Ζλεκηπονικό ύζηημα Δλέγσος Ποιόηηηαρ Λεπού. Σηλεμεηάδοζη και Απεικόνιζη Αποηελεζμάηυν ζε Γπαθικό Πεπιβάλλον

Transcript

1

2 Απιζηοηέλειο Πανεπιζηήμιο Θεζζαλονίκηρ Πολςηεσνική σολή Σμήμα Ζλεκηπολόγυν Κησανικών & Κησανικών Τπολογιζηών Γιπλυμαηική Δπγαζία Ζλεκηπονικό ύζηημα Δλέγσος Ποιόηηηαρ Λεπού Σηλεμεηάδοζη και Απεικόνιζη Αποηελεζμάηυν ζε Γπαθικό Πεπιβάλλον Γπογκούλαρ Ηυάννηρ ΑΔΚ: 5723 Φαλιάκηρ Άπηρ-Κισάληρ ΑΔΚ: 5902 Δπιβλέπυν Θαθηγηηήρ: Πέηπος Ιοςκάρ Θεζζαλονίκη, Οκηώβπιορ

3 Πίνακαρ πεπιεσομένυν Δηζαγσγή Wireless Sensor Networks (WSN) Γεληθά Ξιενλεθηήκαηα ησλ WSN Δθαξκνγέο ησλ Αζπξκάησλ Γηθηχσλ Αηζζεηήξσλ. (WSN) Ρερληθέο πξνθιήζεηο θαη απαηηήζεηο ζρεδηαζκνχ ησλ WSN Αλάιπζε Γνκηθψλ ζηνηρείσλ Θφκβνπ πνζχζηεκα Αίζζεζεο πνζχζηεκα Δπεμεξγαζίαο πνζχζηεκα Δπηθνηλσλίαο Κεηάδνζεο Γεδνκέλσλ πνζχζηεκα Ξαξνρήο Δλέξγεηαο Ρερληθέο & Ξξσηφθνιια επηθνηλσλίαο ζηα WSN Δηζαγσγή Αζχξκαηε Ξηζηφηεηα (WIRELESS FIDELITY) Zigbee Νηθνγέλεηα πξνηχπσλ Ξξσηφθνιιν Zigbee Πχγθξηζε πξσηνθφιισλ Δπηινγή GSM GSM GPRS GSM Γεληθά γηα ην GSM Αξρηηεθηνληθή ηνπ GSM GPRS (General Package Radio Service) Γεληθά γηα ην GPRS Αξρηηεθηνληθή δηθηχνπ GPRS GPRS Attach Procedure Ρα πξσηφθνιια ηνπ GPRS Ξεξηγξαθή ηεο Δθαξκνγήο Γεληθά Ιεηηνπξγία Κεηξεηηθνχ Νξγάλνπ Σισξίνπ

4 4.3 Ιεηηνπξγία Ξιαθέηαο AVR-GSM Απεηθφληζε ησλ δεδνκέλσλ Hardware AVR-GSM Development Board MCU AVR ATmega SIM300DΕ GSM/GPRS Module FTDI FT232RL Module AVR-JTAG Connector AVR-JTAG-USB cable Software AT Commands Γεληθά Πχληαμε AT εληνιψλ Δλδεηθηηθά παξαδείγκαηα AT εληνιψλ GPRS ιεηηνπξγία ΡCP/IP παθέηα Ξξνγξακκαηηζκφο Κηθξνειεγθηή AVR ΑΡMega Γεληθά Αξρηθνπνίεζε κεηαβιεηψλ Initialization USART- Character functions Getchar putchar Timer AutoIt v3 (Automation and Scripting Language) Γεληθά Δπηζθφπεζε AutoIt V ινπνίεζε script server.au ινπνίεζε GUI (Graphical User Interface) Γεληθά Ξξνγξακκαηηζκφο ηεο εθαξκνγήο GUI Ξαξαηεξήζεηο θαη Ππκπεξάζκαηα Βηβιηνγξαθία Ξεγέο

5 Διζαγυγή Ρν ριψξην, είηε ππφ κνξθή αεξίνπ, είηε ππφ κνξθή ππνρισξησδψλ αιάησλ, απφ ην κηζφ ηνπ πεξαζκέλνπ αηψλα, πξνζηίζεηαη ζην πφζηκν λεξφ κε ζθνπφ ηελ απνιχκαλζε ηνπ θαη ηελ πξνζηαζία ηνπ θαηαλαισηή απφ παζνγφλνπο κηθξννξγαληζκνχο πνπ είλαη πηζαλφ λα βξίζθνληαη ζην λεξφ. Έλα κέξνο ηεο πξνζηηζέκελεο πνζφηεηαο ρισξίνπ ζην λεξφ, αληηδξά κε δηάθνξα ζπζηαηηθά ηνπ λεξνχ θαη δεζκεχεηαη, ελψ ην ππφινηπν παξακέλεη ζην λεξφ σο ππνιεηκκαηηθή πνζφηεηα. Ρν ππνιεηκκαηηθφ ριψξην απνηειεί κηα κηθξή δηθιείδα πξνζηαζίαο ηνπ λεξνχ απφ πηζαλέο επηκνιχλζεηο, ζε πεξίπησζε εηζρψξεζεο κνιπζκαηηθψλ παξαγφλησλ ζε θάπνην ζεκείν ηνπ δηθηχνπ χδξεπζεο κεηά ην ζεκείν εθαξκνγήο ηεο απνιχκαλζεο. Απφ ηελ άιιε κεξηά φκσο, ην ριψξην είλαη έλα ηνμηθφ ζηνηρείν πνπ ζε κεγάιεο δφζεηο θαη ρξφληα έθζεζε ησλ νξγαληζκψλ ζε απηφ κπνξεί λα δεκηνπξγήζεη πξνβιήκαηα ζηελ αλζξψπηλε πγεία. Πχκθσλα κε ηηο ζπζηάζεηο ησλ Γηεζλψλ Νξγαληζκψλ, ην ππνιεηκκαηηθφ ριψξην ζην πφζηκν λεξφ δελ ζα πξέπεη λα ππεξβαίλεη ηα 0,5 mg/l ζηελ αξρή ηνπ δηθηχνπ θαη λα θπκαίλεηαη απφ 0,2 σο 0,3 mg/l ζηα πιένλ απνκαθξπζκέλα ζεκεία ηνπ δηθηχνπ. Έηζη ε ρξήζε ηνπ ρισξίνπ σο απνιπκαληηθνχ ηνπ πφζηκνπ λεξνχ πξέπεη λα δηέπεηαη απφ απζηεξά θξηηήξηα θαη λα γίλεηαη κε επηζηεκνληθά θαη ηερλνινγηθά ελδεδεηγκέλν ηξφπν, κε ζπλερή παξαθνινχζεζε. Όπσο ζπκπεξαίλνπκε ινηπφλ, φια ηα παξαπάλσ θαζηζηνχλ ηδηαίηεξα ρξήζηκν έλα ζχζηεκα απνκαθξπζκέλεο επίβιεςεο θαη παξαθνινχζεζεο ησλ ηηκψλ θχκαλζεο ηνπ ππνιεηκκαηηθνχ ρισξίνπ ζην δίθηπν πφζηκνπ λεξνχ. Ζ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία αθνξά ηελ αλάπηπμε ελφο ζπζηήκαηνο πνπ δέρεηαη σο είζνδν ηελ κέηξεζε ηνπ ππνιεηκκαηηθνχ ρισξίνπ (κε ρξήζε θαηάιιεινπ αηζζεηήξα), ηελ επεμεξγάδεηαη κεξηθψο θαη έπεηηα κε ρξήζε ηεο ηερλνινγίαο GSM/GPRS ηε ζηέιλεη αζχξκαηα ζε έλαλ απνκαθξπζκέλν δηαθνκηζηή (server). Έηζη, νη κεηξήζεηο απηέο είλαη δηαζέζηκεο ζε (ζρεδφλ) πξαγκαηηθφ ρξφλν ελψ παξάιιεια παξνπζηάδνληαη κέζσ ελφο θηιηθνχ (γηα ην ρξήζηε) γξαθηθνχ πεξηβάιινληνο. Κε απιά ιφγηα ην ζχζηεκα πνπ αλαπηχρζεθε καο δίλεη ηε δπλαηφηεηα λα γλσξίδνπκε θάζε ρξνληθή ζηηγκή ην επίπεδν ηνπ ππνιεηκκαηηθνχ ρισξίνπ ζε νπνηνδήπνηε ζεκείν ηνπ δηθηχνπ πφζηκνπ λεξνχ ηεο πφιεο. Πηελ γξαπηή αλαθνξά πνπ αθνινπζεί αλαιχνπκε ηηο γεληθέο αξρέο θαη ραξαθηεξηζηηθά πνπ δηέπνπλ παξφκνηα ζπζηήκαηα. Πηε ζπλέρεηα δίλνληαη ιεπηνκέξεηεο ζρεηηθά κε ηελ εθαξκνγή πνπ αλαπηχρζεθε. Ξην αλαιπηηθά: Πην Θεθάιαην 1, γίλεηαη κηα παξνπζίαζε γεληθά ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ αηζζεηήξσλ. Αλαιχνληαη ηα πιενλεθηήκαηα ηνπο, νη εθαξκνγέο πνπ ηα ζπλαληάκε αιιά θαη ηα ζηνηρεία πνπ αθνξνχλ ηνλ νξζφ ζρεδηαζκφ ηνπο κε βάζε ηνπο παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπο. 4

6 Πην Θεθάιαην 2, γίλεηαη κηα παξνπζίαζε ησλ ηερληθψλ θαη πξσηνθφιισλ επηθνηλσλίαο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ θαη γίλεηαη κηα ζχληνκε πεξηγξαθή ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπο. Πην Θεθάιαην 3, γίλεηαη κηα πην ιεπηνκεξήο αλάιπζε ηνπ GSM θαη GPRS, δειαδή ηεο κεζφδνπ επηθνηλσλίαο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζηε δηθή καο εθαξκνγή. Ξαξνπζηάδεηαη ε αξρηηεθηνληθή ηνπο φπσο επίζεο θαη ηα επηκέξνπο πξσηφθνιια πνπ ρξεζηκνπνηνχλ. Πην Θεθάιαην 4, πεξηγξάθεηαη ζε γεληθέο γξακκέο ζπλνιηθά ε εθαξκνγή πνπ αλαπηχρζεθε. Ξεξηγξάθνληαη ηα ηξία βαζηθά κέξε ηεο θαη ε ιεηηνπξγία πνπ επηηειεί ην θαζέλα. Πην Θεθάιαην 5, παξνπζηάδεηαη ην ιηθφ (Hardware) πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ αλάπηπμε ηεο εθαξκνγήο. Αλαιχνληαη ηα επηκέξνπο κέξε πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ θαζψο ηα εξγαιεία πνπ βνήζεζαλ ζε φιε ηελ πινπνίεζε. Πην Θεθάιαην 6, παξνπζηάδεηαη ζε γεληθέο γξακκέο ν πξνγξακκαηηζκφο ζε θάζε ζεκείν ηεο εθαξκνγήο. Γίλεηαη αλαθνξά ζηηο εληνιέο πνπ ειέγρνπλ ηελ επηθνηλσλία GPRS, ζην πξνγξακκαηηζκφ ηνπ κηθξνειεγθηή ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ζηελ αλάπηπμε ησλ scripts γηα ηελ πινπνίεζε tcp server. Δπίζεο, γίλεηαη ιφγνο γηα ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν πινπνηήζεθε ην γξαθηθφ πεξηβάιινλ δηεπαθήο (GUI) θαη γίλεηαη κηα παξνπζίαζε ηνπ ηξφπνπ ιεηηνπξγίαο ηνπ. Πην ηέινο γίλεηαη κηα επηζθφπεζε κε ηα πξνβιήκαηα, ηα ζπκπεξάζκαηα θαη ηα πεξηζψξηα βειηίσζεο ηεο εθαξκνγήο. 5

7 1 Wireless Sensor Networks (WSN) 1.1 Γενικά Πηελ επνρή καο ε ξαγδαία αλάπηπμε ησλ κηθξνειεθηξνκεραληθψλ ζπζηεκάησλ θαη ηεο αχμεζεο ηαρχηεηαο ηεο επηθνηλσλίαο κεηαμχ ειεθηξνληθψλ ζπζηεκάησλ είηε ελζχξκαηα είηε αζχξκαηα έρεη νδεγήζεη ζηελ αλάπηπμε ρακεινχ θφζηνπο θαη ρακειήο ηζρχνο κηθξναηζζεηήξσλ (microsensors), πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα δεκηνπξγία δηθηχσλ θαη ζπζηεκάησλ πνπ απηνκαηνπνηνχλ ή ειέγρνπλ κηα δηαδηθαζία. Νη αηζζεηήξεο απηνί είλαη ηθαλνί λα πξαγκαηνπνηνχλ κεηξήζεηο θαη λα ζπιιέγνπλ πνηθηιία δεδνκέλσλ πνπ αθνξνχλ ην πεξηβάιινλ γχξσ ηνπο φπσο ζεξκνθξαζία, πίεζε, θίλεζε αληηθεηκέλνπ, δηάθνξα κεγέζε ζηνηρείσλ ηνπ αέξα θαη ηνπ λεξνχ, λα ηα επεμεξγάδνληαη θαη ζηε ζπλέρεηα κεηά απφ θάπνηα πηζαλή επεμεξγαζία ησλ πξσηνγελψλ απηψλ κεγεζψλ, λα πεξηγξάθνπλ ηελ πιήξε ζπκπεξηθνξά ηνπ πεξηβάιινληνο σο πξνο ηηο δηάθνξεο παξακέηξνπο πνπ ηελ επεξεάδνπλ. [1] Έλα WSN απνηειείηαη απφ εθαηνληάδεο έσο θαη ρηιηάδεο ηέηνηνπο θφκβνπο πνπ ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο κε έλα αζχξκαην κέζν. Θάζε θφκβνο αηζζεηήξσλ ζπιιέγεη δεδνκέλα ηα νπνία ζηε ζπλέρεηα δξνκνινγνχληαη κέζσ κηαο άκεζεο ή έκκεζεο επηθνηλσλίαο ζηε βάζε, ε νπνία επηθνηλσλεί κε ηνλ ηειηθφ ρξήζηε κέζσ ηνπ Γηαδηθηχνπ ή άιινπ δηθηχνπ. Ρν παξαθάησ ζρήκα πεξηγξάθεη έλα ηέηνην δίθηπν αηζζεηήξσλ. Δικόνα Ένα αζύπμαηο δίκηςο αιζθηηήπυν (Wireless Sensor Network) 6

8 1.2 Πλεονεκηήμαηα ηυν WSN Ρα αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ εκθαλίδνπλ πιήζνο πιενλεθηεκάησλ. Γη απηφ άιισζηε ρξεζηκνπνηνχληαη θαη ζε κεγάιν βαζκφ. Ξαξαθάησ αλαθέξνληαη κεξηθά απφ απηά ηα πιενλεθηήκαηα: [2] Απνηεινχληαη απφ κεγάιν αξηζκφ απηφλνκσλ θφκβσλ αηζζεηήξσλ πνπ δελ απαηηνχλ επίβιεςε απφ άλζξσπν, νη νπνίνη επηθνηλσλψληαο θαη αληαιιάζνληαο πιεξνθνξίεο κεηαμχ ηνπο απμάλνπλ ηελ θάιπςε ηνπ δηθηχνπ πνπ δεκηνπξγνχλ. Δπηπξφζζεηα ε δεκηνπξγία ελφο δηθηχνπ αζχξκαηνπ θφκβνπ αηζζεηήξσλ γίλεηαη πνιχ πην εχθνιε ζε κέξε φπνπ ε εγθαηάζηαζε, ε ζπληήξεζε θαη ν έιεγρνο εμνπιηζκνχ ελζχξκαησλ δηθηχσλ είλαη απφ δχζθνιε έσο αθαηφξζσηε ( παξαδείγκαηνο ράξε αζχξκαην δίθηπν ππξαλίρλεπζεο ). Ρα αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ έρνπλ κεγάιε αλνρή ζε ζθάικαηα, γεγνλφο πνπ νθείιεηαη ζηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν είλαη παξαηαγκέλνη νη αζχξκαηνη θφκβνη ζηνλ εμεηαδφκελν ρψξν. Γειαδή ε κεγάιε ππθλφηεηα ηνπο θαη ε ζσζηή δηαζπνξά ηνπο ζηνλ ρψξν κπνξεί λα καο δψζεη έλα πιεφλαζκα πιεξνθνξίαο πνπ ζε πεξίπησζε αζηνρίαο θάπνηνπ θφκβνπ, λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ αλάθηεζε ηεο ρακέλεο πιεξνθνξίαο. Πε αληίζηνηρε αζηνρία θφκβνπ ζε ελζχξκαην δίθηπν κπνξεί λα πξνθαιέζεη απψιεηα δεδνκέλσλ θαη κε ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ δηθηχνπ. Ιφγσ ηνπ κεγάινπ πιήζνπο ησλ θφκβσλ ζε έλα δίθηπν αηζζεηήξσλ κπνξνχκε λα έρνπκε ηνλ πιενλαζκφ πιεξνθνξίαο πνπ αλαθέξζεθε παξαπάλσ θαη λα ζπκπεξάλνπκε φηη ζηα αζχξκαηα δίθηπα αηζζεηήξσλ παξέρεηαη κεγάιε αθξίβεηα. Έρνπλ πνιχ ρακειφ θφζηνο ζπγθξηηηθά κε ηελ εγθαηάζηαζε θαη ζπληήξεζε ελζχξκαηνπ δηθηχνπ αηζζεηήξσλ γηα ηνλ ίδην ζθνπφ. 1.3 Δθαπμογέρ ηυν Αζςπμάηυν Γικηύυν Αιζθηηήπυν. (WSN) Ρα WSN ιφγσ ησλ πιενλεθηεκάησλ πνπ πξνζθέξνπλ, ηεο δπλαηφηεηαο ηνπο λα ζπιιέγνπλ πιεξνθνξίεο απφ ην πεξηβάιινλ θαη δεδνκέλα απφ έλα ηεξάζηην θάζκα θπζηθψλ κεγεζψλ αθφκε θαη ζε δχζθνιεο θαη αληίμνεο ζπλζήθεο, αιιά θαη ηεο κεγάιεο αμηνπηζηίαο, επειημίαο θαη επθνιίαο επέθηαζεο ηνπο, κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ γηα ηνλ έιεγρν ή θαη ηνλ απηνκαηηζκφ πνιιψλ δηαδηθαζηψλ. Έηζη ηα WSN βξίζθνπλ πάξα πνιιέο εθαξκνγέο ζρεδφλ ζε φινπο ηνπο ηνκείο ηεο βηνκεραλίαο αιιά θαη ηεο επηζηήκεο. Γηάθνξα παξαδείγκαηα εθαξκνγψλ ηνπο αλαθέξνληαη παξαθάησ. [3] 7

