Протоколы физического уровня беспроводных сенсорных сетей. Беспроводные сенсорные сети. Смотреть что такое "Беспроводные сенсорные сети" в других словарях

знать:

Звуковая система ПК. Состав звуковой системы ПК. Принцип работы и технические характеристики звуковых плат. Направления совершенствования звуковой системы. Принцип обработки звуковой информации. Спецификация звуковых систем.
Методические указания
Звуковая система ПК - комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;
воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);
воспроизведение звуковых компакт-дисков;
микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex);
обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;
обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3D-Sound) звучания;
генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК. Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.

Рисунок 10 - Структура звуковой системы ПК
Классическая звуковая система, как показано на рис. 5.1, содержит:

модуль записи и воспроизведения звука;
модуль синтезатора;
модуль интерфейсов;
модуль микшера;
акустическую систему.

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля синтезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной микросхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содержать как несколько, так и одну микросхему.

Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.

Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не меняются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК» или «звуковая карта
Вопросы для самоконтроля:

Звуковая система ПК;
Состав звуковой системы ПК;
Принцип работы и технические характеристики звуковых плат;
Направления совершенствования звуковой системы;
Принцип обработки звуковой информации;
Спецификация звуковых систем.

Тема 6.2 Модуль интерфейсов обработки звуковой информации
Студент должен:
иметь представление:

о звуковой системе ПК

знать:

состав звуковой подсистемы ПК;
принцип работы модуля записи и воспроизведения;
принцип работы модуля синтезатора;
принцип работы модуля интерфейсов;
принцип работы модуля микшера;
организацию работы акустической системы.

Состав звуковой подсистемы ПК. Модуль записи и воспроизведения. Модуля синтезатора. Модуль интерфейсов. Модуль микшера. Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение. Форматы звуковых файлов. Средства распознавания речи.
Методические указания
Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access - канал прямого доступа к памяти).

Запись звука - это сохранение информации о колебаниях звукового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и цифровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме.

На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК оперирует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая система, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обработки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый.

Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования.

^ Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на аналоговый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.

Квантование по амплитуде представляет собой измерение мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигнала и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рисунке 11 показан процесс квантования по уровню аналогового сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются 3-разрядными числами.

^ Рисунок 11 - Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала
Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при квантовании зависит от количества разрядов кодового слова.

^ Рисунок 12 - Дискретизация по времени и квантование по уровню аналогового сигнала квантования амплитуды отсчета.
Аналого-цифровое преобразование осуществляется специальным электронным устройством - аналого-цифровым преобразователем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразуются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелательные высокочастотные помехи, для фильтрации которых полученные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.

Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа, как показано на рисунке 12. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглаживания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сигнал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет периодические составляющие спектра дискретного сигнала.

Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для представления звукового сигнала с заданным качеством, используют компрессию (сжатие), заключающуюся в уменьшении количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, приходящихся на один отсчет.

^ Рисунок 13 - Схема цифроаналогового преобразования
Подобные методы кодирования звуковых данных с использованием специальных кодирующих устройств позволяют сократить объем потока информации почти до 20% первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия - кодеков (кодирование-декодирование), поставляемых вместе с программным обеспечением звуковой карты или входящих в состав операционной системы.

Выполняя функции аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований сигнала, модуль записи и воспроизведения цифрового звука содержит АЦП, ЦАП и блок управления, которые обычно интегрированы в одну микросхему, также называемую кодеком. Основными характеристиками этого модуля являются: частота дискретизации; тип и разрядность АЦП и ЦАП; способ кодирования аудиоданных; возможность работы в режиме Full Duplex.

Частота дискретизации определяет максимальную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Для записи и воспроизведения человеческой речи достаточно 6 - 8 кГц; музыки с невысоким качеством - 20 - 25 кГц; для обеспечения высококачественного звучания (аудиокомпакт-диска) частота дискретизации должна быть не менее 44 кГц. Практически все звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стереофонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.

^ Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит).

Full Duplex (полный дуплекс) - режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одновременно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое качество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Internet, например, при проведении телеконференций, когда высокое качество звука не требуется.

Модуль синтезатора

Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе и звучание реальных музыкальных инструментов. Принцип действия синтезатора иллюстрирует рисунке 14.

Синтезирование представляет собой процесс воссоздания структуры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкального инструмента имеет несколько временных фаз. На рисунке 15, а показаны фазы звукового сигнала, возникающего при нажатии клавиши рояля. Для каждого музыкального инструмента вид сигнала будет своеобразным, но в нем можно выделить три фазы: атаку, поддержку и затухание. Совокупность этих фаз называется амплитудной огибающей, форма которой зависит от типа музыкального инструмента. Длительность атаки для разных музыкальных инструментов изменяется от единиц до нескольких десятков или даже до сотен миллисекунд. В фазе, называемой поддержкой, амплитуда сигнала почти не изменяется, а высота музыкального тона формируется во время поддержки. Последней фазе, затуханию, соответствует участок достаточно быстрого уменьшения амплитуды сигнала.

