor Proiectanții instrumentelor și rețelelor wireless specifice aplicațiilor trebuie să fie conştienți de o serie de probleme care pot să apară în timpul procesului de proiectare, construcție, şi implementare. Componentele comune ale instrumentelor wireless includ suporturi pentru circuite integrate (IC) sau plăci, plăcile cu circuite, suporturi pentru panouri sau şasiuri, sisteme modulare sau cu sertare, suporturi pentru rafturi, șine DIN şi sisteme stand-alone. Intrările de semnal comun disponibile pentru instrumente includ tensiune DC, curent DC, tensiune AC, curent AC, frecvenţe şi sarcini. Intrările senzorului includ accelerometre, termocuple, termistori, detectori de temperatură rezistivi (RTDs), tensiometre sau punți (bridges) şi aşa mai departe. În plus, mai pot exista intrări specializare care includ codificatoare, contoare, tahometre, temporizatoare (timere), relee sau întrerupătoare (switch-uri). Multe produse au senzori sau traductoare integrate sub formă de circuite integrate (IC). Ieşirile comune ale instrumentelor includ tensiune, curent, frecvența, contor sau temporizator, releu, rezistență, şi potenţiometru.

4. 5.1. Senzori și instrumente wireless specifice aplicațiilor Interfețele necesare pentru instrumente nu includ display, panou frontal de afișare, ecrane tactile, programatoare portabile sau de la distanţă, şi programatoare prin calculator. Opţiunile de conexiune gazdă includ interfaţă directă backplane, RS-232, RS-422, ST485, Universal Serial Bus (USB), IEEE 1394, general purpose interface bus (GPIB), small computer system interface (SCSI), transistor – transistor logic (TTL), paralel, Ethernet, modem, şi radio sau prin telemetrie. Viteza de transmisie a datelor este de asemenea important să se ia în considerare. Aplicațiile comune pentru instrumente includ laboratoare generale, industrie, mediu, vehiculare, navale, industria aerospaţială sau militare, seismice sau geotehnică, vreme sau de meteorologie, şi medicale sau biomedicale. Aspecte adiţionale care trebuie considerate pentru instrumente sunt aplicații software, memorie şi stocare, specificaţii de reţea, conversie analog-digitală (A/D), specificațiile filtrului, specificaţiile amplificatorului, şi parametri de mediu.

5. 5.1. Senzori și instrumente wireless specifice aplicațiilor În proiectarea instrumentelor wireless specifice aplicației, unele dintre considerațiile principale sunt: • nivelul de integrare – soluții într-un un singur cip, module multicip sau plăci de bază imprimate ultracompacte; • modul de alimentare - mediul, bateriile, reţeaua de alimentare sau alte surse. • standardele adoptate pentru comunicație - bluetooth, IEEE 802.11, sau alte benzi fără licenţă şi benzi industriale, ştiinţifice şi medicale (ISM) sau altele; • standarde de reţea şi topologii; • probleme de securitate; • Integrarea sistemului de instrumentație cu reţeaua organizaţiei; • problemele şi soluţii de management; • implicarea alte părţi, cum ar fi proiectanți de echipamente radio. Construirea de senzori şi instrumente wireless este discutată în capitolul 4. O serie de metode pot fi utilizate pentru proiectarea şi construirea de instrumente şi reţele wireless specifice aplicațiilor, inclzând: • sisteme de senzori wireless care încorporează senzori wireless; • sisteme de instrumente integrate care încorporează funcţii wireless în cadrul senzorului sau instrumentului în sine; • module sau sisteme adăugate care să convertească senzorii cablați în conexiuni wireless prin intermediul echipamentelor wireless externe sau plug-and-play furnizate de alte părţi. .

6. 5.1.1. Senzori si rețele wireless specifice aplicațiilor Rețelele wireless combină măsurarea senzorială distribuită, calculul, stocarea, precum şi comunicaţiile wireless multi-salt. Reţelele de senzori wireless sunt utilizate într-o varietate largă de aplicaţii ştiinţifice, militare şi comerciale. În ultimii ani au fost făcute numeroase progrese care să permită dezvoltarea de reţele de noduri de senzori ieftini. Vastul potenţial al reţelelor de senzori a fost demonstrat de numeroasele aplicaţii ştiinţifice şi comerciale. Senzorii sunt integrați cu emiţătoare miniaturale, receptoare, precum şi cu elemente hibride de emisie-recepţie, plus placi radio de date original equipment manufacturer (OEM) pentru a produce senzori wireless.

7. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Instrumentele integrate wireless conțin toate componentele necesare, ca de exemplu senzori, amplificatoare, filtre condiționatoare de semnal, convertoare, microprocesoare și componente de radiofrecvență. O diagramă bloc simplificată a unui instrument wireless dedicat este prezentată în figură: Informaţiile necesare privind funcţionarea instrumentelor integrate, a componentelor acestora, precum şi a construcţiei lor sunt furnizate în capitolul 1 şi capitolul 4. Unul sau două exemple pentru astfel de componente esențiale a instrumentelor wireless integrate sunt prezentate în continuare în această secţiune, ca orientare pentru proiectanți.

8. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Seria 26PC a senzorilor de presiune de la Honeywell sunt exemple tipice de senzori potriviți pentru utilizarea pe ansambluri de circuite imprimate pentru a construi instrumente wireless. Deși destinați în primul rând pentru a fi utilizați în industria medicală, aceşti senzori de presiune pot fi folosiți pentru aplicații unde este necesară măsurarea presiunii cu senzori montați pe o suprafaţă. Aceștia sunt compensați cu temperatura şi se produc calibrați pentru a opera într-o gamă 0 la 250 PSI. 26PC Series Pressure Sensors

9. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Senzorii de presiune din seria 26PC se bazează pe 4 elemente active piezorezistive montate într-o punte. Când se aplică o presiune, rezistența se modifică și senzorul generează un semnal proporțional cu presiunea aplicată. Presiunea este măsurată relativ la presiunea mediului ambiant. În cazul senzorilor de măsură, pe măsură ce presiunea crește, diferența de potențial între pinii V2-V4 crește și pe măsură ce presiunea descrește, diferența de potențial între pinii V2-V4 descrește. În cazul senzorilor diferențiali, pe măsură ce diferența de presiune DP=P2-P1 crește, diferența de potențial V2-V4 crește și pe măsură ce diferența de presiune DP=P2-P1 descrește, diferența de potențial V2-V4 descrește. Există numeroase variante constructive adaptate diferitelor tipuri de aplicații.

10. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Analog Devices, Inc (http://www.analog.com/) oferă amplificatoare diferenţiale de mare viteză (AD8131 şi AD8132) pentru utilizarea în comunicaţii wireless, video şi în instrumentație. AD6644 monolitice, de la Analog Devices, poate converti cu exactitate o bandă largă de semnale analogice (latime de banda de intrare 200 MHz), pentru utilizarea în receptoare radio digitale (software) cu mai multe canale, și mai multe moduri. AD9226, de la Analog Devices, Inc, este un convertor analog-digital (A/D) de 65 Msps potrivit pentru aplicaţii în staţiile de bază de celulare şi software-ul de comunicare radio. Lăţimea de bandă de intrare la putere maximă este de 750 MHz şi unitatea poate digitiza semnale de bandă largă, cu numărul efectiv de biţi (ENOB) mai mare de 11.

11. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor .

12. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Familia de procesoare de semnal mixte, de la Texas Instruments, MSP430 de ultra mică putere de 16 biţi și set redus de instrucţiuni de calculator (RISC), este potrivită pentru aplicații alimentate de la baterie. Ele includ convertoare A/D, convertoare D/A, opto-amplificatoare şi un comparator.

13. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor

14. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor • CC1010, de la Chipcon (http://www.chipcon.com/) este un system-on-a-chip RF complet. • Acest dispozitiv integrează un transciever RF de putere mică de la 300 MHz la 1000 MHz, cu o rată de date de până la 76.8 kBit/s şi un microcontroler compatibil cu 8051. • Microcontrolerul are o memorie internă flash programabilă de 32 KB, sistemul de criptare/decriptare a datelor hardware (DES), precum şi un convertor A/D pe 10 biți și trei canale. • Acest lucru creează un sistem integrat cu comunicație wireless și capabilități de interfaţare cu senzori. • CC1010 are, pe lângă cele prezentate, următoarele: • patru timere • două modulatoare în lăţime de puls (PWM), • două receptoare/transmițătoare asincrone universale (UART), • un ceas de timp real, • un watchdog • 26 de pini de intrare/ieșite de uz general (I/O).