9 Πεπιβαλλονηικόρ Έλεγσορ Σξεζηκνπνηνχληαη αηζζεηήξεο λεξνχ, βξνρήο, μεξαζίαο, ζεξκνθξαζίαο, ηαρχηεηαο αέξα θαη αηζζεηήξεο θαηξνχ γηα ηελ κεηεσξνινγηθή θαη γεσινγηθή έξεπλα. Βιοποικιλόηηηα Ρνπνζεηνχληαη αηζζεηήξεο ζε δηάθνξα δψα γηα ηελ κειέηε ησλ ζπλεζεηψλ ηνπο θαη ησλ θηλήζεσλ ηνπο κε ζθνπφ ηελ θαηαγξαθή θαη κειέηε ηνπο, κέηξεζε δηαθφξσλ κεγεζψλ ηνπ αέξα θαη ηεο ζάιαζζαο. Αθφκε έρνπλ εθαξκνζηεί ζηελ γεσξγία κε ρξήζε ηνπο ζηελ πδξνπνλία θαη αεξνπνλία. Έξςπνα κηίπια και διασείπιζη εγκαηαζηάζευν Δθαξκνγέο WSN ζε θηίξηα γηα ηελ εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο κε βάζε ηηο κεηξήζεηο κεγεζψλ φπσο ε ζεξκνθξαζία θαη ε πγξαζία, ηνλ έιεγρν ζπλζεθψλ θιηκαηηζκνχ, ηελ απηνκαηνπνίεζε δηαδηθαζηψλ φπσο ην πφηηζκα θήπσλ, ηελ αζθάιεηα απφ θινπή αιιά θαη ηνλ έιεγρν δνκηθψλ ζηνηρεηψλ ησλ θηηξίσλ γηα λα εμαθξηβσζεί ε θαηαιιειφηεηα ηνπο. Δθαπμογέρ Ππόνοιαρ καηαζηποθών Έρνπλ ππάξμεη εθαξκνγέο πξφιεςεο θαη αλίρλεπζεο ππξθαγηψλ αιιά θαη εληνπηζκνχ ζέζεο ππξθαγηάο ή εμέηαζε πηζαλψλ δηαξξνψλ ζε πεξηβάιινληα κε ρεκηθά πξντφληα. Άιιεο εθαξκνγέο ζε γέθπξεο ειέγρνπλ θαη ελεκεξψλνπλ ζε πεξίπησζε ζεηζκψλ ηελ θαηάζηαζε ηνπο. Δικόνα Ανίσνεςζη Πςπκαγιάρ 8

10 Ηαηπική Σξήζε δηθηχνπ αηζζεηήξσλ κπνξνχκε λα έρνπκε κέζα θαη έμσ απφ ην λνζνθνκείν. Κέζα ζην λνζνθνκείν, θαηά ηελ κεηά-εγρεηξεηηθή πεξίνδν φπνπ απαηηείηαη εληαηηθφο έιεγρνο. Έμσ απφ ην λνζνθνκείν, κπνξνχκε λα έρνπκε αηζζεηήξεο πνπ ζα κεηξνχλ δηάθνξα ηαηξηθά ζηνηρεία θαη αλ παξαηεξεζεί θάηη κε θπζηνινγηθφ λα θαιείηαη απηφκαηα ην λνζνθνκείν ή ν γηαηξφο. Δθαπμογέρ ανίσνεςζηρ (tracking-localization) Κε ηελ ζσζηή κειέηε θαη εγθαηάζηαζε αηζζεηήξσλ ζε έλα ρψξν κπνξεί λα ειεγρηεί θαη λα πξνζδηνξηζηεί κε αθξίβεηα ε ζέζε θάπνηνπ αληηθείκελνπ ή ε δηαδξνκή ηνπ ζε απηφ ην ρψξν. Ρέηνηεο εθαξκνγέο ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα ζχγρξνλα απηνθίλεηα θαη ζηα ζχγρξνλα ζπζηήκαηα αζθάιεηαο ζε πεξίπησζε πνπ θάπνηνο ζέιεη λα θιέςεη έλα πνιχηηκν έξγν ηέρλεο γηα παξάδεηγκα. Δικόνα Αιζθηηήπερ ζε αςηοκίνηηο για ηην πποειδοποίηζη ηος οδηγού ζε πεπίπηυζη πος κάποιο ανηικείμενο βπίζκεηαι πολύ κονηά ηος 9

11 Δικόνα Γίκηςο αιζθηηήπυν ζε αθληηή με ζκοπό ηην 3d απεικόνιζη ηηρ κίνηζηρ ηος ηπαηιυηικέρ εθαπμογέρ Δθαξκνγέο WSΛ γηα ζηξαηησηηθνχο ζθνπνχο κπνξεί λα είλαη ε παξαθνινχζεζε εμνπιηζκνχ θαη ππξνκαρηθψλ, ε επίβιεςε πεδίνπ κάρεο, αλαγλψξηζε ερζξηθψλ δπλάκεσλ, ζχγρξνλα ζπζηήκαηα αλίρλεπζεο θαη ζηφρεπζεο θαη έιεγρνο βηνινγηθψλ ή ρεκηθψλ απεηιψλ. Δικόνα Αναγνώπιζη εσθπικών δςνάμευν 10

12 Άλλερ εθαπμογέρ Όπσο θαηαιαβαίλνπκε ε ρξήζε WSN κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί ζρεδφλ ζε θάζε ζεκείν ηεο ζχγρξνλεο δσήο ηφζν ζε κηθξήο θιίκαθαο εθαξκνγέο αιιά θαη ζε κεγαιχηεξνπ κεγέζνπο βηνκεραληθή εθαξκνγή. 1.4 Σεσνικέρ πποκλήζειρ και απαιηήζειρ ζσεδιαζμού ηυν WSN Ν ζρεδηαζκφο ελφο δηθηχνπ αζχξκαησλ αηζζεηήξσλ δηέπεηαη απφ πνιινχο παξάγνληεο αλάινγα κε ηνλ ζθνπφ ηεο εθαξκνγήο, πξάγκα πνπ είλαη κείδνλνο ζεκαζίαο γηα ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν ζα πινπνηεζεί ην δίθηπν, απφ ην ηη πξσηφθνιια ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ κέρξη ην ηη αιγφξηζκνη έιεγρνπ ζα πεξηγξάθνπλ ηελ ιεηηνπξγία ηνπ. [4] i. Γιάπκεια Ευήρ (Lifetime) Ν αζχξκαηνο θφκβνο φληαο κηα ειεθηξνληθή ζπζθεπή εμαξηάηαη απφ πεγή ελέξγεηαο πνπ ζπλήζσο είλαη κηα ή πεξηζζφηεξεο κπαηαξίεο. Αθξηβψο επεηδή πνιιέο θνξέο ε εγθαηάζηαζε ησλ θφκβσλ αηζζεηήξσλ γίλεηαη ζε δπζπξφζηηεο πεξηνρέο, ε επαλαθφξηηζε ησλ κπαηαξηψλ είλαη πνιχ δχζθνιε θαη ππέξνγθε απφ πιεπξάο θφζηνπο θαη έηζη θξίλεηαη απαξαίηεην λα αθνινπζεζεί κηα πξνζεθηηθή δηαρείξηζε ελέξγεηαο. Ππλήζσο έλαο θφκβνο ζπλδέεηαη ζην δίθηπν κφλν φηαλ πξέπεη λα ζηείιεη δεδνκέλα θαη ηνλ ππφινηπν ρξφλν βξίζθεηαη ζε ιαλζάλνπζα θαηάζηαζε θαη εμνηθνλνκεί ελέξγεηα. Βέβαηα ε δηάξθεηα δσήο νξίδεηαη αθξηβέζηεξα αλάινγα κε ηελ εθαξκνγή. ii. Αςηοππύθμιζη και Ανοσή ζε θάλμαηα (Self-Configurability) Ρα WSN ζα πξέπεη λα κπνξνχλ λα ξπζκίζνπλ ηελ ιεηηνπξγία ηνπο έηζη ψζηε λα κπνξνχλ λα πξνζαξκνζηνχλ ζε δηάθνξεο κεηαβνιέο ησλ ζπλζεθψλ ηνπ πεξηβάιινληνο ή ζε πεξίπησζε αζηνρίαο θάπνησλ άιισλ θφκβσλ πνπ κπνξεί λα πξνθχςεη. Έηζη ζε πεξίπησζε ελφο ζνξπβψδνπο θαλαιηνχ κεηάδνζεο ε ιεηηνπξγία θαη ε αμηνπηζηία ηνπ ζπζηήκαηνο πξέπεη λα εγγπάηαη ηελ εγθπξφηεηα ησλ απνηειεζκάησλ. iii. σεδιαζμόρ ανάλογα με ηοςρ πεπιοπιζμούρ ςλικού (Simplicity) Νη πεξηνξηζκέλνη πφξνη ελφο θφκβνπ απφ πιεπξάο ελέξγεηαο θαη ππνινγηζηηθήο ηζρχνο ζέηνπλ αλψηαην φξην γηα ηελ πνιππινθφηεηα ηνπ αιγνξίζκνπ ιεηηνπξγίαο ηνπο. 11

13 iv. Ποιόηηηα ςπηπεζίαρ (Quality of Service) Ρα WSN φζνλ αθνξά ηελ πνηφηεηα ηεο παξερφκελεο ππεξεζίαο πξέπεη λα είλαη ηθαλά λα ζηέιλνπλ πιεξνθνξίεο πνπ αληηπξνζσπεχνπλ ηελ αθξηβή θαηάζηαζε ηνπ πεξηβάιινληνο πνπ ειέγρνπλ. Γειαδή ν φξνο πνηφηεηα αλαθέξεηαη ζηελ εγθπξφηεηα ησλ δεδνκέλσλ θαη ζηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν απηή επηηπγράλεηαη. Ππλήζσο ππάξρεη κηα κηθξή θαζπζηέξεζε ζηελ απνζηνιή ησλ δεδνκέλσλ. Ζ ηαρχηεηα δειαδή ζπζηάδεηαη γηα κεγαιχηεξε αμηνπηζηία ηνπ ζπζηήκαηνο έηζη ψζηε λα εμαιείθεηαη ε αλάγθε γηα επαλεθπνκπέο πιεξνθνξίαο. [5] v. σεδιαζμόρ ανάλογα με ηην εθαπμογή(application Specific) Έλα δίθηπν WSN ζρεδηάδεηαη αλάινγα κε ηελ εθαξκνγή θαη ζπλήζσο είλαη δχζθνιν λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα θάπνηα άιιε, έηζη ηα πξσηφθνιια επηθνηλσλίαο θαη νη αιγφξηζκνη ιεηηνπξγίαο πξέπεη λα είλαη ζσζηά δνκεκέλα κε ζθνπφ ηελ ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο. vi. Αζθάλεια Ζ αζθάιεηα ησλ εθπεκπφκελσλ δεδνκέλσλ θαη ε απφθξπςε ηνπο απφ ηξίηνπο κε εμνπζηνδνηεκέλνπο ρξεζηέο ιακβάλεηαη ππφςε θαηά ηνλ ζρεδηαζκφ ηνπ ζπζηήκαηνο κε απνηέιεζκα πνιιέο θνξέο αχμεζε ζηελ θαηαλάισζε ηεο ζπλνιηθήο ηζρχνο θαη ηεο πνιππινθφηεηαο ηνπ ζπζηήκαηνο. Γεληθά ζε έλα WSN είλαη ζρεδφλ αδχλαην θάζε θνξά λα ηεξνχληαη φιεο νη πξναλαθεξζείζεο απαηηήζεηο γηαηί πνιιέο θνξέο νη ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο έξρνληαη ζε ζχγθξνπζε κεηαμχ ηνπο. Έηζη θάζε θνξά θαηά ηελ θξίζε ηνπ ζρεδηαζηή θαη ηνπ πξνγξακκαηηζηή, πξέπεη λα γίλεηαη θαηάιιεινο ζρεδηαζκφο ησλ πξσηνθφιισλ θαη επηινγή ησλ παξακέηξσλ ζρεδίαζεο αλάινγα κε ηελ βαξχηεηα πνπ δίλεηαη ζε θάζε απαίηεζε. 1.5 Ανάλςζη Γομικών ζηοισείυν Θόμβος Πε θάζε θφκβν ελφο WSN ζπλήζσο ελζσκαηψλνληαη νη εμήο ιεηηνπξγίεο: «Αίζζεζε», κε ηελ έλλνηα ιήςεο ηεο πιεξνθνξίαο απφ ην πεξηβάιινλ κε ην αηζζεηήξην, επεμεξγαζία ηνπ ζήκαηνο, πξσηνγελήο επεμεξγαζία δεδνκέλσλ, απνζήθεπζε ηνπο θαη ηέινο αζχξκαηε επηθνηλσλία γηα απνζηνιή ηεο πιεξνθνξίαο. Βεβαίσο φιεο απηέο νη πιεξνθνξίεο ππνζηεξίδνληαη απφ κηα πεγή ελέξγεηαο. Πρεκαηηθά ε δνκή ελφο θφκβνπ θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα: 12

14 ` Δικόνα Γομή ενόρ κόμβος αιζθηηήπυν Δηδηθφηεξα έρνπκε ηα παξαθάησ ππνζπζηήκαηα [6]: Τποζύζηημα Αίζθηζηρ Ρν ζχζηεκα απηφ ηνπ θφκβνπ απνηειείηαη απφ δχν ππνελφηεηεο, ηνπο αηζζεηήξεο θαη ηνπο κεηαηξνπείο αλαινγηθνχ ζήκαηνο ζε ςεθηαθφ. Ππγθεθξηκέλα νη αηζζεηήξεο αλαιακβάλνπλ ηελ ιήςε ηεο πιεξνθνξίαο κεηξψληαο θάπνην θπζηθφ κέγεζνο απφ ην πεξηβάιινλ ηνπο κε ειεθηξηθνχο, κεραλνινγηθνχο ή ρεκηθνχο ηξφπνπο θαη αθφηνπ απηή ε πιεξνθνξία κεηαηξαπεί ζε ειεθηξηθή κνξθή ζηέιλεηαη ζηελ άιιε ππνελφηεηα ηνπ ππνζπζηήκαηνο αίζζεζεο, ηνλ κεηαηξνπέα A/D. Ν ADC δεηγκαηνιεπηεί ην ειεθηξηθφ ζήκα κεηαηξέπνληαο ην ζε ςεθηαθφ ψζηε λα ζηείιεη ηελ πιεξνθνξία ζην επφκελν ππνζχζηεκα ηνπ θφκβνπ γηα πεξεηαίξσ επεμεξγαζία Τποζύζηημα Δπεξεπγαζίαρ Ρν ππνζχζηεκα απηφ δηαδξακαηίδεη ίζσο ηνλ πην ζεκαληηθφ ξφιν ζε φιε ηελ δνκή ηνπ θφκβνπ. Απνηειείηαη απφ ην θνκκάηη ηεο κλήκεο ζην νπνίν απνζεθεχνληαη νη ηηκέο ησλ δεδνκέλσλ ηνπιάρηζηνλ κέρξη λα ηξνπνπνηεζνχλ θαη ζηαινχλ αιιά θαη απφ ηηο απαξαίηεηεο πιεξνθνξίεο πνπ ρξεηάδνληαη πξνθείκελνπ λα εθηειεζηνχλ ζσζηά νη ππνινγηζκνί θαη λα πξαγκαηνπνηεζεί ε επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ απφ ηνλ επεμεξγαζηή. 13

