Аннотация

В данной дипломной работе даны общие сведения по основным стандартам для беспроводной связи в сетях, в частности рассмотрен стандарт IEEE 802.15.4. Приведен обзор средств моделирования беспроводных сенсорных сетей на базе протокола ZigBee с выбором наилучшего. Моделирование сети проводилось в программном пакете OMNET++ с использованием симулятора Castalia.

В разделе "Технологическая часть" изложена полная установка и настройка программного пакета OMNET++ и симулятора Castalia на операционной системе Ubuntu 10.10, реализованной на базе OS Linux.

В разделе "Экономическая часть" произведен расчет всех затрат на производство одной программы в течении трех месяцев и ожидаемой прибыли.

В разделе "Охрана труда" приведены обзор и рекомендации по защите здоровья от вредных и опасных факторов, возникающих при работе с ЭВМ, таких как: поражение электрическим током и влияние излучение монитора на здоровье человека.

Характеристики дипломного проекта:

1. 99 страниц;

2. 33 иллюстрации;

3. 13 таблиц;

4. 24 источника информации;

5. 8 страниц графического материала.

Оглавление

1. Специальная часть 4

Введение 4

1.1 Постановка задачи 5

1.2 Общие сведения по беспроводным сенсорным сетям 6

1.2.1 Беспроводная сенсорная сеть 6

1.2.2 Применение сенсорных сетей 6

1.2.3 Выбор стандарта 7

1.2.4 Описание стандарта IEEE 802.15.4 10

1.2.5 Эффективная скорость передачи данных 19

1.2.6 Расчет энергопотребления и времени работы 21

1.2.7 Выводы 23

1.3 Обзор средств моделирования 23

1.3.1 NS-2 24

1.3.2 OPNET Modeler 25

1.3.3 OMNET++ 30

1.3.4 Выбор средства моделирования 33

1.3.5 Выводы 34

1.4 Моделирование БСС 35

1.4.1 Программно-графическое представление сети 35

1.4.2 Создание конфигурационного файла 37

1.4.3 Моделирование сети 39

1.4.4 Выводы 44

1.5 Расчет надежности системы 44

1.5.1 Завершенность 44

1.5.2 Устойчивость 48

1.5.3 Восстанавливаемость 49

1.5.4 Готовность 49

2. Техническая часть 50

2.1 Выбор ОС 50

2.2Установка и настройка 51

2.2.1 Оборудование 51

2.2.2 Загрузка ПО 51

2.2.3 Установка и настройка ПО 51

2.2.4 Проверка работоспособности ПО 57

2.2.5 Структура каталогов OMNET++ и Castalia 60

2.2.6 Число пользователей 62

3. Экономическая часть 63

3.1 План производства 63

3.2 План рисков 64

3.3 Финансовый план и финансовая стратегия 65

3.4 Выводы 67

4. Охрана труда 68

4.1 Введение 68

4.2 Исследование опасных и вредных факторов при работе с ЭВМ 69

4.3 Методы защиты пользователей от опасных и вредных факторов 73

4.4 Эргономические требования к рабочим местам пользователей 81

4.5 Рекомендации по защите пользователей от излучений ЭВМ 86

4.6 Выводы 86

Заключение 87

Приложение 1. Листинг 88

Приложение 2. Графический материал 99

Список литературы 108

1. Специальная часть

Введение

Данная квалификационная работа посвящена моделированию беспроводных сенсорных сетей (БСС) на базе современных маломощных модулей.

Рассматриваются стандарты беспроводных сенсорных сетей и изучается стандарт, разработанный институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) для низкоскоростных сетей 802.15.4.

Исследуются существующие аналогичные системы моделирования беспроводных сенсорных сетей.

Разработка является актуальной, так как в настоящее время стоимость компонентов сенсорных сетей достаточно велика, чтобы иметь возможность построить сеть значительных размеров для научных исследований. И в этом случае актуальной является задача имитационного моделирования отдельных событий и состояний этих сетей.

Данная работа направлена на исследование вопроса потребления энергии каждым устройством беспроводной сенсорной сети. Была смоделирована сеть с топологией звезда состоящая из 20 станций и использующих стандарт 802.15.4 для беспроводной связи.

1.1 Постановка задачи

Цель работы:

Разработать программу для моделирования беспроводной сенсорной сети с топологией звезда, определить количество потребляемой энергии и максимальное время работы каждого устройства сети.

Дано:

• стандарт 802.15.4;

• используются 2 батарейки AA.

Требуется:

• изучить стандарты беспроводных сенсорных сетей;

• провести анализ известных средств моделирования БСС;

• разработать программу для моделирования БСС;

• определить количество потребляемой энергии каждым устройством в сети;

• определить максимальное время работы каждого устройства в сети.

1.2 Общие сведения по беспроводным сенсорным сетям.

1.2.1 Беспроводная сенсорная сеть

В настоящее время бурно развивается технология беспроводных сенсорных сетей. Беспроводные сенсорные сети – это распределенные самоорганизующиеся сети, устойчивые к отказу отдельных элементов, обменивающихся информацией по беспроводной связи. Каждый элемент сети имеет автономный источник питания, микрокомпьютер, приемник/передатчик. Область покрытия сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров, в зависимости от типа модуля и антенны, а также за счет способности ретрансляции сообщений от одного элемента к другому. Обмен данными между двумя конечными устройствами может осуществляться через ретранслятор, в том случае, если дальность работы этих устройств не позволяет их взаимное обнаружение. Таким образом, устройства с малым радиусом действия с помощью системы ретрансляторов могут общаться друг с другом.

Выделяют следующие основные стандарты для маломощных беспроводных сетей:

• IEEE 802.15.4;

• ZigBee;

• Bluetooth;

• Wibree.

1.2.2 Применение сенсорных сетей.

Обычно БСС применяется для сбора данных с устройств, оснащенных сенсорами: датчиком температуры, влажности, освещения, то есть мониторинга. Например, миниатюрные сенсоры могут быть использованы в медицине для наблюдения за пациентами. Устройства, которые пациент носит с собой, могут контролировать работу жизненно важных органов и в случае каких-то опасных ситуаций сообщать врачу.

Небольшие размеры устройств позволяют проводить не только «поверхностные» наблюдения за пациентом, но и исследовать внутренние органы человека. Так при проведении гастроскопии в государственных больницах, поликлиниках применяют специальные аппарат, с гастроскопической трубкой, но не все пациенты могут её проглотить. На рынке уже существуют устройства в виде таблеток для проведения таких исследований. Эти устройства с батарейным питанием имеют запас энергии, достаточный того, чтобы непрерывно работать в течение 24 часов и отправлять показания другому устройству, которое пациент носит с собой в течение этого времени. После этого врач может анализировать полученные результаты и поставить точный диагноз.

Сенсоры могут использоваться для автоматического включения освещения, когда человек входит в комнату, использоваться для управления каких-нибудь устройств (в системе «умный дом»).

Иногда требуется следить за подвижностью или разрушением каких-либо объектов, где трудно проложить кабели. Для этого опять же выгоднее применить сенсорные сети, так как датчики имеют автономный источник питания и они беспроводные.

Также технология беспроводных сенсорных сетей может быть использована для передачи звуковых данных – в качестве домофонной системы, мультимедиа системы с низким энергопотреблением.