В современных синтезаторах звук создается следующим образом. Цифровое устройство, использующее один из методов синтеза, генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука (ноту), который должен иметь спектральные характеристики, максимально близкие к характеристикам имитируемого музыкального инструмента в фазе поддержки, как показано на рисунке 15, б. Далее сигнал возбуждения подается на фильтр, имитирующий амплитудно-частотную характеристику реального музыкального инструмента. На другой вход фильтра подается сигнал амплитудной огибающей того же инструмента. Далее совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов, например, эха (реверберация), хорового исполнения (хо-рус). Далее производятся цифроаналоговое преобразование и фильтрация сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).

Рисунок 15 - Принцип действия современного синтезатора: а - фазы звукового сигнала; 6 - схема синтезатора
Основные характеристики модуля синтезатора:

метод синтеза звука;
объем памяти;
возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;
полифония - максимальное число одновременно воспроизводимых элементов звуков.

Метод синтеза звука, использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы. На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, генерирующие звук с использованием следующих методов.

Метод синтеза на основе частотной модуляции (Frequency Modulation Synthesis - FM-синтез) предполагает использование для генерации голоса музыкального инструмента как минимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор несущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-модулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов, определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генератор огибающей управляет амплитудой результирующего сигнала. FM-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отличается невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты. В связи с этим звуковые карты, использующие этот метод, не рекомендуются в соответствии со стандартом РС99.

Синтез звука на основе таблицы волн (Wave Table Synthesis - WT-синтез) производится путем использования предварительно оцифрованных образцов звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков, хранящихся в специальной ROM, выполненной в виде микросхемы памяти или интегрированной в микросхему памяти WT-генератора. WT-синтезатор обеспечивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод синтеза реализован в современных звуковых картах.

^ Объем памяти на звуковых картах с WT-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов памяти (ROM) для хранения банков с инструментами.

Звуковые эффекты формируются с помощью специального эффект процессора, который может быть либо самостоятельным элементом (микросхемой), либо интегрироваться в состав WT-синтезатора. Для подавляющего большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными. Синтез звука на основе физического моделирования предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в звуковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использующие метод физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требуется мощный ПК.

Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.

Интерфейс PCI обеспечивает широкую полосу пропускания (например, версия 2.1 - более 260 Мбит/с), что позволяет передавать потоки звуковых данных параллельно. Использование шины PCI позволяет повысить качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина PCI обеспечивает возможность кооперативной обработки звуковых данных, когда задачи обработки и передачи данных распределяются между звуковой системой и CPU.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов) регламентируется специальным стандартом, содержащим спецификации на аппаратный интерфейс: типы каналов, кабели, порты, при помощи которых MIDI-устройства подключаются один к другому, а также описание порядка обмена данными - протокола обмена информацией между MIDI-устройствами. В частности, с помощью MIDI-команд можно управлять светотехнической аппаратурой, видеооборудованием в процессе выступления музыкальной группы на сцене. Устройства с MIDI-интерфейсом соединяются последовательно, образуя своеобразную MIDI-сеть, которая включает контроллер - управляющее устройство, в качестве которого может быть использован как ПК, так и музыкальный клавишный синтезатор, а также ведомые устройства (приемники), передающие информацию в контроллер по его запросу. Суммарная длина MIDI-цепочки не ограничена, но максимальная длина кабеля между двумя MIDI-устройствами не должна превышать 15 метров.

Подключение ПК в MIDI-сеть осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера, который имеет три MIDI-порта: ввода, вывода и сквозной передачи данных, а также два разъема для подключения джойстиков.

^ В состав звуковой карты входит интерфейс для подключения приводов CD-ROM

Модуль микшера

Модуль микшера звуковой карты выполняет:

коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;
микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

К числу основных характеристик модуля микшера относятся:

число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;
регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом канале;
регулирование уровня суммарного сигнала;
выходная мощность усилителя;
наличие разъемов для подключения внешних и внутренних
приемников/источников звуковых сигналов.

Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Внешние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней панели корпуса системного блока: Joystick/MIDI - для подключения джойстика или MIDI-адаптера; MicIn - для подключения микрофона; LineIn - линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов; LineOut - линейный выход для подключения любых приемников звуковых сигналов; Speaker - для подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы.

Программное управление микшером осуществляется либо средствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставляемой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты.

Совместимость звуковой системы с одним из стандартов звуковых карт означает, что звуковая система будет обеспечивать качественное воспроизведение звуковых сигналов. Проблемы совместимости особенно важны для DOS-приложений. Каждое из них содержит перечень звуковых карт, на работу с которыми DOS-приложение ориентировано.

Стандарт Sound Blaster поддерживают приложения в виде игр для DOS, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с ориентацией на звуковые карты семейства Sound Blaster.

^ Стандарт Windows Sound System (WSS) фирмы Microsoft включает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в основном на бизнес-приложения.

Акустическая система (АС) непосредственно преобразует звуковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего тракта. В состав АС, как правило, входят несколько звуковых колонок, каждая из которых может иметь один или несколько динамиков. Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуковые каналы.

Как правило, принцип действия и внутреннее устройство звуковых колонок бытового назначения и используемых в технических средствах информатизации в составе акустической системы PC практически не различаются.

