ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ"

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Τομέας Ηλεκτρονικής και Υπολογιστών Διπλωματική εργασία της Χριστίνας Σιηττή ΑΕΜ: 5574 Υπό την επίβλεψη του καθηγητή: Ιούνιος 2013 κ.δημήτρη Μητράκου

2

3 Πίνακας περιεχομένων 1. Εισαγωγή 6 2. Ιστορική Αναδρομή 8 3. Κατασκευαστικά, Τεχνολογίες ευρείας διάδοσης, Υλικό Ασύρματη Δικτύωση Συλλογική Επεξεργασίας Σήματος Εξέλιξη κόμβων αισθητήρων Επόμενη Γενιά ασύρματων κόμβων WINS από το UCLA Motes από UC Berkeley Medusa από το UCLA PicoRadio από UC Berkeley μamps από το πανεπιστήμιο MIT Το υλικό (Hardware) και οι πλατφόρμες των WSN Πλατφόρμες στις οποίες βασίζονται τα δίκτυα αισθητήρων Η μονάδα Spec Το MicaZ,Mica Tmote sky Το iμote Η πλατφόρμα Stargate ΒΤnode Αρχιτεκτονικές διαφορές Η εξέλιξη στο υλικό και το λογισμικό των πλατφορμών Πρότυπα λογισμικού και διεπαφών Το πρωτόκολλο επικοινωνίας ZigBee Αξιοπιστία δεδομένων Διάρκεια πηγής τάσης τροφοδοσίας Κόστος Εύρος Μετάδοσης Ρυθμός Μετάδοσης Δεδομένων Λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων (Latency) Ασφάλεια δεδομένων Το Zigbee συγκριτικά με εναλλακτικές τεχνολογίες 43 1

4 4.4. Η ασύρματη πλατφόρμα Tmote Sky (Moteiv) Τεχνικά χαρακτηριστικά μονάδας Tmote Sky Τεχνολογικές τάσεις Ασύρματος πομποδέκτης Ολοκληρωμένη σχεδίαση Συνδετήρας επέκτασης Κατανάλωση ενέργειας Αισθητήρες υγρασίας/θερμοκρασίας και φωτός Εφαρμογές των WSN Στρατιωτικές εφαρμογές Ανίχνευση και έλεγχος συνθηκών περιβάλλοντος Εφαρμογές που αφορούν την υγεία Εφαρμογές ιχνηλάτησης-ανίχνευσης (tracking) Οικιακές εφαρμογές Άλλες Εφαρμογές Βιομηχανική παρακολούθηση Παρακολούθηση ύδρευσης / αποχέτευσης Γεωργία Παρακολούθηση υποδομών Η εφαρμογή Contiki Cooja Εισαγωγή Το παρασκήνιο (background) Πληροφορίες για Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων ΤΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Contiki Το λειτουργικό σύστημα Contiki Πυρήνας που βασίζεται σε γεγονότα Threads και Protothreads Ο βρόχος σύστημα uip Ο προηγούμενος προσομοιωτής Contiki Διαδικασίες δομών μνήμης Java Native Interface Εκτέλεση Επισκόπηση σχεδίασης 74 2

5 Επικοινωνίες του πυρήνα COOJA interfaces Ticking a node COOJA plugins Graphical User Interface Μέσα μετάδοσης Ρυθμιστές θέσης και διανομείς IP Σύστημα διαμόρφωσης Εκτεταμένο περιβάλλον προσομοίωσης Ένα εκτενές παράδειγμα Η εφαρμογή Contiki Η δημιουργία του τύπου κόμβου Η πρόσθεση των κόμβων Η εκκίνηση της προσομοίωσης Η πίεση του κουμπιού Η αποστολή του πακέτου εκπομπής Η προώθηση του πακέτου εκπομπής Η ενεργοποίηση των leds Μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας σε πιο πρόσφατη έκδοση του Contiki OS Δομή και τοπολογία Σκοπός των μετρήσεων Εγκατάσταση Επίλογος Βιβλιογραφία 113 3

6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 1: ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 2: Α)WINS PROCESSOR BOARD Β) WINS RADIO BOARD ΕΙΚΟΝΑ 3: ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ (MOTES) ΑΠΟ ΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ BERKELEY ΕΙΚΟΝΑ 4: MEDUSA NODE ΑΠΟ UCLA ΕΙΚΟΝΑ 5: PICOBEACON ΑΠΟ UC BERKELEY ΕΙΚΟΝΑ 6: ΜAMPS-I ΑΠΟ MIT ΕΙΚΟΝΑ 7: ΙΕΡΑΡΧΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΝΟΣ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 8: ΤΥΠΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ 4 ΚΑΤΗΓΟΡΙΩΝ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 9: Η ΜΟΝΑΔΑ SPEC ΕΙΚΟΝΑ 10: TO MICA ΕΙΚΟΝΑ 11: TMOTE SKY ΕΙΚΟΝΑ 12: Η ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΤΗΣ INLET IMOTE ΕΙΚΟΝΑ 13: Η ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ STARGATE ΤΗΣ CROSSBOW ΕΙΚΟΝΑ 14: ΒΤ NODE ΕΙΚΟΝΑ 15: ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ EMSTAR ΕΙΚΟΝΑ 16: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ NODES ΕΙΚΟΝΑ 17: H ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ ZIGBEE ΕΙΚΟΝΑ 18: TO ΠΡΟΤΥΠΟ IEEE ΕΙΚΟΝΑ 19: ΤΟ ΠΑΚΕΤΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ZIGBEE ΕΙΚΟΝΑ 20: ΜΕΡΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΟΠΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 21: ΚΑΠΟΙΑ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ZIGBEE ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΑΛΛΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΣΥΡΜΑΤΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 22: Η ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΟΝΑΔΑ TMOTE SKY ΕΙΚΟΝΑ 23: ΚΥΡΙΟΤΕΡΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ CPU ΕΙΚΟΝΑ 24: ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΕΣ ΕΙΚΟΝΑ 25: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΠΟΜΠΟΔΕΚΤΩΝ (COTS RADIOS, COMMERCIAL OFFTHE-SHELF) ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΓΙΑ ΔΙΚΤΥΑ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 26: ΤΥΠΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΠΟΜΠΟΔΕΚΤΗ CHIPCON CC ΕΙΚΟΝΑ 27: ΕΜΠΡΟΣΘΙΑ ΟΨΗ ΤΟΥ TMOTE SKY ΕΙΚΟΝΑ 28: ΠΙΣΩ ΟΨΗ ΤΟΥ TMOTE SKY ΕΙΚΟΝΑ 29: ΣΥΝΔΕΤΗΡΑΣ ΕΠΕΚΤΑΣΗΣ 10 ΘΕΣΕΩΝ (PINS) ΕΙΚΟΝΑ 30: ΣΥΝΔΕΤΗΡΑΣ ΕΠΕΚΤΑΣΗΣ 6 ΘΕΣΕΩΝ (PINS) ΕΙΚΟΝΑ 31: ΣΥΝΔΕΤΗΡΑΣ ΕΠΕΚΤΑΣΗΣ 6 ΘΕΣΕΩΝ (PINS) ΕΙΚΟΝΑ 32: ΜΕΤΡΗΜΕΝΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΤΟΥ TELOS ΣΕ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΤΑ MICA2 ΚΑΙ MICAZ MOTES ΕΙΚΟΝΑ 33: ΠΟΣΟΣΤΟ ΠΑΚΕΤΩΝ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ-ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ-ΙΣΧΥΣ ΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΕΙΚΟΝΑ 34: ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΕΙΚΟΝΑ 35: ΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΤΥΠΙΚΗΣ ΑΠΟΚΛΙΣΗΣ ΤΟΥ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ ΦΩΤΟΣ ΕΙΚΟΝΑ 36: ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΚΑΛΥΜΜΑΤΑ ΚΟΜΒΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 37: ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΕΧΘΡΙΚΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 38: ΠΥΡΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΜΕ WSN ΕΙΚΟΝΑ 39: ΙΧΝΗΛΑΤΗΣΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 40: UIP S GLOBAL BUFFER USAGE ΕΙΚΟΝΑ 41: ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΕΚΔΟΣΗ CONTIKI SIMULATOR SCREENSHOT ΕΙΚΟΝΑ 42: Η ΤΥΠΙΚΗ ΔΟΜΗ ΜΝΗΜΗΣ ΜΙΑΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΕΙΚΟΝΑ 43: Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 44: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΕΝΟΣ ΚΟΜΒΟΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ ΕΙΚΟΝΑ 45: JAVA NATIVE INTERFACE USAGE ΕΙΚΟΝΑ 46: Η ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΚΑΙ ΠΥΡΗΝΑ ΤΩΝ INTERFACES ΕΙΚΟΝΑ 47: Ο ΨΕΥΔΟΚΩΔΙΚΑΣ ΜΙΑΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ ΚΟΜΒΟΥ ΑΠΟ ΤΟΝ ΚΥΚΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΣΤΟΝ ΠΥΡΗΝΑ

7 ΕΙΚΟΝΑ 48: SCREENSHOT ΑΠΟ ΤΟ COOJA ΜΕ PLUGINS ΑΡΧΙΚΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΕΙΚΟΝΑ 49: ΣΥΛΛΟΓΗ ΑΠΟ ΕΝΑ ΝΕΟ ΤΥΠΟ ΚΟΜΒΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 50: ΣΥΝΤΑΞΗ ΜΕ Η ΧΩΡΙΣ ΧΡΗΣΤΗ ΤΗΣ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑΣ ΕΙΚΟΝΑ 51: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΤΥΠΟΥ ΚΟΜΒΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 52: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΣΘΕΣΗΣ ΚΟΜΒΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 53: Η ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΤΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 54: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΑΠΟ ΤΟ ΠΑΤΗΜΑ ΤΟΥ ΚΟΥΜΠΙΟΥ «CLICK BUTTON» ΕΙΚΟΝΑ 55: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΑΚΕΤΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 56: ΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΩΝ LEDS ΣΤΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΙΚΟΝΑ 57: ΤΟ ΣΥΝΟΛΟ ΤΩΝ ΓΕΓΟΝΟΤΩΝ ΤΟΥ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΕΙΚΟΝΑ 58: ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΙΚΟΝΑ 59: ΚΑΤΕΒΑΖΟΥΜΕ ΤΟ INSTANTCONTIKI2.6.ZIP ΕΙΚΟΝΑ 60: ΚΑΤΕΒΑΖΟΥΜΕ ΤΟ VMWARE PLAYER ΕΙΚΟΝΑ 61: ΣΤΙΓΜΙΟΤΥΠΟ ΟΘΟΝΗΣ ΥΠΟΔΟΧΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 62: ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΝΕΑΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 63: ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ 10 ΚΟΜΒΟΥΣ ΣΕ ΤΥΧΑΙΑ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ ΕΙΚΟΝΑ 64: Η ΓΡΑΜΜΗ ΧΡΟΝΟΥ ΠΟΥ ΕΜΦΑΝΙΖΕΙ ΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΩΝ ΚΟΜΒΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 65: ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 66: ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΞΟΔΟΥ ΚΟΜΒΩΝ ΑΝΑ ΧΡΟΝΟ ΕΙΚΟΝΑ 67: ΠΡΟΣΘΕΣΗ ΚΟΜΒΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 68: COMPILE ΤΟ COLLECT-VIEW-SHELL.C ΕΙΚΟΝΑ 69: ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΚΟΜΒΩΝ ΕΙΚΟΝΑ 70: ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΕΙΚΟΝΑ 71: ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ COLLECTVIEW ΣΤΟΝ ΚΟΜΒΟ ΕΙΚΟΝΑ 72: ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟΥ INTERFACE COLLECTVIEW ΕΙΚΟΝΑ 73: ΔΟΜΗ ΔΙΚΤΥΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 74: ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΟΥ ΕΙΚΟΝΑ 75: ROUTING METRIC ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟ ΧΡΟΝΟ ΕΙΚΟΝΑ 76: ΠΑΚΕΤΑ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΑΝΑ ΧΡΟΝΟ ΕΙΚΟΝΑ 77: ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΠΑΤΑΡΙΑΣ ΕΙΚΟΝΑ 78: ΜΕΣΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΕΙΚΟΝΑ 79: ΣΤΙΓΜΙΑΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΕΙΚΟΝΑ 80: ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΠΡΩΤΟΥΣ 8 ΚΟΜΒΟΥΣ ΕΙΚΟΝΑ 81: AVERAGE RADIO DUTY CYCLE ΕΙΚΟΝΑ 82: ΛΗΦΘΕΝΤΑ ΠΑΚΕΤΑ ΑΝΑ ΚΟΜΒΟ ΕΙΚΟΝΑ 83: ΜΕΤΑΠΗΔΗΣΕΙΣ ΔΙΚΤΥΟΥ

