Εισαγωγή κινητικότητας στο πρότυπο WirelessHART Introduction of Mobility in the WirelessHART Standard

Abstract

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές, για παρακολούθηση και έλεγχο στις βιομηχανίες διεργασιών, όπως είναι εργοστάσια, διυλιστήρια, πλατφόρμες εξόρυξης πετρελαίου, χημικές βιομηχανίες, βιομηχανικές αποθήκες, πετροχημικά. Το πρότυπο WirelessHART, επιτρέπει την ενδο-βιομηχανική επικοινωνία και αποτελεί εξέλιξη του παλαιότερου ενσύρματου προτύπου HART (Highway Addressable Remote Transducer Protocol). Το WirelessHART, παρέχει τη δυνατότητα ασύρματης τεχνολογίας, η οποία είναι πιο ευέλικτη, με χαμηλό κόστος, χωρίς να έχει τους περιορισμούς των καλωδίων. Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων (WSN Wireless Sensor Network), γενικά, αποτελείται από ένα πλήθος ασύρματων συσκευών αισθητήρων, χαμηλού κόστους, διασκορπισμένων σε μια περιοχή, που ονομάζεται «πεδίο». Στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, οι αισθητήρες συνήθως είναι ενσωματωμένοι σε έξυπνα όργανα μέτρησης που χρησιμοποιούνται για παρακολούθηση φυσικών μεγεθών, όπως είναι η θερμοκρασία, η πίεση, η σύνθεση αερίων, η ροή ρευστών, το ιξώδες ή άλλες μεταβλητές περιβάλλοντος, ενώ οι τιμές των μετρήσεων, αποθηκεύονται τοπικά στη μνήμη των έξυπνων οργάνων. Τα όργανα αυτά, λέγονται «συσκευές πεδίου» και σχηματίζουν ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων σε τοπολογία πλέγματος (mesh). Τα δεδομένα μετρήσεων, συγκεντρώνονται από τους αισθητήρες και προωθούνται, μέσω του ασύρματου δικτύου WirelessHART, σε μία κεντρική συσκευή ελέγχου, που ονομάζεται Πύλη (gateway) και έχει το ρόλο της κύριας συσκευής (master), ενώ οι συσκευές πεδίου είναι οι εξαρτώμενες συσκευές (slaves). Μέσω της Πύλης, τα δεδομένα μπορούν να αποσταλούν και σε άλλα δίκτυα της βιομηχανικής εγκατάστασης, για περισσότερη επεξεργασία και αξιοποίηση τους. Σε αυτή την εργασία, παρουσιάζεται μία γενική θεώρηση των τεχνολογιών HART και WirelessHART, καθώς επίσης παρουσιάζονται και άλλα θέματα, σχετικά με τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Επειδή στο πρότυπο WirelessHART οι κόμβοι είναι στατικοί, εξετάζεται η πιθανότητα ενσωμάτωσης κινητών κόμβων. Η εισαγωγή κινητικότητας παρουσιάζει προκλήσεις, όπως είναι η εξάντληση της ενέργειας των κόμβων και η καθυστέρηση μετάδοσης δεδομένων από τους κόμβους αισθητήρες στην Πύλη. Θεωρήσαμε ένα πιθανό σενάριο εφαρμογής δύο δικτύων WirelessHART σε ένα διυλιστήριο, για να εξεταστεί η δυνατότητα να ενσωματωθούν οι κινητοί κόμβοι αισθητήρες στους εργάτες που κινούνται στο χώρο 2 δεξαμενών του διυλιστηρίου, όπου υπάρχουν επικίνδυνα αέρια και τοξικές ουσίες, ώστε αν κινδυνέψει ένας εργάτης, να ενεργοποιηθούν κατάλληλοι συναγερμοί ασφαλείας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχουν ακόμη περιθώρια βελτιώσεων, μέχρι να φτάσουμε στον τελικό στόχο.