Введение. 
Интеллектуальные системы распределенного мониторинга на основе беспроводных сенсорных сетей с использованием системы мобильных объектов

беспроводный сенсорный сеть мониторинг Одним из важных приложений распределенных технологий обработки данных на основе беспроводных сенсорных сетей (БСС) является мониторинг технического состояния промышленных объектов, строительных конструкций, зданий и мостов. Он сводится к наблюдению за протеканием деформационных процессов в контролируемых объектах, диагностированию текущих состояний и прогнозирования их дальнейшего развития. В этой связи особую актуальность приобретают задачи по мониторингу динамического воздействия поездов на земляное полотно, мосты, тоннели и другие конструкции железнодорожного транспорта в связи с повышением скоростей движения и осевых нагрузок.

В настоящей работе рассматривается структура интеллектуальной системы контроля напряженно-деформированных состояний (ИСКНДС), применяемой в задачах мониторинга железнодорожных мостов. Она базируется на использовании технологий мультиагентных систем, нечетких систем и распределенных базах знаний.

СТРУКТУРА ИСКНДС

В зависимости от размера объектов ИСКНДС может состоять от нескольких десятков до сотен узлов, оснащенных датчиками вибрации (акселерометрами). Использование беспроводных приемопередатчиков и автономных источников питания исключает проблемы, связанные с прокладкой кабеля для передачи данных или питания к датчикам, распределенных по мосту.

В отличие от известных систем мониторинга [1, 2, 3] ИСКНДС обладает рядом особенностей:

• 1. Агрегация данных сенсоров на основе метамоделей.
• 2. Возможность накапливать данные мониторинга при потере связи с координатором сети.
• 3. Распределенные базы знаний и системы приобретения знаний.

Сенсорная сеть состоит из десятков — сотен беспроводных узлов, оснащенных трехосевыми датчиками вибрации. В основе архитектуры сети лежит трехуровневая иерархия узлов и связанная с ней система мобильных агентов (см. рис. 1).

Мобильные интеллектуальные агенты в условиях беспроводных сенсорных сетей могут динамически адаптироваться к меняющейся информационной среде, работают автономно, в случае обрыва связи с координатором сети, а при восстановлении соединения передавать ему всю накопленную информацию.

Эти и многие другие достоинства систем мобильных агентов представляют их в качестве весьма эффективного инструмента при формировании распределенных баз знаний интеллектуальной мониторинговой системы.

На первом уровне иерархии располагаются сенсорные узлы БСС, основная задача которых заключается в сборе локальной информации о контролируемом процессе в зоне размещения агента. Кроме того, они способны выполнять следующие функции:

Рис. 1 Структура ИСКНДС

• 1. Передавать собранные данные без изменений узлам второго уровня иерархии для анализа и обучения метамоделей.
• 2. Собирать данные о собственных доступных ресурсах и, при необходимости, направлять их узлам второго уровня (агент самодиагностики).
• 3. При потере связи с координатором сети, в порядке приоритета, самостоятельно брать на себя функции временного координатора и создавать сеть, способную накапливать данные мониторинга.
• 4. При существующем запросе из центра мониторинга отслеживать интересующие события и сигнализировать об их появлении (агент слежения).
• 5. Принимать метаданные от узлов второго уровня иерархии (мобильный агент метаобучения).

Второй уровень иерархии представлен координатором сети. В его структуру входят шестнадцать приемопередатчиков, способных работать в одном из шестнадцати частотных каналов открытого ISM диапазона, регламентированных стандартом IEEE 802.15.4/ZigBee. Каждый приемопередатчик является координатором субсети, состоящей из двенадцати сенсорных узлов. В основе каждого координатора лежит агент управления.

В функции агента управления входят:

• 1. Поддержание работы субсети.
• 2. Создание метамоделей на основе данных собранных с датчиков и отправку их на сенсорные узлы при соответствующем запросе из центра мониторинга.
• 3. При отсутствии собственной субсети, в порядке приоритета, замена вышедшего из строя координатора.
• 4. Изменение приоритетов сенсорных узлов в зависимости от доступных им внутренних ресурсов. Это предотвращает появление ситуаций, в которых при потере связи координатора с субсетью функции временного управления на себя возьмет узел с недостаточными внутренними ресурсами.
• 5. Активизировать агентов слежения сенсорных узлов по условию, поступившему из центра мониторинга.

Агенты самого верхнего уровня решают задачи, связанные с непосредственным принятием диагностических решений.