15. .

16. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Un alt exemplu de transciever într-un singur cip este familia de produse MAX82XX, de la Maxim Integrated Products (http://www.maxim-ic.com/). MAX2828 şi MAX2829 sunt transceivere single-band sau dual-band 802.11a/b/g. MAX2825, MAX2826, şi MAX2827 sunt transcievere de 2,4 GHz / 5 GHz, single şi dual-band 802.11g/a

17. 5.1.2. Instrumente și rețele wireless integrate specifice aplicațiilor Applied wireless (http://www.applied-wireless.com/) oferă o linie de module de emisie-recepție de 900 pentru transmiterea a datelor, cu game de până la 350 m cu unități de antene. Gamele de până la 1,5 km sunt realizabile cu antenă Yagi cu factor mare de amplificare pe receptor.

18. 5.1.3. Instrumente și rețele wireless modulare și suplimentare specifice aplicațiilor Sistemele modulare şi adăugate (add-on) sunt bazate pe integrarea de module stand-alone, după cum se ilustrează în figura 5.3. În acest caz, instrumentele convenţionale cu semnal de date analogic sau digital la ieșire sunt conectate la un dispozitiv de comunicare wireless sau la module RF.

19. 5.1.3. Instrumente și rețele wireless modulare și suplimentare specifice aplicațiilor Multe dintre modulele RF disponibile în comerț acceptă mai multe intrări analogice sau digitale și furnizează ieșire de radiofrecvență (RF). Modulele sunt proiectate pentru a accepta diferite forme de intrari analogice, cum ar fi 4-20 mA, 0-5 VDC, 0-10 VDC, şi aşa mai departe. În unele cazuri, transceiver-ul este integrat cu instrumentul cu ajutorul unui dispozitiv intermediar pentru a face semnalele instrumentului acceptabile pentru transmisie RF. Unele cazuri de aplicații specifice includ înregistratoare de date, SCADA, puțuri de petrol, puțuri de apă, instalații industriale, instalaţiile de prelucrare, centrale electrice, instalaţii de gaz, debite, nivelul apei, tensiune, curent, temperatură, presiune înaltă şi joasă, nivel de lichid, înclinometre, detectare a gazelor şi accelerometre. Module de frecvenţă radio şi dispozitivele add-on vin într-o varietate de forme care funcţionează la diferite frecvenţe. Aceste frecvenţe pot fi în benzi nelicențiate (licensefree) ISM sau alte benzi. In aplicațiile de astăzi, două standarde sunt de o deosebită importanţă: Bluetooth şi IEEE 802.11. Standardele Bluetooth au fost prezentate anterior.

20. 5.1.3. Instrumente și rețele wireless modulare și suplimentare specifice aplicațiilor • Datorită importanţei sale tot mai mari, IEEE 802.11 va fi reevaluat, cu un accent special pe implementările specifice aplicațiilor. • Rețelele și componentele bazate pe IEEE 802.11 sunt proiectate să opereze în banda ISM fără licenţă de 2,4 GHz. Regulile Comisiei Federale de Comunicații (Federal Communications Commission - FCC) dictează regulile de utilizare a frecvenţelor  • tehnologie cu spectru împrăştiat cu salturi de frecvenţă (FHSS) • tehnologie cu spectru împrăştiat cu secvenţă directă (DSSS). • Tehnologie cu spectru împrăştiat cu salturi de frecvenţă (FHSS) presupune schimbarea periodică a frecvenţei de transmisie, în urma unor numere pseudo-aleatoare generate de staţiile care comunică • Sisteme de FHSS sunt orientate spre aplicatii de date low-cost, cu consum energetic redus, cu rază scurtă de acţiune, şi rată scăzută de transfer. Aplicațiile bazate pe tehnologii DSSS şi FHSS includ Bluetooth, aplicații casnice, telefonie digitală cordless la 2,4 GHz (Digital European Cordless Telephone - DECT), şi IEEE 802.11. Sistemele IEEE 802.11b DSSS sunt destinate pentru o rată mai mare de transfer de date şi aplicaţii cu rază mai mare de acţiune, şi, în mod obişnuit consumă mai multă putere.