15 Ν κηθξνεπεμεξγαζηήο ή κηθξνειεγθηήο αλαιακβάλεη φινπο ηνπο ππνινγηζκνχο, εμαζθαιίδεη ηελ ζπλεξγαζία κε ηνπο άιινπο αηζζεηήξεο ή θαη θφκβνπο, πξνεηνηκάδεη ηα δεδνκέλα γηα απνζηνιή ηνπο θαη ζπληνλίδεη φιε ηελ ιεηηνπξγία ηνπ θφκβνπ. ινπνηνχληαη ζπλήζσο απφ νηθνγέλεηεο κηθξνεπεμεξγαζηψλ πνπ ππάξρνπλ ζηελ αγνξά (π.ρ. ATMEL, PIC, Texas Instruments). Ζ επηινγή ηνπ κηθξνειεγθηή ζηεξίδεηαη επηπιένλ ζε παξάγνληεο φπσο ε θαηαλάισζε ελέξγεηαο, νη απαηηήζεηο ζε ηάζε ιεηηνπξγίαο, ην θφζηνο, ε ππνζηήξημε πεξηθεξεηαθψλ, ν ρξφλνο αθχπληζεο θαη ε ηαρχηεηα ηνπ Τποζύζηημα Δπικοινυνίαρ Κεηάδοζηρ Γεδομένυν Ξξφθεηηαη γηα έλα πνιχ ζεκαληηθφ ππνζχζηεκα γηαηί είλαη ζηελ νπζία απηφ πνπ ζπλδέεη ηνλ θφκβν κε ηνπο ππφινηπνπο θφκβνπο ηνπ δηθηχνπ κέζσ ηεο απνζηνιήο θαη ιήςεο δεδνκέλσλ. Ππλήζσο απνηειεί ην πην ελεξγνβφξν θνκκάηη ηνπ θφκβνπ παίδνληαο έηζη πνιχ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ απφδνζε ηνπ θφκβνπ θαη γεληθά ζηελ αμηνπηζηία ηνπ δηθηχνπ. ινπνηείηαη κε δηάθνξνπο ηχπνπο θπθισκάησλ επηθνηλσλίαο φπσο ηα θπθιψκαηα ξαδηνθπκάησλ (RF modules), ηα Bluetooth, ηα ππέξπζξα (infrared) θαη βαζίδεηαη ζε αλάινγα πξσηφθνιια. Δπίζεο ππάξρνπλ θαη πην λέεο ηερλνινγίεο πνπ αλαιακβάλνπλ ηελ αζχξκαηε επηθνηλσλία βαζηζκέλε ζε πξσηφθνιια φπσο ην wifη, ην zigbee, ηα WLAN θαη ηα 4εο γεληάο ad hoc δίθηπα αλάινγα κε ηηο απαηηήζεηο ηεο εθαξκνγήο. Πε πνιιά απφ απηά ηα πξσηφθνιια ρξεζηκνπνηνχληαη θεξαίεο κε ηελ ιεηηνπξγηά πνκπνχ ή δέθηε θαη είλαη πξνηηκφηεξε ε εκηακθίδξνκε επηθνηλσλία γηαηί ε ηαπηφρξνλε επηθνηλσλία κπνξεί λα πξνθαιέζεη απψιεηα δεδνκέλσλ. [7] Νη πνκπνδέθηεο ινηπφλ απηνί βξίζθνληαη θπξίσο κεηαμχ ησλ ηεζζάξσλ παξαθάησ θαηαζηάζεσλ. 1. Θαηάζηαζη Δκπομπήρ (Transmit mode) Πε απηήλ ηελ θαηάζηαζε ε θεξαία είλαη ελεξγή θαη απνζηέιινληαη δεδνκέλα απφ ηνλ έλα θφκβν ζε θάπνηνλ άιιν ή ζε θεληξηθφ server. 2. Θαηάζηαζη Ιήτηρ (Receive mode) Δδψ φπσο είλαη θαηαλνεηφ, δεδνκέλα ή παθέηα δεδνκέλσλ ιακβάλνληαη απφ ηελ δηάηαμε κε ζθνπφ ηελ πξνψζεζε ηνπο ζηνλ επεμεξγαζηή γηα πεξαηηέξσ αλάιπζε. 3. Θαηάζηαζη Ύπνος (Sleep mode) Πε απηή ηελ θαηάζηαζε ν θφκβνο είλαη αλελεξγφο, έρεη ήδε επηηειέζεη ηελ ιεηηνπξγία ηνπ θαη εμνηθνλνκεί ελέξγεηα. Ξξφθεηηαη γηα πνιχ ζεκαληηθή ιεηηνπξγία, θαζψο αλ παξέκελε ζε θαηάζηαζε ζηελ νπνία θαηαλαιψλεη 14

16 ελέξγεηα ρσξίο λα έρεη ζθνπφ γηα ηελ εθαξκνγή ηνπ δηθηχνπ, ζα ππήξρε πξφβιεκα ζηελ απφδνζε ηνπ θφκβνπ. Έηζη ινηπφλ ε ζσζηή ζρεδίαζε ηνπ θφκβνπ θαη ηνπ αιγνξίζκνπ ιεηηνπξγίαο ηνπ θξίλεηαη απαξαίηεηε γηα ηε ζσζηή δηαρείξηζε ηεο ελέξγεηαο πνπ θαηαλαιψλεη ν θφκβνο. 4. Άεπγη Θαηάζηαζη (Idle mode) Ξξφθεηηαη γηα ηελ θαηάζηαζε ζηελ νπνία ν πνκπνδέθηεο είλαη έηνηκνο θαη πεξηκέλεη λα δερζεί δεδνκέλα. Έηζη θάπνηα κέξε ηνπ θπθιψκαηνο κπνξεί λα είλαη ελεξγά θαη θάπνηα άιια αλελεξγά Τποζύζηημα Παποσήρ Δνέπγειαρ Ρν ππνζχζηεκα απηφ απνηειεί ην θπξίαξρν δήηεκα ζηα δίθηπα αζχξκαησλ αηζζεηήξσλ. Γεδνκέλνπ φηη δελ ππάξρεη πάληα κφληκε παξνρή ελέξγεηαο ζηνπο θφκβνπο, ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο κπαηαξίεο, επαλαθνξηηδφκελεο ή κε. Πε πεξίπησζε πνπ νη κπαηαξίεο επαλαθνξηίδνληαη κπνξεί λα ππάξμεη ιχζε ζην πξφβιεκα ηεο ελέξγεηαο ησλ θφκβσλ αλ νη κπαηαξηέο ζπλδπαζηνχλ κε θάπνην ζχζηεκα ειηαθήο θπςέιεο. Θάπνηεο θνξέο βέβαηα θάηη ηέηνην δελ είλαη δπλαηφ. Ξαξάιιεια, ζχγρξνλεο έξεπλεο έρνπλ απνδείμεη ηελ δπλαηφηεηα παξαγσγήο ελέξγεηαο απφ ηηο ξίδεο ησλ θπηψλ ή ηελ θίλεζε ησλ δψσλ απμάλνληαο φκσο ην ζπλνιηθφ θφζηνο ηνπ θφκβνπ. Νπφηε θαη πάιη ρξεηάδεηαη πξνζνρή απφ ηελ κεξηά ηνπ ζρεδηαζηή γηα λα εμνηθνλνκεζεί ελέξγεηα θαη λα επηιεγνχλ νη θαηάιιεινη ηχπνη ηξνθνδνζίαο ησλ θπθισκάησλ ηνπ θφκβνπ. Δικόνα Κπαηαπία Ιιθίος 3 V 15

17 Δικόνα 1.8 Γιάθοποι ηύποι μπαηαπιών πος σπηζιμοποιούνηαι ζε WSN 16

18 2 Σεσνικέρ & Ππυηόκολλα επικοινυνίαρ ζηα WSN 2.1 Διζαγυγή Πηα WSN ε δηθηχσζε θαη ε ζσζηή επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ θφκβσλ δηαδξακαηίδνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ εχξσζηε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο. Έηζη ινηπφλ θαηά ηνλ ζρεδηαζκφ ηεο εθάζηνηε εθαξκνγήο ελφο δηθηχνπ αηζζεηήξσλ, ζα πξέπεη λα κειεηεζνχλ ζρνιαζηηθά νη απαηηήζεηο ζε δηθηχσζε, ε απφζηαζε ζηελ νπνία ζα πξέπεη λα κεηαθεξζνχλ ηα δεδνκέλα, θαζψο θαη νη πεξηνξηζκνί θαη δπλαηφηεηεο πνπ καο ζέηεη ην πεξηβάιινλ ηεο εθαξκνγήο. Ν ζσζηφο ζρεδηαζκφο ηνπ ζπζηήκαηνο αιιά θαη ε πινπνίεζε ησλ ζπζηεκάησλ επηθνηλσλίαο ζα πξέπεη λα πξαγκαηνπνηεζεί κε βάζε ηελ θαηαλάισζε ηζρχνο ησλ θφκβσλ. Έηζη, αλάινγα κε ηελ εθαξκνγή, ελδερφκελε θηλεηηθφηεηα ησλ θφκβσλ ζα πξέπεη λα πξνβιεθζεί ψζηε λα πηνζεηεζνχλ αλάινγεο κέζνδνη επηθνηλσλίαο. πάξρνπλ πνιιά πξσηφθνιια επηθνηλσλίαο πνπ πινπνηνχλ ηα αζχξκαηα δίθηπα. πάξρνπλ αξθεηέο δηαθνξέο κεηαμχ ησλ πξσηνθφιισλ θαη έηζη ν ζρεδηαζκφο ελφο WSN πξνυπνζέηεη ηελ ζσζηή επηινγή πξσηνθφιινπ αλάινγα κε ηηο αλάγθεο ηεο εθαξκνγήο. Ππλήζσο ρξεζηκνπνηνχληαη ηερλνινγίεο φπσο δηάθνξα WLAN δίθηπα, 4 εο γεληάο ad-hoc δίθηπα, ηειεθσληθά δίθηπα βαζηζκέλα ζην ISM (Industrial scientific and medical) θαη ζην GSM (Global System for Mobile Communications) πξσηφθνιιν ή αθφκε θαη πην ζχγρξνλα πξσηφθνιια φπσο ηα ηειεθσληθά δίθηπα βαζηζκέλα ζην ISM θαη ζην GSM πξσηφθνιιν. Ξαξαθάησ ζα αλαιπζνχλ θάπνηα πξσηφθνιια αζχξκαηεο επηθνηλσλίαο θαη ζην ηέινο ζα γίλεη αλαθνξά ζηελ επηινγή ηνπ πξσηνθφιινπ γηα ηε δηθή καο εθαξκνγή. 2.2 Αζύπμαηη Πιζηόηηηα (WIRELESS FIDELITY) Ρν πξσηφθνιιν αζχξκαηεο πηζηφηεηαο, γλσζηφ ζαλ Wi-Fi είλαη απηφ πνπ έρεη επηθξαηήζεη θαη πινπνηεί ηα πςειήο ζπρλφηεηαο αζχξκαηα δίθηπα WLAN. Απνηειεί αζχξκαην ηξφπν δηαζχλδεζεο ειεθηξνληθψλ ζπζθεπψλ, αιιά παξέρεη θαη ηελ δπλαηφηεηα δηαζχλδεζεο ζην internet. Ρα αζχξκαηα ηνπηθά δίθηπα (WLANs) αθνινπζνχλ ηελ νηθνγέλεηα πξνηχπσλ πνπ αλαπηχρηεθαλ απφ ηελ Wi-Fi Alliance θαη αλαγλσξίδνληαη απφ ηελ IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Δικόνα 2.1 Ιογόηςπο Wi-Fi 17

19 Ξαξαθάησ παξνπζηάδνληαη ιίγν πην αλαιπηηθά ηα δνκηθά ζπζηαηηθά θαη ν ηξφπνο ιεηηνπξγίαο ησλ δηθηχσλ ηεο νηθνγέλεηαο [8] ημείο ππόζβαζηρ (Access Point AP) Ρν AP επηηειεί ιεηηνπξγία ζηαζκνχ βάζεο θαη είλαη ε κνλάδα ε νπνία πξαγκαηνπνηεί ηελ δηαζχλδεζε ηνπ αζχξκαηνπ κε ην ελζχξκαην δίθηπν γηα ηελ παξνρή internet. Πε αξθεηέο πεξηπηψζεηο απζεληηθνπνηεί λένπο ρξήζηεο θαη αλαιακβάλεη ηελ δξνκνιφγεζε πιεξνθνξίαο απφ έλαλ αζχξκαην ζηαζκφ ζε θάπνην άιιν. ινπνηείηαη κε δξνκνινγεηέο (Router) ή κε ρξήζε θάπνηαο PCI ή PCMCIA θάξηαο ππνινγηζηή. ύζηημα διανομήρ Ρν ζχζηεκα δηαλνκήο δηαζχλδεεη ηα δηάθνξα AP ηνπ δηθηχνπ δίλνληαο ηνπο ηελ δπλαηφηεηα λα επηθνηλσλνχλ κεηαμχ ηνπο. Αζύπμαηο Κέζο Απνηειεί ην κέζν κεηάδνζεο ηεο πιεξνθνξίαο. Σξεζηκνπνηνχληαη δηάθνξεο ηερληθέο δηακφξθσζεο ζπλήζσο ζην θάζκα ησλ ξαδηνζπρλνηήησλ θαη ησλ ππέξπζξσλ θαζηζηψληαο δπλαηή ηελ επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ θφκβσλ ηνπ δηθηχνπ. Αζύπμαηοι ζηαθμοί Ξξφθεηηαη γηα ηηο ζπζθεπέο νη νπνίεο είλαη εγθαηεζηεκέλεο ζηνλ θφκβν θαη πξαγκαηνπνηνχλ ηελ επηθνηλσλία ηνπ θφκβνπ κε ηνλ ζηαζκφ βάζεο (AP) θαη πινπνηνχληαη κε ελζσκαησκέλεο θάξηεο ή ηειεθσληθέο ζπζθεπέο κε ζπκβαηφηεηα. Δικόνα 2.2 Αζύπμαηο δίκηςο καηά IEEE Ζ βαζηθή δνκηθή κνλάδα θάζε δηθηχνπ απνθαιείηαη Basic Service Set (BSS) θαη απνηειείηαη απφ κία νκάδα ζηαζκψλ πνπ επηθνηλσλνχλ κεηαμχ ηνπο. Ρα φξηα ηνπ BSS θαζνξίδνληαη απφ ηελ πεξηνρή ξαδηνθάιπςεο, πνπ νλνκάδεηαη Basic Service Area (BSA). Έλαο ζηαζκφο ζε έλα BSS κπνξεί λα επηθνηλσλεί κε νπνηνλδήπνηε άιιν ζηαζκφ ζην ίδην BSS. 18

20 Πηνλ παξαθάησ πίλαθα δίλνληαη πιεξνθνξίεο ζρεηηθά κε ηελ θάιπςε, ηελ δψλε ζπρλφηεηαο ιεηηνπξγίαο, ην θφζηνο θαη ηελ εθαξκνγή δηαθφξσλ ηχπσλ πξσηνθφιισλ ηεο νηθνγέλεηαο Ππόηςπο b g g a Εψλε ζπρλνηήησλ 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 5 GHz Ρερλνινγία Direct Direct Direct Orthogonal Sequence Sequence Sequence Frequency Spread Spread Spread Division Spectrum Spectrum Spectrum Multiplexing Απφδνζε 11 Mbps 54 Mbps 108 Mbps 50 Mbps Αθηίλα Θάιπςεο 100 κέηξα 100 κέηξα 100 κέηξα 35 κέηξα Ηζρχο Κέηξηα Κέηξηα Κέηξηα ςειή Πρεηηθφ Θφζηνο Κέηξην Κέηξην Κέηξην ςειφ Δικόνα 2.3 Υαπακηηπιζηικά πποηύπυν ηηρ οικογένειαρ Zigbee Οικογένεια πποηύπυν Ρν πξσηφθνιια νξίδνπλ ηηο πξνδηαγξαθέο γηα ρακεινχ ξπζκνχ κεηάδνζεο αζχξκαηα δίθηπα (LR-WAPN). Ν ζρεδηαζκφο ηνπ πξνηχπνπ εζηηάδεη θπξίσο ζηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο θαη ζηελ αμηφπηζηε κεηάδνζε πιεξνθνξίαο. ινπνηείηαη θπξίσο ζε 3 δψλεο ζπρλνηήησλ κε έλα ή θαη πεξηζζφηεξα θαλάιηα κεηάδνζεο. Πηελ θαζκαηηθή πεξηνρή ησλ MHz κε έλα θαλάιη κεηάδνζεο θαη ξπζκνχο κέρξη 20 Kbps, ζηε δψλε MHz ρσξηδφκελε ζε 10 θαλάιηα θαη ξπζκνχο κεηάδνζεο κέρξη 40 kbps θαη ηέινο ζηελ ρσξηδφκελε ζε 16 θαλάιηα ησλ 5 MHz δψλε ησλ , φπνπ επηηπγράλνληαη ξπζκνί κεηάδνζεο σο θαη 250 kbps. Ππλήζσο ε πεξηνρή θάιπςεο πνπ παξέρνπλ θηάλεη ηα 75 κέηξα θαη κπνξεί λα απμεζεί αιιά ζε βάξνο ηνπ ξπζκνχ κεηάδνζεο ησλ δεδνκέλσλ. Δπίζεο θαζνξίδνπλ ην επίπεδν ειέγρνπ πξφζβαζεο ζην κέζν (MAC), πνπ ρξεζηκνπνηεί πξφζβαζε θαλαιηνχ CSMA-CA (Carrier sense multiple access with collision avoidance) θαη 19