8 1. Εισαγωγή Με τη ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας, στις μέρες μας, έχουμε δει πολλά αξιόλογα επιτεύγματα που διευκολύνουν τόσο τη ζωή μας όσο και την ασφάλεια μας. Ένας σημαντικός τομέας που συνεχώς βελτιώνεται είναι και τα δίκτυα. Το γνωστό μας διαδίκτυο (internet) έχει κυριαρχήσει παγκόσμια και είναι πλέον αναγκαίο σε όλους μας, αν όχι και απαραίτητο. Η επικοινωνία μέσα σε κλάσματα δευτερόλεπτου μεταξύ υπολογιστών που απέχουν εκατοντάδες και χιλιάδες χιλιόμετρα, αποτελεί την κύρια λειτουργία των δικτύων. Ξεκίνησε ενσύρματα και με πολύ χαμηλές ταχύτητες και φτάσαμε σήμερα να χρησιμοποιούμε τόσο ενσύρματα όσο και ασύρματα δίκτυα πολύ υψηλών ταχυτήτων. H παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται εξ ολοκλήρου με τους ασύρματους αισθητήρες δικτύου που είναι μια συνεχώς αναπτυσσόμενη πτυχή των δικτύων. Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (Wireless Sensor Networks - WSN) αποτελούν μια σημαντική τεχνολογία για την υλοποίηση πολλών εφαρμογών, τόσο απλών εφαρμογών παρακολούθησης γεγονότων και φαινομένων όσο και πιο δύσκολων εφαρμογών συνεχούς ροής δεδομένων. Συνδυάζουν αίσθηση, επεξεργασία δεδομένων, καθώς και ασύρματη δικτύωση ad-hoc. Οι δύο θεμελιώδεις λειτουργίες των αισθητήρων είναι: η επεξεργασία πληροφοριών και η δρομολόγηση πληροφοριών. Στην υλοποίηση των WSN με επίκεντρο τα δεδομένα, αυτές οι δύο λειτουργίες σχετίζονται στενά και πρέπει να εκτελούνται με συνεργασία. Ωστόσο μια σημαντική ανησυχία για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των WSN είναι η ενεργειακή τους απόδοση. Η βελτιστοποίηση με διασταυρωμένα επίπεδα (Cross-Layer optimization) είναι ευρέως αποδεκτή ως αποτελεσματική τεχνική για να μειώσει αυτή την ανησυχία. Η βασική ιδέα είναι να μοιράζονται οι πληροφορίες σε διαφορετικά στρώματα του συστήματος και να ενεργοποιούνται tradeoffs αλληλεπιδρώντας σε πολλαπλά στρώματα, κι έτσι παρέχεται μεγαλύτερος χώρος για τη βελτιστοποίηση στο σχεδιασμό του συστήματος. Ένα δίκτυο αισθητήρων μπορεί να είναι: ένας σταθμός ραντάρ, ένα σύστημα παρακολούθησης της ρύπανσης, ένα σύστημα παρακολούθησης των ρυθμών της καρδιάς κ.α. Συνήθως χρησιμοποιούνται πλατφόρμες με κατανεμημένους WSN και τοποθετημένους σε κόμβους. Αυτά τα είδη των κόμβων μπορεί να σχηματίζουν πλέγμα ή να είναι τυχαία κατανεμημένα. Λειτουργούν με μπαταρίες, είναι φθηνά και μικρά σε μέγεθος και μπορούν να αποτελέσουν δίκτυο χιλιάδων σημείων για τη μέτρηση, παρακολούθηση της περιβαλλοντικής κατάστασης, οικιακό αυτοματισμό, συστήματα ασφαλείας και συναγερμού, παρακολούθηση και λειτουργίες ελέγχου στη βιομηχανία, στρατιωτικές αναγνωρίσεις και στόχευση κ.α. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ενεργειακή απόδοση των WSN. Συγκεκριμένα θα ασχοληθεί με την κατανάλωση ισχύος της μπαταρίας του αισθητήρα και πως μπορεί αυτή να 6

9 βελτιωθεί χωρίς όμως να επηρεάσει την απόδοση του. Η προσομοίωση που παρουσιάζεται στην εργασία, εφαρμόζει τα πιο πάνω. Αποτελεί ένα σενάριο στο οποίο ένα ή περισσότεροι αισθητήρες παράγουν προς εκπομπή πακέτα πληροφοριών τα οποία δρομολογούνται (routed) μέσω άλλων αισθητήρων ή gateways και μετριέται η ενέργεια που καταναλώνεται μέχρι τα πακέτα αυτά να φτάσουν στον προορισμό τους. 7

10 2. Ιστορική Αναδρομή Μπορούμε να πούμε ότι η ιστορία των ασύρματων δικτύων ξεκίνησε από το Τότε ήταν που ο Heinrich Rudolf Hertz επιβεβαίωσε την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Νωρίτερα οι Maxwell και Faraday σε εργασίες τους ανέφεραν τα εν λόγω κύματα χωρίς ωστόσο να αποδεικνύουν την ύπαρξη τους. Η πιο δραματική πρόβλεψη της θεωρίας του Maxwell περί ηλεκτρομαγνητισμού δημοσιεύτηκε το Σύμφωνα με αυτήν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που υπάρχουν κινούνται με την ταχύτητα του φωτός, άρα και το φως είναι ένα τέτοιο κύμα. Αυτό το αμφισβήτησαν επιστήμονες που προσπάθησαν με πειράματα να παράγουν και να ανιχνεύσουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με κάποιου είδους ηλεκτρικές συσκευές. Η πρώτη επιτυχημένη ραδιοφωνική μετάδοση έγινε από τον David Edward Hughes το 1879, δεν κατάφερε όμως να αποδείξει με βεβαιότητα την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μέχρι που το έπραξε ο Hertz με τα πειράματά του. Ο Hertz για πομπό ραδιοκυμάτων χρησιμοποίησε ένα πηνίο υψηλής επαγωγικής τάσης, ένα πυκνωτή και ένα στελεχοθλιπτικό πομπό, του οποίου οι πόλοι και στις δυο πλευρές σχηματίζονται από ακτίνα 2cm, για να απαλλαγούν από τον σπινθήρα μεταξύ των πόλων του πομπού ταλαντώνονταν σε μια συχνότητα που καθορίστηκε από τις τιμές του πυκνωτή και του πηνίου επαγωγής. Για να αποδείξει ότι πραγματικά υπάρχει η ακτινοβολία που εκπέμπεται, έπρεπε να ανιχνευθεί. Ο Hertz χρησιμοποίησε ένα κομμάτι από σύρμα χαλκού, πάχους 1mm, λυγισμένο σχηματίζοντας κύκλο διαμέτρου 7.5 cm, μια μικρή σφαίρα από ορείχαλκο στο ένα άκρο και το άλλο άκρο τοποθετήθηκε σε σημείο κοντά στη σφαίρα. Αγόρασε ένα μηχανισμό κοχλία, έτσι ώστε το σημείο να μπορεί να κινηθεί πολύ κοντά στη σφαίρα με ελεγχόμενο τρόπο. Αυτός ο «δέκτης» σχεδιάστηκε έτσι ώστε η συγκεκριμένη ταλάντωση μπρος-πίσω στο καλώδιο, να έχει μια φυσική περίοδο κοντά σε αυτήν του «πομπού» που περιγράφεται πιο πάνω. Η επιβάρυνση από την ύπαρξη της ταλάντωσης στο «δέκτη» σηματοδοτείται από σπινθήρες στο μικρό κενό μεταξύ του σημείου και της σφαίρας. Σε πιο προχωρημένα πειράματα ο Hertz μέτρησε την ταχύτητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και διαπίστωσε ότι είναι ίδια με την ταχύτητα του φωτός. Επίσης έδειξε ότι οι μορφές των ραδιοκυμάτων στην ανάκλαση και διάθλαση είναι ίδιες με αυτές του φωτός. Έτσι απέδειξε πέραν πάσης αμφιβολίας ότι το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, υπακούοντας στις εξισώσεις του Maxwell. Ο Hertz ισχυρίστηκε ότι δε θα μπορούσαν να βρουν κάποια πρακτική εφαρμογή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αφού ούτε να τα δούμε δεν μπορούμε. 8

11 Πέντε χρόνια αργότερα, το 1893 ο Nicola Tesla κατασκεύασε το πρώτο ασύρματο σύστημα επικοινωνίας κι έτσι διέψευσε τους ισχυρισμούς του Hertz. Ο Tesla επίσης μετά από 2 χρόνια μετέδωσε σε απόσταση 80 χιλιομέτρων σήματα Μορς. Έτσι έδειξε τις δυνατότητες του ασύρματου μέσου και με τα πειράματά του στο Colorado Springs των ΗΠΑ άνοιξε το δρόμο στις ασύρματες υπερατλαντικές τηλεπικοινωνίες. Ο Guglielmo Marconi μετέδωσε το πρώτο υπερατλαντικό σήμα το 1901 και το 1903 ίδρυσε την πρώτη εταιρεία υπερατλαντικού ασύρματου τηλέγραφου. Ο Marconi ξεκίνησε τα πειράματά του μόλις 20 ετών και αρχικά ήθελε να μετατρέψει τον ηλεκτρικό τηλέγραφο σε ασύρματο. Κατασκεύασε τη μηχανή Marconi που μετέδιδε σήματα μορς και ταξίδεψε από τη γενέτειρα του, την Ιταλία, στην Αγγλία όπου κέρδισε το ενδιαφέρον των Βρετανικών Ταχυδρομείων. Ενώ αργότερα μετά από πρόσκληση της εφημερίδας New York Herald, βρέθηκε στις ΗΠΑ προκειμένου να καλύψει τη μετάδοση των αγώνων του αμερικανικού κυπέλου στο Sandy Hook, NJ. Η μετάδοση έγινε στο κατάστρωμα ενός επιβατικού πλοίου της γραμμής Porto Rico. Επιστρέφοντας ο Marconi και οι συνεργάτες του στην Αγγλία με το πλοίο St.Paul, εγκατέστησαν κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, ασύρματο εξοπλισμό στο πλοίο. Έτσι το St.Paul έγινε το πρώτο υπερωκεάνιο του οποίου η άφιξη μεταδόθηκε ασύρματα 66 μίλια μακριά από τη βρετανική ακτή. Συνεχίζοντας την εξέλιξη του ασύρματου τηλέγραφου κατάφερε τελικά τις υπερατλαντικές μεταδόσεις που ήταν και ο αρχικός του σκοπός. Τα χρόνια που ακολούθησαν αποτελούν και τις μαύρες σελίδες στην παγκόσμια ιστορία. Οι Α και Β Παγκόσμιοι Πόλεμοι θα φέρουν πολλές πνευματικές και υλικές καταστροφές. Η παγκόσμια οικονομία θα χρειαστεί κάποιο χρόνο για να ανακάμψει. Ως εκ τούτου, η εξέλιξη της τεχνολογίας αναβάλλεται για τα επόμενα χρόνια. Ωστόσο το 1950 βλέπουμε την πρώτη εφαρμογή δικτύων αισθητήρων. Είναι γνωστό ότι πολλά ερευνητικά προγράμματα προέρχονται από ανάγκες του στρατού. Το SOSUS (Sound Surveillance System) αποτελεί μια αλυσίδα υποβρυχίων που αναπτύχθηκε για χάρη του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ. Σκοπό είχε την παρακολούθηση και τον προσδιορισμό της θέσης σοβιετικών υποβρυχίων κατά τη διάρκεια του ψυχρού πολέμου. Εξοπλισμένο με ειδικούς ακουστικούς αισθητήρες παρακολουθεί ήχους χαμηλής συχνότητας στο κανάλι SOFAR (Sound Frequency and Ranging channel) και με την κατάλληλη επεξεργασία μπορεί να εντοπίσει θέσεις υποβρυχίων χιλιόμετρα μακριά. Αν και τα SOSUS βελτιώθηκαν τεχνολογικά τα επόμενα χρόνια και πολλαπλασιάστηκαν σε αριθμό, τη δεκαετία του 1970 και 80 σταδιακά μειώθηκαν σε μικρότερο αριθμό σταθμών παρακολούθησης. Μέχρι που μετά το τέλος του ψυχρού πολέμου, αξιοποιούνται για επιστημονικά 9

12 προγράμματα όπως είναι η παρακολούθηση των φαλαινών και άλλων θηλαστικών, ακουστική θερμομετρία, σεισμικές δραστηριότητες και αποτελούν πηγή συλλογής δεδομένων για διάφορες πανεπιστημιακές έρευνες. Το 1971 παρουσιάστηκε η πρώτη δημόσια επίδειξη ασύρματου δικτύου μεταφοράς πακέτων δεδομένων από το πανεπιστήμιο της Hawaii. Ο αρχικός στόχος ήταν η σύνδεση μεταξύ χρηστών που έμεναν στα νησιά της Hawaii με έναν κεντρικό υπολογιστή που βρισκόταν στην πανεπιστημιούπολη του Oahu. Αυτό επιτεύχθηκε με τη χρήση χαμηλού κόστους εμπορικού εξοπλισμού και η επικοινωνία γινόταν μέσα από το ίδιο κανάλι ραδιοσυχνότητας. Το Aloha σύστημα είναι τυχαίας προσπέλασης, η τεχνική του δηλαδή στηρίζεται στο γεγονός ότι η ταυτόχρονη υποβολή αιτήματος για πρόσβαση στο κοινό κανάλι από περισσότερα του ενός τερματικά (χρήστες) είναι τυχαίο γεγονός. Γι αυτό ένα από τα αρχικά προβλήματα που είχε να αντιμετωπίσει το σύστημα είναι η σύγκρουση πακέτων, η ταυτόχρονη δηλαδή αίτηση για πρόσβαση στο κανάλι, ή η αίτηση κατά τη διάρκεια εκπομπής άλλου πακέτου. Έτσι δημιουργήθηκαν διάφοροι μηχανισμοί που έδιναν λύση στη πρόβλημα. Ένας απ αυτούς παρέχει τη δυνατότητα να επιβεβαιώνεται κάθε λήψη πακέτου με την εκπομπή ενός πακέτου ACK. Αν ο πομπός δε λάβει μέσα σε ένα χρονικό διάστημα, που ορίζεται, το μήνυμα ACK, τότε θεωρεί ότι έχει συμβεί σύγκρουση και πρέπει να επαναλάβει την εκπομπή. Ανεξάρτητα όμως από το μηχανισμό που τελικά εφαρμόζεται, για την αποφυγή συγκρούσεων των πακέτων, κάθε τερματικό (χρήστης) μπαίνει σε διαδικασία αναμονής για ένα χρονικό διάστημα και αμέσως μετά επαναλαμβάνει την εκπομπή του ιδίου πακέτου. Στη δεκαετία του 1970 η ALOHA χρησιμοποιήθηκε στο καλώδιο δικτύου Ethernet και αργότερα σε δορυφορικά δίκτυα. Στις αρχές του 1980 διατέθηκαν στις ΗΠΑ συχνότητες για δίκτυα κινητής τηλεφωνίας και το 1985 συχνότητες κατάλληλες για το δίκτυο που αργότερα έγινε γνωστό ως Wi-Fi. Αυτές οι εξελίξεις κατέστησαν δυνατό να χρησιμοποιηθούν οι τεχνικές τυχαίας προσπέλασης της ALOHA και στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας και στο Wi-Fi δίκτυο. Τις τελευταίες δεκαετίες πραγματοποιούνται τεράστια άλματα στην ανάπτυξη των ασύρματων επικοινωνιών. Γι αυτό και η ασύρματη μεταφορά δεδομένων έχει εξαπλωθεί σε μεγάλο βαθμό στην καθημερινή ζωή μας. Μερικά αντιπροσωπευτικά παραδείγματα ασύρματων μεταδόσεων είναι το ραδιόφωνο, η τηλεόραση, η κινητή τηλεφωνία, οι δορυφορικές επικοινωνίες, η επικοινωνία μέσω υπέρυθρης ακτινοβολίας και η τεχνολογία Bluetooth. Ακόμη οι ασύρματες τεχνολογίες δικτύωσης συγκεντρώνουν πολλά πλεονεκτήματα όσο αφορά στη δικτύωση υπολογιστών/συσκευών. Σημαντικότερο θεωρείται η μη χρησιμοποίηση καλωδιωμένης δομής στη σύνδεση του δικτύου, κάτι που καθιστά την επικοινωνία πιο ευέλικτη και ανταγωνιστική και συμφέρει οικονομικά σε σύγκριση με την ενσύρματη δικτύωση. 10