21. 5.1.3. Instrumente și rețele wireless modulare și suplimentare specifice aplicațiilor Sistemele IEEE 802.11 FHSS în prezent suportă o rată de transfer de date de până la 1.6 Mbps, dar la o nouă alocare de lățime de bandă de 5MHz. Tehnologie cu spectru împrăştiat cu salturi de frecvenţă (FHSS) permite rate de transfer de date de până la 10 Mbps. Acest lucru îi va permite FHSS să concureze cu sistemele DSSS care suportă o rată de transfer de date de 11 Mbps. Există mai multe soluții de transcievere RF pentru sistemele FHSS wireless. Multe conţin amplificatoare de zgomot redus, amplificatoare de putere, pre-drivere de amplificatoare de putere, oscilatoare controlate în tensiune (Voltage controlled oscillators - VCOs), şi multiplicatoare de frecvență integrate în chip. Transmiţătoarele de date miniaturale sunt exemple tipice de module care pot fi adăugate la instrumentele existente pentru a le face wireless. De exemplu seria de emițătoare RF, DL160 de la APT Instruments (http://www.aptinstruments.com) sunt dispozitive alimentate de la baterie de 54 mm X 35 mm X 15 mm care transmit datele către o antenă receptoare atașată la un port serial al unui PC; Rezoluţia este de 16-biţi şi frecvenţa de funcţionare este de 418 MHz, la o distanță de aproximativ 250 m.

22. .

23. 5.2. Senzori şi instrumente wireless comerciale TorqueTrack 9000 de la Binsfeld Engineering Inc. (www.binsfeld.com) The TorqueTrak Revolution Series is a torque and power monitoring and control system that features inductive (non-contact) power and data transfer for continuous operation. Designed for applications that require ongoing measurement of torque and/or horsepower the TorqueTrak Revolution system is custom-machined to install on existing shafting up to 40 inches (1016 mm) in diameter. Machine disassembly is not required. The microprocessor-based system features 14-bit signal processing to provide precise, reliable data in real time during actual machine operation.

24. 5.2. Senzori şi instrumente wireless comerciale Stație meteo wireless – Oregon Scientific (www2.oregonscientific.com) • Digital Touchscreen with HiGlo backlight • Indoor and Outdoor temperature • Indoor and Outdoor humidity • Min/Max temperature and humidity • Wind speed • Wind direction • Wind chill • Dew point • Barometric pressure plus trend graph • 24 hour barometric pressure graph • Rainfall rate plus total rainfall since last cleared • 100m transmission range • Forecast icons • 9 programmable weather alarms • Solar powered sensors • Radio controlled clock with alarm and calendar • Complete with PC link software • Low battery indicator • Table stand or wall Mount • Supports up to 7 different dremote sensors • Console Dimensions: 178 X 108 X 44mm • Console powered by: 4 X AA IEC LR6 1.5V battery (inc) or 12V AC/DC adapter (inc) • Sensors powered by: 2 X AA super lithium batteries (inc)

25. 5.3. Instrumente şi reţele de senzori wireless în cercetare şi dezvoltare • Există multe proiecte în curs de cercetare şi dezvoltare (R & D) care au ca scop îmbunătăţirea de hardware, software şi firmware-ul pentru rețelele wireless de senzori și instrumente. Eforturile de cercetare-dezvoltare în domeniul instrumentelor şi reţelelor de senzori sunt concentrate în trei direcții principale: • aspecte hardware şi software legate de operarea dispozitivelor şi nivelul fizic • randamentul la nivelul fizic și de rețea • protocoale de comunicare şi gestionarea reţelei de atât la nivel de sistem fizic cât şi la nivel de reţea, în conformitate cu modelul de referinţă OSI.

26. 5.3.1 Probleme de hardware şi software, la nivel operaţional şi fizic Unele dintre cercetări își concentreze eforturile la nivel de chip pentru a proiecta şi construi senzori şi instrumente wireless stand-alone care pot fi produse în mod eficient din punct de vedere al costului (de exemplu, SQ Wang et al., 2004), în timp ce alţi cercetători se concentrează pe îmbunătăţirea şi miniaturizare a dispozitivelor existente. Senzorii pot fi configurați ca și noduri unice stand-alone susţinute de către procesoare adecvate, dispozitive de comunicaţii wireless şi surse de alimentare. Pot fi instalate rețele de dimensiuni mari şi dense de astfel de noduri pentru a monitoriza o mare varietate de fenomen din lumea reală sau un proces distribuit. Cu toate acestea, un nod tipic de senzor poate furniza doar informaţii limitate despre sistem, deoarece percepe doar un subset de valori locale din mediu. Din acest motiv, nodul senzor are de necesitatea de a coopera cu un altul pentru a face schimb de informaţii pentru a compensa slăbiciunile celuilalt şi a împărți resursele limitate.