В основном АС для ПК состоит из двух звуковых колонок, которые обеспечивают воспроизведение стереофонического сигнала. Обычно каждая колонка в АС для ПК имеет один динамик, однако в дорогих моделях используются два: для высоких и низких частот. При этом современные модели акустических систем позволяют воспроизводить звук практически во всем слышимом частотном диапазоне благодаря применению специальной конструкции корпуса колонок или громкоговорителей.

Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуковой агрегат - сабвуфер (Subwoofer), устанавливаемый под рабочим столом. Такая трехкомпонентная АС для ПК состоит из двух так называемых сателлитных колонок, воспроизводящих средние и высокие частоты (примерно от 150 Гц до 20 кГц), и сабвуфера, воспроизводящего частоты ниже 150 Гц.

Отличительная особенность АС для ПК - возможность наличия собственного встроенного усилителя мощности. АС со встроенным усилителем называется активной. Пассивная АС усилителя не имеет.

Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты. Питание активной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанавливаемого в корпус одной из колонок.

Выходная мощность акустических систем для ПК может изменяться в широком диапазоне и зависит от технических характеристик усилителя и динамиков. Если система предназначена для озвучивания компьютерных игр, достаточно мощности 15 - 20 Вт на колонку для помещения средних размеров. При необходимости обеспечения хорошей слышимости во время лекции или презентации в большой аудитории возможно использовать одну АС, имеющую мощность до 30 Вт на канал. С увеличением мощности АС увеличиваются ее габаритные размеры и повышается стоимость.

^ Основные характеристики АС: полоса воспроизводимых частот, чувствительность, коэффициент гармоник, мощность.

Полоса воспроизводимых частот (FrequencyResponse) - это амплитудно-частотная зависимость звукового давления, или зависимость звукового давления (силы звука) от частоты переменного напряжения, подводимого к катушке динамика. Полоса частот, воспринимаемых ухом человека, находится в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Колонки, как правило, имеют диапазон, ограниченный в области низких частот 40 - 60 Гц. Решить проблему воспроизведения низких частот позволяет использование сабвуфера.

Чувствительность звуковой колонки (Sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на расстоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. В соответствии с требованиями стандартов чувствительность определяется как среднее звуковое давление в определенной полосе частот.

Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС передает динамический диапазон музыкальной программы. Разница между самыми «тихими» и самыми «громкими» звуками современных фонограмм 90 - 95 дБ и более. АС с высокой чувствительностью достаточно хорошо воспроизводят как тихие, так и громкие звуки.

Коэффициент гармоник (Total Harmonic Distortion - THD) оценивает нелинейные искажения, связанные с появлением в выходном сигнале новых спектральных составляющих. Коэффициент гармоник нормируется в нескольких диапазонах частот. Например, для высококачественных АС класса Hi-Fi этот коэффициент не должен превышать: 1,5% в диапазоне частот 250 - 1000 Гц; 1,5 % в диапазоне частот 1000 - 2000 Гц и 1,0 % в диапазоне частот 2000 - 6300 Гц. Чем меньше значение коэффициента гармоник, тем качественнее АС.

Электрическая мощность (Power Handling), которую выдерживает АС, является одной из основных характеристик. Однако нет прямой взаимосвязи между мощностью и качеством воспроизведения звука. Максимальное звуковое давление зависит скорее, от чувствительности, а мощность АС- в основном определяет ее надежность.

Часто на упаковке АС для ПК указывают значение пиковой мощности акустической системы, которая не всегда отражает реальную мощность системы, поскольку может превышать номинальную в 10 раз. Вследствие существенного различия физических процессов, происходящих при испытаниях АС, значения электрических мощностей могут отличаться в несколько раз. Для сравнения мощности различных АС необходимо знать, какую именно мощность указывает производитель продукции и какими методами испытаний она определена.

Некоторые модели колонок фирмы Microsoft подключаются не к звуковой карте, а к порту USB. В этом случае звук поступает на колонки в цифровом виде, а его декодирование производят небольшой Chipset, установленный в колонках.
Вопросы для самоконтроля:

Состав звуковой подсистемы ПК;
Модуль записи и воспроизведения;
Модуля синтезатора;
Модуль интерфейсов;
Модуль микшера;
Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение;
Форматы звуковых файлов;
Средства распознавания речи.

Практическая работа 8. Звуковая система ПК
Студент должен:
иметь представление:

о звуковой системе ПК

знать:

принципы обработки звуковой информации;
состав звуковой подсистемы ПК;
основные характеристики звуковых плат

уметь:

подключать и настраивать звуковые подсистемы ПК;
производить запись звуковых файлов.

Раздел 7. Устройства вывода информации на печать
Тема 7.1 Принтер
Студент должен:
иметь представление:

об устройствах вывод информации на печать

знать:

принцип работы устройств вывода информации на печать матричного принтера. Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
принцип работы устройств вывода информации на печать струйного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
принцип работы устройств вывода информации на печать лазерного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики.

Общие характеристики устройств вывода на печать. Классификация печатающих устройств. Принтеры ударного типа: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.

^ Струйные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.

Лазерные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Методические указания
Принтеры - устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге.

Классификацию принтеров можно выполнить по целому ряду характеристик:

способу формирования символов (знакопечатающие и знак о синтезирующие);
цветности (черно-белые и цветные);
способу формирования строк (последовательные и параллельные);
способу печати (посимвольные, построчные и постраничные)
скорости печати;
разрешающей способности.