13 Σύμφωνα με το άρθρο «10 Emerging Technologies That Will Change the World» του MIT Technology Review, που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο το 2003, η πρώτη από τις δέκα αναπτυσσόμενες τεχνολογίες που πιθανολογείται ότι θα προκαλέσουν τεχνολογική επανάσταση στο μέλλον, είναι τα ασύρματα δίκτυα. Τα δίκτυα αποτελούνται, όπως θα δούμε και λεπτομερέστερα σε επόμενο κεφάλαιο, από κόμβους (nodes) μικρών διαστάσεων και χαμηλού κόστους και είναι ενσωματωμένα με αισθητήρες για την καταγραφή και παρακολούθηση μετρήσεων θερμοκρασίας, ήχου, δονήσεων, πίεσης, κίνησης και μόλυνσης. 11

14 3. Κατασκευαστικά, Τεχνολογίες ευρείας διάδοσης, Υλικό Η βάση του υλικού του WSN οδηγείται από τις εξελίξεις σε διάφορες τεχνολογίες. Καταρχήν, η System-on-Chip (SoC) τεχνολογία είναι σε θέση να ενσωματώνει ολόκληρα συστήματα σε ένα ενιαίο τσιπ. Η εμπορική SoC βασισμένη σε ενσωματωμένους επεξεργαστές από Atmel, Intel και Texas Instruments έχει χρησιμοποιηθεί για τους κόμβους αισθητήρων, όπως του UC Berkeley, του UCLA Medusa and WINS, και του ΜΙΤ μamps-1. Πολλές ερευνητικές ομάδες, όπως η ομάδα PicoRadio από το πανεπιστήμιο του Berkeley, έχουν προσπαθήσει να ενσωματώσουν πρωτότυπους κόμβους αισθητήρων (PicoNode Ι) σε μερικά τσιπ (PicoNode ΙΙ). Πολλές ενδιαφέρουσες τεχνικές σχεδίασης SoC που σχετίζονται με την ασύρματη επικοινωνία και τους κόμβους αισθητήρων μπορούν να βρεθούν στη SoC Design Challenge, Εικόνα 1: Ασύρματο Δίκτυο Αισθητήρων Κατά δεύτερο, τα εμπορικά κυκλώματα RF επιτρέπουν ασύρματη επικοινωνία μικρής απόστασης με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Εμπορικά προϊόντα από RF όπως, Monolithics, Chipcon, Conexant Systems, και National Semiconductor έχουν χρησιμοποιηθεί σε 12

15 διάφορους κόμβους, συμπεριλαμβανομένων των Medusa, WINS, και μamps. Ένα SoC βασισμένο σε ZigBee ραδιοσυχνότητα είναι επίσης διαθέσιμο από την Ember Cooperation. Αυτά τα εμπορικά μέσα μετάδοσης συνήθως μπορούν να πετύχουν ρυθμό μετάδοσης δεδομένων από δεκάδες έως εκατοντάδες kbps, ενώ καταναλώνουν λιγότερο από 20 MW ισχύος τόσο για μετάδοση όσο και για λήψη πακέτων. Αυτή την τεχνολογία ευρείας ζώνης χρησιμοποιούν ενισχυμένα συστήματα διαμόρφωσης και μηχανισμοί ανίχνευσης σφαλμάτων για να προσφέρουν αυξημένη αξιοπιστία. Τρίτον, η τεχνολογία Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) είναι τώρα διαθέσιμη για την ενσωμάτωση πλούσιου συνόλου αισθητήρων πάνω στο ίδιο CMOS τσιπ. Εμπορικά διαθέσιμοι αισθητήρες περιλαμβάνουν πλέον θερμομόνωση, ηχομόνωση, υπέρηχους και σεισμικούς αισθητήρες, μαγνητικούς και ηλεκτρομαγνητικούς αισθητήρες, αισθητήρες οπτικών μετατροπέων, χημικά και βιολογικά αισθητήρια, επιταχυνσιόμετρα, ανιχνευτές ηλιακής ακτινοβολίας, ανιχνευτές φωτοσυνθετικής ακτινοβολίας και ανιχνευτές βαρομετρικής πίεσης. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων ακουστικής, παρακολούθησης κίνησης, ανίχνευσης κραδασμών και περιβαλλοντικής αίσθησης. Οι παραπάνω τεχνολογίες, σε συνδυασμό με προηγμένες τεχνικές πακέτων, έδωσαν τη δυνατότητα να ενταχθούν διατάξεις ανίχνευσης, υπολογισμού, επικοινωνίας και συστατικά ισχύος σε μια μικρογραφία κόμβου αισθητήρα Ασύρματη Δικτύωση Εκτός από τις τεχνολογίες του υλικού, η ανάπτυξη των WSN στηρίζεται επίσης σε ασύρματες τεχνολογίες δικτύωσης. Το πρωτόκολλο , το πρώτο πρότυπο για ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN), εισήχθη το Αναβαθμίστηκε σε b με αυξημένο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και CSMA / CA μηχανισμούς για το μέτριο έλεγχο πρόσβασης MAC (Μedium Αccess Control). Παρόλο που έχoυν σχεδιαστεί για ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLANs) που αποτελούνται συνήθως από φορητούς υπολογιστές και PDAs, τα πρωτόκολλα θεωρούνται από πολλούς ως αρχικές προσπάθειες για τα WSNs. Ωστόσο, λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας και του υπερβολικά υψηλού ποσοστού των δεδομένων των πρωτοκόλλων δεν είναι κατάλληλα για τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Το γεγονός αυτό έχει ως κίνητρο αρκετές ερευνητικές προσπάθειες για το σχεδιασμό ενεργειακά αποδοτικών πρωτοκόλλων MAC. Πρόσφατα, κυκλοφόρησε το με βάση το πρωτόκολλο ZigBee, το οποίο σχεδιάστηκε ειδικά για μικρής εμβέλειας και χαμηλού ρυθμού δεδομένων ασύρματα προσωπικά δίκτυα WPAN (Wireless Personal Area Networks). Η εφαρμογή του στα WSNs υποστηρίχτηκε 13

16 σύντομα από πολλά εμπορικά προϊόντα κόμβων αισθητήρων, συμπεριλαμβανομένων των MicaZ, Telos, και Ember. Πάνω από τα φυσικά και MAC στρώματα, οι τεχνικές δρομολόγησης σε ασύρματα δίκτυα είναι μια άλλη σημαντική κατεύθυνση της έρευνας για τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Κάποια αρχικά πρωτόκολλα δρομολόγησης σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων στην πραγματικότητα υφίστανται σαν πρωτόκολλα δρομολόγησης για ασύρματα ad hoc δίκτυα ή ασύρματα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας. Τα πρωτόκολλα αυτά, συμπεριλαμβανομένων των DSR και AODV, είναι σχεδόν αδύνατο να εφαρμοστούν στα WSNs λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας τους. Έχουν επίσης ως στόχο να υποστηρίξουν γενικά αιτήματα δρομολόγησης σε ασύρματα δίκτυα χωρίς να λαμβάνουν υπόψη συγκεκριμένα πρότυπα επικοινωνίας στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Ωστόσο, η προσαρμογή αυτών των πρωτοκόλλων για τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και την ανάπτυξη νέων τεχνικών δρομολόγησης έχουν γίνει δημοφιλή θέματα έρευνας. Η κύρια ιδέα πίσω από αυτές τις ερευνητικές προσπάθειες είναι να καταστεί δυνατή η ενεργειακή απόδοση και η ισχυρή δρομολόγηση με την αξιοποίηση της σύνδεσης και της ποικιλομορφίας της διαδρομής Συλλογική Επεξεργασίας Σήματος Οι αλγόριθμοι συλλογικής επεξεργασίας σήματος είναι μια άλλη τεχνολογία ευρείας διάδοσης για τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Ενώ τα ακατέργαστα δεδομένα από το περιβάλλον συλλέγονται από τους κόμβους αισθητήρων, μόνο οι χρήσιμες πληροφορίες είναι σημαντικές. Ως εκ τούτου, τα ακατέργαστα δεδομένα πρέπει να τυγχάνουν της δέουσας τοπικής επεξεργασίας στους κόμβους αισθητήρων, και μόνο επεξεργασμένα δεδομένα αποστέλλονται πίσω στους τελικούς χρήστες. Από τη στιγμή που ο υπολογισμός είναι ενεργειακά αποδοτικότερος από την ασύρματη επικοινωνία, αυτό αποφεύγει την άσκοπη απώλεια ενέργειας για την αποστολή μεγάλου όγκου ακατέργαστων δεδομένων. Τέτοια επεξεργασία σήματος απαιτείται συχνά να εκτελείται από ένα σύνολο κόμβων αισθητήρων σε απόσταση, λόγω της περιορισμένης δυνατότητας αίσθησης και επεξεργασίας του κάθε κόμβου. Η συγχώνευση πληροφορίας είναι ένα σημαντικό θέμα για τη συλλογική επεξεργασία σήματος. Επειδή οι μετρήσεις του αισθητήρα είναι συνήθως ανακριβείς λόγω των ισχυρών διακυμάνσεων του φορέα παρακολούθησης ή των παρεμβολών από το περιβάλλον, η συγχώνευση πληροφορίας χρησιμοποιείται για την επεξεργασία δεδομένων από πολλαπλούς αισθητήρες για να φιλτράρονται οι μετρήσεις θορύβου και να παρέχονται πιο ακριβείς ερμηνείες από τις πληροφορίες που προέρχονται από μεγάλο αριθμό κόμβων αισθητήρων. Ένα πλούσιο σύνολο των τεχνικών που 14

17 εφαρμόζονται σε αυτό το πλαίσιο, συμπεριλαμβάνουν φίλτρα Kalman, Bayesian inference, νευρωνικά δίκτυα και ασαφή λογική. Άλλες τεχνικές επεξεργασίας σήματος που έχουν αναπτυχθεί για τα WSNs περιλαμβάνουν το συγχρονισμό του χρόνου, τον εντοπισμό, την παρακολούθηση στόχου, ανίχνευση ακμής και ορίων, εξακρίβωση, προσαρμοστική δειγματοληψία, και κατανεμημένη κωδικοποίηση πηγής Εξέλιξη κόμβων αισθητήρων Υπήρξε μια μακρόχρονη ιστορία για την (εξ αποστάσεως) τηλεπισκόπιση ως μέσο για τους ανθρώπους να παρατηρούν το φυσικό κόσμο. Για παράδειγμα, το τηλεσκόπιο που εφευρέθηκε το 16ο αιώνα είναι απλά μια συσκευή για την προβολή μακρινών αντικειμένων. Όπως συμβαίνει με πολλές τεχνολογίες, η ανάπτυξη των δικτύων αισθητήρων έγινε σε μεγάλο βαθμό για αμυντικές εφαρμογές. Στρατιωτικά Δίκτυα Αισθητήρων Από τις αρχές της δεκαετίας του 1950, όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο, ένα σύστημα μεγάλου βεληνεκούς, ακουστικός αισθητήρας (υδρόφωνo), που ονομάστηκε σύστημα επιτήρησης ήχου (Sound Surveillance System-SOSUS), αναπτύχθηκε στις βαθιές λεκάνες των ωκεανών του Ατλαντικού και του Ειρηνικού για την υποθαλάσσια επιτήρηση. Οι ακτίνες από πολλές συστοιχίες υδροφώνων χρησιμοποιήθηκαν για την ανίχνευση και τον εντοπισμό απειλών από υποβρύχια. Πρόσφατα, το SOSUS έχει αντικατασταθεί από πιο εξελιγμένα ολοκληρωμένα υποθαλάσσια συστήματα επιτήρησης (Integrated Undersea Surveillance System). Τα δίκτυα για ραντάρ αεράμυνας μπορούν να θεωρηθούν ως παράδειγμα των μεγάλης κλίμακας δικτύων αισθητήρων. Και τα δύο συστήματα ραντάρ επίγεια και Airborne Warning and Control System (AWACS) σε αεροπλάνα, ενσωματώθηκαν μέσα σε τέτοια δίκτυα για την παροχή παντός καιρού επιτήρησης, συστημάτων διοίκησης, ελέγχου και επικοινωνιών. Ο θόλος του ραντάρ AWACS για αεροπλάνα είναι 30 μέτρα σε διάμετρο και έξι πόδια πάχος. Μπορεί να ανιχνεύσει τους στόχους που πετούν σε μια σειρά άνω των 200 μιλίων. Στη δεκαετία του 1980 και του 1990, το Cooperative Engagement Capability (CEC) αναπτύχθηκε ως στρατιωτικό δίκτυο αισθητήρων, στo οποίo παρέχονταν πληροφορίες που συγκεντρώνονταν από πολλά ραντάρ που ήταν κοινά για όλο το σύστημα, για να παρέχει μια γενική αντίληψη του πεδίου μάχης. Άλλο ένα αρχικό παράδειγμα της αντίληψης με ασύρματες συσκευές είναι το Air Delivered Seismic Intrusion Detector (ADSID) σύστημα, που χρησιμοποιήθηκε από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ στον πόλεμο του Βιετνάμ. Κάθε κόμβος ADSID ήταν περίπου 48 ίντζες σε 15