21 πξναηξεηηθά κπνξνχλ λα εθπέκςνπλ παθέηα-θάξνπο (Beacon Frames), λα αλαιάβνπλ ηνλ ζπγρξνληζκφ θαη λα παξέρνπλ έλαλ αμηφπηζην κεραληζκφ κεηάδνζεο κελπκάησλ Ππυηόκολλο Zigbee Ρν πξσηφθνιιν ZigBee πινπνηεί ην πξφηππν θαη πξνζζέηεη δχν επηπιένλ επίπεδα, ην επίπεδν δηθηχνπ (ZigBee Network Layer) θαη ην επίπεδν εθαξκνγήο (ZigBee Application Layer), φπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 2.5. Σξεζηκνπνηεί αξρηηεθηνληθή πιέγκαηνο (mesh networking), ηερλνινγία δπλακηθήο δξνκνιφγεζεο θαη επηβεβαίσζεο ιήςεο παθέηνπ ζε δηάθνξα επίπεδα, κε απνηέιεζκα λα κπνξεί λα ζρεκαηίζεη αμηφπηζηα, επέιηθηα δίθηπα κε θαιή αλνρή ζε ζθάικαηα θαη εχθνια επεθηάζηκα. Δικόνα 2.4 Ιογόηςπο ηηρ ZigBee Alliance πος δημιούπγηζε ηο ZigBee Ρν πξσηφθνιιν Zigbee ρσξίδεη ηηο ζπζθεπέο ζηηο εμήο θαηεγνξίεο [9]: ςνηονιζηήρ (ZigBee coordinator - ZC) Ν ζπληνληζηήο είλαη ε ξίδα ηνπ δέλδξνπ ηνπ δηθηχνπ, ε πην ηθαλή ζπζθεπή θαη είλαη ππεχζπλε γηα ηνλ ζρεκαηηζκφ ηνπ. πάξρεη πάληα κφλν έλαο ζπληνληζηήο ζε θάζε δίθηπν. Απαηηεί ζπλερή ηξνθνδνζία. Γπομολογηηήρ (ZigBee Router, ZR ή Full Function Device) Νη δξνκνινγεηέο κπνξνχλ λα πξνσζνχλ κελχκαηα απφ ηηο ππφινηπεο ζπζθεπέο ζηνπο αληίζηνηρνπο πξννξηζκνχο ηνπο. Ξαξάιιεια κπνξνχλ λα εθηεινχλ ηελ εθάζηνηε εθαξκνγή πνπ ηξέρεη ζην δίθηπν. Απαηηνχλ ζπλερή ηξνθνδνζία. Σελική ζςζκεςή (ZigBee End Device, ZED ή Reduced Function Device). Νη ηειηθέο ζπζθεπέο είλαη πνιχ βαζηθέο κε ιηγφηεξεο δπλαηφηεηεο θαη απαξαίηεηα ζπλδένληαη ζε έλαλ γνλέα, είηε ηνλ δξνκνινγεηή είηε ηνλ ζπληνληζηή. Γελ πξνσζνχλ κελχκαηα, αιιά κπνξνχλ λα βξίζθνληαη αξθεηφ ρξφλν ζηελ αλακνλή, εμνηθνλνκψληαο ελέξγεηα θαη έηζη κπνξνχλ λα ιεηηνπξγνχλ κε κπαηαξίεο. 20

22 Δικόνα 2.5 Απσιηεκηονική ππυηοκόλλος ZigBee [10] 2.4 ύγκπιζη ππυηοκόλλυν Δπιλογή GSM Γηα κηα εθαξκνγή ελφο WSN κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί νπνηνδήπνηε απφ ηα παξαπάλσ δχν πξσηφθνιια. Όκσο ην πνην ζπκθέξεη πεξηζζφηεξν εμαξηάηαη απφ ηηο ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο ηεο εθαξκνγήο. Ξαξαθάησ παξαηίζεηαη έλαο πίλαθαο πνπ καο δίλεη ζπλνπηηθά ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ δχν πξσηνθφιισλ θαη καο βνεζά λα ηα ζπγθξίλνπκε. Αζύπμαηερ Παπάμεηποι Wi-Fi (802.11b) ZigBee ( ) Κπάληα Ππρλνηήησλ 2.4 GHz 2.4 GHz Θαλάιηα Θάιπςε Ξεξίπνπ 100 m Ξεξίπνπ 80 m Θαηαλάισζε θαηά ηελ εθπνκπή (Tx mode) Θαηαλάισζε θαηά ηελ αλακνλή (Standby Mode) 400 ma ma 20 ma 3 κα 21

23 Γηάξθεηα Εσήο Κπαηαξίαο 1 εσο 5 κέξεο 3 έσο 5 ρξφληα Οπζκφο Κεηάδνζεο 11 Mbps 250 Kbps Κεγεζνο Πηνίβαο 500 KB 32 KB Ξξσηνθφιινπ Δθαξκνγέο TCP/IP παθέηα Ξαξαθνινχζεζε θαη Διεγρνο Πίνακαρ 2.6 ύγκπιζη ποιοηικών σαπακηηπιζηικών Wi-Fi και ZigBee Ρα θξηηίξηα κε ηα νπνία επηιέγνπκε πνην απφ ηα δχν πξσηφθνιια καο εμππεξεηεί θαιχηεξα αλαιπηηθφηεξα είλαη: [11] Ξφζε ελέξγεηα ρξεηάδεηαη ε εθαξκνγή Όπσο θαηαιαβαίλνπκε απφ ηνλ παξαπάλσ πίλαθα ην ZigBee έρεη πνιχ θαιχηεξε ελεξγεηαθή ζπκπεξηθφξα δεδνκέλνπ φηη ε θαηαλάισζε ηζρχνο πνπ έρεη θαη θαηά ηελ εθπνκπή θαη θαηά ηελ αλακνλή είλαη πνιιέο ηάμεηο κεγέζνπο κηθξφηεξε απφ ην Wi-Fi. Ρη ξπζκφ κεηάδνζεο δεδνκέλσλ ρξεηαδφκαζηε Ξαξαηεξνχκε απφ ηνλ πίλαθα φηη θαη πάιη ην ZigBee κπφξεη λα θηάζεη πςειφηεξεο ηαρχηεηεο κεηάδνζεο δεδνκέλσλ. Απηφ νθείιεηαη ζην γεγνλφο φηη ζπλήζσο ην κέγεζνο ηεο πιεξνθνξίαο πνπ κεηαδίδεηαη είλαη κηθξφηεξε απφ φηη ζην Wi-Fi πνπ παξέρεη δηαζχλδεζε κε ην ίληεξλεη. Ρν είδνο ηεο εθαξκνγήο Αλ ε εθαξκνγή ηνπ WSN ρξεηάδεηαη δηαζχλδεζε κε ην internet θαη πξαγκαηνπνηείηαη ελεκέξσζε ηζηνζειίδαο ρξεζηκνπνηψληαο TCP παθέηα ηφηε ελδείθλπηαη ε ρξήζε ηνπ Wi-Fi πξσηνθφιινπ. Απφ ηελ άιιε κεξηά, ππάξρεη θαη κία αθφκε ελαιιαθηηθή ιχζε. Πε εθαξκνγέο δηθηχσλ αηζζεηήξσλ έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί επξέσο ηα πξσηφθνιια ησλ ηειεθσληθψλ δηθηχσλ φπσο απηφ ηνπ GSM. Ξξνθείηαη γηα έλα πξσηφθνιιν πνπ έρνπκε φινη καο ρξεζηκνπνηήζεη, αθνχ ηα θηλεηά ηειέθσλα, ησλ νπνίσλ δηέπεη ηελ ιεηηνπξγία, είλαη πιένλ βαζηθά γηα ηελ θαζεκεξηλφηεηα καο. Ρν ζπγθεξηκέλν πξσηφθνιιν είλαη πην παιηφ απφ ηα Wi-Fi kai Zigbee. Γηα λα γίλεη ε ζχγθξηζε ζα αλαθεξζνχλ θάπνηα πιενλεθηήκαηα ηνπ GSM έλαληη ησλ άιισλ δχν πξσηνθφιισλ αιιά ζα αλαιπζνχλ θαη ηα ζεκεία ζηα νπνία πζηεξεί [12]. 22

24 Δικόνα 2.7 Σο παγκόζμιο ζύζηημα κινηηών επικοινυνιών Πλεονεκηήμαηα To GSM είλαη «ψξηκν» πξσηφθνιιν, πξάγκα πνπ ζεκαηλεί έλα πην ζηαζεξφ δίθηπν κε αμηφπηζηεο ππεξεζίεο Ρν ζήκα ηνπ GSM κεηψλεηαη κέζα ζηα θηίξηα ζε κηθξφηεξν βαζκφ απφ φηη ζήκαηα άιισλ πξσηνθφιισλ. Έρεη ζρέδνλ απεξηφξηζηε θάιπςε δηθηχνπ, αθνχ πιένλ παξέρνληαη θαη ππεξεζίεο roaming πνπ θαιχπηνπλ ζρέδνλ φινλ ηνλ πιαλήηε. Ιφγσ ηεο ρξήζεο ησλ θαξηψλ ηαπηφηεηαο ρξήζηε (SIM cards), νη ρξήζηεο κπνξνχλ λα ζπλδένληαη ζε θαηλνχξηα ή άιια ππάξρνληα δίθηπα θαη λα κεηαθηλνχληαη ζε απηά ρσξίο επηπιένλ ππνινγηζηηθφ ή ρξεκαηηθὀ θφζηνο. Όζν πεξηζζφηεξνη ρξήζηεο βξίζθνληαη ζην δίθηπν, ηφζν θαιχηεξε απφδνζε έρεη ην GSM ιφγσ ηνπ φηη κπφξεη λα θαιχςεη πεξηζζφηεξν ρψξν. Κειονεκηήμαηα Γέρεηαη παξεκβνιέο απφ θάπνηεο ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο, φπσο ζπγθεθξηκέλνπ ηχπνπ εληζρπηέο ήρνπ. Ρν κέγηζην κέγεζνο θάιπςεο πνπ κπνξεί λα θαιχςεη έλα θειί θηάλεη ηα 120 km, ιφγσ ηερληθψλ πεξηνξηζκψλ. Ζ απνζηφιε δεδνκέλσλ ρξεψλεηαη, πξάγκα πνπ ζεκαίλεη φηη γηα εθαξκνγέο WSN ρξεηάδεηαη εηδηθή ζχκβαζε κεηαμχ ηνπ παξφρνπ ηνπ ηειεθσληθνχ δηθηχνπ θαη ηνπ ρξήζηε - εγθαηαζηάηε. Ππγθεθξηκέλα, ζηε δηθή καο εθαξκνγή νη απαηηήζεηο πνπ έρνπκε νξίδνπλ ην πξσηφθνιιν επηθνηλσληάο πνπ ζα πηνζεηεζεί γηα ηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο. Ζ απνζηφιε δεδνκέλσλ απφ δηάθνξα ζεκεία ηεο πφιεο ζε ζπγθεθξηκέλν ζεκείν, δειαδή ην ζεκείν ζην φπνην ζα είλαη εγθαηεζηεκέλνο ν server, ε απφζηαζε κεηαμχ ησλ θφκβσλ πνπ κπνξεί λα ππεξβαίλεη ηα εθαηφλ πελήληα κέηξα, ε χπαξμε 23

25 θηηξίσλ ζε απηήλ ηελ απφζηαζε πνπ κπνξεί λα αιινηψζεη θαη λα εμαζζελήζεη ζε κεγάιν βαζκφ ην ζήκα, θαζψο θαη ε αλάγθε αμηφπηζηεο θαη άκεζεο κεηαθφξαο πιεξνθνξίαο καο νδεγεί ζην ζπκπέξακζα φηη ε πην ζπκθέξνπζα ιχζε γηα ηελ εθαξκνγή καο είλαη ε ρξήζε ηνπ GSM πξσηνθφιινπ. Ξαξάιιεια, κε ηελ πηνζέηεζε ηνπ GSM, ε πιεξνθνξία απφ θάζε θφκβν κεηαδίδεηαη θαηεπζείαλ ζηνλ θεληξηθφ server, νπφηε απνθεχγεηαη έηζη ε αλαδξνκνιφγεζε παθέησλ ζην δίθηπν, πνπ κπνξεί λα πξνθαιέζεη θαζεζηεξήζεηο θαη αιινηψζεηο ηεο πιεξνθνξίαο. Πην επφκελν θεθάιαην αλαιχνληαη πεξαηηέξσ ηα ραξαθηεξηζηηθά θαη ηα δνκηθά ζηνηρεία ηνπ πξσηνθφιινπ GSM. 24

26 3 GSM GPRS 3.1 GSM Γενικά για ηο GSM Πηηο αξρέο ηνπ 1980, είρε γίλεη εκθαλήο ε αδπλακία ησλ αλαινγηθψλ θπςεισηψλ ζπζηεκάησλ (1 εο Γεληάο 1G) λα αληεπεμέιζνπλ ζηηο απαηηήζεηο ησλ επεξρφκελσλ ρξφλσλ. Ζ ρακειή ρσξεηηθφηεηα ησλ ζπζηεκάησλ, ε ρακειή πνηφηεηα θαη πνζφηεηα ησλ παξερφκελσλ ππεξεζηψλ, ην απμεκέλν θφζηνο ησλ ηεξκαηηθψλ θαη ηεο ππνδνκήο ησλ δηθηχσλ θαζψο θαη ην πξφβιεκα ηεο αζπκβαηφηεηαο κεηαμχ ησλ δηαθνξεηηθψλ αλαινγηθψλ ζπζηεκάησλ έθαλαλ αλαπφθεπθηε ηε ζηξνθή πξνο ηηο ςεθηαθέο ηερληθέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαλ ήδε ζηα ελζχξκαηα δίθηπα. Έηζη ινηπφλ ηα θπςεισηά ζπζηήκαηα 2 εο Γεληάο (2G) έθαλαλ ηελ εκθάληζε ηνπο. Ρα θαλάιηα επηθνηλσλίαο αιιά θαη ηα θαλάιηα ζεκαηνδφηεζεο απνθαζίζηεθε λα γίλνπλ ςεθηαθά, κε πξψηε επηινγή ην 1987, ηελ ηερληθή πνιιαπιήο πξφζβαζεο δηαίξεζεο ρξφλνπ (Time Division Multiple Access, TDMA) ζηελήο δψλεο. Έηζη έγηλε εθηθηφ λα έρνπκε θαη λένπο ηξφπνπο επηθνηλσλίαο πέξα απφ ηελ νκηιία φπσο γηα παξάδεηγκα ηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ, κελπκάησλ θεηκέλνπ θιπ. Σαξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα ησλ ζπζηεκάησλ 2 εο Γεληάο είλαη βεβαίσο ην GSM. Ρν ζχζηεκα GSM ζρεδηάζηεθε θαη πινπνηήζεθε εμ νινθιήξνπ ζηελ Δπξψπε θαη είλαη ην πιένλ πεηπρεκέλν θπςεισηφ ζχζηεκα παγθνζκίσο. Ρν αθξσλχκην GSM ρξεζηκνπνηήζεθε γηα πξψηε θνξά ην 1982 θαη πξνεξρφηαλ απφ ηα αξρηθά ησλ ιέμεσλ Groupe Speciale Mobile, κία επηηξνπή ηνπ CEPT, ηνπ επξσπατθνχ νξγαληζκνχ ηππνπνίεζεο. Πθνπφο ηεο επηηξνπήο ήηαλ ε δεκηνπξγία ελφο παλεπξσπατθνχ ηππνπνηεκέλνπ ζπζηήκαηνο γηα ηηο θηλεηέο ςεθηαθέο επηθνηλσλίεο ζηε ζπρλφηεηα ησλ 900MHz. Ρν 1991 ην αθξσλχκην GSM κεηνλνκάζηεθε ζε Global System for Mobile Communications θαη δεκηνπξγήζεθε ην Digital Cellular System 1800 (DCS 1800) ην νπνίν είλαη ζηελ νπζία ε κεηαθνξά ηνπ GSM θαη ζηα 1800MHz. Δικόνα 2.1 Σο logo ηος GSM 25

27 Ρν GSM ζηεξίδεηαη ζε TDMA ηερληθή, κε 200ΘΖz απφζηαζε θεξφλησλ, αιιά ζπλδπάδεη θαη ηελ FDMA ηερληθή κε FDD. Θάζε θέξνλ έρεη 8 δηαχινπο, κε δηάξθεηα ρξνλνζρηζκήο ηα 0,577msec, ελψ ρξεζηκνπνηεί ηελ ηερληθή ςεθηαθήο δηακφξθσζεο GMSK, κε ηειηθφ ξπζκφ κεηάδνζεο ηα 270,8Kbps. Νη ζπρλφηεηεο ιεηηνπξγίαο είλαη νη ΚΖz/ MHz. πνζηεξίδεη ππεξεζίεο θσλήο (13Kbps) θαη δεδνκέλσλ κέρξη 9,6Kbps. Ρν GSM είλαη ην πην δηαδεδνκέλν ζχζηεκα παγθνζκίσο πξνζθέξνληαο ππεξεζίεο ζε παξαπάλσ απφ 2 δηζεθαηνκκχξηα ρξήζηεο (ην 2008). Δικόνα 2.2 GSM TDMA ηεσνική Απσιηεκηονική ηος GSM Έλα GSM δίθηπν απνηειείηαη απφ πνιιά δνκηθά ζηνηρεία : Ρνλ θηλεηφ ζηαζκφ ΚS (mνbile station) θαη ηελ θάξηα SIM (subscriber identity module) Ρν ππνζχζηεκα βαζηθνχ ζηαζκνχ BSS (base station system) ην νπνίν απνηειείηαη απφ: ηνλ βαζηθφ ζηαζκφ πνκπνδέθηε BTS (base transceiver station) ην βαζηθφ ζηαζκφ ειέγρνπ BSC (base station controller) ηελ κνλάδα πξνζαξκνγήο ηνπ πνζνζηνχ ηνπ κεηαηξνπέα θσδηθνπνίεζεο TRAU (transcoding rate and adaptation unit) 26

