Ασύρµατα ίκτυα Αισθητήρων. Σαράντης Πασκαλής Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών

Transcript

1 Ασύρµατα ίκτυα Αισθητήρων Σαράντης Πασκαλής Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών

2 Αισθητήρες Ο αισθητήρας (sensor) είναι µια συσκευή που µετρά ένα φυσικό µέγεθος και το µετατρέπει σε σήµα αναγνώσιµο από ένα παρατηρητή ή ένα όργανο. Το ασύρµατο δίκτυο αισθητήρων αποτελεί µια διασύνδεση αυτόνοµων συσκευών µε αισθητήρες.

3 Συστατικά κόµβου

4 Στοίβα πρωτοκόλλων Τα πρωτόκολλα πρέπει να είναι ενήµερα για ισχύ τοποθεσία εφαρµογή

5 ιαφορές µεταξύ sensor και ad-hoc δικτύων Ο αριθµος των κόµβων είναι µεγαλύτερος Πυκνότερη τοποθέτηση Οι αισθητήρες µπορεί να χαλάσουν Συχνές αλλαγές τοπολογίας Συνήθως broadcast Περιορισµένες δυνατότητες επεξεργασίας και ισχύος Πιθανώς απουσία µοναδικής ταυτότητας

6 Παράγοντες Σχεδίασης Ανοχή σε σφάλµατα Κλιµακωσιµότητα Κόστος παραγωγής Περιορισµοί hardware Τοπολογία δικτύου Περιβάλλον Μέσο µετάδοσης Κατανάλωση ισχύος

7 Ασύρµατο δίκτυο αισθητήρων Το ασύρµατο δίκτυο αισθητήρων (Wireless Sensor Network WSN) αποτελείται από χωρικά κατανεµηµένους αυτόνοµους αισθητήρες για την παρακολούθηση φυσικών ή περιβαλλοντικών µεγεθών που συνεργατικά διοχετεύουν τα δεδοµένα µέσω του δικτύου προς µια κύρια τοποθεσία προς οποιαδήποτε κατεύθυνση

8 Τοπολογία δικτύου Η πληροφορία συγκεντρώνεται σε ένα κόµβο-πύλη Ο κόµβος-πύλη επικοινωνεί µε άλλους κόµβους-πύλες ή µε «κανονικές» µηχανές

9 Αρχιτεκτονική Εκατοντάδες/χιλιάδες συσκευές (motes) που επικοινωνούν µεταξύ τους και µεταφέρουν δεδοµένα µεταξύ τους Η έρευνα που γίνεται αφορά κυρίως εξοικονόµηση ενέργειας και κατανεµηµένη επεξεργασία

10 Τύποι δικτύων Αδόµητο WSN Πυκνή συγκέντρωση αισθητήρων Αδόµητη (ad hoc) τοποθέτηση ύσκολη συντήρηση δικτύου οµηµένο WSN Λίγοι και αραιά τοποθετηµένοι αισθητήρες Προσχεδιασµένη τοποθέτηση Ευκολότερη συντήρηση δικτύου

11 Πρωτόκολλα Επικοινωνίας Επίπεδο µεταφοράς (transport) Επίπεδο δικτύου (network) Επίπεδο ζεύξης (data link)

12 Επίπεδο µεταφοράς Συµφόρηση Ανίχνευση συµφόρησης Έλεγχος συµφόρησης Αξιοπιστία Κατεύθυνση Μέτρηση αξιοπιστίας Ανακατασκευή πακέτων ιαχείριση Ενέργειας

13 Χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα µεταφοράς Sensor Transmission Control Protocol (STCP) Price-Oriented Reliable Transport Protocol (PORT) GARUDA Congestion Detection and Avoidance (CODA) Delay Sensitive Transport (DST) Pump Slowly, Fetch Quickly (PSFQ) Event-to-Sink Reliable Transport (ESRT)

14 Συµφόρηση 1/3

15 Συµφόρηση 2/3 Όταν ξεπεραστεί το χαµηλό όριο συµφόρησης, σε µερικά πακέτα ενεργοποιείται το congestion bit.

16 Συµφόρηση 3/3 Όταν ξεπεραστεί το υψηλό όριο συµφόρησης, σε όλα τα πακέτα ενεργοποιείται το congestion bit.

17 Χαρακτηριστικά για συµφόρηση Πρωτόκολλα STCP ESRT DST PORT CODA Ανίχνευση Buffer size Node price Buffer size + channel load Έλεγχος traffic redirection or end-to-end rate adjustment end-to-end rate adjustment at each node rate adjustment

18 Χαρακτηριστικά για αξιοπιστία Πρωτόκολλα STCP PORT CODA DST PSFQ ESRT GARUDA Packet Reliability & Packet Recovery Event Information Reliability No reliability Event Reliability Packet Reliability & Packet Recovery Event Reliability Reliability Measure Packet and Destination Reliability & Packet Recovery

19 Χαρακτηριστικά για διαχείριση ενέργειας Όλα εκτός από PSFQ έχουν χαρακτηριστικά που επιτρέπουν την αποφυγή σπατάλης ενέργειας

20 Επίπεδο δικτύου Ροή κίνησης Τύπος δροµολόγησης Συνάθροιση δεδοµένων Επεξεργαστικη επιβάρυνση Ενεργειακή αποτελεσµατικότητα Επιπλέον ενεργειακές απαιτήσεις

21 Χρησιµοποιούµενα πρωτόκολλα δικτύου Geographical Routing Anchor Location Service (ALS) Secure Routing (SecRout) Secure Cell Replay (SCR)

22 Πρωτόκολλα και συνάθροιση δεδοµένων Πρωτόκολλα Geographical Routing ALS SecRout SCR Λειτουργικότητα Location-based Routing No data aggregation Cluster-based Routing Data Aggregation

23 Επιβάρυνση Επεξεργασίας Πρωτόκολλα Geographical Routing ALS SecRout Λειτουργικότητα Neighbor selection / Blacklisting Sink location information at each anchor Packet encryption/decryption SCR

24 Επίπεδο ζεύξης Πρωτόκολλα Z-MAC (Medium Access Control) Low Power Reservation Based MAC Low Power Distributed MAC CC-MAC (Spatial Correlation-based Collaborative MAC)

25 Τρόποι πρόσβασης Z-MAC Low Power Reservation Based MAC Low Power Distributed MAC CC-MAC Πρωτόκολλα Τρόπος πρόσβασης TDMA/CDMA TDMA TDMA/CA

26 Εφαρµογές Παρακολούθηση περιοχής Περιβαλλοντική /γεωσκόπηση Ποιότητα/ρύπανση αέρα Ανίχνευση συµβάντων (πυρκαγιά, πληµµύρα, κατολίσθηση) Έξυπνο σπίτι Γεωργία Ιατρική ιαχείριση αποθήκης Στρατιωτικές εφαρµογές

27 Μέλλον Everything online Everybody online Internet of Things (IOT) Smart...(spaces, cities, houses, etc.)