18 μήκος, εννέα ίντζες σε διάμετρο, και ζύγιζε περίπου 38 κιλά. Εξοπλισμένοι με ένα ευαίσθητο σεισμόμετρο, οι κόμβοι ADSID φυτεύτηκαν κατά μήκος της Ho Chi Minh Trail για να ανιχνεύουν τις δονήσεις από την κίνηση του προσωπικού και των οχημάτων. Τα στοιχεία που ανιχνεύονταν μεταφέρονταν από κάθε κόμβο άμεσα σε ένα αεροπλάνο, μέσω ενός καναλιού με μοναδική συχνότητα. Αν και οι κόμβοι ADSID ήταν μεγάλοι, και το υψηλό ενεργειακό κόστος της άμεσης επικοινωνίας περιορίζει τη διάρκεια ζωής των κόμβων σε λίγες μόνο εβδομάδες, παρουσίασαν με επιτυχία την έννοια των ασύρματα δικτυωμένων αισθητήρων. Με την επιτυχία των ψηφιακών πακέτων για ασύρματη δικτύωση από την ALOHAnet Project στη Χαβάη και DARPA s Packet Radio Project το 1970, κατέστη δυνατή η ασύρματη επικοινωνία μέσα στην ίδια ζώνη συχνοτήτων χρησιμοποιώντας MAC τεχνικές και packed-based multihop Επόμενη Γενιά ασύρματων κόμβων WINS από το UCLA Το 1996, οι Low Power Wireless Integrated Microsensors (LWIMs) παρήχθησαν από το UCLA και το Κέντρο Διάδοσης Επιστημών Rockwell. Με τη χρήση χαμηλού κόστους κατασκευής, εμπορικών CMOS, LWIMs ανέδειξαν την ικανότητα να ενσωματώσουν πολλαπλούς αισθητήρες, ηλεκτρονικές διασυνδέσεις, έλεγχο και επικοινωνία, σε μία μόνο συσκευή. Οι LWIM υποστήριξαν ταχύτητες πάνω από 100 Kbps ασύρματης επικοινωνία σε απόσταση 10 μέτρων με ένα πομπό ισχύος 1 mw. Το 1998, η ίδια ομάδα κατασκεύασε ένα κόμβο αισθητήρα δεύτερης γενιάς το Wireless Integrated Network Sensors (WINS). Κάθε εμπορικός WINS από το Κέντρο Διάδοσης Επιστημών Rockwell, αποτελείται από έναν πίνακα επεξεργαστή ενσωματωμένο με Intel StrongARM SAllOO 32-bit (1 MB SRAM και 4 MB μνήμη flash), ένα ασύρματο πίνακα που υποστηρίζει ταχύτητες 100 kbps με ρυθμιζόμενη κατανάλωση ισχύος από 1 έως 100 MW, ένα πίνακα με τροφοδοτικό, και ένα πίνακα με αισθητήρα. Οι πίνακες αυτοί συσκευάζονται σε περίβλημα, μεγέθους 3,5 "x 3.5" x3" (Εικόνα ). Ο επεξεργαστής καταναλώνει 200 MW στην ενεργή κατάσταση και 0.8 mw, όταν δεν είναι ενεργός (sleep mode). Εικόνα 2: α)wins processor board β) WINs radio board 16

19 Motes από UC Berkeley Καθώς οι WINS προσφέρουν σχετικά ισχυρή επεξεργασία και επικοινωνία, άλλες ερευνητικές προσπάθειες ανέπτυξαν μικρότερους και φθηνότερους κόμβους με μικρότερη κατανάλωση ενέργειας. Το 1999, το πρόγραμμα Smart Dust στο πανεπιστήμιο του Berkeley κυκλοφόρησε το πρώτο κόμβο, WeC, στην οικογένεια των προϊόντων από στοιχεία (Σχήμα 3(α)). Ο WeC φτιάχτηκε με ένα μικρό 8-bit, 4 MHz μικροελεγκτή Atmel (512 bytes RAM και 8 KB μνήμη flash), ο οποίος καταναλώνει 15mW ισχύ όταν είναι ενεργός και 45 μw σε λειτουργία αναμονής (sleep mode). O WeC είχε επίσης ένα απλό ασύρματο που υποστήριζε ρυθμό μετάδοσης δεδομένων έως και 10 Kbps, με 36 mw ισχύ εκπομπής και 9 mw ισχύ τροφοδοσίας. Αργότερα το 1999 και 2000, οι René και Dot αντίστοιχα έφτιαξαν WeC με αναβαθμισμένους μικροελεγκτές. α) WeC β) Mica family γ) Telos δ) Spec prototype Εικόνα 3: Αισθητήρες (motes) από το πανεπιστήμιο Berkeley Ακολουθώντας την ίδια γραμμή, κυκλοφόρησε το 2001 η οικογένεια Mica, που περιλαμβάνει τους Mica, Mica2, Mica2Dot και MicaZ. Καθώς ο Mica εξακολουθούσε να χρησιμοποιεί ένα 8-bit 4 MHz μικροελεγκτή (ATmegal03L), προσέφερε βελτιωμένες δυνατότητες όσον αφορά τη μνήμη και το ασύρματο, σε σύγκριση με τα προηγούμενα προϊόντα. Συγκεκριμένα, ο Mica σχεδιάστηκε με 4 KB RAM, 128 KB flash, και ένα απλού επιπέδου bit ασύρματο χρησιμοποιώντας RFM TR1000 που υποστηρίζουν έως και 40 kbps με σχεδόν την ίδια κατανάλωση ενέργειας με τον WeC. Η αρχιτεκτονική του στοιχείου επέτρεπε πολλούς διαφορετικούς πίνακες αισθητήρα, ή έναν πίνακα απόκτησης δεδομένων ή έναν πίνακα 17

20 διασύνδεσης δικτύου να στοιβάζονται πάνω από τον κύριο επεξεργαστή / ασύρματο πίνακα. Αυτοί οι πίνακες που υποστηρίζουν διάφορους αισθητήρες, οι περισσότεροι εκ των οποίων αναφέρθηκαν προηγουμένως. Ο βασικός επεξεργαστής / ασύρματος πίνακας ήταν περίπου μία με δυο ίντζες σε μέγεθος. Οι επόμενοι από τον Mica, οι Mica2 και Mica2Dot φτιάχτηκαν το 2002 με ένα μικροελεγκτή ATmegal28L που μείωσε την τρέχουσα κατάσταση αναμονής (33 mw ενεργή και 75 μw ανενεργό-sleep mode). Επίσης, βελτίωσαν πτυχές του ασύρματου (Chipcon CC1000), με περισσότερες επιλογές για το φάσμα συχνοτήτων και αυξημένη ανθεκτικότητα στο θόρυβο από τη χρήση FSK διαμόρφωσης. Ένα χρόνο αργότερα, παράγεται ο MicaZ με Chipcon CC2420 ευρυζωνική μονάδα ασύρματου που υποστήριζε τα και ZigBee πρωτόκολλα, με ρυθμό μετάδοσης δεδομένων μέχρι 250 kbps. Αυτή η ασύρματη μονάδα υποστήριζε επίσης on-chip την κρυπτογράφηση των δεδομένων και ταυτοποίηση. Το πιο πρόσφατο μέλος της οικογένειας, ο Telos, κυκλοφόρησε το 2004 (Σχήμα 3(γ)). Ο Telos, προσέφερε μια σειρά από νέα χαρακτηριστικά: (1) ένα μικροελεγκτή από Texas Instruments με 3 mw ενεργού ισχύος και 15 μw ισχύ σε κατάσταση sleep mode, (2) μια εσωτερική κεραία ενσωματωμένη στο τυπωμένου κύκλωμα για τη μείωση του κόστους, (3) ένα ενσωματωμένο USB για εύκολη διασύνδεση με ηλεκτρονικούς υπολογιστές, (4) ενσωματωμένους αισθητήρες υγρασίας, θερμοκρασίας και φωτός και (5) μια 64-bit διεύθυνση MAC address ως αποκλειστικό στοιχείο ταυτοποίησης για τον κόμβο. Μια ενδιαφέρουσα έρευνα πλατφόρμας δοκιμών είναι η πλατφόρμα Spec, η οποία ενσωματώνει τη λειτουργικότητα του Mica σε ένα μόνο τσιπ 5 mm 2 (Σχήμα 3(δ)). H Spec δημιουργήθηκε με ένα μικρο-ασύρματο, ένα μετατροπέα αναλογικό σε ψηφιακό και αισθητήρα θερμοκρασίας πάνω σε ένα μόνο τσιπ, και οδηγεί σε μια 30-πλάσια μείωση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας. Αυτό το ολοκληρωμένο single-chip άνοιξε επίσης το δρόμο στους κόμβους αισθητήρων με χαμηλό κόστος. Η ενσωματωμένη αρχιτεκτονική μνήμης RAM και flash έχουν απλοποιήσει σε μεγάλο βαθμό τη σχεδίαση της οικογένειας Mote. Ωστόσο, το μικρό αποτύπωμα απαιτεί επίσης ένα εξειδικευμένο λειτουργικό σύστημα, το οποίο αναπτύχθηκε από το πανεπιστήμιο Berkeley και ονομάζεται TinyOS. Το TinyOS διαθέτει αρθρωτή αρχιτεκτονική και μοντέλο καθοδηγούμενο από γεγονότα, τα οποία είναι κατάλληλα για τον προγραμματισμό σε μικρές φορητές συσκευές, όπως οι Μotes. Ο συνδυασμός των Motes και TinyOS γίνεται σταδιακά μια δημοφιλής πειραματική πλατφόρμα για πολλές ερευνητικές προσπάθειες στον τομέα των WSN. 18

21 Medusa από το UCLA Η φιλοσοφία του σχεδιασμού και της λειτουργίας του χώρου των Motes είναι αρκετά διαφορετικά από εκείνα των WINS. Από τη μια, οι Motes έχουν σχεδιαστεί για απλή ανίχνευση και εφαρμογές επεξεργασίας σήματος, όπου η ζήτηση για τον υπολογισμό και οι δυνατότητες επικοινωνίας είναι χαμηλά. Από την άλλη, οι WINS είναι ουσιαστικά μια ενσωματωμένη έκδοση των PDAs, για πιο προηγμένες υπολογιστικές εφαρμογές με μεγάλες απαιτήσεις σε χώρο μνήμης. Για να γεφυρωθεί το χάσμα μεταξύ των δύο άκρων, ο Medusa MK-2 κόμβος αισθητήρα αναπτύχθηκε από το Center for Embedded Networked Sensing (CENS) στο UCLA το Εικόνα 4: Medusa node από UCLA Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του Medusa MK-2 είναι ότι ενσωματώνει δύο μικροελεγκτές. Ο πρώτος, ATmegal28, αναλαμβάνει λιγότερο υπολογιστικά απαιτητικές εργασίες, περιλαμβανομένων της επεξεργασίας της ασύρματης ζώνης και της δειγματοληψίας αισθητήρα. Ο δεύτερος, AT91FR4081, είναι πιο ισχυρός μικροελεγκτής (40 MHz, 1 MB flash, 136 KB RAM) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χειριστεί πιο πολύπλοκα, αλλά σε μικρότερη συχνότητα εργασίες επεξεργασίας σήματος (π.χ., το Kalman φίλτρο). Ο συνδυασμός αυτών των δύο μικροελεγκτών παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία στην ανάπτυξη και κατασκευή των WSN, ειδικά για εφαρμογές που απαιτούν και τις δυνατότητες υψηλής υπολογιστικής ισχύος και μεγάλη διάρκεια ζωής PicoRadio από UC Berkeley Όλες οι παραπάνω αρχιτεκτονικές αισθητήρα βασίζονται σε μπαταρίες. Λόγω της αργής προόδου στη χωρητικότητα της μπαταρίας, οι τεχνικές για συλλογή ενέργειας από το περιβάλλον ήταν ένα ελκυστικό ερευνητικό πεδίο. Το 2003, το Berkeley Wireless Research Center (BWRC) παρουσίασε τον πρώτο ασύρματο πομπό, PicoBeacon, που καθαρά τροφοδοτείται από ηλιακή ενέργεια και δονητικές(παλμικές) πηγές ενέργειας. Με ένα προσαρμοσμένο ολοκληρωμένο κύκλωμα RF που αναπτύχθηκε για κατανάλωση ενέργειας κάτω από 400 μw, o beacon ήταν σε 19

22 θέση να πετύχει κύκλους λειτουργίας έως 100% για υψηλές συνθήκες φωτισμού και 2,6% για τυπικές συνθήκες περιβάλλοντος. Αναμένεται ότι ένας ολοκληρωμένος ασύρματος πομποδέκτης με κατανάλωση ενέργειας <100 μw θα είναι εφικτός στο άμεσο μέλλον. Εικόνα 5: PicoBeacon από UC Berkeley Το BWRC παρήγαγε επίσης SoC με βάση κόμβους αισθητήρων αντί να χρησιμοποιήσει συστατικά COTS. Το 2002 το PicoNode ΙΙ φτιάχτηκε με δύο ASIC τσιπ που υλοποιούν ολόκληρο το ψηφιακό τμήμα της στοίβας πρωτοκόλλου. Και τα δύο τσιπ μαζί κατανάλωναν κατά μέσο όρο 13 mw, όταν τρεις κόμβοι ήταν συνδεδεμένοι. Η ομάδα φτιάχνει επίσης το PicoNode ΙΙΙ, το οποίο ενσωματώνει ένα ολοκληρωμένο PicoNode σε ένα ενιαίο μικρής εμβέλειας ασύρματο πακέτο μamps από το πανεπιστήμιο MIT Η ίδια προσέγγιση βασισμένη στα ASIC λήφθηκε από την ομάδα μamps του MIT. Μετά την πρώτη δοκιμαστική πλατφόρμα μamps-i, η ομάδα προσπάθησε να φτιάξει ένα εξαιρετικά ολοκληρωμένο κόμβο αισθητήρα που να αποτελείται από ένα ψηφιακό και ένα αναλογικό RF ASIC,το μamps-ιι. Το χαρακτηριστικό του μamps-ii που παρουσιάζει κάποιο ενδιαφέρον είναι ότι ο κόμβος είναι σε θέση να λειτουργήσει με πολλούς τρόπους. Μπορεί να λειτουργεί είτε ως χαμηλότερης βαθμίδας(low-end) αυτόνομος προφύλαξης κόμβο, ένας πλήρως λειτουργικός κόμβος 20