28 Ρν ππνζχζηεκα κεηαγσγήο ΛSS (network switching sub-system) ην νπνίν απνηειείηαη απφ: ην θέληξν MSC (mobile services switching center) ηηο βάζεηο δεδνκέλσλ HLR (home location register) ηηο βάζεηο δεδνκέλσλ VLR (visitor location register) ην θέληξν ηεθκεξίσζεο EIR (equipment identity register) Όια καδί ζρεκαηίδνπλ έλα PLMN (public land mobile network) ην νπνίν απεηθνλίδεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα κε ηα πεξηζζφηεξα απφ ηα πξνεγνχκελα ζηνηρεία: Δικόνα PLMN ζύζηημα Ζ θάζε κία απφ ηηο νληφηεηεο πνπ απεηθνλίδνληαη ζην παξαπάλσ ζρήκα επηθνηλσλεί κε κία άιιε κέζσ ησλ δηεπαθψλ. Νη θπξηφηεξεο απφ απηέο ηηο δηεπαθέο παξνπζηάδνληαη αλαιπηηθφηεξα παξαθάησ θαη είλαη: MS BTS: Δπηθνηλσλνχλ κέζσ ηεο αζχξκαηεο δηεπαθήο (air interface) ρξεζηκνπνηψληαο ην πξσηφθνιιν (LAPDm) Link Access Protocol on the Dm channel ηνπ ζπζηήκαηνο ζεκαηνδνζίαο (signaling system). BTS BSC: Δπηθνηλσλνχλ κέζσ ηεο δηεπαθήο Abis, θαη ηεο ρξήζεο ηνπ πξσηνθφιινπ Link Access Protocol on the D channel (LAPD). BSC MSC: Δπηθνηλσλνχλ κέζσ ηεο δηεπαθήο A θαη ηε ρξεζηκνπνίεζε ππνζχλνινπ ηνπ πξσηφθνιινπ ζεκαηνδνζίαο CCITT7.[13] 27

29 3.2 GPRS (General Package Radio Service) Γενικά για ηο GPRS Ρν GPRS ή General Packet Radio Service είλαη κία «κε θσλεηηθή» ππεξεζία «πξνζηηζέκελεο αμίαο» πνπ επηηξέπεη ηελ απνζηνιή θαη ιήςε δεδνκέλσλ κέζσ ησλ δηθηχσλ θηλεηήο ηειεθσλίαο GSM. Ρν GPRS επηηξέπεη ηε ρξήζε ηνπ θηλεηνχ γηα ηε κεηαθνξά δεδνκέλσλ, ζπλήζσο απφ ην Γηαδίθηπν, γξήγνξα θαη εχθνια, ελψ παξάιιεια παξέρεη ην πιενλέθηεκα ηεο ζπλερνχο ζχλδεζεο κε απηφ. Ρνπνζεηείηαη ηερλνινγηθά αλάκεζα απφ ηα ζπζηήκαηα 2 εο θαη 3 εο Γεληάο (2.5G). Ξξηλ απφ ηελ έληαμε ηνπ GPRS ζηηο πξνδηαγξαθέο ηνπ GSM (1997) ε κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ πξαγκαηνπνηνχληαλ κε ηελ απνθιεηζηηθή ρξήζε θπθισκάησλ CSD (Circuit Switched Data), κε ηε ηαρχηεηα λα πεξηνξίδεηαη ζηα 9.6kbps. Δπηπξφζζεηα, ην θχθισκα δεζκεχνληαλ θαζ' φιε ηε δηάξθεηα ηεο ρξήζεο, αλεμάξηεηα απφ ην αλ πξαγκαηνπνηνχληαλ κεηαθνξά δεδνκέλσλ, κε απνηέιεζκα ηελ άζθνπε ζπαηάιε ησλ δηαζέζηκσλ πφξσλ ηνπ δηθηχνπ. Αληίζεηα, ζην GPRS επηηξέπεηαη ε ηαπηφρξνλε ρξήζε ησλ ίδησλ θπθισκάησλ απφ πνιινχο ρξήζηεο αθνχ απηά αμηνπνηνχληαη κφλν φηαλ πξαγκαηνπνηείηαη κεηαθνξά δεδνκέλσλ. Θεσξεηηθά, ην GPRS θαζηζηά εθηθηή ηε κεηαθνξά πιεξνθνξηψλ κέρξη ηελ ηαρχηεηα ησλ kbps. Δικόνα 2.4 Γομή ενόρ GPRS δικηύος [14] Ζ ιεηηνπξγία ηνπ GPRS έρεη αξθεηέο νκνηφηεηεο κε ηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπ Internet κηαο θαη ε πιεξνθνξία θαηαθεξκαηίδεηαη ζε «παθέηα δεδνκέλσλ», ηα νπνία 28

30 κεηαδίδνληαη ζηνλ πξννξηζκφ ηνπο θαη ζηε ζπλέρεηα ζπλδπάδνληαη γηα λα δεκηνπξγήζνπλ έλα αθξηβέο αληίγξαθν ηεο αξρηθήο πιεξνθνξίαο. Όπσο έρεη είδε αλαθεξζεί νη ζπρλφηεηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ GSM πεξηέρνπλ «θαλάιηα» πιάηνπο 200KHz, ην θαζέλα απφ ηα νπνία ρσξίδεηαη ζε 8 ρξνλνζπξίδεο ή timeslots. Δλψ ζην GSM γηα ηε πξαγκαηνπνίεζε κηαο θσλεηηθήο θιήζεο δεζκεχεηαη κηα απφ απηέο ηηο ρξνλνζπξίδεο, ε νπνία απειεπζεξψλεηαη κεηά ηνλ ηεξκαηηζκφ ηεο θιήζεο, ζηα δίθηπα GPRS σζηφζν επηηξέπεηαη ε ηαπηφρξνλε ρξήζε πνιιψλ ρξνλνζπξίδσλ (multislot), νη νπνίεο απνδεζκεχνληαη κεηά ην ηέινο ηεο κεηάδνζεο. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα κηα πνιχ πην απνδνηηθή ρξήζε ησλ δηαζέζηκσλ πφξσλ Απσιηεκηονική δικηύος GPRS Ρν δίθηπν GPRS εηζήγαγε ζην δίθηπν GSM επηπιένλ ζηνηρεία ψζηε λα ππνζηεξίδεηαη ε ιεηηνπξγία κεηάδνζεο παθέησλ. Ρν GSM δίθηπν απνηειεί έλα circuit switched δίθηπν, ελψ ην GPRS είλαη έλα packet switched δίθηπν. Ρα λέα απηά ζηνηρεία είλαη ηα εμήο: [15] Ζ κνλάδα Packet Control Unit (PCU), πνπ είλαη ππεχζπλε γηα ηελ νξγάλσζε ησλ παθέησλ θαη ηελ κεηάδνζε ηνπο κέζσ ηεο δηεπαθήο αέξνο. Ππλήζσο βξίζθεηαη εληφο ηνπ BSC. Ν θφκβνο Service GPRS Support Node (SSGN), πνπ είλαη ππεχζπλνο γηα ην mobility management ζην GPRS δίθηπν θαη νπζηαζηηθά απνηειεί ην αληίζηνηρν ηνπ MSC ζην GSM δίθηπν Ν θφκβνο Gateway GPRS Support Node (GGSN), πνπ είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ δηαζχλδεζε ηνπ GPRS δηθηχνπ κε εμσηεξηθά δίθηπα φπσο TCP/IP ή X.25. Νη δηεπαθέο πνπ ζπλαληψληαη ζε έλα GPRS δίθηπν είλαη νη εμήο: Ζ δηεπαθή Gb Interface, κεηαμχ SSGN θαη BSC Ζ δηεπαθή Gn Interface, κεηαμχ SSGN θαη GGSN Ζ δηεπαθή Gs Interface, κεηαμχ MSC θαη SSGN Ζ δηεπαθή Gr Interface, κεηαμχ HLR θαη SSGN Ζ δηεπαθή Gc Interface, κεηαμχ HLR θαη GGSN Ζ δηεπαθή Gi Interface, κεηαμχ GGSN θαη δηθηχσλ βαζηζκέλσλ ζε δηακεηαγσγή παθέησλ Πην παξαθάησ ζρήκα θαίλεηαη ε αξρηηεθηνληθή ελφο ηππηθνχ δηθηχνπ GPRS: 29

31 Δικόνα 2.5 Απσιηεκηονική GPRS δικηύος [16] GPRS Attach Procedure Έλα GPRS θηλεηφ ηειέθσλν, κπνξεί λα εθηειέζεη ηηο εμήο δχν ελέξγεηεο ζε ζπλεξγαζία κε ην επίγεην θηλεηφ δίθηπν Public Land Mobile Network (PLMN): [15] GPRS Attach: φηαλ ην θηλεηφ ηειέθσλν ελεξγνπνηείηαη θαη επηδεηθλχεη ηε ζέζε ηνπ δεηψληαο ππεξεζία απφ ην δίθηπν GPRS Detach: φηαλ ην θηλεηφ ηειέθσλν ελεκεξψλεη ην PLMN φηη δελ ρξεηάδεηαη πιένλ ππεξεζίεο ηνπ δηθηχνπ. Απηή ε δηαδηθαζία εθθηλεί απφ ην ΚS, ηνλ θφκβν SSGN ή ηε βάζε HLR Ζ δηαδηθαζία Attach θαίλεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα: Δικόνα 2.6 Γιαδικαζία Attach GPRS [16] 30

32 3.2.4 Σα ππυηόκολλα ηος GPRS Πε έλα δίθηπν GPRS, πέξα απφ ηα επξέσο δηαδεδνκέλα θαη ζε άιια δίθηπα πξσηφθνιια, έρνπκε θαη θάπνηα GPRS specific πξσηφθνιια. Πην παξαθάησ ζρήκα γίλεηαη κηα παξνπζίαζε ηνπο: Δικόνα 2.7 Ππυηόκολλα GPRS [16] Κε βάζε ζε πνηα δηεπαθή ρξεζηκνπνηνχληαη, κπνξεί λα γίλεη έλαο δηαρσξηζκφο ηνπο σο εμήο: [13] Γίλνληαη ζηελ Gn διεπαθή: GTP (GPRS tunneling protocol): Ζ δξνκνιφγεζε κεηαμχ ησλ SGSN θαη GGSN πξαγκαηνπνηείηαη κε ην πξσηφθνιιν ζήξαγγαο GPRS (GTP) ην νπνίν επηηξέπεη ζε παθέηα δηαθφξσλ πξσηνθφιισλ λα κεηαθέξνληαη κε έλα κεραληζκφ ζήξαγγαο κέζσ ηνπ δηθηχνπ θνξκνχ ηνπ GPRS πξνο ηα εμσηεξηθά δίθηπα παθέησλ. Γηα θάζε πιαίζην ιεηηνπξγίαο PDP (PDP context) πνπ έρεη ελεξγνπνηεκέλν έλαο θηλεηφο ζηαζκφο θαη επηθνηλσλεί κε θάπνην εμσηεξηθφ δίθηπν, έλα κνλαδηθφ GTP ηνχλει εγθαζίζηαηαη πξνθεηκέλνπ λα κεηαθέξεη ηα δεδνκέλα. IP: H δηαζχλδεζε ησλ ζηνηρείσλ ηνπ δηθηχνπ θνξκνχ γίλεηαη κε ην πξσηφθνιιν ΗΟ. Ξξφθεηηαη γηα κε αμηφπηζηε ππεξεζία δηθηχσζεο ρσξίο ζχλδεζε κε θχξηα επζχλε ηε δξνκνιφγεζε ησλ παθέησλ κεηαμχ ησλ θφκβσλ SGSN θαη GGSN. TCP/UDP: Ρν TCP θαη ην UDP απνηεινχλ ην επίπεδν κεηαθνξάο, είλαη δειαδή ππεχζπλα γηα ηε κεηαθνξά θαη ηε ζσζηή απφδνζε ησλ παθέησλ απφ ηνλ έλαλ θφκβν ζηνλ άιιν (SGSN πξνο GGSN ή αληίζηξνθα). Ρν TCP παξέρεη αμηφπηζηε ππεξεζία κεηαθνξάο κέζσ ζχλδεζεο, ελψ ην UDP κε αμηφπηζηε κεηαθνξά ρσξίο ζχλδεζε. Θαη ηα δχν απηά πξσηφθνιια κεηαθνξάο ρξεζηκνπνηνχλ ηηο ππεξεζίεο ηνπ ΗΟ γηα ηνλ θαηαθεξκαηηζκφ ησλ κελπκάησλ ζε παθέηα θαη ηε δξνκνιφγεζε ησλ παθέησλ απηψλ. Πηελ πεξίπησζε ηνπ UDP, παθέηα κπνξεί λα ραζνχλ ή λα θηάζνπλ ζε πνιιαπιά αληίγξαθα ή κε ιάζνο ζεηξά, ελψ απηά δε ζπκβαίλνπλ ζην TCP γηαηί εθαξκφδεη έιεγρν ξνήο, αιγνξίζκνπο γηα απνθπγή ζπκθφξεζεο, κεραληζκνχο αλακεηάδνζεο ζε πεξηπηψζεηο κεγάιεο θαζπζηέξεζεο, δηφξζσζε ζθαικάησλ, παξάδνζε ησλ παθέησλ ζηε ζσζηή ζεηξά θιπ. 31

33 Γίλνληαη ζηελ Gb διεπαθή: SNDCP (sub network dependent convergence protocol): Ρν θχξην δίθηπν κε ην νπνίν είλαη ζπλδεδεκέλν έλα GPRS δίθηπν είλαη ην Internet θαη ηα παθέηα πνπ έξρνληαη απφ απηφ νλνκάδνληαη N-PDU. Ν ηίηινο SNDCP κπνξεί λα αλαιπζεί σο εμήο: 1. SND (Sub network dependent): Πηελ δηθηά καο πεξίπησζε subnetwork είλαη ην GPRS δίθηπν. 2. CP (convergence protocol): Ιέγνληαο ζχγθιηζε (convergence) ελλννχκε ηελ απνδνρή ησλ παθέησλ N-PDU θαη ηελ αιιαγή ηνπο ζε PDU αλαγλσξηζκέλα απφ ην GPRS. Κε άιια ιφγηα ν ζθνπφο ηνπ SNDCP είλαη λα επεμεξγάδεηαη (ζπλήζσο) TCP/IP παθέηα θαη λα ηα κεηαηξέπνπλ ζε κνξθή θαηάιιειε γηα ην GPRS ππνδίθηπν ή αιιηψο ζε SN PDU παθέηα. Ρν αληίζεην ζπκβαίλεη φηαλ SN PDU παθέηα έξρνληαη απφ ην LLC ζηξψκα θαη ηα κεηαηξέπεη ζε παθέηα δηθηχνπ Λ-PDU. LLC (Logical Link Protocol): Ρν LLC παξέρεη θξππηνγξάθεζε, έιεγρν ξνήο θαη έιεγρν ζεηξάο θαη πξναηξεηηθά αλίρλεπζε θαη δηφξζσζε ζθαικάησλ κεηάδνζεο. BSSGP (base station system GPRS protocol): Γξνκνινγεί ηηο πιεξνθνξίεο αλάκεζα ζην SGSN θαη ην BSS. Απηφ ην πξσηφθνιιν κεηαθέξεη ηελ πιεξνθνξία ηεο πνηφηεηαο ηεο ππεξεζίαο QoS αιιά δελ πξαγκαηνπνηεί δηφξζσζε ζθαικάησλ. Ν θχξηνο ξφινο ηνπ είλαη λα κεηαθέξεη πιεξνθνξίεο γηα ηελ ξαδηνδεχμε, γηα ρξήζε απφ ην RLC (radio-related information) θαη ην MAC (medium access control). NS (network service): To NS ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε κηαο ζεκείν πξνο ζεκείν ζχλδεζεο ηνπ SGSN κε ην BSS. Βξίζθεηαη ζπλεπψο ζηελ Gb δηεπαθή θαη ρξεζηκνπνηεί ην πξσηφθνιιν FR (Frame Relay) ζηελ επηθεθαιίδα ηνπ νπνίνπ βξίζθνληαη φιεο νη απαξαίηεηεο πιεξνθνξίεο γηα ηελ δηεχζπλζε πξννξηζκνχ(dlci). Γίλνληαη ζηελ Um διεπαθή: RLC (radio link control)/mac (medium access control): To RLC/MAC βξίζθεηαη αλάκεζα ζην LLC θαη ζην θπζηθφ ζηξψκα θαη ζθνπφο ηνπ είλαη ε πξνζαξκνγή ησλ παθέησλ LLC (LLC PDU) ζην θπζηθφ ζηξψκα. Ξέξαλ ηνχηνπ, ην ζηξψκα απηφ ειέγρεη ηελ πξφζβαζε ζηνπο πφξνπο ηνπ δηθηχνπ, θαηαλέκεη ηνπο πφξνπο κεηαμχ ησλ δηαθφξσλ θηλεηψλ ζηαζκψλ θαη θπζηθά έρεη ηελ επζχλε γηα ηελ απειεπζέξσζή ηνπο. Αθξηβψο επεηδή αλαιακβάλεη ηε δηαρείξηζε ησλ πφξσλ ηνπ δηθηχνπ, ην επίπεδν RLC/MAC επεθηείλεηαη αλάκεζα ζην MS θαη ην PCU. 32

