Matematikere foreslår nyt design til trådløse nanosensoriske netværk

RUDN Universitetets matematikere har udviklet en ny metode til at indsamle data fra passive trådløse nanosensorer. Disse enheder måler parametrene for objekter og konverterer dem til et signal. De bruger mikroskopiske nanoelementer og har ikke en integreret batteripakke. Matematikere har modelleret et eksperiment med gateways, som er lavet på basis af ubemandede fly. Det viste, at integration med sådanne gateways kunne give bekvem trådløs strømoverførsel til senderen og uhindret informationsindsamling gennem fleksible og dynamiske droneruter. Artiklen er publiceret i tidsskriftet Computer Communications.

Passive nanosensorer kan være nyttige i en række forskellige situationer:fra at overvåge kroppens tilstand til at studere jorden, luft eller genstande såsom rørledninger, dæmninger, eller diger. Men mulighederne for disse sensorer er begrænsede, da de ikke har batterier og processorer. For at forsyne sensorerne med tilstrækkelig energi, vi har brug for mekanismer, der kan udføre denne opgave. Ud over, der er behov for enheder til at indsamle data fra sensorer. RUDN Universitetets matematikere, Rustam Pirmagomedov og Mikhail Binnikov, foreslået at bruge nanogateways baseret på ubemandede fly til at transmittere den indsamlede information til dem og til at levere kontinuerlig online overvågning af observerede objekter.

Nanosensorerne består af flere dele:nano-noder (sensorer), nano-routere og nano/microgateways. Nano-noder indsamler data ved hjælp af elektromagnetiske bølger, der udstråler nano-routere og omdanner også disse bølger til energi til drift.

Nano-routere læser information fra sensorer, og mikrogateways er ansvarlige for at få dataene. Et trådløst netværk leveres af grafen-antenner, som er i stand til at transmittere og modtage stråling i THz-båndet.

RUDN Universitetets matematikere udførte en simulering ved hjælp af en simulator på et betinget felt på 500*500 meter. Det fly, der bruges til installation af sensorer på forudbestemte punkter eller i en tilfældig rækkefølge. Den første mulighed tager længere tid, men kræver færre sensorer til at dække marken. Den anden mulighed er hurtigere, men det kræver flere sensorer, og dataindsamlingsordningen kan blive heterogen.

Gateways var betinget integreret i enheder, der fløj over feltet, udsendte elektromagnetiske bølger og indsamlet information fra sensorer. Hver sensor målte temperaturen, fugtighed, pH i miljøet på dens kvadratmeter. RUDN University matematikere overvejede bærefrekvenser fra 0,1 til 0,15 THz, beregnet tidspunktet for modtagelse af energi af sensorer og tidspunktet for datatransmission ved forskellige hastigheder af droner og forskellige radier af elektromagnetisk stråling.

Med den mindste strålingsradius på 0,6 m og dronens laveste hastighed 1 m/sek. dronens tid til at betjene 1 hektar var cirka 2,5 sekunder. Med en stigning i hastigheden eller med hver forlængelse i radius på 0,2 m/s, dronens driftstid faldt. Ved høje hastigheder, sensorerne havde ikke tid til at lagre energi, og en udvidelse reducerede radius antenneforstærkningen og reducerede mængden af ​​energi, der transmitteres til sensorerne. Så, dronernes operationshastighed afhang af deres flyvehastighed og radius af elektromagnetisk stråling.

Dermed, brugen af ​​nano-gateways baseret på ubemandede fly var mulig. Dette giver fordele i forhold til jord-gateways, som ikke kan bevæge sig eller vælge bekvemme ruter afhængigt af forhindringerne på vejen.

Siden integrationen af ​​passive trådløse nanosensor-netværk og droner har vist positive resultater, RUDN Universitetets matematikere vil fortsætte med at studere dets evner. I den nærmeste fremtid planlægger forskere en simulering af fælles arbejde af sensorer og gateways under hensyntagen til vejrforhold og mulige forhindringer for dronen. Nanoteknologi udvider yderligere omfanget af sådanne netværk, hvor det er ubelejligt eller farligt for en person at arbejde - i store områder, i katastrofezoner eller svært tilgængelige steder. Derfor, undersøgelser af specialister på dette område er vigtige for udviklingen af ​​de sfærer, hvor miljøkontrol er vigtig.