23 για τα μεσαίου επιπέδου δίκτυα αισθητήρων, είτε ως ένα συνδυασμένο στοιχείο σε ένα πιο ισχυρό υψηλού επιπέδου δίκτυο αισθητήρων. Έτσι, ευνοεί ένα δίκτυο με ετερογενείς κόμβους για πιο αποτελεσματική αξιοποίηση των πόρων. Εκτός από τους παραπάνω κόμβους αισθητήρων, υπάρχουν κι άλλα εμπορικά προϊόντα και δοκιμαστικές πλατφόρμες για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων συμπεριλαμβανομένων Ember products, Sensoria WINS, Pluto mote, δοκιμή PC104 και δοκιμή Gnome. Εικόνα 6: μamps-i από MIT Γιατί μικροσκοπικοί κόμβοι αισθητήρων; Η μετάβαση από μεγάλης σε μικρής κλίμακας κόμβους αισθητήρων έχει αρκετά πλεονεκτήματα: (1) Οι μικροί κόμβοι αισθητήρων είναι εύκολο να κατασκευαστούν με πολύ χαμηλότερο κόστος από ότι οι μεγάλης κλίμακας αισθητήρες. (2) Με πολλούς τέτοιους κόμβους αισθητήρων με τόσο χαμηλό κόστος και μικρό μέγεθος, μπορούν να αναπτυχθούν φαινόμενα ή ανιχνευτικά πεδία πολύ κοντά στο στόχο, σε πολύ υψηλή πυκνότητα. Ως εκ τούτου, η μικρότερη απόσταση ανίχνευσης και η χαμηλότερη ακρίβεια αίσθησης του κάθε κόμβου αντισταθμίζονται από την μικρότερη απόσταση αίσθησης και το μεγάλο αριθμό των αισθητήρων γύρω από τον στόχο, που δημιουργεί ένα υψηλό λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR). (3) Δεδομένου ότι οι συσκευές υπολογισμού και επικοινωνίας μπορούν να ενσωματώνονται με αισθητήρες, μεγάλο δείγμα σε εσωτερικό δίκτυο και έξυπνη συγχώνευση πληροφοριών είναι 21

24 εφικτά. Η νοημοσύνη των κόμβων αισθητήρων και η διαθεσιμότητα πολλαπλών αισθητήρων σε πλακίδια, ενισχύει επίσης την ευελιξία του συνόλου του συστήματος. (4) Λόγω του μικρού μεγέθους τους και της αυτόνομης τροφοδοσίας, οι κόμβοι αισθητήρων μπορούν εύκολα να αναπτυχθούν σε περιοχές όπου η αναπλήρωση της ενέργειας δεν είναι εύκολη, συμπεριλαμβανομένων εχθρικών ή επικίνδυνων περιβαλλόντων. Η δυνατότητα επιβίωσης των κόμβων αυξάνεται επίσης όσο πιο μικρό είναι το μέγεθος. (5) Η υψηλή πυκνότητα κόμβων δίνει τη δυνατότητα στο σύστημα της ανοχής σφαλμάτων χάρη στον πλεονασμό κόμβων. Τα πλεονεκτήματα απεικονίζονται από την παρακολούθηση του μικροκλίματος στα παράκτια δέντρα Redwood. Είναι γνωστό ότι η κίνηση του νερού από το έδαφος για το θόλο μέσα από τον κορμό προκαλείται από τη διαφορά της πίεση των υδρατμών στα φύλλα και της πίεσης των υδρατμών στον αέρα. Για την κατανόηση επακριβώς των επιπτώσεων των μεταβλητών στο κλίμα, όπως η θερμοκρασία και η υγρασία, είναι αναγκαία η συλλογή αυτών των πληροφοριών από διαφορετικές θέσεις πάνω στο δέντρο. Λόγω του χονδροειδούς κελύφους τους, είναι δύσκολο για τους μεγάλης κλίμακας αισθητήρες, όπως μετεωρολογικοί σταθμοί, να εκτελέσουν αυτήν την εργασία. Ωστόσο, από την τοποθέτηση ενός επαρκούς αριθμού μικρών κόμβων αισθητήρων κατά μήκος του κορμού, είναι δυνατόν να συγκεντρωθούν οι πληροφορίες που χρειάζονται με ένα σχετικά χαμηλό κόστος. Αυτοί οι κόμβοι αισθητήρων είναι σε θέση να συλλέξουν τόσο χωρικά όσο και χρονικά πυκνά δείγματα που επιτρέπουν μια ολοκληρωμένη εικόνα του μικροκλίματος γύρω από το δέντρο Redwood. Λόγω της ασύρματης δικτύωσης, είναι εύκολο να προστεθούν περισσότεροι κόμβοι αισθητήρων ή να μετακινηθούν κόμβοι για την καλύτερη κάλυψη. Είναι επίσης δυνατό να τοποθετηθούν περίσσιοι κόμβοι, προκειμένου να επιτραπεί η τοπική συγχώνευση πληροφοριών για καλύτερη ακρίβεια. Όταν αναπτυχθεί, η μεγάλη διάρκεια ζωής του δικτύου επιτρέπει τη συλλογή δεδομένων κατά τη διάρκεια αρκετών ετών. H χωρητικότητα αποθήκευσης του δικτύου καθιστά δυνατή τη μεταφορά δεδομένων που συγκεντρώθηκαν κατά διαστήματα, σε ένα φορητό υπολογιστή. Επίσης, αυτοί οι αυτόνομοι και ευφυείς κόμβοι είναι σε θέση να οργανώνουν και να συντηρούν από μόνοι τους το ασύρματο δίκτυο όταν συμβεί αποτυχία σύνδεσης. Αυτή η λειτουργία αποτρέπει τη δαπανηρή διαχείριση του ανθρώπινου δυναμικού και συντήρησης. 22

25 3.5. Το υλικό (Hardware) και οι πλατφόρμες των WSN Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων συνδυάζουν δυνατότητες επεξεργασίας, αίσθησης (sensing) και επικοινωνίας, σε μικροσκοπικά ενσωματωμένες συσκευές. Στη συνέχεια τα πρωτόκολλα επικοινωνίας συνδυάζουν κατάλληλα τις ανεξάρτητες συσκευές, για τη δημιουργία ενός διασυνδεδεμένου βροχωτού δικτύου (mesh network), όπου τα δεδομένα δρομολογούνται ανάμεσα σε όλους τους κόμβους. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται μερικές τυπικές πλατφόρμες δικτύων αισθητήρων, όπου οι συσκευές έχουν διαστάσεις από μερικά χιλιοστά μέχρι το μέγεθος ενός υπολογιστή παλάμης. Παράλληλα αναλύεται η πλατφόρμα Tmote Sky της εταιρείας Moteiv. Σημαντική για τη λειτουργία οποιασδήποτε συσκευής δικτύου αισθητήρων είναι η δυνατότητα να ικανοποιεί αδιάλειπτα τις μεγάλες απαιτήσεις κάθε εφαρμογής. Αντίθετα με τα κινητά τηλέφωνα και τους ασύρματους φορητούς υπολογιστές, η περιοδική τροφοδοσία δεν είναι δυνατή για τα περισσότερα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Στον τομέα των δικτύων αισθητήρων, μονάδες αισθητήρων (sensor nodes) ειδικού σκοπού, σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να θυσιάζουν την ευελιξία προκειμένου να είναι όσο το δυνατόν μικρότερες και σχετικά φτηνές. Γενικευμένες μονάδες αισθητήρων παρέχουν διεπαφές (interfaces) με μεγάλες δυνατότητες επέκτασης, ώστε να δημιουργούν ευέλικτες συνδέσεις με μια σειρά από απλούς αισθητήρες. Μονάδες αισθητήρων μεγάλου εύρους ζώνης έχουν ενσωματωμένες τις δυνατότητες επεξεργασίας και επικοινωνίας, που είναι απαραίτητες ώστε να ανταποκρίνονται σε πολύπλοκες ακολουθίες δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας κινούμενης εικόνας (video) και ήχου. Μονάδες που λειτουργούν ως πύλες (Gateway nodes) παρέχουν μια σημαντική σύνδεση μεταξύ του δικτύου αισθητήρων και των παραδοσιακών υποδομών διαδικτύωσης, συμπεριλαμβανομένων του Ethernet, του πρωτοκόλλου επικοινωνίας και των διευρυμένων δικτύων Πλατφόρμες στις οποίες βασίζονται τα δίκτυα αισθητήρων Η εμπειρία από την αρχική τους ανάπτυξη, έδειξε ότι τα συστήματα δικτύων αισθητήρων απαιτούν μια ιεράρχηση των κόμβων, που να ξεκινάει από χαμηλού επιπέδου αισθητήρες και να συνεχίζει σε υψηλού επιπέδου μονάδες με δυνατότητες συλλογής δεδομένων, ανάλυσης και αποθήκευσης. 23

26 Εικόνα 7: Ιεραρχική ανάπτυξη ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων Αυτή η ιεραρχική αρχιτεκτονική είναι κοινή σε όλα σχεδόν τα δίκτυα αισθητήρων και γίνεται εύκολα κατανοητή με ένα παράδειγμα. Ας θεωρήσουμε ένα δίκτυο αισθητήρων ενός προηγμένου συστήματος ασφαλείας, στο οποίο η πλειονότητα των αισθητήρων καλύπτει σπάσιμο τζαμιών, κλείσιμο επαφών και ανίχνευση κίνησης. Το πλήθος των αισθητήρων και των κατάλληλων θέσεων τους απαιτούν να τροφοδοτούνται από μπαταρία. Συμπληρώνονται από μερικούς περισσότερο εξελιγμένους αισθητήρες, όπως είναι οι κάμερες, οι ανιχνευτές ήχων και χημικών, τοποθετημένοι σε καίρια σημεία. Τα απλά και τα σύνθετα δεδομένα των αισθητήρων δρομολογούνται μαζί, μέσω ενός δικτύου, σε μια μονάδα παρακολούθησης και ελέγχου του κτιρίου, που παρέχει τη δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης. Οι αισθητήρες που είναι τοποθετημένοι σε παράθυρα και πόρτες για ανίχνευση παραβίασης είναι παραδείγματα γενικευμένων μονάδων αισθητήρων (generic sensing devices). Η λειτουργία τους είναι απλή και συγκεκριμένη και απαιτεί την τροφοδοσία από μπαταρία μεγάλης διάρκειας. Επιπλέον, οι ρυθμοί επεξεργασίας και επικοινωνίας που διαθέτουν, είναι οι ελάχιστοι. Αντίθετα, οι αισθητήρες ήχου, εικόνας και χημικών είναι παραδείγματα μονάδων μεγάλου εύρους ζώνης, που απαιτούν επικοινωνία και μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ. Μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις να απαιτούν τροφοδότηση από μπαταρία αλλά συχνά χρειάζεται να συνδεθούν με το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής τάσης, για να λειτουργήσουν σε μακρά διάρκεια. Επιπλέον των παραδοσιακών εφαρμογών ασφαλείας, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων είναι σχεδιασμένα να παρακολουθούν κινητά αντικείμενα αξίας (mobile assets), μέσω μικροσκοπικών, χαμηλού κόστους συσκευών ασφαλείας (security tagsmini motes). Αυτοί οι κόμβοι αισθητήρων ειδικού σκοπού είναι συνώνυμοι μικροσκοπικών διατάξεων με απαίτηση 24

27 ελάχιστης τροφοδοσίας. Θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν τον συναγερμό όταν ένα αντικείμενο απομακρυνθεί χωρίς εξουσιοδότηση. Επίσης πρέπει να είναι πλήρως ολοκληρωμένοι και σχετικά φτηνοί. Στα συστήματα ασφαλείας, το δίκτυο αισθητήρων είναι πιθανό να έχει ένα ή περισσότερα τελικά σημεία, που περιλαμβάνουν μια βάση δεδομένων ή άλλο λογισμικό συλλογής δεδομένων, σχεδιασμένο να επεξεργάζεται και να αποθηκεύει ενδείξεις ανεξάρτητων αισθητήρων. Αυτές οι μονάδες πύλης (gateway nodes) παρέχουν μια διεπαφή (interface) σε πολλά υπάρχοντα είδη δικτύων. Στον Πίνακα που ακολουθεί παρατίθενται τα τυπικά χαρακτηριστικά λειτουργίας των τεσσάρων κατηγοριών των μονάδων-κόμβων: πλατφόρμα-αισθητήρας ειδικού σκοπού (specialized sensing platform), πλατφόρμα-αισθητήρας γενικού σκοπού (generic sensing platform), πλατφόρμααισθητήρας μεγάλου εύρους ζώνης (high bandwidth sensing) και πύλη (gateway) - όλες κατασκευασμένες με τεχνολογία αιχμής. Εικόνα 8: Τυπικά χαρακτηριστικά λειτουργίας των 4 κατηγοριών ασύρματου δικτύου Η μονάδα Spec H μονάδα Spec είναι ενδεικτική της τάξης αισθητήρων ειδικού σκοπού. Είναι μια μονάδα μονού στοιχείου (single-chip node), σχεδιασμένη ιδιαιτέρως για παραγωγή εξαιρετικά χαμηλού κόστους και λειτουργία χαμηλής ισχύος. Απαιτώντας μόνο 2.5mm x 2.5mm πυριτίου, 25

28 περιλαμβάνει μνήμη RAM και ικανότητες επεξεργασίας και επικοινωνίας. Προκειμένου να μειωθεί το μέγεθος και η πολυπλοκότητα, η μονάδα Spec κατασκευάστηκε έτσι ώστε να έχει διεπαφή μόνο με απλούς αισθητήρες και να επικοινωνεί σε μικρές αποστάσεις. Οι πρώτες εκδοχές της περιλάμβαναν μόνο πομπό, ενώ οι επόμενες έχουν πλήρη πομποδέκτη. Η μονάδα Spec είναι ιδανική για εφαρμογές παρακολούθησης κινητών αντικειμένων αξίας. Εξοπλισμένη με μικρή μπαταρία είναι ικανή να λειτουργεί για πολλά χρόνια. Εικόνα 9: Η μονάδα Spec Τα motes του Πανεπιστημίου Berkeley, California αποτελούν παράδειγμα συσκευών γενικευμένης τάξης (generic sensor devices), που χρησιμοποιούνται σήμερα από περισσότερους από εκατό ερευνητικούς οργανισμούς. Κάποια από αυτά είναι το Mica2 και το Tmote Sky Το MicaZ,Mica2 Το Mica2 είναι ένα από τα πιο πρόσφατα ανεπτυγμένα εμπορικά διαθέσιμα μοντέλα, που ενσωματώνει εξαρτήματα για μέγιστη ευελιξία, με το Micaz να αποτελεί την πιο σύγχρονη εξέλιξη του. Εικόνα 10: To Mica2 26