34 4 Πεπιγπαθή ηηρ Δθαπμογήρ 4.1 Γενικά Αθνχ ινηπφλ έρνπλ ήδε αλαιπζεί ηα πξσηφθνιια θαη νη ηερληθέο επηθνηλσλίαο ησλ αζχξκαησλ δηθηχσλ αηζζεηήξσλ, ζα παξνπζηαζηεί ζε γεληθέο γξακκέο νιφθιεξε ε ιεηηνπξγία ηεο εθαξκνγήο καο θαζψο θαη ν ηξφπνο κε ηνλ νπνίν επηηπγράλεηαη. Ππγθεθξηκέλα ε εθαξκνγή απνηειείηαη απφ ηξία βαζηθά κέξε. Ξξψην θνκκάηη ηεο εθαξκνγήο απνηειεί ην κεηξεηηθφ φξγαλν ρισξίνπ ην νπνίν πξαγκαηνπνηεί κε ειεθηξνρεκηθέο δηαδηθαζίεο ηελ κέηξεζε ηνπ ππνιεηκκαηηθνχ ρισξίνπ ζε κία δεμακελή ειεγρφκελεο ξνήο. Γεχηεξν θνκκάηη είλαη ε πιαθέηα AVR-GSM ηεο εηαηξίαο Olimex, πνπ πξαγκαηνπνηεί ηελ πξσηνγελή επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ ηεο κέηξεζεο θαη ηελ απνζηνιή ηνπο ζηνλ απνκαθξπζκέλν server. Ρέινο, ηξίην θνκκάηη ηεο εθαξκνγήο καο είλαη ε απεηθφληζε ησλ δεδνκέλσλ. Πηελ νπζία πξφθεηηαη γηα πινπνίεζε ελφο server πνπ δέρεηαη ηα δεδνκέλα θαη ηα πξνσζεί γηα απνζήθεπζε ζε βάζε δεδνκέλσλ. Πηελ ζπλέρεηα ηα δεδνκέλα απηά παξνπζηάδνληαη κέζσ ελφο γξαθηθνχ πεξηβάιινληνο πνπ πινπνηείηαη κε έλα site δπλακηθνχ πεξηερνκέλνπ. Κε ηνλ ζσζηφ ζρεδηαζκφ θαη ηελ ζσζηή δηαρείξηζε ησλ ειεθηξνληθψλ ζπζηεκάησλ κπνξνχκε λα πεηχρνπκε κεηάδνζε ηεο πιεξνθνξίαο θαη γξαθηθή απεηθφληζε ηεο ζε ζρεδφλ πξαγκαηηθφ ρξφλν. Ξαξαθάησ αλαιχεηαη κε πεξηζζφηεξε ιεπηνκέξεηα ε ιεηηνπξγία ηεο εθαξκνγήο καο αιιά θαη ηνπ θάζε κέξνπο ρσξηζηά. 4.2 Ιειηοςπγία Κεηπηηικού Οπγάνος Υλυπίος Ρν φξγαλν πνπ πξαγκαηνπνηεί ηελ κέηξεζε ηνπ ρισξίνπ ζηνλ θφκβν, ιεηηνπξγεί κε ειεθηξνρεκηθέο κεζφδνπο. Ξξαγκαηνπνηεί φιε ηελ δηαδηθαζία κέηξεζεο ζε έλαλ θιεηζηφ ζάιακν ειεγρφκελεο ξνήο λεξνχ θαη σο έμνδν καο επηζηξέθεη ηελ ηηκή ηνπ ππνιεηκκαηηθνχ ρισξίνπ ζε κνξθή ειεθηξηθνχ αλαινγηθνχ ζήκαηνο. Πε πνιιά κεηξεηηθά φξγαλα πνπ ππάξρνπλε ζηελ αγνξά, ππάξρεη ε δπλαηφηεηα κε ην ίδην φξγαλν αιιά κε δηαθνξεηηθνχο αηζζεηήξεο λα κεηξεζνχλ θαη άιια κεγέζε φπσο ην ph, ε αγσγηκφηεηα αιιά θαη ε πνζφηεηα δηνμεηδίσλ ηνπ ρισξίνπ θαη φδνληνο. Γηα ην ππνιεηκκαηηθφ θαη ειεχζεξν ριψξην ζπγθεθξηκέλα, ζπλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη ε δηαδηθαζία ηεο θσηνκέηξεζεο (DPD) ή ε δηαδηθαζία ηεο κέηξεζεο κε ρεκηθά, ζπλήζσο, πξντφληα ησδίνπ. Ζ θαζεκία έρεη δηαθνξεηηθφ ηξφπν κέηξεζεο θαη ρξεηάδνληαη δηαθνξεηηθέο νπζίεο σο αληηδξαζηήξηα γηα λα μεθηλήζεη ε κέηξεζε. Πε 33

35 θάζε πεξίπησζε θαη αλάινγα κε ηελ ρξήζε ησλ ρεκηθψλ θαηά ηελ δηαδηθαζία αιιάδεη ε επαηζζεζία ηνπ νξγάλνπ δειαδή ε κηθξφηεξε δπλαηή αιιαγή ζηελ ηηκή ηνπ ρισξίνπ πνπ κπνξεί λα αληρλεπηεί. Γεληθά γηα λα κπνξεί λα πξαγκαηνπνηήζεη ην φξγαλν κηα κέηξεζε πξψηα ζα πξέπεη λα ξπζκηζηεί θαη λα ηζνζηαζκηζηεί. Απηή ε δηαδηθαζία ιακβάλεη θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα θαη γη απηφλ ηνλ ιφγν ζπλήζσο ε πξψηε κέηξεζε ρξεηάδεηαη πεξηζζφηεξε ψξα. Αλάινγα κε ηνλ θαηαζθεπαζηή, ηα κεηξεηηθά φξγαλα ππνιεηκκαηηθνχ θαη ειεπζέξνπ ρισξίνπ ρξεηάδνληαη ζπληήξεζε αλά ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα. Ππγθεθξηκέλα ηα δηάθνξα ρεκηθά αληηδξαζηήξηα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ κέηξεζε, κεηά απφ θάπνην αξηζκφ κεηξήζεσλ ηειεηψλνπλ κε απνηέιεζκα λα πξέπεη λα αλαλεσζνχλ γηα ηελ ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ νξγάλνπ. Δπίζεο, ζε δηάθνξνπο αηζζεηήξεο πξνζθνιιψληαη άιαηα ηνπ λεξνχ κε απνηέιεζκα λα αιινηψλνπλ ηελ ηηκή ηεο κέηξεζεο. Έηζη θαη νη αηζζεηήξεο ζα πξέπεη ζπρλά λα θαζαξίδνληαη. Απφ ηελ άιιε, ην ειεθηξνινγηθφ θνκκάηη ελφο νξγάλνπ κέηξεζεο ρισξίνπ πεξηιακβάλεη ηα θπθιψκαηα ηα νπνία πξαγκαηνπνηνχλ ηελ κεηαηξνπή ηνπ ζήκαηνο ηεο κέηξεζεο ζε ειεθηξηθφ θαη παξέρνπλ ηελ δπλαηφηεηα δηαζχλδεζεο ηνπ νξγάλνπ κε άιια φξγαλα. Ππλήζσο απαηηείηαη εμσηεξηθή παξνρή ελέξγεηαο θαη αλάινγα κε ην κνληέιν ππάξρνπλ θαη επηπιένλ θπθιψκαηα ηα νπνία απνζεθεχνπλ ηηο κεηξήζεηο ή ηηο απεηθνλίδνπλ ζε ελζσκαησκέλε νζφλε. Δπηπιένλ, ππάξρνπλ ζπζθεπέο κε ιεηηνπξγία ζπλαγεξκνχ ζε πεξίπησζε πνπ ε κέηξεζε πεξάζεη θάπνην φξην αζθαιείαο. Ξαξαθάησ παξαηίζεληαη θάπνηεο ελδεηθηηθέο θσηνγξαθίεο δηαθφξσλ νξγάλσλ κέηξεζεο ρισξίνπ. Δικόνα 4.1 Αιζθηηήπαρ μέηπηζηρ Υλυπίος 34

36 Δικόνα 4.2 Κεηπηηικό όπγανο ηηρ εηαιπίαρ CHEMTRAC και ο αιζθηηήπαρ ςπολειμμαηικού σλώπιος 4.3 Ιειηοςπγία Πλακέηαρ AVR-GSM Ζ πιαθέηα AVR-GSM ηεο εηαηξίαο Olimex είλαη απηή πνπ ζπληνλίδεη ηελ ιεηηνπξγία ηεο εθαξκνγήο θαη απνζηέιιεη ηα δεδνκέλα. Ν ξφινο ηεο ζπλνςίδεηαη ζηηο παξαθάησ δηεξγαζίεο: Ιήςε ησλ δεδνκέλσλ κέηξεζεο απφ ην κεηξεηηθφ φξγαλν ζε αλαινγηθή κνξθή. Γεηγκαηνιεςία ηνπ αλαινγηθνχ ειεθηξηθνχ ζήκαηνο θαη κεηαηξνπή ηνπ ζε ςεθηαθφ. Πχλδεζε ζην δηαδίθηπν κέζσ ηνπ GSM module. Πχλδεζε ζε απνκαθξπζκέλν server πάιη κέζσ ηνπ GSM module κε ηελ ρξήζε ηνπ GPRS πξσηνθφιινπ. Δπεμεξγαζία θαη πξνεηνηκαζία ηεο πιεξνθνξίαο πνπ πξφθεηηαη λα κεηαδνζεί. Απνζηνιή ηεο πιεξνθνξίαο κέηξεζεο. Κέηξεζε ρξνληθνχ δηαζηήκαηνο 6 σξψλ κέρξη ηελ επφκελε κέηξεζε. Δμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο ζε απηφ ην δηάζηεκα ησλ 6 σξψλ πνπ ε πιαθέηα παξακέλεη αλελεξγή ζε ιαλζάλνπζα θαηάζηαζε. 35

37 4.4 Απεικόνιζη ηυν δεδομένυν Ζ απεηθφληζε ησλ δεδνκέλσλ πξαγκαηνπνηείηαη κε κηα ζεηξά ελεξγεηψλ. Ππγθεθξηκέλα, δεκηνπξγείηαη έλαο εηθνληθφο απνκαθξπζκέλνο server ν νπνίνο ιεηηνπξγεί σο θέληξν ππνδνρήο ηεο πιεξνθνξίαο. Πηνλ server θαηαθζάλνπλ νη κεηξήζεηο απφ φινπο ηνπο θφκβνπο ηνπ δηθηχνπ θαη απνζεθεχνληαη ζε βάζε δεδνκέλσλ. Θέηνληαο δηάθνξα εξσηήκαηα ζηελ βάζε δεδνκέλσλ κπνξνχκε λα εμάγνπκε ζπκπεξάζκαηα γηα ηελ πνηφηεηα ηνπ εμεηαδφκελνπ λεξνχ. Ρν γεγνλφο φηη ζηελ βάζε απνζεθεχεηαη ε πιεξνθνξία απφ φινπο ηνπο θφκβνπο, καο βνεζάεη λα εμάγνπκε ζπκπεξάζκαηα γηα ηελ δηαζπνξά ηνπ ρισξίνπ θαηά κήθνο ησλ αγσγψλ αιιά θαη ηελ πηζαλή βιάβε θάπνησλ αγσγψλ ζε πεξίπησζε πνπ ε κέηξεζε απφ θάπνηνλ θφκβν είλαη δηαθνξεηηθή απφ ηελ πξνβιεπφκελε. Πεκαληηθφ πιενλέθηεκα ηεο εθαξκνγήο είλαη ε άκεζε ελεκέξσζε ηνπ ζπζηήκαηνο ακέζσο κεηά ηελ κέηξεζε. Έηζη κπνξεί ν ρξήζηεο λα γλσξίδεη ζπλέρσο ηελ θαηάζηαζε ηνπ δηθηχνπ θαη λα πξνβεί ζε άκεζεο επηδηνξζψζεηο ή αιιαγέο φπνπ απηφ θξίλεηαη απαξαίηεην. Ζ απεηθφληζε ηεο πιεξνθνξίαο γίλεηαη κέζσ ελφο GUI πνπ πινπνηείηαη κε ηε κνξθή ελφο δπλακηθνχ ηζηνρψξνπ ζε δηαγξάκκαηα πνπ είλαη εχθνια ζηελ θαηαλφεζε. Νη επηκέξνπο δηεξγαζίεο πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη παξνπζηάδνληαη παξαθάησ: Γεκηνπξγία server πνπ ιεηηνπξγεί ζαλ θέληξν ππνδνρήο ηεο πιεξνθνξίαο απφ ηνπο θφκβνπο ηνπ δηθηχνπ. Ιήςε πιεξνθνξίαο θαη απνζήθεπζε ηεο ζηελ βάζε δεδνκέλσλ. Γεκηνπξγία γξαθεκάησλ βαζηζκέλσλ ζηηο κεηξήζεηο γηα εμαγσγή ζπκπεξαζκάησλ. Ξαξνπζίαζε ηεο πιεξνθνξίαο κέζσ ηζηνζειίδαο δπλακηθνχ πεξηερνκέλνπ. Πηηο εηθφλεο πνπ αθνινπζνχλ γίλεηαη κία πξνζπάζεηα γηα γξαθηθή αλαπαξάζηαζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο εθαξκνγήο καο. 36

38 Δικόνα 4.3 Γίκηςο κόμβος αιζθηηήπυν για μέηπηζη ποιόηηηαρ νεπού ζε κηίπιο. Δικόνα 4.4 Θόμβορ αιζθηηήπα ζε ςπόγειοςρ αγυγούρ νεπού 37

39 5 Hardware 5.1 AVR-GSM Development Board Πηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο καο, ην θπξηφηεξν εμάξηεκα απφ πιεπξάο hardware είλαη ε αλαπηπμηαθή πιαθέηα AVR-GSM Development Board ηεο εηαηξίαο Olimex LTD. Απνηειεί έλα εξγαιείν πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε πιεζψξα εθαξκνγψλ ζρεηηθέο κε απνκαθξπζκέλε παξαθνινχζεζε θαη έιεγρν ρξεζηκνπνηψληαο ηελ ηερλνινγία GSM. Ξεξηέρεη ηνλ κηθξνειεγθηή ATmega32 θαη ην 3-band GSM GPRS module 900/1800/1900Mhz πνπ θαιχπηεη ηελ πιεηνςεθία ησλ πεξηζζφηεξν ρξεζηκνπνηνχκελσλ GSM δηθηχσλ ζηνλ πιαλήηε ελψ παξάιιεια έρεη ελζσκαησκέλε θεξαία GSM θαζηζηψληαο ην πιήξσο ρξεζηηθφ ρσξίο ηελ αγνξά μερσξηζηήο εμσηεξηθήο θεξαίαο. Δπηπιένλ πεξηέρεη ςεθηαθφ αηζζεηήξα ζεξκνθξαζίαο ελψ κπνξεί λα ζπλδεζεί θαη κε 8 αθφκε αηζζεηήξεο. Απφ ηελ άιιε κεξηά, κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη σο αλεμάξηεην θηλεηφ ηειέθσλν πνπ πξαγκαηνπνηεί θαη απαληάεη ζε θιήζεηο ρξεζηκνπνηψληαο ην ελζσκαησκέλν κηθξφθσλν θαη ερείν. Ρέινο κπνξεί λα ζπλδεζεί κε Ζ/ ρξεζηκνπνηψληαο ηνλ USB-connector θαη λα ιεηηνπξγήζεη σο modem πξνζζέηνληαο πξφζβαζε ζην Internet κε ρξήζε ηεο ηερλνινγίαο GPRS [17]. Ξαξαθάησ παξαηίζεληαη πην αλαιπηηθά ηα επηκέξνπο ραξαθηεξηζηηθά ηεο πιαθέηαο: MCU: ATMega32 32KB Flash memory, 2KB RAM, 1KB EEPROM JTAG connector for programming and debugging with AVR-JTAG-L or AVR- JTAG-USB GSM GPRS 3-BAND MODULE 900/1800/1900Mhz with build on-board GSM cellular antenna Li-ion backup battery for up to 200 hours of GSM module stand-by (no relays etc peripherals active) πνδνρή θάξηαο SIM 2 RELAYS 240VAC/10A 2 optoisolated inputs USB interface Phone hook connector Buzzer (ringer) Status LED Δλζσκαησκέλνο ςεθηαθφο αηζζεηήξαο ζεξκνθξαζίαο ζχλδεζε γηα απνκαθξπζκέλνπο αηζζεηήξεο ζεξκνθξαζίαο κέρξη 30 κέηξα απφζηαζε απφ ηελ AVR-GSM Plastic housing (optional) Extension 26 pin connector for all unused ATMega32 ports PCB: FR-4, 1.5 mm (0,062"), soldermask, silkscreen component print Γηαζηάζεηο: 130x82x34 mm (5.1x3.2x1.3") 38