27. 5.3.2 Eficienţa la nivelul fizic și la nivelul de rețea • Instrumentele şi sisteme de instrumentație convenționale necesită două tipuri de fire, unul pentru comunicare şi unul pentru alimentarea cu energie. Comunicaţiile wireless elimina nevoia de cabluri de comunicare, dând astfel senzorilor și instrumentelor mobilitate și portabilitate. • Eficiența puterii și utilizarea puterii în sistemele de instrumente și instrumentație wireless pot fi privite în trei categorii: • • eficienţa puterii poate fi obținută printr-o selecţie adecvată a componentelor eficiente energetic, de putere scăzută și prin configurarea circuitelor eficace la nivel de nod individual • • eficienţa puterii poate fi obţinută prin implementarea software-ul potrivit la nivel de nod, în special cu sisteme de senzori inteligenți • • eficiența puterii în domeniul reţelelor poate fi realizată prin managementul efectiv al rețelelor.

28. 5.3.2 Eficienţa la nivelul fizic și la nivelul de rețea Necesarul de putere a fiecărui instrument individual depinde de caracteristicile sale operaţionale. O nouă tendinţă în proiectarea eficient-energetică a instrumentelor electronice este de gestionare a consumului cu ajutorul de software. Majoritatea instrumentelor moderne folosesc o procesare digitală de semnal, unitatea centrală de procesare, sau circuite integrate specifice aplicației (ASIC), şi chiar şi un dispozitiv de comunicare, ca şi în reţelele de senzori distribuite. În multe aplicaţii, nu toate elementele sistemului sunt necesare pentru a opera continuu. Prin urmare, o economie semnificativa de energie poate fi realizată printr-o ajustare a performanțelor acestor circuite în funcţie de nevoile operaţionale. Consumul de energie în dispozitivele logice CMOS este determinat de următoarea ecuaţie (Caldari et al., 2002; Sinha et al., 2002): P = fsw x C x V2, unde P este puterea, f este frecvenţa, precum şi V este tensiunea. Reducerea tensiunii şi frecvenţei pot reduce semnificativ consumul de energie.

29. 5.3.3 Probleme privind protocoalele de comunicație şi managementul rețelei O reţea ad-hoc este o colecţie de noduri autonome mobile, care comunică intre ele prin legături wireless. Cu toate acestea, deoarece nu există infrastructura staţionară, cum ar fi de exemplu o staţie de bază, gazdele mobile trebuie să funcţioneze ca routere, în scopul de a menţine informaţii despre conectivitatea reţelei. Astfel a fost propus şi pus în aplicare un număr mare de protocoale de rutare. Caracteristicile dinamice și nepredictibile de mediu ale rețelelor ad-hoc wireless împreună cu deficitul de resurse al reţelei wireless, limitează şi poate exclude chiar utilizarea protocoalelor de autoconfigurare convenţionale. Problema autoconfigurării este exacerbată de gradul ridicat de mobilitate al reţelelor ad-hoc. Protocolul de configurare și înregistrare dinamică (dynamic registration and configuration protocol - DRCP) de exemplu, este un protocol de autoconfigurare care a fost propus pentru a facilita o configurare dinamică, rapidă şi eficientă, în imprevizibilul mediu al rețelelor wireless (Vaidyanathan et al., 2003). Astfel de protocoale pot avea probleme cu performanțele, timpul de convergenţă şi scalabilitatea în condiţii de funcţionare reale, prin urmare, lansând mai multe provocări cercetătorilor.

30. 5.3.3 Probleme privind protocoalele de comunicație şi managementul rețelei Gestionarea traficului în reţelele ad-hoc necesită protocoale de comunicare proiectate cu atenţie . Cele mai multe protocoale de rutare pentru reţele ad-hoc wireless iau în considerare calea cu numărul minim de noduri care urmează să fie calea optimă la orice destinaţie dată. Cu toate acestea, această strategie poate crea zone aglomerate, degradând sever performanțele protocoalelor de rutare. În unele situaţii, supraîncărcarea reţelei poate fi echilibrată prin selectarea unui traseu bazat pe mărimea traficului, în timp ce în alte metode (Kawadia et al., 2001), sunt folosite metode matematice pentru a genera numere pseudo-aleatoare care urmează să fie schimbate între noduri. Acest schimb de informaţii necesită software proiectat cu atenţie pentru integrarea în modelul de referinţă OSI.