Принтеры обычно работают в двух режимах: текстовом и графическом.

При работе в текстовом режиме принтер принимает от компьютера коды символов, которые необходимо распечатать из знаки генератора самого принтера. Многие изготовители оборудуют свои принтеры большим количеством встроенных шрифтов. Эти шрифты записаны в ROM принтера и считываются только оттуда.

Для печати текстовой информации существуют режимы печати, обеспечивающие различное качество:

черновая печать (Draft);
типографское качество печати (NLQ - Near Letter Quality);
качество печати, близкое к типографскому (LQ - Letter Quality);
высококачественный режим (SQL - Super Letter Quality).

В графическом режиме на принтер направляются коды, определяющие последовательности и местоположение точек изображении.

По способу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются на принтеры ударного действия, струйные, фотоэлектронные и термические.

Звуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г., существенно расширив возможности ПК как технического средства информатизации.

Звуковая система ПК - комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;

воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);

воспроизведение звуковых компакт-дисков;

микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;

одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex );

обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;

обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3 D - Sound ) звучания;

генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;

управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Классическая звуковая система, как показано на рис. 5.1, содержит:

Модуль записи и воспроизведения звука;

модуль синтезатора;

модуль интерфейсов;

модуль микшера;

акустическую систему.

2. Модуль записи и воспроизведения

Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access - канал прямого доступа к памяти).

Звук, как известно, представляет собой продольные волны, свободно распространяющиеся в воздухе или иной среде, поэтому звуковой сигнал непрерывно изменяется во времени и в пространстве.

Если при записи звука пользуются микрофоном, который преобразует непрерывный во времени звуковой сигнал в непрерывный во времени электрический сигнал, получают звуковой сигнал в аналоговой форме. Поскольку амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, а ее частота - высоту звукового тона, постольку для сохранения достоверной информации о звуке напряжение электрического сигнала должно быть пропорционально звуковому давлению, а его частота должна соответствовать частоте колебаний звукового давления.

Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования. Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала представлена на рис. 5.2.

Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на аналоговый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.

Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определяется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала. Поскольку человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, максимальная частота дискретизации исходного звукового сигнала должна составлять не менее 40 кГц, т. е. отсчеты требуется проводить 40 000 раз в секунду. В связи с этим в большинстве современных звуковых систем ПК максимальная частота дискретизации звукового сигнала составляет 44,1 или 48 кГц.

Квантование по амплитуде представляет собой измерение мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигнала и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рис. 5.3 показан процесс квантования по уровню аналогового сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются 3-разрядными числами.

Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при квантовании зависит от количества разрядов кодового слова. Если значения амплитуды записать с помощью двоичных чисел и задать длину кодового словаN разрядов, число возможных значений кодовых слов будет равно2 N . Столько же может быть и уровней квантования амплитуды отсчета. Например, если значение амплитуды отсчета представляется 16-разрядным кодовым словом, максимальное число градаций амплитуды (уровней квантования) составит 2 16 = 65 536. Для 8-разрядного представления соответственно получим 2 8 =256 градаций амплитуды.

Аналого-цифровое преобразование осуществляется специальным электронным устройством - аналого-цифровым преобразова телем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразуются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелательные высокочастотные помехи, для фильтрации которых полученные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.

Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа, как показано на рис. 5.4. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглаживания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сигнал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет периодические составляющие спектра дискретного сигнала.

Для записи и хранения звукового сигнала в цифровой форме требуется большой объем дискового пространства. Например, стереофонический звуковой сигнал длительностью 60 с, оцифрованный с частотой дискретизации 44,1 кГц при 16-разрядном квантовании для хранения требует на винчестере около 10 Мбайт.

Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для представления звукового сигнала с заданным качеством, используют компрессию (сжатие), заключающуюся в уменьшении (Количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, при-I холящихся на один отсчет.

Подобные методы кодирования звуковых данных с использованием специальных кодирующих устройств позволяют сократить объем потока информации почти до 20 % первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия - кодеков (кодирование-декодирование), поставляемых вместе с программным обеспечением звуковой карты или входящих в состав операционной системы.

Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит). Подавляющее большинство звуковых карт оснащено 16-разрядными АЦП и ЦАП. Такие звуковые карты теоретически можно отнести к классу Hi-Fi, которые должны обеспечивать студийное качество звучания. Некоторые звуковые карты оснащаются 20- и даже 24-разрядными АЦП и ПАП, что существенно повышает качество записи/воспроизведения звука.

Full Duplex (полный дуплекс) - режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одновременно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое качество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Internet, например, при проведении телеконференций, когда высокое качество звука не требуется.

Аудиосистема ПК – комплекс устройств, обеспечивающих воспроизведение, запись и обработку звука с помощью ПК. Включает аудиодаптер (звуковая плата), акустическую систему (динамики с усилителем НЧ, наушники), микрофон.

Аудиоадаптер – дочерняя плата, обеспечивающая преобразование цифровых данных в аналоговые и обратно для вывода/ввода звука с помощью ПК.