29 Περιλαμβάνει ένα μεγάλο σύνδεσμο διεπαφής παρέχοντας τη δυνατότητα προσάρτησης μιας σειράς από αισθητήρες. Διαθέτοντας μεγάλο πλήθος από I/O pins και δυνατότητες επέκτασης, το Mica2 είναι μια από τις καλύτερες επιλογές κόμβων-αισθητήρων σε περιπτώσεις όπου το μέγεθος και το κόστος δεν είναι σημαντικοί παράγοντες. Για παράδειγμα, συνδέεται εύκολα σε ανιχνευτές κίνησης και σε επαφές παραθύρων και θυρών, που είναι απαραίτητα για το σύστημα ασφάλειας σε κτίρια. Επιπλέον, το Mica2 είναι ικανό να δέχεται μηνύματα από μονάδες-κόμβους Spec, που είναι τοποθετημένοι σε αντικείμενα αξίας, όπως οι προσωπικοί και φορητοί υπολογιστές, για περιπτώσεις κλοπής. Η μνήμη και η επεξεργαστική ισχύς που είναι διαθέσιμη στο Mica2, είναι ικανές για τη διαχείριση πολλών δεδομένων που στέλνονται από τις μονάδες Spec. Παρόλο που τo Mica2 μπορεί να συνδεθεί με ένα μεγάλο πλήθος αισθητήρων, δεν μπορεί να ανταποκριθεί στο μεγάλο εύρος δεδομένων που προέρχονται από σύνθετους αισθητήρες. Αποτυγχάνει στην επεξεργασία κινούμενης εικόνας και ήχου μεγάλου εύρους ζώνης Tmote sky Το Τmote sky (το προηγούμενο μοντέλο ονομαζόταν Telosb) αποτελεί επίσης μια μονάδα που συνδυάζει ενσωματωμένους αισθητήρες, δυνατότητες ασύρματης επικοινωνίας και προγραμματιστικές δυνατότητες. Τα χαρακτηριστικά του θα περιγράφουν αναλυτικά στη συνέχεια. Εικόνα 11: Tmote sky 27

30 Το iμote Το imote, που δημιούργησε η Intel Research τον Μάιο του 2003, έχει σχεδιαστεί ως πλατφόρμα αισθητήρων μεγάλου εύρους ζώνης και περιλαμβάνει πολύ μεγαλύτερη μνήμη RAM και ισχύ επεξεργασίας, όπως επίσης πομποδέκτη βασισμένο σε τεχνολογία Bluetooth, ικανό να επικοινωνεί σε ταχύτητες μεγαλύτερες από 500kbps. Εικόνα 12: Η πλατφόρμα της inlet imote Η πλατφόρμα Stargate Η πλατφόρμα Stargate, που ανέπτυξε η Intel και πούλησε η Crossbow Technology, είναι αντιπροσωπευτική των συσκευών κατηγορίας πύλης (gateway class devices) και περιλαμβάνει επεξεργαστή Intel 400 MHz, μνήμη RAM μερικών megabytes και δυνατότητα αποθήκευσης μέχρι την τάξη των gigabytes. Είναι ικανή να συνδέεται ευθέως με συσκευές βασισμένες στο Mica2 και το imote και να διαβιβάζει δεδομένα από χαμηλής ισχύος δίκτυα σε παραδοσιακά ασύρματα δίκτυα όπως είναι το και το Ethernet. Επιπλέον, οι διατάξεις μνήμης και επεξεργασίας του, του επιτρέπουν να λειτουργεί ως Web front-end σε δίκτυα αισθητήρων, όπου οι χρήστες έχουν πρόσβαση στα δεδομένα του μέσω Web browser. Εικόνα 13: Η πλατφόρμα stargate της CrossBow 28

31 Το λειτουργικό σύστημα που τρέχει σε συγκεκριμένη πλατφόρμα πρέπει να είναι συμβατό με τις δυνατότητες του υλικού (hardware) της πλατφόρμας. Για συσκευές ειδικού και γενικού σκοπού, ένα ειδικό λειτουργικό σύστημα καλούμενο TinyOS έχει σχεδιαστεί ώστε να τρέχει σε πλατφόρμες με περιορισμένη υπολογιστική ισχύ και μνήμη. Αντίθετα με πολλά ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα, αυτό παρέχει ισχυρή ενοποίηση ανάμεσα σε ασύρματη σύνδεση και λειτουργίες δικτύου. Παρόλα αυτά, καθώς αυξάνουν οι δυνατότητες των πλατφορμών, όπως για παράδειγμα συμβαίνει στην πλατφόρμα Stargate, απαιτείται όλο και περισσότερη συμμετοχή από το λειτουργικό σύστημα ώστε να υποστηριχτούν πιο σύνθετες εφαρμογές. Πολυεπεξεργασία (multiprocessing), μεταγωγή εκτέλεσης διεργασιών με βάση την προτεραιότητα (preemptive task switching) ή ακόμα υποστήριξη εικονικής μνήμης, είναι επιθυμητά στη διεκπεραίωση πολλαπλών λειτουργιών του συστήματος. Η μονάδα Stargate τρέχει μια ενσωματωμένη εκδοχή του λειτουργικού συστήματος Linux. Όχι μόνο προσφέρει ένα πλήθος δυνατοτήτων του συστήματος αλλά, επιπλέον, το Linux παρέχει μια πληθώρα οδηγών συσκευής (device drivers) για κάρτες Ethernet και κάρτες ασύρματης δικτύωσης που είναι απαραίτητες για να επιτρέψουν στους κόμβους-πύλες να συνδεθούν σε ένα ευρύ φάσμα συστημάτων δικτύωσης ΒΤnode Το BTnode είναι μια αυτόνομη ασύρματη πλατφόρμα επικοινωνίας και υπολογισμών βασισμένη σε ένα ραδιοπομπό Bluetooth και έναν μικροελεγκτή. Χρησιμεύει ως μια πλατφόρμα επίδειξης για την έρευνα σε κινητά και ειδικά συνδεδεμένα δίκτυα (MANETs) και διανεμημένα δίκτυα αισθητήρων. Το BTnode έχει αναπτυχθεί από κοινού στο ETH Ζυρίχης από την εφαρμοσμένη μηχανική υπολογιστών και το εργαστήριο δικτύων (TIK) και την ερευνητική ομάδα για τα διανεμημένα συστήματα. Το χαμηλής ισχύος ασύρματο σύστημα εκπομπής είναι το ίδιο όπως χρησιμοποιείται και στα Berkley motes Mica2. Και τα δύο συστήματα εκπομπής μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα ή να κλείνουν ανεξάρτητα όταν δεν βρίσκονται σε χρήση, μειώνοντας αρκετά τη κατανάλωση ισχύος της συσκευής. Εικόνα 14: ΒΤ Node 29

32 Τα χαρακτηριστικά του BTnode Microcontroller: Atmel ATmega 128L (8 8 MIPS) Memories: Kbyte RAM, 128 Kbyte FLASH ROM, 4 Kbyte EEPROM Bluetooth subsystem: Zeevo ZV4002, supporting AFH/SFH Scatternets with max. 4 Piconets/7 Slaves, BT v1.2 compatible Low-power radio: Chipcon CC1000 operating in ISM band MHz External Interfaces: ISP, UART, SPI, I2C, GPIO, ADC, Timer, 4 LEDs Standard C Programming, TinyOS compatible Η πλατφόρμα ξεφεύγει από τη βασικότερη φιλοσοφία των WSN που αφορά την χαμηλότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας από τους κόμβους και στοχεύει στην προσαρμοστικότητα, την εύκαμπτη και γρήγορη εφαρμογή. Για τον λόγo αυτό, εκτός από την συμβατότητα της με το TinyOS χρησιμοποιεί και το BTnut το οποίο είναι ένα πολύ ελαφρύ λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιεί την απλή γλώσσα C. Έχει γραφικό περιβάλλον και βιβλιοθήκες όπως και απλές εφαρμογές Αρχιτεκτονικές διαφορές Η συνολική αρχιτεκτονική δομή και στις 4 κατηγορίες πλατφορμών δικτύων αισθητήρων είναι αξιοσημείωτα όμοια, παρά τις σημαντικές διαφορές στις δυνατότητες των συσκευών. Η αρχιτεκτονική ομοιότητα προκύπτει από την απαίτηση να υποστηρίζουν την ασύρματη δικτύωση. Αντίθετα, οι βασικές τους διαφορές προκύπτουν από την επιθυμία των σχεδιαστών τους να βελτιστοποιήσουν την κατανάλωση ενέργειας καθεμιάς πλατφόρμας για συγκεκριμένη κατηγορία εφαρμογής. Κάποιες από τις θεμελιώδεις αποφάσεις που πρέπει να λάβουν οι μηχανικοί εφαρμογών περιλαμβάνουν το μέγεθος της on-board μνήμης, εάν θα συμπεριλάβουν μνήμη αναλαμπής (flash memory), το μέγεθος της ισχύος της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (CPU) καθώς, επίσης, τον τύπο και το εύρος ζώνης της ασύρματης ζεύξης. Αφού οι περισσότερες υλοποιήσεις μεταχειρίζονται εξεζητημένα συστατικά στοιχεία, κάποιες από αυτές τις αποφάσεις υπαγορεύονται από τη διαθεσιμότητα των κατάλληλων μερών. Στο τέλος, το κόστος και η κατανάλωση ενέργειας είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τον τελικό σχεδιασμό της κάθε μονάδας- αισθητήρα. Μια κύρια διαφορά ανάμεσα σε μονάδες δικτύου αισθητήρων και πιο παραδοσιακών υπολογιστικών πλατφορμών, περιλαμβανομένων των προσωπικών υπολογιστών, των υπολογιστών παλάμης (PDAs), ακόμα και των ενσωματωμένων συσκευών είναι η ακραία 30

33 έμφαση που δίνουν τα δίκτυα αισθητήρων στη διαχείριση της ενέργειας. Μια πληθώρα εφαρμογών απαιτούν τροφοδότηση με μπαταρία για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Προκειμένου να διαχειρίζεται αποτελεσματικά η ισχύς, κάθε υποσύστημα της πλατφόρμας τροφοδοτείται ανεξάρτητα. Για παράδειγμα, ο πομποδέκτης πρέπει να λειτουργεί μόνο κατά τη διάρκεια της ενεργής επικοινωνίας και αν είναι δυνατόν, να κλείνει την κεντρική μονάδα επεξεργασίας στις περιόδους μη επεξεργασίας. Όμοια, πρέπει να είναι σε θέση να κόβει την τροφοδοσία στα υποσυστήματα αισθητήρων και μονάδων εισόδου-εξόδου, ξεχωριστά, όταν είναι ανενεργά. Το λειτουργικό σύστημα TinyOS, σε πολλές περιπτώσεις, ελέγχει την δραστηριότητα και την ισχύ των διαφόρων υποσυστημάτων. Ο χρονισμός των περιόδων που σταματάει η τροφοδοσία (power-down cycles) καθορίζεται από ένα μεγάλο αριθμό παραγόντων, όπως είναι οι απαιτήσεις της εφαρμογής και το συγκεκριμένο υλικό που χρησιμοποιείται. Στο TinyOS, η διαχείριση ισχύος αφορά κάθε τομέα του συστήματος και όλα τα επιμέρους στοιχεία είναι σχεδιασμένα ώστε να μην καταναλώνουν ισχύ όταν είναι ανενεργά. Για να διευκολυνθεί η σωστή διαχείριση ισχύος, οι πλατφόρμες των δικτύων αισθητήρων δίνουν απευθείας στις εφαρμογές, λεπτομερή έλεγχο του υποκείμενου υλικού. Παραδοσιακές αντιλήψεις διαστρωμάτωσης για τις στοίβες τόσο του δικτύου όσο και των αισθητήρων οδηγούν σε αναποτελεσματική χρήση της ισχύος. Πρόσφατη έρευνα προτείνει μια κοινή προσέγγιση αυτής της πρόκλησης στο πεδίο των πλατφορμών, με τη χρήση 3 πρόσθετων αρχιτεκτονικών στοιχείων: Ένα πλαίσιο στοιχείων γενικού σκοπού που καταργεί τη διαστρωμάτωση Λειτουργίες υλικού που είναι διαθέσιμες σε εφαρμογές και σε εξατομικευμένο λογισμικό (middleware) Εικονικοποίηση (virtualization), μεταφρασμένα προγράμματα ή απλοποιημένη διαδικασία προγραμματισμού για την ανάπτυξη εφαρμογών δικτύων αισθητήρων. Στις συσκευές κατηγορίας mote (mote-class devices), όπως είναι το Spec και το Mica2, το ΤinyOS παρέχει ένα χαμηλού επιπέδου έλεγχο υλικού, μέσω ενός ενσωματωμένου στοιχείου που απαλείφει τη διαστρωμάτωση. Στο TinyOS, επιτρέπεται στα στοιχεία επιπέδου εφαρμογής να έχουν απευθείας πρόσβαση στο υλικό, όπως απαιτείται. Ενώ αυτή η δυνατότητα εμφανίζεται και σε άλλα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα, γενικώς απουσιάζει από άλλα πιο παραδοσιακά λειτουργικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένου και του Linux. Όταν το Linux χρησιμοποιείται σε μονάδες κατηγορίας πύλης (gateway-class nodes), όπως είναι το Stargate, χρειάζεται επιπρόσθετη υποστήριξη για ακριβή έλεγχο του υλικού, για την οποία έχουν μεριμνήσει οι σχεδιαστές. Στο Stargate, οι καταχωρητές (processor registers) και οι γραμμές εισόδου-εξόδου γενικού σκοπού, γίνονται διαθέσιμες στις εφαρμογές μέσω οδηγών (drivers) 31