40 Δικόνα Άποτη ηηρ πλακέηαρ με ηα βαζικά μέπη [17] Ζ πιαθέηα AVR-GSM κπνξεί λα έρεη δχν είδε ηξνθνδνζίαο: +12 VDC εμσηεξηθή ηξνθνδνζία ρσξίο ρξήζε ηεο εζσηεξηθήο εθεδξηθήο κπαηαξίαο. Έηζη, ε πιαθέηα ηξνθνδνηείηαη εμσηεξηθά κφλν θαη ε εζσηεξηθή κπαηαξία απνζπλδέεηαη. Νη ζπλδέζεηο ζε απηή ηελ πεξίπησζε είλαη: - jumper BAT_E αλνηρηφ - jumper 4V_E θιεηζηφ - jumper 4V θιεηζηφ - jumper 5V_CHG_E αλνηρηφ +12 VDC ηξνθνδνζία απφ ηελ εζσηεξηθή εθεδξηθή κπαηαξία. Έηζη ε πιαθέηα ηξνθνδνηείηαη εζσηεξηθά απφ ηελ κπαηαξία. Ζ κπαηαξία κπνξεί λα θνξηηζηεί κε εμσηεξηθή ηξνθνδνζία 12V. Νη ζπλδέζεηο ζε απηή ηελ πεξίπησζε είλαη: - jumper BAT_E θιεηζηφ - jumper 4V_E αλνηρηφ - jumper 4V αλνηρηφ - jumper 5V_CHG_E θιεηζηφ Πηελ πινπνίεζε ηεο εθαξκνγήο καο ρξεζηκνπνηνχκε ηνλ δεχηεξν ηξφπν ηξνθνδνζίαο. Ζ θαηαλάισζε ηζρχνο κε απηφλ ηνλ ηξφπν θπκαίλεηαη απφ ma. [17] Ξαξαθάησ παξαηίζεηαη έλα αλαιπηηθφ δηάγξακκα ηνπ θπθιψκαηνο ηεο AVR- GSM Development Board. 39

41 40

42 5.1.1 MCU AVR ATmega32 Όπσο αλαθέξζεθε θαη πην επάλσ, ν κηθξνειεγθηήο πνπ πεξηέρεηαη ζηελ πιαθέηα είλαη ν Avr ATmega32 ηεο Atmel. Απνηειεί ηελ θαξδηά ηεο αλαπηπμηαθήο πιαθέηαο θαη θαζνξίδεη θαη θαηεπζχλεη ηηο επηκέξνπο εξγαζίεο. Ξαξαθάησ είλαη ζπγθεληξσκέλα ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ κηθξνειεγθηή [18]: Αξρηηεθηνληθή RISC (Reduced Instruction Set) 133 εληνιέο, νη πεξηζζφηεξεο εθ ησλ νπνίσλ εθηεινχληαη ζε έλαλ θχθιν εξγαζίαο 32x8 γεληθνχο θαηαρσξεηέο θαη πεξηθεξεηαθνχο θαηαρσξεηέο ειέγρνπ. 32 ΘBytes εζσηεξηθή, απηνπξνγξακκαηηδφκελε κλήκε Flash 1024 Bytes EEPROM 2 KBytes Internal SRAM 3 Timer/ Counters, 2 ησλ 8-bit θαη 1 ησλ 16-bit Real Ρime Clock κε μερσξηζηφ ηαιαλησηή 4 θαλάιηα PWM 6 θαλάιηα PWM κε πξνγξακκαηηδφκελε αλάιπζε απφ 2 κέρξη 16 bit 8 θαλάιηα, 10-bit ADC TWI 2 USART s SPI WatchDog Timer Αλαινγηθφ ζπγθξηηή Δζσηεξηθφ ξνιφη Σεηξίδεηαη εζσηεξηθέο θαη εμσηεξηθέο πεγέο δηαθνπψλ 6 Sleep Modes (Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby) Ράζεηο ιεηηνπξγίαο V Θαηαλάισζε Ηζρχνο ζε 1MHz, 3V, 25 C o Δλεξγφο: 1.1mA o Idle Mode: 0.35mA o Power - down Mode: < 1κA 41

43 Δικόνα 5.2 Pinout ATmega32 ηηρ AVR-GSM Development Board [18] Ν AVR ATmega32 ηεο Atmel είλαη έλαο ρακειήο ηζρχνο 8-bit CMOS κηθξνειεγθηήο βαζηζκέλνο ζηελ RISC αξρηηεθηνληθή. Κπνξεί λα εθηειέζεη ηηο πεξηζζφηεξεο εληνιέο ζε έλα θχθιν ξνινγηνχ επηηπγράλνληαο 1 MIPS αλά MHz θαη επηηξέπνληαο βέιηηζηε θαηαλάισζε ηζρχνο ζε κεγάιε ηαρχηεηα επεμεξγαζίαο. Δικόνα 2.3 Ο ATmega32 ηηρ Atmel [19] Ξαξαθάησ θαίλεηαη ε δνκή ηνπ ATmega32 ζε δηάγξακκα Block. 42

44 Δικόνα 5.4 Block Diagram ηος ATmega32 ηηρ Atmel [18] 43

45 5.1.2 SIM300DΕ GSM/GPRS Module Απνηειεί κηα νινθιεξσκέλε ιχζε γηα GSM/GPRS εθαξκνγέο κε 3 δηαθνξεηηθέο δψλεο ζπρλνηήησλ ιεηηνπξγίαο ελζσκαησκέλν ζε κηα SMT (Surfacemount technology) κνλάδα. Ρν SIM300DZ ηεο εηαηξίαο SIMCOM ζηα 900/1800/1900MHz κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα κεηάδνζε θσλήο, SMS, Fax αιιά θαη δεδνκέλσλ ζπλδπαζκέλν ζε κηα κηθξνχ κεγέζνπο κνλάδα κε ρακειή θαηαλάισζε ηζρχνο. Έηζη κπνξεί λα ελζσκαησζεί ζε πιεζψξα βηνκεραληθψλ εθαξκνγψλ φπσο Κ2Κ (Machine-to- Machine), Ρειεκαηηθήο θαη δηαθφξσλ άιισλ ζπζηεκάησλ επηθνηλσλίαο. [20] Δικόνα ότειρ ηος SIM300DZ ηηρ SIMCOM [21] Γεληθά Σαξαθηεξηζηηθά [20] Tri-Band GSM/GPRS 900/1800/1900 MHz GPRS multi-slot class 10/8 GPRS mobile station class B Compliant to GSM phase 2/2+ - Class 4 (2 900 MHz) - Class 1 (1 1800/1900MHz) Γηαζηάζεηο: 33mmx33mmx3mm Βάξνο: 7.8g Έιεγρνο κέζσ AT commands (GSM 07.07,07.05 and SIMCOM enhanced AT Commands) SIM application toolkit Ράζε ιεηηνπξγίαο 3.4V...4.5V Σακειή θαηαλάισζε ηζρχνο Θεξκνθξαζία θαλνληθήο ιεηηνπξγίαο: -20 ºC σο +55 ºC 44

46 Ξαξάιιεια, ην SIM300DZ module ππνζηεξίδεη ην TCP/IP protocol. Έρεη δειαδή ηελ δπλαηφηεηα απνζηνιήο θαη ιήςεο παθέησλ κέζσ ηνπ πξσηνθφιινπ TCP/IP θάηη πνπ ην θαζηζηά πιήξσο ρξεζηηθφ γηα εθαξκνγέο ζρεηηθέο κε ηνλ παγθφζκην ηζηφ (internet). Ξαξαθάησ θαίλνληαη αλαιπηηθά φινη νη αθξνδέθηεο ηνπ. SIM interface Δικόνα 5.6 Pinout ηος SIM300DZ ηηρ SIMCOM [22] Ρν SIM interface ππνζηεξίδεη ηελ ιεηηνπξγία ηνπ GSM Phase 1 specification. Ρξνθνδνηείηαη απφ έλα εζσηεξηθφ ξπζκηζηή ηάζεο ζηα 3V. πνζηεξίδνληαη θάξηεο SIM ησλ 1.8V θαη ησλ 3.0V. Ξαξαθάησ θαίλεηαη ε ζχλδεζε ηνπ κε ην GSM/GPRS module.[23] Δικόνα 5.7 Θύκλυμα αναθοπάρ SIM interface με κάπηα SIM 6 ακποδεκηών [23] 45

47 Γηα λα ιεηηνπξγήζεη ζσζηά ην SIM-card holder πξέπεη λα εηζαρζεί έγθπξε θάξηα SIM ρσξίο αίηεκα θσδηθνχ αζθαιείαο PIN. Δικόνα 2.8 SIM card holder και διάγπαμμα ακποδεκηών [17] FTDI FT232RL Module To FT232RL chip ηεο FTDI επηηξέπεη ζην SIM300DZ λα επηθνηλσλεί κέζσ ηεο ζεηξηαθήο UART κε Ζ/ κε ρξήζε ελφο απινχ USB θαισδίνπ. Δίλαη ελζσκαησκέλν ζηελ πιαθέηα AVR-GSM θαη ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο σο κέζν γηα δνθηκέο. Κπνξεί λα βνεζήζεη ζε κεγάιν βαζκφ ηνλ εθάζηνηε πξνγξακκαηηζηή θαζψο κε ρξήζε ελφο πξνγξάκκαηνο terminal κπνξεί λα επηθνηλσλήζεη κε ην SIM300DZ ρξεζηκνπνηψληαο ΑΡ commands. Έηζη, κπνξεί λα δεη ηελ απφθξηζε ηνπ GSM modem ζε θάζε ΑΡ command θαη λα ξπζκίζεη θαη λα επεμεξγαζηεί θαηαιιήισο ζπγθεθξηκέλεο παξακέηξνπο ηνπ. Δικόνα 5.9 Σο FT232RL chip ζηην πλακέηα AVR-GSM [17] 46

48 Ρν FT232RL chip ζπλαληάηαη ζε πιήζνο εθαξκνγψλ ζε θάζε ινγήο ζπζηήκαηα. Ξαξαθάησ δίλνληαη κεξηθέο απφ απηέο ηηο εθαξκνγέο [24]: USB to RS232 / RS422 / RS485 Converters Upgrading Legacy Peripherals to USB Cellular and Cordless Phone USB data transfer cables and interfaces Interfacing MCU / PLD / FPGA based designs to USB USB Audio and Low Bandwidth Video data transfer PDA to USB data transfer USB Smart Card Readers USB Instrumentation USB Industrial Control USB MP3 Player Interface USB FLASH Card Reader / Writers Set Top Box PC - USB interface USB Digital Camera Interface USB Hardware Modems USB Wireless Modems USB Bar Code Readers USB Software / Hardware Encryption Dongles Δικόνα 5.10 Σο FT232RL chip ηηρ FTDI [25] 47

49 5.1.4 AVR-JTAG Connector Ζ AVR-GSM Development Board ηεο Olimex, φπσο αλαθέξζεθε θαη πην λσξίο είλαη εμνπιηζκέλε κε ζχλδεζε JTAG πνπ επηηξέπεη ηνλ πξνγξακκαηηζκφ θαη ηελ απνζθαικάησζε (γλσζηή σο debugging) ηνπ κηθξνειεγθηή AVR. Δικόνα 5.11 JTAG connector ηηρ πλακέηαρ AVR-GSM [17] Έηζη ινηπφλ, ε ζχλδεζε JTAG αλ ζπλδπαζηεί κε ην θαηάιιειν εξγαιείν (θαιψδην AVR-JTAG-L ή AVR-JTAG-USB) ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα πξνγξακκαηίζνπκε ηνλ AVR. Δκείο ρξεζηκνπνηήζακε ην AVR-JTAG-USB. 5.2 AVR-JTAG-USB cable Ρν AVR-JTAG-USB cable είλαη ην θαιψδην πνπ φπσο είπακε ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ πξνγξακκαηηζκφ θαη ηελ live πξνζνκνίσζε ηεο πιαθέηαο AVR-GSM. πνζηεξίδεη φινπο ηνπο κηθξνειεγθηέο AVR κε JTAG interface. Δικόνα 5.12 AVR-JTAG-USB Development Tool [26] 48

50 Ππλεξγάδεηαη άςνγα κε ην πξνγξακκαηηζηηθφ πεξηβάιινλ ηνπ AVR Studio θαη επηηξέπεη ηελ πξφζβαζε ζε φινπο ηνπο πφξνπο ησλ AVR (Flash memory, EEPROM memory, SRAM memory, Register File, Program Counter, Fuse and LockBits, I/O modules). Ξαξάιιεια, ρξεζηκνπνηεί ην FT232 USB to RS232 IC ηεο FTDI γηα ηελ κεηαηξνπή απφ RS-232 ζε USB. Γη απηφ είλαη απαξαίηεηε ε ρξεζηκνπνίεζε θαηάιιεισλ drivers γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπ. [27] 49

51 6 Software 6.1 AT Commands Γενικά Πηελ εθαξκνγή καο, φπσο αλαθέξζεθε ζην θεθάιαην ηνπ hardware, ην ειεθηξνληθφ εμάξηεκα πνπ αλαιακβάλεη λα ζηείιεη αζχξκαηα ηελ κέηξεζε, είλαη ην GSM module ηεο πιαθέηαο, ην νπνίν απνηειείηαη απφ ην chip SIM300DZ θαη ηελ θεξαία εθπνκπήο θαη ιήςεο. Ν επεμεξγαζηήο ιακβάλεη ηε κέηξεζε, ηε ζηέιλεη ζην GSM module θαη ηνπ δίλεη νδεγίεο γηα ηελ απνζηνιή ηεο πιεξνθνξίαο. Απηή ε δηαδηθαζία γίλεηαη κε ηηο ιεγφκελεο AT commands. Ρέηνηνπ ηχπνπ εληνιέο ρξεζηκνπνηνχληαη ζρεδφλ ζε φια ηα κνληέια θαξηψλ SIM. Νη εληνιέο AT, κπνξεί λα δηαθέξνπλ απφ κνληέιν ζε κνληέιν αλάινγα κε ηελ θαηαζθεπάζηξηα εηαηξία. Κε ηηο AT commands, κπνξνχκε κέζσ θψδηθα λα πξαγκαηνπνηήζνπκε ηηο πεξηζζφηεξεο ιεηηνπξγίεο ελφο θηλεηνχ ηειεθψλνπ πνπ ζπζρεηίδνληαη κε GSM ιεηηνπξγία φπσο γηα παξάδεηγκα ε πξαγκαηνπνίεζε κηαο θιήζεο, ε απνζηνιή ελφο κελχκαηνο ή αθφκε θαη ε έλαξμε ρξνλνκέηξνπ ή ιεηηνπξγία μππλεηεξηνχ. Δπηπιένλ, αλ ε θάξηα SIM παξέρεη ηηο ππεξεζίεο 3G, ηφηε κέζσ ησλ εληνιψλ ΑΡ κπνξνχκε λα πξνγξακκαηίζνπκε ην GSM module λα ζπλδεζεί ζην internet κέζσ ηνπ router (δξνκνινγεηή) ηνπ ηειεπηθνηλσληαθνχ παξφρνπ θαη λα ζηείιεη παθέηα δεδνκέλσλ ζε δηαθνξέο IP. Νη ΑΡ commands ρξεζηκνπνηνχληαη θαη ζε κφληεκ, ζηέιλνληαη κέζσ νζφλεο ηεξκαηηθνχ ελφο ππνινγηζηή απφ ηνλ ρξήζηε ζην κφληεκ θαη εθηειείηαη ε αλάινγε εληνιή. Ππγθεθξηκέλα, ηα GSM modem ζπλδένληαη ζπλήζσο ζηελ ζεηξηαθή ζχξα ηνπ ππνινγηζηή. Πηε πεξίπησζε ηεο δηθή καο εθαξκνγήο, ην FT232RL chip ηεο κεηαηξέπεη ηελ ζεηξηαθή ζχξα ηνπ GSM modem ζε ζχξα USB. Ξνιχ ζεκαληηθφ δήηεκα πξνθεηκέλνπ λα γίλεη ζσζηά ε επηθνηλσλία κεηαμχ ηνπ ππνινγηζηή θαη ηνπ GSM modem είλαη λα ξπζκηζηεί ζσζηά ν ξπζκφο κεηάδνζεο ησλ δεδνκέλσλ (baud rate). Έπεηηα ηίζεηαη ην κέγεζνο ησλ δεδνκέλσλ, θαζψο θαη ν έιεγρνο ηεο επηθνηλσλίαο ν νπνίνο κπνξεί λα γίλεη κέζσ hardware είηε κέζσ software. Όηαλ επηηεπρζεί ε ζχλδεζε ηνπ GSM modem κε ηνλ ππνινγηζηή, ε εηζαγσγή ΑΡ εληνιψλ γίλεηαη κέζσ ηεο νζφλεο εληνιψλ ηεξκαηηθνχ (terminal). Πηηο παξαθάησ εηθφλεο θαίλνληαη νη ξπζκίζεηο ηεο ζχλδεζεο θαζψο θαη κηα νζφλε ηεξκαηηθνχ, ην Brays Terminal [28]. 50