Всегда имеет выход для передачи звукового сигнала на усилитель и вход для ввода звукового сигнала с внешнего источника в ПК для последующей обработки. Дорогие аудиоадаптеры имеют несколько входов и выходов.

Аудиоадаптеры различаются:

1)разрядностью ввода/вывода цифрового звука

2)способами синтеза звука

3)наличием/отсутствием микросхем создания дополнительных звуковых эффектов (преобразование звука, объемный 3D-звук и т.д.)

С помощью аудиосистемы ПК можно воспроизводить обычные аудио-CD, но для хранения звуковых данных в ПК разработаны специальные более эффективные форматы. Наиболее популярными являются – MP3 и WMA. Они позволяет на одном компакт-диске хранить в 10-15 раз больший объем звуковых данных, чем на обычном аудио-диске.

Достичь хорошего звучания можно только при использовании высококачественной компьютерной аудиосистемы, но еще лучше передавать звук через цифровой выход на качественный бытовой усилитель и колонки.

Стандарты аудиорешений: AC"97 и HD Audio В качестве интегрированного аудиорешения в системных платах Intel® для настольных ПК используется либо AC"97, либо звуковая подсистема Intel® High Definition Audio.

AC"97 AC"97 (сокращенно от Audio Codec "97) – это стандарт для аудиокодеков, разработанный в лабораториях Intel (Intel Architecture Labs) в 1997 г. Этот стандарт используется в основном в системных платах, модемах, звуковых картах и корпусах с аудио решением передней панели. AC"97 поддерживает частоту дискретизации 96 кГц при использовании 20-разрядного стерео разрешения и 48кГц при использовании 20-разрядного стерео для многоканальной записи и воспроизведения. В 2004 г. AC"97 был заменен технологией Intel® High Definition Audio (HD Audio).

HD Audio Звуковая подсистема Intel® High Definition Audio основана на спецификации, выпущенной корпорацией Intel в 2004 г., обеспечивающей воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука, чем обеспечивалось при использовании интегрированных аудио кодеков, как AC"97. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 192 кГц/32-разрядное качество звучания в двухканальном и 96 кГц/32-разрядное в многоканальном режимах (до 8 каналов).

Microsoft* Windows Vista поддерживает только акустические периферийные устройства High Definition (как, например, аудиорешения передней панели).

Отсутствует вывод звука в колонках или наушниках Отсутствие вывода звука может быть связано с несколькими проблемами. Проблему отсутствия звукового выхода можно решить одним из следующих способов.

Я хочу посвятить свою статью технологиям беспроводных сенсорных сетей (wireless sensor networks), которая, как мне кажется, незаслуженно обделена вниманием хабра-сообщества. Основной причиной этого я вижу то, что технология пока так и не стала массовой и в большей части интересна скорее академическим кругам. Но я думаю в ближайшее время мы увидим много продуктов, так или иначе основанные на технологиях таких сетей. Я занимался исследованиями сенсорных сетей на протяжении нескольких лет, написал кандидатскую диссертацию на эту тему и ряд статей в российские и зарубежные журналы. Также мной был разработан курс по беспроводным сенсорным сетям, который я читал в Нижегородском Государственном Университете (ссылку на курс не привожу, если Вам интересно, могу дать ссылку в частном порядке). Имея опыт работы в данной области, хочу поделиться им с уважаемым сообществом, надеюсь Вам будет интересно.

Общие сведения

Беспроводные сенсорные сети получили большое развитие в последнее время. Такие сети, состоящие из множества миниатюрных узлов, оснащенных маломощным приемо-передатчиком, микропроцессором и сенсором, могут связать воедино глобальные компьютерные сети и физический мир. Концепция беспроводных сенсорных сетей привлекает внимание многих ученых, исследовательских институтов и коммерческих организаций, что обеспечило большой поток научных работ по данной тематике. Большой интерес к изучению таких систем обусловлен широкими возможностями применения сенсорных сетей. Беспроводные сенсорные сети, в частности, могут использоваться для предсказания отказа оборудования в аэрокосмических системах и автоматизации зданий. Из-за своей способности к самоорганизации, автономности и высокой отказоустойчивости такие сети активно применяются в системах безопасности и военных приложениях. Успешное применение беспроводных сенсорных сетей в медицине для мониторинга здоровья связано с разработкой биологических сенсоров совместимых с интегральными схемами сенсорных узлов. Но наибольшее распространение беспроводные сенсорные сети получили в области мониторинга окружающей среды и живых существ.

Железо

Из-за отсутствия четкой стандартизации в сенсорных сетях, существует несколько различных платформ. Все платформы отвечают основным базовым требованиям к сенсорным сетям: малая потребляемая мощность, длительное время работы, маломощные приемо-передатчики и наличие сенсоров. К основным платформам можно отнести MicaZ, TelosB, Intel Mote 2.