34 ειδικού σκοπού. Στη συνέχεια, τα περιβάλλοντα ανάπτυξης των δικτύων αισθητήρων (όπως είναι το Emstar), χρησιμοποιούν αυτούς τους οδηγούς για να παρέχουν στις εφαρμογές, τον έλεγχο πάνω στον χρονισμό και στην κατάσταση των περιφερειακών συστημάτων (hardware peripherals) που χρειάζονται. Εικόνα 15: Μοντέλο της εφαρμογής Emstar Οι προσπάθειες ανάπτυξης του TinyOS και του ενσωματωμένου Linux, υιοθέτησαν τo virtualization (εικονικοποίηση) της επεξεργασίας και των πόρων επικοινωνίας, για να απλοποιήσουν τη διαδικασία εξέλιξης των δικτύων αισθητήρων. Ένα τίμημα για την παροχή ακριβούς ελέγχου υλικού σε λογισμικό επιπέδου εφαρμογών είναι ότι κάποιες φορές, συγκεκριμένα δομικά στοιχεία του υλικού καθιστούν το λογισμικό του δικτύου αισθητήρων, μη συμβατό. Τόσο το TinyOS όσο και το Emstar παρουσιάζουν κάποιες αφηρημένες έννοιες για το υλικό που προσπαθούν να διατηρήσουν τη συμβατότητα, χωρίς να θυσιάζουν τον ακριβή έλεγχο. Το καθένα παρέχει την επιλογή της χρήσης υψηλού επιπέδου μεταφραστών για τη διευκόλυνση ανάπτυξης της εφαρμογής. 32

35 4. Η εξέλιξη στο υλικό και το λογισμικό των πλατφορμών Η πρόσφατη έρευνα και ανάπτυξη των πλατφορμών 1ης γενιάς ασύρματων δικτύων αισθητήρων επαναπροσδιορίζεται για να βοηθήσει τους μηχανικούς συστημάτων να ορίσουν μια νέα γενιά υλικού που θα εξυπηρετεί καλύτερα τις ανάγκες των δικτύων. Αναλύοντας την εξέλιξη στο υλικό των δικτύων αισθητήρων πρέπει να τονίσουμε την επίδραση του νόμου του Moore, στο σχεδιασμό και την εξέλιξη των δικτύων. Για όλες τις κατηγορίες πλατφόρμων, εκτός από τις μονάδες αισθητήρων ειδικού σκοπού, ο νόμος του Moore εγγυάται αύξηση της απόδοσης για δεδομένη ισχύ. Όπως φαίνεται στον πίνακα της Εικόνα 16 η μονάδα Mica2 έχει σχεδόν οχταπλάσια μνήμη και εύρος ζώνης επικοινωνίας από τον προκάτοχό της, τη μονάδα Rene, σχεδιασμένη το 1999, παρότι έχουν ίδια ισχύ και κόστος. Οι συσκευές κατηγορίας πύλης (gateway devices) και μεγάλου εύρους ζώνης (high-bandwidth devices) έχουν επιτύχει παρόμοια άλματα απόδοσης, χωρίς σημαντική αλλαγή στις απαιτήσεις ισχύος και κόστους. Αντίθετα, οι μονάδες αισθητήρων ειδικού σκοπού, όπως είναι η μονάδα Spec, χρησιμοποιούν προχωρημένες τεχνικές που απορρέουν από το νόμο του Moore, για να μειώσουν την κατανάλωση ισχύος και το κόστος, ενώ διατηρούν την ίδια απόδοση. Μέρος της αυξημένης απόδοσης των μονάδων αισθητήρων γενικευμένης τάξης οφείλεται στους νέους CMOS ραδιοπομπούς, που έχουν σχεδιαστεί για εκπομπή χαμηλού ρυθμού και χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Επιπλέον της αύξησης της απόδοσης των πομπών, οι διεπαφές επικοινωνίας που παρέχονται από πομπούς χαμηλής ισχύος, περιλαμβάνουν τώρα εξειδικευμένη υποστήριξη υλικού για να βοηθήσουν στη μείωση του υψηλού φόρτου της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας. Ελεγκτές χαμηλής ισχύος μπορούν να στείλουν δεδομένα μέσω RF καναλιού, με πολλαπλάσιες ταχύτητες των πομπών της προηγούμενης γενιάς. Επιπρόσθετα, προηγούμενοι σχεδιασμοί υλικού χρησιμοποιούσαν τον μικροελεγκτή για να καθορίζει τον κύκλο λειτουργίας του πομπού και να ελέγχει για δραστηριότητα στο κανάλι. Οι επόμενης γενιάς πομποί έχουν ενσωματωμένους μηχανισμούς που εκτελούν αυτόματα αυτή τη λειτουργία. 33

36 Εικόνα 16: Χαρακτηριστικά των nodes 4.1. Πρότυπα λογισμικού και διεπαφών Μηχανικοί και ερευνητές που δραστηριοποιούνται στο χώρο της ασύρματης τεχνολογίας χαμηλής ισχύος χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο το πρότυπο Το πρότυπο αυτό παρέχει μια προδιαγραφή του καναλιού RF και του πρωτοκόλλου σηματοδοσίας. Το πρωτόκολλο Zigbee, που βασίζεται πάνω στο , είναι μια προδιαγραφή του πρωτοκόλλου επικοινωνίας συσκευών σε επίπεδο εφαρμογής και θα περιγράφει αναλυτικά στη συνέχεια. Για να εισάγουμε το Zigbee και το στη λογική των πλατφορμών που μελετάμε εδώ, το αποφασίζει ποιο υλικό ασύρματης επικοινωνίας θα χρησιμοποιηθεί και το Zigbee καθορίζει το περιεχόμενο 34

37 των μηνυμάτων που μεταδίδονται από κάθε μονάδα δικτύου. Ακολουθώντας τη διαθεσιμότητα των πρώτων πομπών στις αρχές του 2004, οι ερευνητές αποφάσισαν να αναπτύξουν τους TinyOS οδηγούς, ώστε οι υπάρχουσες εφαρμογές να μπορέσουν να εκμεταλλευτούν τις δυνατότητες των στοιχείων (chips). Μολονότι η διαδικασία προτυποποίησης προοδεύει, δεν είναι σίγουρο αν ένα σύνολο τυποποιημένων πρωτοκόλλων θα είναι κάποτε ικανό να ικανοποιήσει όλες τις απαιτήσεις των εφαρμογών. Αντίθετα με τις παραδοσιακές εφαρμογές Internet, που σχεδόν όλες χρησιμοποιούν πρωτόκολλα TCP/IP, οι εφαρμογές του δικτύου αισθητήρων απαιτούν πρωτόκολλα που είναι βελτιστοποιημένα για τα μοναδικά τους σχήματα επικοινωνίας (communication patterns). Σε αυτό το περιβάλλον, η ικανότητα του TinyOS να επιτρέπει σε όσους αναπτύσσουν εφαρμογές να συγκεντρώνουν πρωτόκολλα από ανεξάρτητα δίκτυα, θα συνεχίσει να είναι η προτιμώμενη στρατηγική ανάπτυξης δικτύων αισθητήρων Το πρωτόκολλο επικοινωνίας ZigBee Το πρωτόκολλο Zigbee παρέχει ένα ανοικτό πρότυπο ασύρματης δικτύωσης χαμηλής ισχύος, για παρακολούθηση και έλεγχο συσκευών. Χρησιμοποιώντας το πρότυπο IEEE που επικεντρώνεται σε δικτύωση χαμηλών ταχυτήτων και ορίζει τα πρωτόκολλα χαμηλών επιπέδων, όπως είναι π.χ. το φυσικό επίπεδο (PHY) και επίπεδο ελέγχου πρόσβασης μέσου (MAC) το Zigbee ορίζει τα ανώτερα επίπεδα των στρωμάτων της στοίβας πρωτοκόλλων, από το επίπεδο δικτύου έως της εφαρμογής, περιλαμβάνοντας κατανομές εφαρμογής (application profiles). Μπορούμε να φανταστούμε το σαν το φυσικό ραδιοστρώμα και το Zigbee σαν το λογισμικό λογικού δικτύου και εφαρμογών. Το πρωτόκολλο Ζigbee χρησιμοποιεί την ISM (Industrial, Scientific and Medical ) ζώνη συχνοτήτων, που επιτρέπει απεριόριστη γεωγραφική χρήση. 35 Εικόνα 17: H δομή του πρωτοκόλλου Zigbee

38 Το πρωτόκολλο Zigbee αποσκοπεί σε εφαρμογές κτιριακού ελέγχου, στον αυτοματισμό, την ασφάλεια, τα ηλεκτρονικά προϊόντα, τα περιφερειακά Η/Υ, την ιατρική παρακολούθηση και τα ηλεκτρονικά παιχνίδια. Οι εφαρμογές αυτές απαιτούν τεχνολογία που επιτρέπει τροφοδότηση με μπαταρίες μεγάλης διάρκειας, αξιοπιστία, αυτόματη ή ημιαυτόματη εγκατάσταση, την δυνατότητα εύκολης προσθήκης ή απομάκρυνσης κόμβων, καθώς και συστήματα χαμηλού κόστους. Το Zigbee και το υποκείμενο πρότυπο , προσφέρουν στο σχεδιαστή του συστήματος συσκευές διαφόρων τάξεων: τη συσκευή μειωμένης λειτουργικότητας RFD (Reduced- Functionality Device, ), τη συσκευή πλήρους λειτουργικότητας FFD (Full Functional Device) και το συντονιστή δικτύου (Network Coordinator). Όλα τα Zigbee δίκτυα έχουν τουλάχιστον μία από τις παραπάνω συσκευές. Οι περισσότερες εφαρμογές αισθητήρων τοποθετούνται στην RFD κατηγορία, με τα εκτεταμένα δίκτυα να χρησιμοποιούν τόσο τις συσκευές FFD όσο και τους συντονιστές δικτύου προκειμένου να δημιουργήσουν τις απαραίτητες, για την τοπολογία του δικτύου, συνδέσεις. Τα δίκτυα Zigbee σχηματίζονται αυτόνομα, βασισμένα στη συνδεσιμότητα και τη λειτουργία Αξιοπιστία δεδομένων Η αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων είναι καθοριστικής σημασίας στις Zigbee εφαρμογές. Το υποκείμενο πρότυπο παρέχει υψηλή αξιοπιστία μέσω διαφόρων μηχανισμών σε πολλαπλά επίπεδα. Για παράδειγμα, χρησιμοποιεί 27 κανάλια σε 3 διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων. Εικόνα 18: To πρότυπο IEEE Το πρότυπο IEEE παρέχει 3 ζώνες συχνοτήτων για επικοινωνία. Οι διαφορές από χώρα σε χώρα στη χρήση, τη διάδοση, τις απώλειες και την ταχύτητα αφήνουν τους σχεδιαστές του Zigbee να βελτιστοποιήσουν την απόδοση του συστήματος. 36

39 Η ζώνη των 2.4 GHz χρησιμοποιείται παγκοσμίως, έχει 16 κανάλια και υποστηρίζει μετάδοση δεδομένων με μέγιστη ταχύτητα 250 kbps. Έχουν οριστεί επίσης και χαμηλότερες ζώνες συχνοτήτων. Η ζώνη MHz παρέχει στην Αμερική και σε μεγάλο μέρος των ακτών του Ειρηνικού 10 κανάλια με μέγιστη ταχύτητα 40 kbps. Οι ευρωπαϊκές εφαρμογές χρησιμοποιούν 1 κανάλι στη ζώνη MHz, με μέγιστη ταχύτητα 20 kbps. Αυτή η ποικιλία συχνοτήτων επιτρέπει σε εφαρμογές με κατάλληλη ρύθμιση υλικού, να προσαρμόζονται στις τοπικές συνθήκες παρεμβολής και διάδοσης.( βλέπετε εικόνα παραπάνω Το πρότυπο ΙΕΕΕ ). Σε ένα συγκεκριμένο κανάλι, ο πομποδέκτης βασίζεται σε έναν σύνολο μηχανισμών για να βεβαιώσει την αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων. Αρχικά, το φυσικό επίπεδο χρησιμοποιεί διαμόρφωση BPSK στις ζώνες 868/915 MHz και OQPSK (Offset QPSK) στα 2.4 GHz. Και οι δύο διαμορφώσεις είναι στιβαρές και απλές και λειτουργούν καλά σε περιβάλλον χαμηλού σηματοθορυβικού λόγου SNR (Signal to Noise Ratio). Η πληροφορία κωδικοποιείται στο φέρον με τεχνική DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum), μια ενδογενώς στιβαρή μέθοδος που βελτιώνει την απόδοση πολλαπλών διαδρομών (multipath performance) και την ευαισθησία του δέκτη μέσω κέρδους από την επεξεργασία σήματος. Το μέγεθος της ωφέλιμης πληροφορίας (data payload) κυμαίνεται από 0 μέχρι 104 bytes, που είναι παραπάνω από αρκετό για να ικανοποιήσει τις περισσότερες ανάγκες των αισθητήρων. Εικόνα 19: Το πακέτο δεδομένων Zigbee 37

40 Στη μονάδα δεδομένων του πρωτοκόλλου MAC, τα ωφέλιμα δεδομένα (data payload) αποτελούνται από τις διευθύνσεις αποστολέα και παραλήπτη, έναν αριθμό που επιτρέπει στον παραλήπτη να αναγνωρίσει ότι όλα τα πακέτα που μεταδόθηκαν έχουν παραληφθεί, (frame check sequence) bytes ελέγχου πλαισίου (frame control) που καθορίζουν παραμέτρους του περιβάλλοντος του δικτύου και άλλες σημαντικές και, τέλος, από ένα πεδίο επαλήθευσης που επιτρέπει στον παραλήπτη να πιστοποιήσει ότι το πακέτο παραλήφθηκε χωρίς απώλειες. Αυτό το MAC πλαίσιο παρατίθεται στην επικεφαλίδα συγχρονισμού (synchronization header) και την φυσική επικεφαλίδα (PHY header), του φυσικού επιπέδου, και παρέχει ένα στιβαρό μηχανισμό που επιτρέπει στον παραλήπτη να αναγνωρίσει και να αποκωδικοποιήσει γρήγορα το πακέτο που έχει ληφθεί. Αφού ληφθεί το πακέτο, ο παραλήπτης εκτελεί έναν 16-bit κυκλικό έλεγχο πλεονασμού CRC (Cyclic Redundancy Check), για να επιβεβαιώσει ότι το πακέτο δεν αλλοιώθηκε κατά τη μετάδοση. Αν όλα είναι εντάξει, ο παραλήπτης μπορεί, ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής και του δικτύου, να μεταδώσει αυτόματα ένα πακέτο γνωστοποίησης που επιτρέπει στο σταθμό μετάδοσης να μάθει ότι το πακέτο παραλήφθηκε σε αποδεκτή μορφή. Αν ο έλεγχος δείξει ότι το πακέτο αλλοιώθηκε, το πακέτο απορρίπτεται και δε μεταδίδεται καμία γνωστοποίηση. Εάν ο σχεδιαστής έχει ρυθμίσει το δίκτυο ώστε να απαιτείται γνωστοποίηση, τότε ο σταθμός μετάδοσης επανεκπέμπει το αρχικό πακέτο, όσες φορές έχει προκαθοριστεί ώστε να εξασφαλιστεί η επιτυχής αποστολή του πακέτου. Αν το μονοπάτι ανάμεσα σε πομπό και δέκτη χάσει την αξιοπιστία του ή το δίκτυο καταρρεύσει, τότε το Ζigbee παρέχει στο δίκτυο δυνατότητες επανόρθωσης, εφόσον εναλλακτικά μονοπάτια μπορούν να εγκατασταθούν αυτόματα Διάρκεια πηγής τάσης τροφοδοσίας Ένας ασύρματος κόμβος δικτύων αισθητήρων, όπως σε οποιοδήποτε υπολογιστή γενικού σκοπού, αποτελείται από επεξεργαστή, μνήμη αποθήκευση, συσκευές επικοινωνίας και συσκευές εισόδου - εξόδου. Αλλά, "ασύρματο" δεν αναφέρεται στις επικοινωνίες αλλά ισχύει και για την πηγή ενέργειας. Το πιο σημαντικό κομμάτι του ασύρματου κόμβου δικτύων αισθητήρων είναι η συσκευή ενεργειακής αποθήκευσης, συνήθως μια μπαταρία. Πάνω από όλα είναι η συνειδητοποίηση αυτής της πεπερασμένης ενεργειακής πηγής που οδηγεί τον σχεδιασμό του υπόλοιπου συστήματος. Οι ασύρματες συσκευές ενεργειακής σάρωσης μπορούν να βοηθήσουν στην παράταση του ενεργειακού αποθέματος, αλλά το εύρος επέκτασης δικτύων αισθητήρων διαμορφώνεται τελικά από το ποσό ενέργειας που διαθέτει κάθε κόμβος. Όταν η ενέργεια 38