31. 5.4 Rețele de senzori și instrumente wireless industriale • Programul Industrial Technologies din cadrul Departamentului de Energie al SUA (DOE) a avut un workshop în San Francisco, California, în iulie 2002 pentru a prognoza viitorul tehnologiei industriale wireless. • Treizeci şi patru de experţi reprezentând producatori de tehnologie, utilizatorii finali din industrie, universităţi, laboratoare naţionale şi consultanţi independenţi ajuns la concluzia că, până în 2010: • • reţele senzor wireless vor deveni un instrument omniprezent al industriei SUA; • • senzorii şi alte componente de reţele wireless vor fi capabili de a-și schimba funcţia ca răspuns la condiţiile dinamice; • • reţelele wireless şi componentele acestora vor fi autonome, având proprietatea de autoconfigurare, auto-calibrare, auto-identificare şi auto-reorganizare. Ele nu vor necesita întreţinere în timpul duratei de viață a misiunii lor; • • reţele wireless vor fi mai performante decât cele cablate în instalare, întreţinere, modernizare, înlocuire, rată de eşec şi rapiditate a punerii în funcţiune; • • securitatea în sistemele industriale wireless va depăşi sau va fi cel puțin egală cea oferită de sistemele cablate, datorită noilor tehnologii de criptare şi a altor măsuri de securitate; • • sisteme wireless vor fi independente de operator; • • senzorii wireless vor necesita mai putina energie, reducerea costurilor de operare cu 90%; • • arhitectura deschisă a senzorilor va permite interoperabilitate la nivelul de date independent de producător;

32. 5.4 Rețele de senzori și instrumente wireless industriale • • costul instalării de sisteme wireless va fi de 1/10 comparativ cu anul 2002; • • reţele de senzori wireless au potenţialul de a revoluţiona procesele industriale din automatizare, automatizarea proceselor, SCADA, sistemelor de telemetrie; • • utilizarea unor tehnologii avansate senzori wireless ar putea îmbunătăţi eficienţa producţiei cu 10% şi de a reduce emisiile industriale cu mai mult de 25%; • • deşi s-au făcut progrese semnificative în tehnologia senzorilor wireless, inovaţiile trebuie să fie coordonate între dezvoltatori şi comunitatea industrială; • • sisteme de senzori wireless pot rula în paralel în unele companii, în special atunci când acestea sunt capabile să funcţioneze autonom.

33. 5.4 Rețele de senzori și instrumente wireless industriale În timpul implementării unui sistem wireless, există mai mulţi factori care trebuie să fie luați în considerare, după cum este ilustrat în figura

34. 5.4.1 Integrarea sistemelor wireless în magistrale fieldbus • Sistemele industriale wireless pe scară largă se bazează pe patru componente principale: • Computere; • magistrale fieldbus; • dispozitive de date (de exemplu, modemuri, routere, şi gateway-uri); • alte dispozitive.

35. 5.4.1 Integrarea sistemelor wireless în magistrale fieldbus Pentru conectarea PLC-urilor, computerelor, şi a altor dispozitiveîn aplicaţiile de mare anvergură sunt utilizate gateway-uri wireless. Gateway-urile sunt capabile de a uni diferite de magistrale de date care utilizează echipamente industriale. Ele sunt capabile să conecteze calculatoare, automate programabile, sisteme de control digital şi reţele SCADA care pot să opereze cu protocoale diferite.

36. 5.4.1 Integrarea sistemelor wireless în magistrale fieldbus Exemplu de sistem industrial wireless tipic (http://www.elprotech.com)

37. 5.4.1 Integrarea sistemelor wireless în magistrale fieldbus Exemplu de rețea industrială autonomă tipică

38. 5.5 Monitorizarea wireless a stării de sănătate umană și aplicații wireless în domeniul mediului 5.5.1 Sisteme wireless de sănătate umană 5.5.2 Sisteme wireless de mediu şi de monitorizare a habitatului. 5.5.3 Sisteme de observare şi de prognoză a mediului