MicaZ

Микропроцессор: Atmel ATmega128L
7.3728 Мгц частота
128 Кб флеш-памяти для программ
4 Кб SRAM для данных
2 UART’s
SPI шина
I2С шина
Радио: ChipCon CC2420
Внешняя флеш-память: 512 Кб
51-pin дополнительный коннектор
восемь 10-битовых аналоговых I/O
21 цифровых I/O
Три программируемых LEDs
JTAG порт
Питание от двух батарей AA

TelosB

Микропроцессор: MSP430 F1611
8 Мгц частота
48 Кб флеш-памяти для программ
10 Кб RAM для данных
SPI шина
Втроенный 12-битовый ADC/DAC
DMA контроллер
Радио: ChipCon CC2420
Внешняя флеш-память: 1024 Кб
16-pin дополнительный коннектор
Три программируемых LEDs
JTAG порт
Опционально: Сенсоры освещенности, влажности, температуры.
Питание от двух батарей AA

Intel Mote 2

320/416/520 МГц PXA271 XScale микропроцессор
32 Мбайта Флеш-памяти
32 Мбайта ОЗУ
Mini-USB интерфейс
I-Mote2 коннектор для внешних устройств(31+21 pin)
Radio: ChipCon CC2420
Светодиодные индикаторы
Питание от трех батарей AAA

Каждая платформа по своему интересна и имеет свои особенности. Лично у меня был опыт работы с платформами TelosB и Intel Mote 2. Также в нашей лаборатории была разработана собственная платформа, но она является коммерческая и я не могу подробно о ней рассказывать.

Наиболее распространенным 3 года назад было использование чипсета CC2420 в качестве маломощного приемо-передатчика.

Программное обеспечение и передача данных

Основным стандартом передачи данных в сенсорных сетях является IEE802.15.4, которые специально был разработан для беспроводных сетей с маломощными приемо-передатчиками.

Никаких стандартов в области программного обеспечения в сенсорных сетях нет. Существует несколько сотен различных протоколов обработки и передачи данных, а также систем управления узлами. Наиболее распространенной операционной системой является система с открытым кодом – TinyOs (будучи в Стэнфордстком университете, лично познакомился с одним из разработчиков). Многие разработчики (особенно это касается коммерческих систем) пишут свою систему управления, часто на языке Java.

Программа управления сенсорного узла под управлением операционной системы TinyOs пишется на языке nesC.

Стоить отметить, что из-за дороговизны оборудования и сложности настройки сенсорных сетей, широкое распространение получили различные системы моделирования, в частности система TOSSIM, специально разработанная для моделирования работы узлов под управлением TinyOs.

Заключение

Сенсорные сети получают все большее распространение в России. Когда я начинал ими заниматься в 2003-ем году, количество человек в России, кто был знаком с данной технологией, можно было пересчитать по пальцам. В том числе в России этим занималась небезызвестная Luxsoft Labs.

Я работал с сенсорными сетями на протяжении 6 лет и могу многое рассказать про эти технологии. Если Хабрасообществу будет интересно и у меня будет возможность, то я с удовольствием напишу серию статей на эту тему. Могу затронуть такие вещи как: реальная работа с платформой TmoteSky, особенности программирования под систему TinyOs на языке nesC, оригинальные результаты исследований, полученных в нашей лаборатории, впечатления о 1.5 месяцах работы в Стэнфордском университете, в проекте по сенсорным сетям.

Всем спасибо за внимание, с удовольствием отвечу на Ваши вопросы.

Проведен анализ беспроводных сенсорных сетей. Для исследований выбрана программа Omnet++. Реализована задача по исследованию модельного ряда беспроводных сенсорных сетей и оценки параметров их функционирования. Были решены следующие задачи: усовершенствована модель энергопотребления в беспроводных сенсорных сетях, предложен алгоритм работы данной модели, позволяющий уменьшить задержки при передаче пакетов между узлами. Разработана компьютерная модель в выбранной программе, доказано, что применение данной модели эффективно и целесообразно на практике. В данной статье было проведено исследование энергопотребления узлов сети. Именно энергопотребление является ключевым параметром качества функционирования беспроводных сенсорных сетей, поэтому вопрос о его расчете при создании подобных систем возникает первым. В работе проведен подробный анализ энергопотребления узлов беспроводных сенсорных сетей, а также предложена методика расчета энергопотребления оконечных узлов. Предложены различные подходы по снижению энергопотребления. Главным моментом энергоэффективных сетевых операций будет возможность поместить больше узлов в спящий режим, непосредственно для увеличения продолжительности их работы от батареи. Также в сенсорных сетях с применением технологии ZigBee возможно сжатие информации перед ее отправкой. Количество затраченной энергии аналогично будет зависеть от выбранной сетевой топологии. Доказано, что самые малые затраты энергии происходят при использовании топологий «звезда» или «кластерное дерево», потому что в этих топологиях координаторы непосредственно подключены к стационарной сети.

беспроводная сенсорная сеть

программа Omnet++

задержки при передаче

энергопотребление датчиков

пропускная способность сети

сохранение энергии

1. Терентьев М.Н. Метод функционирования систем мониторинга параметров объектов с изменяемой конфигурацией на базе дискретных беспроводных сенсорных сетей: дис. … канд. техн. наук: 05.13.15 / М.Н. Терентьев. – Москва, 2010.– 154 с.

2. Хуснуллин В.И. Исследование энергопотребления узлов в беспроводной сенсорной сети / В.И. Хуснуллин, Е.В. Глушак // Тез. докл. на II научном форуме «Телекоммуникации: теория и технологии (ТТТ)» на XVIII Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». – Казань, 2017. – Т. 2. – С. 10–13.

