Інтелектуальна мережа мультифункціональних сенсорних вузлів для систем моніторингу та підтримки рішень
Моніторинг параметрів нерухомих та рухомих об’єктів є важливою складовою у цивільних та військових системах контролю та управління. Для постійного моніторингу стану та ідентифікації об’єктів використовуються бездротові сенсорні мережі (Wireless Sensor Networks - WSN) з мультифункціональними сенсорними вузлами з автономним живленням, що забезпечують передавання даних через бездротову комунікаційну мережу. В системи входять також вузли для координації роботи мережі та обробки даних. Подібні системи можуть забезпечувати безперервний моніторинг об’єктів, що розподілені на великих територіях.
Мета роботи - дослідження можливостей побудови системи з мережею бездротових сенсорів для ідентифікації та моніторингу об’єктів на основі контролю та аналізу акустичних, вібраційних та електромагнітних аномалій.
Система включає інтелектуальні сенсорні вузли, комунікаційні вузли, та вузли обробки даних. Сенсорні вузли з автономним живленням мають суттєві обмеження ресурсу джерела живлення, потужності процесора та швидкості передачі даних. Ці недоліки відсутні у центральних вузлів обробки даних.
В інтелектуальній мережі мультифункціональний сенсорний вузол забезпечує вимірювання параметрів, виділення аномалії, попередню обробку та аналіз даних, виділення відбитку аномалії, передавання відбитку аномалії через комунікаційну мережу на вузол обробки даних з потужним CPU, що виконує обробку відбитку та ідентифікацію характеристик об’єкту на основі попередньо сформованої бази даних, реєстрацію та візуалізацію параметрів об’єкту.
Сенсорні вузли можуть вимірювати різні параметри в залежності від призначення. Сенсорний вузол, що включає масив мікрофонів, модуль GPS, трьохосьові MEMS магнітометри, акселерометри та гіроскопи, барометр та датчики температури і вологості може використовуватись для реєстрації звукових аномалій, а на їх основі визначення координат джерела звуку та ідентифікації його характеристик.
При визначенні орієнтації сенсорного вузла використовується алгоритм фільтру Маджвіка для IMU з магнітомерами, гіроскопами та акселерометрами (MARG) на основі кватерніонів. При обробці даних GPS використовується фільтр Калмана.
Для визначення координат об’єкта - джерела звуку, розроблений алгоритм, що розраховує орієнтацію та координати джерела звуку за різницею часу між звуковими хвилями, що вимірюються масивом мікрофонів.
Для ідентифікації параметрів об’єкта - джерела звуку, використовується алгоритм виділення відбитку аномалії на основі спектрального аналізу сигналів та пошуку відповідного відбитку в попередньо сформованій базі відбитків джерел звуку.
Вказаний сенсорний вузол може також використовуватись для аналізу та визначення аномалій вібрацій грунту та магнітного поля, що створюються рухомими об’єктами. Сенсорні вузли з необхідним масивом сенсорів можуть використовуватись і як носимі (wearable).
В систему можуть бути інтегровані як mesh вузли, так і вузли з іншими типами прийомо-передавачів та відповідними шлюзами, наприклад LoRaWAN.
Для безпеки передачі даних на рівні бездротової мережі використовується шифрування даних 128/256 bit AES, на рівні TCP/IP – захист на транспортному рівні TLS.
Параметри об’єктів реєструються на сервері системи в базі даних SQL, для візуалізації даних використовується GUI на основі веб-сервера. Клієнти системи можуть отримувати дані про об’єкти на мобільні пристрої.
Система може також забезпечувати обмін даними з іншими інформаційними системами.
Сенсорний вузол Sound A1
Корпус для прихованого розміщення сенсорного вузла Sound A1
XІІІ НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ
«Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем та мереж спеціального призначення. Застосування підрозділів, комплексів, засобів зв’язку, автоматизації та кібербезпеки в операції Об’єднаних сил»
3 грудня 2020 року, ВІТІ
Гірак П.О, ТОВ «СОЛІТОН»
Коментарі
Дописати коментар