Объекты Экземпляры объекта Свойства объекта Индекс

ID_o	Name	Value		ID_экз	Name	Value		ID_св	Name	Value		rowID	rowID
1	#Class	1		1	E1	1		1	Atr1	a		1	1
2		3		1	E2	2		2	Atr2	b		2	2
…	…	…		1	E3	4		4	Atr3	c		3	4
N				3	E1	18		18	Atr1	d		4	18
				3	E2	23		23	Atr2	e		5	23
				3	E3	50		50	Atr3	f		6	50
				…	…	…		180	Atr1	g		7	180
				N				…	…	…		…	…
								N				N	N

Рисунок 3 – Схема УМД на основе отдельного хранения сведений о структурных единицах БД

Сенсорные сети

Перспективным направлением развития информационно-измерительных систем (ИИС) с БД является создание сенсорных сетей различного типа датчиков. Сенсорные сети состоят из очень большого числа дешевых устройств, каждое из которых является источником данных, выдающим значение некоторого показателя, например, координаты объекта или температуру внешней среды. Сенсоры позволяют измерять характеристики звуковых, электрических, магнитных, оптических, механических, термических, радиационных, биологических, химических явлений. Можно создать акустическую картину окружающей обстановки, позволяя по звуку определять состояние объектов. Эти устройства, как правило, обладают автономными источниками питания. Сенсорное устройство должно передать в родительский узел результаты измерений своих датчиков или транслировать запрос узлам-потомкам. Сенсорные сети предполагают наличие в каждом узле сети микропроцессора с подсоединенными средствами связи. Стоит задача очень быстро создавать такие сети, подключать или удалять вышедшие из строя сенсоры, датчики. Это является аналогом той поддержки, которую ОС выполняет по отношению к аппаратуре, опознавая все доступные устройства. Функциями систем поддержки сенсорных сетей являются:

• мониторинг и управление работой всех сенсоров;

• анализа входной информации от сенсоров и поддержка решений;

• создание программной среды, способной интегрировать сенсоры, системы, контроля работы сенсоров, управления и безопасности; системы акустического и видеонаблюдения базируются на использовании принципов, структуры, протоколов и алгоритмов, присущих информационным вычислительным сетям;

• управление процессом измерений, обработки и передачи полученных данных в центр сбора;

• интеграция данных от различных сенсоров, выдающих разные показатели;

• поддержка метаданных о сенсорах и измеряемых ими параметрах;

• сбор и анализ информации, определяющий состояние сенсоров и условия их работы.

Требования к такой системе включают:

• использование единой схемы метаданных для описания приборов, датчиков и всей сенсорной сети;

• применение универсальной модели хранения данных, позволяющей усваивать данные от всех сенсоров в одной БД;

• автоматическая идентификация оборудования в системе;

• универсальный формат для передачи данных на базе языка XML по каналам связи;

• совместимость с существующим оборудованием;

• независимость от каналов, интерфейсов и открытых протоколов передачи данных;

• упрощение работ по изменению и перемещению датчиков;

• дистанционное управление сетью расположения датчиков без вмешательства эксплуатационного персонала.

Вся сенсорная сеть представляется как огромная распределенная БД, каждый узел которой (сенсор) хранит крохотный объем данных, который сенсор отдает в соответствии с регламентом передачи данных. При необходимости перейти на другой режим передачи данных посылается запрос в систему.

Большое число сенсоров, мобильность и прерывающаяся связность сенсоров со встроенными процессорами требуют масштабируемости, универсальной структуры данных. Такие системы имеют пользовательский интерфейс, но у них не должно быть администратора БД, они должны быть самоуправляемыми, безопасными и надежными. Требуется такой способ управления сенсорными данными, который обеспечивал бы к ним доступ в реальном времени без потребности массовой передачи данных в центральные узлы. Современные сенсорные сети работают по IP-протоколу.

Измерительные системы с сетью сенсоров подключаются к контроллерам, Web-серверам для управления и мониторинга процесса измерений, а также БД для хранения накопленной информации. По мере роста интеллекта сетей сенсоры будут включаться и выключаться по инициативе системы. В результате упрощается обмен цифровой информацией между объединенными в сеть сенсорами и компьютером, на котором находится БД. При изменении конфигурации датчиков сети по причине выхода из строя сенсора или его отключения от сети БД не надо перестраивать.

При создании крупных ИИС, включающих сотни, тысячи и более датчиков, сенсоров, измеряющих различные параметры среды, с разной дискретностью, возникает проблема хранения полученных данных в одной БД – либо создавать множество таблиц, либо терять пространство памяти на отсутствующие в данный момент измерения отдельных параметров. В настоящее время структуры данных разрабатываются для каждого прибора (измерительного комплекса) отдельно. Такой подход требует переработки программного обеспечения при удалении, добавлении нового датчика. Интеграция ИИС усложняется, потому что нет типовой структуры данных. Если данные хранить в универсальной модели данных (УМД), а все ИИС будут представлять информацию в этой модели данных, то интеграция таких систем существенно упростится. Структура данных в УМД для решения этой задачи будет выглядеть с.о.:

• таблица «Каталог» (сведения о датчиках, сенсорах, их производителях, др.);

• таблица «Факты», включающая идентификатор датчика, идентификатор экземпляра, дату и время измерения, координаты места для движущихся измерительных платформ (для стационарных платформ координаты могут храниться в таблице «Каталог»), идентификатор атрибута, значение атрибута;

• таблица «Классификаторы» (коды приборов, платформ, организаций, стран и т.п.);

• таблица связей (идентификаторы датчика, платформы и атрибутов таблиц «Факты», «Каталог» и классификаторы).

Технологией, обеспечивающей взаимодействие сенсоров с БД, является язык XML, который обеспечивает обмен данными вне зависимости от аппаратных и программных платформ. Внедрение стандартов на объединение, управление, взаимодействие и использование данных, собранных от различных датчиков, использование XML технологий позволит значительно увеличить как масштабируемость таких средств, так и упростить их настройку. Этому способствовало появление стандартов Sensor Model Language (SensorML, http://vast.uah.edu/SensorML/) и Transducer Markup Language (TML).

Возможности сенсорных сетей должны использоваться при мониторинге окружающей среды, в промышленности при создании самоуправляемых роботов и возведении интеллектуальных домов. Администратор будет только наблюдать за работой сенсорных сетей, его участие может потребоваться только при принятии критически важных решений. Они свяжут в единое информационное пространство приборы и оборудование и, таким образом, обеспечат автоматический сбор данных, их предварительный анализ, прогноз и выдачу сведений о воздействиях и рекомендаций без личного участия персонала. Эти средства оповестят службы экстренного реагирования. Получив это предупреждение, персонал может скорректировать параметры технологического процесса.