W sieci sensorów
- Jarosław Ochab,
- 01.01.2005
Termin "sensor networks" jest na razie mało znany, ale kryjące się za nim rozwiązania przybliżają urzeczywistnienie wizji komputera, który widzi, słyszy i czuje. Analitycy przewidują, że rozwój systemów sensorycznych będzie nowym etapem rynkowej eksplozji Internetu, gdyż umożliwi bezpośrednią integrację Sieci ze światem fizycznym.
Termin "sensor networks" jest na razie mało znany, ale kryjące się za nim rozwiązania przybliżają urzeczywistnienie wizji komputera, który widzi, słyszy i czuje. Analitycy przewidują, że rozwój systemów sensorycznych będzie nowym etapem rynkowej eksplozji Internetu, gdyż umożliwi bezpośrednią integrację Sieci ze światem fizycznym.
Za sprawą miniaturyzacji i rozwoju standardów bezprzewodowych rynek sieciowy czeka kolejna rewolucja. Sieć - nawet w tradycyjnym ujęciu - od dawna nie jest strukturą łączącą po prostu komputery. Można przecież podpiąć do niej inne aktywne urządzenia. Zakończeniem sieciowym mogą być na przykład różnego rodzaju sensory reagujące na zachodzące w środowisku zmiany. Nie chodzi tutaj o wykrywacze dymu, czujniki wolnych miejsc na parkingu w hipermarkecie czy też inne znane rozwiązania wykorzystywane w systemach sterowania ruchem, automatyki budynków czy kontroli procesów i automatyki przemysłowej. Nadanie sensorom miniaturowych rozmiarów, wyposażenie we własne źródło energii i możliwości bezprzewodowej komunikacji sprawiają, że hasło "sensor networks" nabiera nowego znaczenia, a obszar zastosowań technologii sieciowych wkracza w zupełnie nowy wymiar.
Sieć rzeczy i inteligentny pył
Możliwości, jakie oferują sensor networks, dobrze obrazuje termin "Internet of things", ukuty przy okazji rozwoju rewolucjonizującej logistykę technologii RFID. Elektroniczne metki wpisują się w ideę sieci sensorycznych, z tą różnicą, że tagi RFID nie komunikują się między sobą, a taką możliwość mają zapewniać systemy MEMS. Określenie "Internet rzeczy" bardziej pasuje do sieci sensorycznych ze względu na to, że w ich ramach łączone są bardziej aktywne elementy sieciowe, niż np. puszki coca-coli z elektroniczną metką.
Mogłoby się wydawać, że praktyczne zastosowanie systemów MEMS to pieśń przyszłości. Są one jednak już teraz dostępne na rynku. Technologie zwane MOEMS (systemy mikro-optyczno-elektro-mechaniczne) już kilka lat temu trafiły do optycznych przełączników sieciowych Lucenta, Alcatela i innych producentów. Duże doświadczenie na polu rozwoju sieci sensorycznych - z uwzględnieniem urządzeń MEMS - ma laboratorium CENS (Center for Embedded Networked Sensing) powołane w 2002 r. przy uniwersytecie kalifornijskim (UCLA). Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki przyznała temu ośrodkowi ponad 40 mln USD na prowadzenie badań nad rozwiązaniami typu "sensor networks". W Kalifornii na uniwersytecie w Berkeley edukację zdobywał Mike Horton, założyciel istniejącej od 1995 r. i uznawanej za pioniera tej branży firmy Crossbow Technology. Na przestrzeni kilku lat Crossbow stała się głównym dostawcą różnego rodzaju czujników i sieciowych instrumentów służących do mierzenia prędkości, ciśnienia, natężenia światła temperatury, wilgotności, pozyskiwania danych o lokalizacji czy pełniących funkcje żyroskopów. Produkty tej amerykańskiej firmy znajdują zastosowanie w przemyśle, transporcie, rolnictwie czy ochronie środowiska. W ostatnim czasie Crossbow szczególnie wiele uwagi poświęca systemom klasy wireless sensor networks - i ma spore osiągnięcia w dziedzinie produkcji zminiaturyzowanych, rozwiązań zwanych smart dust lub mote (pyłek).
Pluskwa do wszystkiego
MICA MOTE z dołączonym standardowym modułem zasilającym (2 baterie AA).
MICA z TinyOS
Przykładowe zastosowanie sieci sensorycznych do monitorowania środowiska naturalnego
Od budownictwa do medycyny
Golem Dust - prototypowy mote zaprojektowany przez Berkeley Sensor & Actuator Center. Urządzenie o rozmiarze 11,7 mm3, wyposażone w czujnik przyspieszenia i światła.
Co ciekawe największe perspektywy praktycznego wykorzystania sieci sensorycznych są związane z obecnymi na rynku już od wielu lat, ale właściwie dopiero raczkującymi systemami mikro-elektro-mechanicznymi (MEMS - Micro-Electro-Mechanical System) oraz bardzo obiecującymi nanotechnologiami. Idea "sensor networks" jest podobna do znanych i stosowanych już rozwiązań, np. w systemach ochrony - to sieć różnego rodzaju czujników, które monitorują środowisko, w jakim się znajdują, i przekazują dane do systemu centralnego. Fakt, że czujniki stają się coraz bardziej miniaturowe i mogą przesyłać informacje bez użycia kabli znacznie poszerza obszar ich zastosowań. Przy tej okazji tradycyjnie wymienia się monitoring środowiska naturalnego, systemy automatyki przemysłowej, rozwiązania typu inteligentny budynek, przemysł obronny, medycynę.
Dyżurnym już przykładem przyszłościowego zastosowania MEMS są mikroskopijne moduły (o rozmiarach liczonych w mikronach), które wprowadzane do ciała pacjenta będą przekazywać informacje o stanie jego zdrowia, a dzięki zdobyczom nanotechnologii będą mogły nawet wykonywać pewne zabiegi operacyjne. W bliższej perspektywie jest integrowanie urządzeń MEMS we wszczepianych pacjentom implantach, które dzięki temu można by w sposób ciągły kontrolować (np. ich właściwe położenie).
Szerokie pole do zastosowań sieci sensorycznych istnieje także w przemyśle motoryzacyjnym czy lotniczym. Dostawcy technologii wskazują na przykład na możliwość wykorzystania sieci sensorycznej w postaci "armii" miniaturowych modułów MEMS, zintegrowanych z pasywnymi lub aktywnymi podzespołami w samolocie. Za pomocą odpowiednich czujników wykrywałyby jakieś niebezpieczne stany, np. niestandardowe drgania kontrolowanych elementów.
Międzynarodowa organizacja OpenGeospatial Consortium w listopadzie 2004 r. przyjęła wersję beta specyfikacji opartego na XML języka Sensor Model Language. Powstanie SensorML to próba ustandaryzowania pozyskiwania i dystrybucji danych pochodzących z czujników, kamer czy systemów informacji przestrzennej. SensorML ma zapewnić łatwiejszą wizualizację i przetwarzanie danych pochodzących z sieci sensorycznych. Przygotowywana specyfikacja opisuje także model kontroli urządzeń/czujników poprzez WWW (więcej informacji:http://vast.uah.edu/SensorML/ ).