3. Иванова И.А. Определение периметра зоны покрытия беспроводных сенсорных сетей / И.А. Иванова // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2010. – № 10. – С. 25–30.

4. Власова В.А. Анализ энергоциклов узлов беспроводных сенсорных сетей / В.А. Власова, А.Н. Зеленин // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2012. – Т. 3, № 9 (57). – С. 13–17.

5. Галкин П.В. Особенности реализации беспроводных сенсорных сетей на основе технологии ZigBee: матер. VI межд. науч.-практ. конф. / П.В. Галкин, Д.В. Карловский // Актуальные проблемы наук. – 2010. – № 31. – С. 7–11.

6. Баскаков С. Оценка энергопотребления беспроводных узлов в сетях MeshLogic / С. Баскаков // Беспроводные технологии. – 2010. – № 1. – С. 28–31.

7. Киреев А.О. Распределенная система энергетического мониторинга беспроводных сенсорных сетей / А.О. Киреев, А.В. Светлов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 5(118). – С. 60–65.

8. Daniel Kifetew Shenkutie, Residual Energy Monitoring in Wireless Sensor Networks / School of Information Science, Computer and Electrical Engineering Halmstad University. – 2011. – 84 с.

9. Краморенко Е.Г. Понижение энергопотребления сенсорных сетей за счет предварительной компрессии данных: матер. к IV Всеукр. науч.-техн. конф. / Е.Г. Краморенко, М.В. Привалов // Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг 2013. – Донецк: ДонНТУ, 2013. – С. 364–369.

Недавние достижения в области полупроводниковых, сетевых и материально-технических технологий ведут повсеместное развертывание широкомасштабных беспроводных сенсорных сетей (WSN).

Беспроводная сенсорная сеть - это распределённая, самоорганизующаяся сеть множества датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств, объединенных между собой посредством радиоканала. Причем область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счет способности ретрансляции сообщений от одного элемента к другому .

В была предложена модель беспроводной сенсорной сети. Чтобы оценить эффективность предлагаемой модели, выполним моделирование в программном пакете OMNeT++. Проведем анализ процедуры моделирования и результатов моделирования. OMNeT++ - это объектно-ориентированный симулятор сети с дискретным событием .

В симуляции есть два типа пакетов: пакеты сообщений, которые используются узлами датчиков в сети для отправки информации на узел приемника, а второй тип - это энергетический пакет, который используется для передачи энергетической информации в узел мониторинга . В симуляции каждый узел периодически вычисляет количество потребляемой энергии, а также прогнозирует количество энергии, которое он будет потреблять в предстоящем периоде. Проводится сравнение количества энергии потребляемой с прогнозируемым: если разница между ними больше, чем определенный порог, узел отправит энергетический пакет в главный узел сети (базовую станцию). Часть пакетов содержат информацию о прогнозируемом потреблении энергии в узлах. Численные значения, выбранные для моделирования, можно увидеть в таблице ниже.

Использованные численные значения

Эти значения используются во всех симуляциях. Чтобы продемонстрировать эффективность предлагаемой модели прогнозирования, реализована сеть с сотней узлов. Узлы в сети используют выбранный протокол маршрутизации, называемый MFR , для пересылки пакета к узлу приемника. Узел, использующий MFR, пересылает данные в узел в своем диапазоне передачи.

На рис. 1 узел S передает его данные в узел M, поскольку он ближе к приемнику D, чем другие узлы в его диапазон передачи, когда он проецируется на линию, соединяющую узел S и приемник D. Узлы датчиков используют системное сообщение о местоположении, чтобы уведомить об их местоположении их соседей. Узлы датчиков в сети заполняют таблицу маршрутизации местоположение их соседей, и выбирают ближайший в качестве следующего для передачи данных.

Представим моделирования, выполненные с использованием моделирования OMNeT ++. Анализируется ошибка между остаточной энергией в каждом узле и значением, зарегистрированным в узле мониторинга для различного значения порога. Далее исследуется соотношение между числом пакетов энергии, отправленных на контрольный узел, и используемым пороговым значением. Затраты энергии - это энергия, затрачиваемая узлами в сети для хранения информации в контрольном узле относительно количества остаточной энергии, оставшейся в их батареях. Эта энергия сети зависит от среднего количества энергетических пакетов, отправляемых на узел мониторинга каждым узлом датчика. На рис. 2 показано среднее количество пакетов, отправленных на узел для разных пороговых значений, когда E = 100 с.

После запуска моделирования в течение двух с половиной часов результаты моделирования представлены на рис. 2 и 3. Графики на рисунках показывают количество энергетических пакетов, отправленных на контрольный узел для трех периодов прогнозирования (T = 200, T = 300 и T = 400), когда две разные максимальные скорости прибытия событий (E = 100 с и E = 50 с). Графики на двух рисунках продемонстрировали, как скорость прихода увеличивается, количество отправленных энергетических пакетов обычно увеличивается. При одинаковой скорости прибытия данных количество отправленных пакетов энергии увеличивается, поскольку порог ошибки предсказания уменьшается.