52 Δικόνα 6.1 Ρςθμίζειρ επικοινυνίαρ εγκαηάζηαζηρ GSM modem Δικόνα 6.2 Δγκαηάζηαζη GSM modem ζηον ςπολογιζηή και έλεγσορ ηος από ηο Brays Terminal 51

53 Ξξψηα απφ φια, πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη πξνθεηκέλνπ ην GSM module θαη ε SIM300DZ λα κπνξέζνπλ λα εθηειέζνπλ εληνιέο φπσο ε απνζηνιή κελχκαηνο, ε πξαγκαηνπνίεζε ηειεθσληθήο θιήζεο ή θιήζεο δεδνκέλσλ, ζα πξέπεη ε θάξηα SIM λα έρεη αξθεηέο κνλάδεο δηφηη θάζε κία απφ απηέο ηηο ελέξγεηεο ρξεψλεηαη αλάινγα απφ ηνλ ηειεπηθνηλσληαθφ πάξνρν. Ξαξαθάησ παξαηίζεληαη θάπνηεο βαζηθέο εληνιέο ηνπ κνληέινπ SIM300DZ, ν ηξφπνο ζχληαμεο ηνπο θαζψο θαη ε ιεηηνπξγία πνπ επηηεινχλ. Πηελ ζπλέρεηα ζα αλαιπζεί θαη ε νκάδα εληνιψλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηελ δηθηά καο εθαξκνγή, ψζηε λα ζηαινχλ αζχξκαηα νη πιεξνθνξίεο ησλ κεηξήζεσλ ζε κνξθή TCP παθέηνπ ζηνλ απνκαθξπζκέλν server ύνηαξη AT ενηολών. Νη ΑΡ εληνιέο ζην κνληέιν SIM300DZ ζπληάζζνληαη κε ην ΑΡ<x><n> ή ΑΡ+<x><n>, φπνπ <x> θαη <n> είλαη ηα δηάθνξα νξίζκαηα ηεο εληνιήο. Κε ην ΑΡ+<x>=? παίξλνπκε ζην ηεξκαηηθφ φιεο ηηο δπλαηέο ηηκέο πνπ κπνξεί λα πάξεη ην φξηζκα <x>. Σξεζηκνπνηψληαο ηελ εληνιή ΑΡ+<x>? επηζηξέθεηαη ε ηξέρνπζα ηηκή ηεο παξακέηξνπ <x>. Αλάινγα κε ηελ εληνιή ΑΡ+<x>=< >, ν ρξήζηεο ζέηεη ηελ ηηκή ηνπ νξίζκαηνο πνπ επηζπκεί θαη ζηέιλνληαο ηελ εληνιή ΑΡ+<x> ζηελ νζφλε ηνπ ηεξκαηηθνχ, ε εληνιή εθηειείηαη απφ ηηο εζσηεξηθέο δηαδηθαζίεο ηνπ GSM module. [29] Δνδεικηικά παπαδείγμαηα AT ενηολών. Πην ζεκείν απηφ παξαηίζεληαη νξηζκέλα παξαδείγκαηα εληνιψλ θαη ε ιεηηνπξγία πνπ επηηεινχλ. AT Διέγρεη εάλ ην GSM κφληεκ ιεηηνπξγεί θαλνληθά. Δπηζηξέθεη ζηελ νζφλε ηνπ ηεξκαηηθνχ ΝΘ εάλ είλαη ζπλδεκέλν θαη ιεηηνπξγεί θαη ERROR εάλ ππάξρεη θάπνην πξφβιεκα. ATE0 Ρα GSM modem ζπλήζσο φηαλ ιακβάλνπλ κία εληνιή αληαπνθξίλνληαη ζηέιλνληαο πίζσ ζην ηεξκαηηθφ ηελ απάληεζε καδί κε ηνλ θψδηθα ηεο εληνιήο πνπ ηνπο δεηήζεθε λα θάλνπλ. Ζ ΑΡΔ0 απελεξγνπνηεί απηή ηελ «ερψ» θαη επηζηξέθεη ΝΘ αλ εθηειέζηεθε ζσζηά ή ERROR εάλ ππάξρεη θάπνην πξφβιεκα. 52

54 AT+CNMI Ζ ζπγθεθξηκέλε εληνιή επηζηξέθεη ηελ δηεχζπλζε κλήκεο ηεο θάξηαο SIM ζηελ νπνία έρεη απνζεθεπηεί έλα λέν εηζεξρφκελν κήλπκα. AT+CMGR Ζ εληνιή απηή φηαλ δνζεί ζηελ νζφλε ηεξκαηηθνχ καδί κε θάπνηεο παξακέηξνπο νη νπνίεο θαζνξίδνπλ ηνλ ρψξν ηεο κλήκεο πνπ αλαδεηνχκε, καο επηζηξέθεη ην κήλπκα ην νπνίν είλαη απνζεθεπκέλν ζε απηή ηε δηεχζπλζε. AT+CMGS Ζ εληνιή ΑΡ+CMGS αθνινπζνχκελε απφ έλα string αξηζκψλ απνζεθεχεη ζηελ κλήκε ην λνχκεξν ζην νπνίν ζα απνζηαιεί ην κήλπκα. Δπηζηξέθεη ΝΘ αλ εθηειέζηεθε ζσζηά ή ERROR εάλ ππάξρεη θάπνην πξφβιεκα. AT+IPR Ζ εληνιή AT+IPR, αθνινπζνχκελε απφ έλαλ αξηζκφ, ζέηεη ηνλ ξπζκφ κεηάδνζεο (baud rate) κε ηνλ νπνίν νξίδεηαη ε επηθνηλσλία ηνπ GSM module κε ηελ ζεηξηαθή ηνπ έμνδν, πνπ ζπλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα κπνξέζεη ν ρξήζηεο λα ζηέιλεη εληνιέο κέζσ ηεο νζφλεο ηεξκαηηθνχ ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. Αθνχ εθηειεζηεί ε εληνιή θαη επαλεθθηλεζεί ην GSM module, ε επηθνηλσλία ζα γίλεηαη κε βάζε ην θαηλνχξην baud rate. Δπηζηξέθεη ΝΘ αλ εθηειέζηεθε ζσζηά ή ERROR εάλ ππάξρεη θάπνην πξφβιεκα. AT+CSQ Ζ εληνιή απηή καο επηζηξέθεη ηελ δχλακε ηνπ ζήκαηνο ζην ζεκείν ηελ θεξαίαο. Δπηζηξέθεη δχν αθέξαηνπο αξηζκνχο, ν πξψηνο ζην δηάζηεκα απφ κεδέλ (0) έσο ην ηξηάληα έλα (31) φπνπ ην κεδέλ αληηπξνζσπεχεη πνιχ αδχλαην ζήκα(-113 dbm) θαη ην ηξηάληα έλα θάιν δπλαηφ ζήκα ηεο ηάμεσο ησλ -51 dbm. Αλ επηζηξέςεη 53

55 ηελ ηηκή 99 ζεκαίλεη φηη δελ κπνξεί λα αληρλεπηεί θαζφινπ ζήκα. Ν δεχηεξνο αξηζκφο αληηπξνζσπεχεη ην πνζνζηφ ηνπ αληρλεχζηκνπ ζήκαηνο πνπ ζρεηίδεηαη κε ην GPRS. Ππλήζσο έρεη ηελ ηηκή 99 πνπ ζεκαίλεη πσο ην ζήκα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη γηα GPRS ιεηηνπξγία. Δικόνα 6.3 Υπήζη ηηρ ενηολήρ AT+CSQ Ζ θάξηα SIM300DZ ππνζηεξίδεη θαη ηελ GPRS ιεηηνπξγία ηνπ GSM module. Δηδηθφηεξα, ζε πεξίπησζε πνπ ρξεηάδεηαη λα απνζηαιεί θάπνην παθέην δεδνκέλσλ ή λα γίλεη κία αίηεζε γηα ζχλδεζε ζην δηαδίθηπν κε 3G ιεηηνπξγία, κε ηελ ρξήζε ησλ θαηάιιεισλ AT εληνιψλ επηηπγράλεηαη επηθνηλσλία απηήο ηεο κνξθήο. Ξαξαθάησ ζα αλαιπζεί ε δηαδηθαζία θαζψο θαη νη εληνιέο κε ηηο νπνίεο πξαγκαηνπνηείηαη απηή ε ιεηηνπξγία GPRS λειηοςπγία ΣCP/IP πακέηα Ξξηλ μεθηλήζνπκε λα πεξηγξάθνπκε ηηο εληνιέο θαη ηελ ιεηηνπξγία ηνπο, ζα πξέπεη λα αλαθέξνπκε φηη είλαη απαξαίηεην ε θάξηα SIM πνχ ρξεζηκνπνηείηαη λα ππνζηεξίδεη 3G ιεηηνπξγία θαη λα έρεη αξθεηέο κνλάδεο ζην ππφινηπν ηεο πξνθεηκέλνπ λα ζηείιεη θαη λα δερζεί δεδνκέλα. Ππγθεθξηκέλα, γηα λα ππνζηεξηρζεί GPRS θαη 3G ιεηηνπξγηά ζα πξέπεη λα ζπλδεζεί ε θάξηα SIM κέζσ ηνπ GSM module κέζσ ΑPN (Access Point Name) θαη ζα ρξεηαζηεί ν ηειεπηθνηλσληαθφο πάξνρνο λα πξνκεζεχζεη έλα username θαη έλα password πξνθεηκέλνπ λα απζεληηθνπνηεζεί ν ρξήζηεο. Πηελ δηθή καο εθαξκνγή, ηειεπηθνηλσληαθφο πάξνρνο είλαη ε COSMOTE ε νπνία δηαζέηεη δσξεάλ ην username 54

56 θαη ην password πξνθεηκέλνπ νη ζπζθεπέο modem πνπ ρξεζηκνπνηνχλ GSM πξσηφθνιιν λα ζπλδένληαη κέζσ APN ζην δηαδίθηπν [30]. Μεθηλψληαο κία ζχλδεζε ηνπ GSM module ζην internet ζα ρξεηαζηεί λα εθηειεζηνχλ κε ηελ ζεηξά νη παξαθάησ εληνιέο: AT+CSTT= APN, USERNAME, PASSWORD Ζ παξαπάλσ εληνιή δεκηνπξγεί ηελ ζχλδεζε ΑPN κε ηνλ ηειεπηθνηλσληαθφ πάξνρν. Πηελ δηθή καο εθαξκνγή φπνπ username θαη password αθήλνπκε ην πεδίν ηνπ νξίζκαηνο θελφ αθνχ απηέο είλαη νη default ηηκέο πνπ καο πξνκεζεχεη ε COSMOTE. AT+CIICR Κε ηελ ζπγθεθξηκέλε εληνιή, ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ επφκελε εληνιή δίλνπκε ηελ δπλαηφηεηα ζην GSM modem λα ζπλδεζεί ζην δηαδίθηπν ιακβάλνληαο κηα IP. AT+CIFSR Mε ηελ εθηέιεζε απηήο ηεο εληνιήο, ε ζχλδεζε έρεη πξαγκαηνπνηεζεί θαη επηζηξέθεηαη ζηελ νζφλε ηεξκαηηθνχ ε IP πνπ ην router ηνπ δηθηχνπ ηνπ ηειεπηθνηλσληαθνχ παξφρνπ έρεη απνδψζεη ζην GSM modem. AT+CIPSTART= TCP, REMOTE SERVER, PORT Ζ εληνιή AT+CIPSTART δεκηνπξγεί ζχλδεζε κε ηνλ απνκαθξπζκέλν server αθνινπζψληαο ην πξσηφθνιιν πνπ δέρεηαη σο φξηζκα. Ρν φξηζκα TCP ζεκαίλεη φηη ε επηθνηλσλία κεηαμχ ηνπ GSM modem θαη ηνπ εμσηεξηθνχ server ζα γίλεη κε αληαιιαγή TCP παθέησλ δεδνκέλσλ. Θα κπνξνχζε λα επηηεπρζεί επηθνηλσλία θαη κε UDP παθέηα δεδνκέλσλ. Πην φξηζκα REMOTE SERVER δίλνπκε ηελ IP ηνπ απνκαθξπζκέλνπ server κε ηνλ νπνίν ζα γίλεη ε επηθνηλσλία θαη αληαιιαγή δεδνκέλσλ. Πην φξηζκα PORT δίλνπκε ηελ ηηκή ηνπ Port ζην νπνίν ζα επηρεηξήζεη to GSM modem λα ζπλδεζεί. Θα πξέπεη εθ ησλ πξνηέξσλ λα γλσξίδνπκε φηη ην ζπγθεθξηκέλν port είλαη αλνηρηφ θαη δέρεηαη εηζεξρφκελεο ζπλδέζεηο. Ξνιιέο θνξέο ιφγσ ηεο ρξήζεο ηνίρνπ πξνζηαζίαο 55

57 (firewall) ε πξνζπάζεηα ηνπ GSM λα ζπλδεζεί απνηπγράλεη, νπφηε ζπληζηάηαη ε πξφζζεζε εμαίξεζεο ζην firewall γηα ην ζπγθεθξηκέλν port ψζηε λα δέρεηαη ζπλδέζεηο. Δάλ ε ζχλδεζε επηηεπρζεί ζηελ νζφλε ηεξκαηηθνχ επηζηξέθεηαη CONNECT OK, αιιηψο επηζηξέθεηαη ERROR. AT+CIPSEND Αθνχ έρεη πξαγκαηνπνηεζεί ε TCP ζχλδεζε κε ηνλ απνκαθξπζκέλν server, ηφηε κε ηελ ρξήζε ηεο εληνιήο ΑΡ+CIPSEND, κπνξνχκε λα ζηείινπκε δεδνκέλα ή πξνσζήζνπκε θάπνηα αίηεζε γηα ηελ απνζηνιή δεδνκέλσλ απφ ηνλ server πξνο ην GSM modem. Δάλ ε απνζηνιή ησλ δεδνκέλσλ ή ηεο αίηεζεο επηηεπρζεί ηφηε ζηελ νζφλε ηεξκαηηθνχ επηζηξέθεηαη SEND OK αιιηψο επηζηξέθεηαη ή SEND FAIL ή ζε πεξίπησζε κε αλαγλσξίζηκνπ ιάζνπο ERROR. Κηα άιιε πνιχ ρξήζηκε εληνιή πνπ καο βνεζάεη λα παξαθνινπζνχκε θαη λα ειέγρνπκε ηελ δηαδηθαζία ηεο 3G ιεηηνπξγίαο είλαη ε παξαθάησ. AT+CIPSTATUS Ζ xξήζε ηεο ζπγθεθξηκέλεο εληνιήο καο επηζηξέθεη ζηελ νζφλε ηεξκαηηθνχ ηελ ηξέρνπζα θαηάζηαζε ηεο αζχξκαηεο ζχλδεζεο. Κπνξεί λα επηζηξέςεη κηα απφ ηηο παξαθάησ θαηαζηάζεηο: IP INITIAL: Πεκαίλεη πσο ε δηαδηθαζία αλάθηεζεο ΗP έρεη μεθηλήζεη. IP START: Πεκαίλεη πσο έρεη επηηεπρζεί ε ζχλδεζε θαη αλακέλεηαη ε αλάζεζε IP απφ ηνλ πάξνρν IP CONFIG: Πεκαίλεη πσο ε ζχλδεζε έρεη επηηεπρζεί αιιά γηα ιφγνπο ηνπ ηειεπηθνηλσληαθνχ παξφρνπ αιιάδεη IP ην GSM modem IP GPRSACT: Πεκαίλεη πσο ε ιεηηνπξγία GPRS είλαη δηαζέζηκε γηα απνζηνιή θαη ιήςε δεδνκέλσλ TCP/UDP CΟNNECTING: Πεκαίλεη πσο ε δηαδηθαζία TCP/UDP ζχλδεζεο έρεη μεθηλήζεη θαη πξνζπαζεί λα πξαγκαηνπνηεζεί. IP CLOSE: Πεκαίλεη πσο ε ζχλδεζε κε ηνλ απνκαθξπζκέλν server έρεη δηαθνπεί γηα θάπνην ιφγν. CONNECT OK: Πεκαίλεη πσο έρεη επηηεπρζεί ε αζχξκαηε ζχλδεζε κε ηνλ απνκαθξπζκέλν server. 56

58 PDP DEACT: Πεκαίλεη πσο ππάξρεη θάπνην πξφβιεκα θαηά ηελ πξνζπάζεηα ζχλδεζεο κε ηνλ server. Ππλήζσο ζπκβαίλεη φηαλ ην απνκαθξπζκέλν PORT είλαη θιεηζηφ θαη δε δέρεηαη εηζεξρφκελεο ζπλδέζεηο. Ξαξαθάησ παξαηίζεληαη ζε εηθφλεο ελδεηθηηθά παξαδείγκαηα ρξήζεο AT εληνιψλ ζηελ νζφλε ηεξκαηηθνχ θαζψο θαη νη απαληήζεηο πνπ επηζηξέθνληαη. Δικόνα 6.4 Υπήζη ενηολήρ ΑΣ+CPIN Δικόνα 6.5 Υπήζη διαθόπυν ΑΣ ενηολών 57