Рис. 2. Среднее количество пакетов, отправленных на узел, когда E = 100 с

Рис. 3. Среднее количество пакетов, отправленных на узел, когда E = 50 с

На рис. 4 и 5 показано количество пакетов энергии, отправленных при возникновении события, которые запускают датчик сенсорных узлов, считаются строго периодическими. Используемые периоды прибытия между событиями P = 50 и P = 100 с. Согласно графикам, количество энергетических пакетов, отправленных с каждого узла, увеличилось, так как время прибытия события уменьшилось. За тот же период отправленное количество пакетов показало приращение при уменьшении порога.

Энергия при построении карты энергии напрямую связана с количеством потраченной энергии, в результате чего он также увеличивается, поскольку порог ошибки прогнозирования уменьшен. Результаты выполненных имитаций также показали, что период прогнозирования увеличивает количество отправленных пакетов энергии. Это из-за того, что с более длинными интервалами прогнозирования потребление энергии узлов проявляет более периодический характер, чем более короткие интервалы прогнозирования. Это приводит к более точному прогнозу потребления энергии, поскольку метод зависит от прошлой истории потребления энергии узлов для прогнозирования.

Рис. 4. Среднее количество пакетов, отправленных на узел, когда P = 100 с

Рис. 5. Среднее количество пакетов, отправленных на узел, когда P = 50 с

На рис. 6 показано сравнение результатов, полученных при экспоненциальном использовании метода, предложенного в этой работе, и результаты, найденные в . Сравнение производится на основе среднего количества энергетических пакетов, отправленных на узел мониторинга для различных пороговых значений.

Как правило, среднее число энергии пакетов, отправленные на узел мониторинга, выше для всех пороговых значений, используемых, когда используется экспоненциальная модель, чем вероятностный метод в , когда предполагается, что появление событий в окружающей среде равномерно распределено. Это связано с тем, что метод экспоненциального усреднения предсказывает предстоящее потребление энергии узлов на основе их истории потребления энергии. Из-за появления неожиданных событий поведение некоторых из потребляющих энергию узлов может отклоняться от средней энергии, которую они использовали в прошлом. Это влияет на ожидаемые предсказания истощения энергии в будущем узлов, побуждая узлы отправлять большее количество пакетов.

Рис. 6. Сравнение моделей (среднее количество отправленных пакетов на узел)

Чем выше количество пакетов энергии, отправленных на мониторинг узла, тем выше стоимость строительства энергетической карты. В случае строго периодической модели прибытия событий экспоненциальная модель, используемая в этой работе, показывает лучшую производительность, чем модель, используемая в , когда порог установлен на 1 % и 3 %. Это связано с постоянным потреблением энергии узлов, связанных с периодическим характером событий.

На рис. 7 и 8 показано общее количество пакетов в сети для двух разных моделей прибытия пакетов. В обоих случаях общее количество пакетов энергии в сети увеличивается, когда пороговое значение уменьшается, а количество пакетов сообщений остается неизменным. Рост общего количества энергетических пакетов увеличивает стоимость энергетической карты, поскольку он напрямую связан с количеством энергетических пакетов, отправленных из узла датчика. Обе цифры показывают общее количество пакетов в сети для всего периода моделирования, когда период прогнозирования установлен в 400 с.

Оценка мониторинга энергии - это разница между остаточной энергией каждого узла и остаточной энергией, зарегистрированной в контрольном узле . В результате оценки сделаем вывод, что превышающее пороговое значение количество энергии, накапливается в узле мониторинга и отклонение больше для более высоких пороговых значений.

1) главным моментом энергоэффективных сетевых операций будет возможность поместить больше узлов в спящий режим, непосредственно для увеличения продолжительности их работы от батареи. Когда сенсорный узел находится в активном состоянии, он может перейти в режим сна, позволяющий ему снизить потребление энергии. Сенсорный узел переходит в данный режим между сеансами приема/передачи данных. Все режимы состоят из циклов, а каждый цикл будет состоять из периодов сна и периодов прослушивания. Максимальные затраты энергии будут на передаче и приеме данных. А именно, одним из вариантов снижения энергопотребления будет переход датчика из активного режима в режим сна, когда потребление энергии будет минимально;

2) в сенсорных сетях с применением технологии ZigBee возможно сжатие информации перед ее отправкой. При этом уменьшается время передачи данных, само устройство уменьшает время своего пребывания в эфире и, естественно, расходует меньшее количества энергии на передачу пакета данных. Для непосредственного сжатия необходимы кодеки. Использование кодеков позволяет уменьшить потребление энергии за счет сжатия передаваемой информации. Минимизация объема транслируемых данных приведет к уменьшению энергопотребления.

3) количество затраченной энергии аналогично будет зависеть от выбранной сетевой топологии. Энергия тратится больше в ячейковой топологии за счет того, что каждый узел сети выходит на связь чаще, и, следовательно, в рабочем состоянии он находится больше.

Рис. 7. Общее количество пакетов в сети для P = 50

Рис. 8. Общее количество пакетов в сети для E = 50

Самые малые затраты энергии происходят при использовании топологий «звезда» или «кластерное дерево», потому что в этих топологиях координаторы непосредственно подключены к стационарной сети.

Библиографическая ссылка

Ачилова И.И., Глушак Е.В. ИССЛЕДОВАНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 5-1. – С. 11-17;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12208 (дата обращения: 26.04.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»