41 τελειώσει, είτε η εφαρμογή σταματά είτε κάποιο πρόσωπο πρέπει να σταλεί επί τόπου για να ανανεώσει της πηγές, και επίσης να συλλέξει τα δεδομένα. Αρχίζουμε με την εξέταση των διαθέσιμων επιλογών ενεργειακής αποθήκευσης. Η βασική αλκαλική μπαταρία AA αποθηκεύει 2850 ώρες μα ενέργειας. Ένας λαμπτήρας LED καταναλώνει περίπου 6 mα ρεύματος. Αυτός ο λαμπτήρας θα παραμείνει αναμμένος για περίπου 20 ημέρες, και προς το τέλος αυτού του χρονικού διαστήματος, θα γίνει πιο αμυδρός ο φωτισμός όσο η τάση πέφτει κάτω από 1,5 βολτ. Τώρα εξετάζουμε την απλούστερη και αποτελεσματικότερη μορφή εναλλακτικής ενέργειας, την ηλιακή. Ένα αντιπροσωπευτικό φωτοβολταϊκό επιφάνειας 30cm 2 μπορεί να παραγάγει ρεύμα 40 ma σε 4,8 βολτ, και περίπου 6 mw ανά cm 2 με άμεσο φως του ήλιου. Αυτό απέχει από το συνολικό ποσό διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας, περίπου 100 mw ανά cm 2, αλλά η αποδοτικότητα των φωτοβολταϊκών μονάδων αυξάνει. Πόση ενέργεια χρειάζονται αυτές οι συσκευές; Καθώς οι σχεδιαστές μικροεπεξεργαστών έχουν κατανοήσει το κενό μπαταρίας-χαμηλής ενέργειας το ρεύμα που απαιτούν οι επεξεργαστές μειώνεται. Ο μικροελεγκτής του Tmote MSP430 έχει ενεργό ρεύμα λειτουργίας 3 mw, αρκετό να τρέξει για έναν μήνα ή δύο στις τυποποιημένες μπαταρίες AA. Αλλά, αυτό αγνοώντας το κόστος ραδιoεκπομπής. Μεταδίδοντας ένα μήνυμα, ο πομπός καταναλώνει ισχύ 35 mw, και αυτό το κόστος έχει παραμείνει κατά προσέγγιση σταθερό στη διάρκεια των ετών. Η ενέργεια που απαιτείται για να μεταδοθεί σε μια δεδομένη απόσταση d ανάλογη προς d n, όπου το n ποικίλλει. Η ασύρματη μετάδοση απαιτεί πολλή ενέργεια, αλλά, δεν γίνεται συνεχώς. Εντούτοις, η λήψη γίνεται συνέχεια. Επιπλέον, δεδομένου ότι οι πομποί έχουν γίνει πιο σύνθετοι, το κόστος λήψης για ένα μήνυμα έχει αυξηθεί δραστικά. Το μέσο μετάδοσης που χρησιμοποιήθηκε στα πρώτα motes UCB κατανάλωνε 9 mw ισχύ περιμένοντας τα μηνύματα. Στα νεότερα motes καταναλώνει 38 mw ισχύος κατά τη λήψη. Το πραγματικό ενεργειακό κόστος της ασύρματης επικοινωνίας δεν είναι στη μετάδοση αλλά στην αναμονή λήψης. Το συμπέρασμα από την εξέταση των σχετικών ενεργειακών δαπανών του επεξεργαστή και του πομπού είναι ότι για επεξεργασία μιας εντολής ( instruction) του CPU με κατανάλωση ισχύος 3 mw σε ένα ρολόι 4MHz απαιτούνται ενέργεια 0,75 nj ανά εντολή. Για την αποστολή ή λήψη ενός bit για κατανάλωση 35 mw σε ρυθμό 250kbit/ανά κανάλι απαιτούνται 140 nj ανά εντολή, περίπου 200 φορές περισσότερη ενέργεια. Η λειτουργία του πομπού στοιχίζει πολύ πιο ακριβά ενεργειακά σε σχέση με την επεξεργασία άρα όπου είναι δυνατό χρησιμοποιούμε την επεξεργασία για να ελαττώσουμε τον χρόνο εκπομπής εξοικονομώντας έτσι τεράστια ενέργεια. Αυτό εξυπακούει επεξεργασία μέσα στο δίκτυο, συμπίεσης των δεδομένων, και χρήση της λογικής επεξεργασίας των στοιχείων μέσα στα motes αντί να στέλνει τα ακατέργαστα στοιχεία. Φυσικά, αυτές οι λύσεις 39

42 εισάγουν τις δικές τους περιπλοκές. Όταν εξετάζουμε το συνδυασμένο κόστος λειτουργίας της πλατφόρμας, 3mW για τον επεξεργαστή και 38 mw για τον ραδιοπομπό, ένα πράγμα γίνεται προφανές. Το συνολικό κόστος 41 mw θα εξαντλήσει ένα ζευγάρι μπαταρίες AA σε μια εβδομάδα. Σαφώς, αυτό είναι πάρα πολύ σύντομο για μια αποτελεσματική υλοποίηση WSN. Ο προτεινόμενος ελάχιστος οικονομικώς αποδοτικός χρόνος εφαρμογής για χρησιμοποίηση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων είναι ένα με δύο έτη. Σε πολλές εφαρμογές, δεν είναι εύκολη η συχνή αλλαγή του στοιχείου τροφοδοσίας (μπαταρία) του αισθητήρα. Ο βασικός κόμβος είναι σημαντικά αποτελεσματικός όσον αφορά την απόδοση της μπαταρίας. Η διάρκεια της μπαταρίας από λίγους μήνες μπορεί να φτάσει σε πολλά χρόνια, όταν στο σύστημα υπάρχουν κόμβοι που εξοικονομούν ενέργεια και παράμετροι δικτύου που βελτιστοποιούν την κατανάλωση ενέργειας, όπως είναι η σήμανση διαλειμμάτων (beacon intervals), οι καθορισμένες χρονοθυρίδες (guaranteed time slots) και οι δυνατότητες ενεργοποίησης/απενεργοποίησης (enablement/disablement options). Η υλοποίηση του δικτύου παίζει επίσης σημαντικό ρόλο. Τα περισσότερα δίκτυα θεωρούνται ότι έχουν δομή τύπου αστέρα (star) ή συστοιχίας δέντρων (cluster trees), παρά πραγματικού βροχωτού δικτύου (mesh network) επιτρέποντας στις ανεξάρτητες συσκευές να εξοικονομούν ενέργεια. Για μεγαλύτερα φυσικά περιβάλλοντα, ο τύπος συστοιχία δέντρων είναι ένας καλός τρόπος να συγκεντρώνονται πολλαπλά δίκτυα τύπου αστέρα σε ένα ευρύτερο δίκτυο. Κάποιες εφαρμογές κάνουν χρήση της βροχωτής (mesh) δομής, που παρέχει ευελιξία στην αλλαγή δρομολόγησης και τη δυνατότητα στο δίκτυο να επανορθώνεται μόνο του όταν ενδιάμεσοι κόμβοι απομακρύνονται ή τα RF μονοπάτια αλλάζουν. Εικόνα 20: Μερικές μορφές τοπολογίας δικτύων 40

43 Κόστος Το ZigBee και το μεγιστοποιούν τη χρησιμότητά τους στον πολυδιάστατο τομέα του κόστους. Υπάρχει επαρκής ευελιξία και στα 2 πρότυπα ώστε να παρέχουν στο σχεδιαστή του συστήματος αισθητήρων μια ποικιλία τρόπων βελτιστοποίησης του κόστους, χωρίς να παραμελείτε η απόδοση του συστήματος. Για παράδειγμα, η διάρκεια της μπαταρίας μπορεί να βελτιωθεί με αύξηση του χρόνου μη εξυπηρέτησης, όπως επίσης, το κόστος και η πολυπλοκότητα κάθε κόμβου θα βελτιωθούν σε βάρος της πολυπλοκότητας του δικτύου. Η απλότητα του συστήματος και η ευελιξία του πρότυπου υπόσχονται στους σχεδιαστές του συστήματος ότι θα βρουν τις πλατφόρμες που βασίζονται στο πρωτόκολλο Zigbee, περισσότερο αποτελεσματικές όσον αφορά το κόστος (για μονάδες ίδιου όγκου) από το Bluetooth ή από άλλες ασύγχρονες ασύρματες λύσεις. Ενόσω το κόστος του υλικού των πλατφορμών είναι πάντα κρίσιμο μέρος του συνολικού κόστους του συστήματος, πρέπει να λαμβάνονται επίσης υπόψη τα κόστη της συντήρησης του συστήματος, της ευελιξίας και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας Εύρος Μετάδοσης Το Zigbee στηρίζεται στο βασικό πρότυπο για να εγκαθιστά τη ραδιοεπικοινωνία. Αφού το είναι ένα πρότυπο ασύρματης επικοινωνίας μικρής εμβέλειας, δεν προσπαθεί να ανταγωνιστεί πομπούς υψηλής ισχύος αλλά υπερέχει σε διάρκεια ζωής μπαταρίας και σε χαμηλής ισχύος μετάδοση. Το πρότυπο καθορίζει ονομαστική τιμή ισχύος εκπομπής στα 3 dbm (0.5 mw), με το άνω όριο να ελέγχεται από τις ρυθμιστικές αρχές (regulatory agencies) της χώρας όπου θα χρησιμοποιηθεί ο αισθητήρας. Σε έξοδο 3 dbm, τα single-hop ranges από 10 μέχρι και πάνω από 100 μέτρα είναι λογικά, ανάλογα με το περιβάλλον, την κεραία και το φάσμα συχνοτήτων λειτουργίας. Το Zigbee επεκτείνει το βασικό πομπό και πρωτόκολλο με μια λειτουργία δικτύου που επιτρέπει multi-hop και ευέλικτη δρομολόγηση, παρέχοντας ευρύ φάσμα επικοινωνίας που ξεπερνούν τη βασική single-hop. Πράγματι, ανάλογα με τις απαιτήσεις για τη λανθάνουσα καθυστέρηση των δεδομένων (data latency), μπορούν πρακτικά να δημιουργηθούν δίκτυα που χρησιμοποιούν δεκάδες κόμβους (hops), με εύρος ζώνης που αθροιζόμενα φτάνουν από εκατοντάδες σε χιλιάδες μέτρα. Τα δίκτυα μπορούν να έχουν δομή τύπου αστέρα, συστοιχίας δέντρων ή βροχωτού δικτύου, με την καθεμία να παρουσιάζει τις δικές της δυνατότητες. 41

44 Ρυθμός Μετάδοσης Δεδομένων Μπορεί να μην είναι εμφανές για ποιο λόγο ένας απλός αισθητήρας θερμοκρασίας ή εντοπισμού παραβίασης χρειάζεται να μεταδίδει δεδομένα με 250 kbps (στα 2.4 GHz) ή ακόμα με 20 kbps (στα 868 MHz), αλλά ξεκαθαρίζει εάν αναλογιστούμε την ανάγκη για επέκταση της διάρκειας της μπαταρίας. Ακόμα και όταν ο αισθητήρας μεταδίδει μόνο μερικά bits ή bytes, το σύστημα μπορεί να καταστεί πιο αποτελεσματικό αν μεταδίδει και λαμβάνει δεδομένα γρήγορα. Για παράδειγμα, ένας πομπός ισχύος 0.5mW καταναλώνει πολλά milliwatts είτε μεταδίδει με 100 ή με bps. Για κάθε συγκεκριμένο ποσό δεδομένων, η μετάδοση σε υψηλότερο ρυθμό επιτρέπει στο σύστημα να κλείνει γρηγορότερα τον πομπό και το λήπτη, εξοικονομώντας σημαντική ενέργεια. Υψηλότεροι ρυθμοί δεδομένων για συγκεκριμένο επίπεδο ισχύος, σημαίνει ότι υπάρχει μικρότερη ενέργεια ανά μεταδιδόμενο bit, που υποδηλώνει περιορισμένο εύρος. Τόσο το όσο και το ZigBee αξιολογούν τη διάρκεια της μπαταρίας περισσότερο από το εύρος κάλυψης και παρέχουν μηχανισμούς που αυξάνουν το εύρος αυτό ενώ είναι πάντα επικεντρωμένοι στη διάρκεια της μπαταρίας Λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων (Latency) Τα συστήματα αισθητήρων έχουν μεγάλες απαιτήσεις όσον αφορά τη λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων. Αν γίνει αναγκαία η λήψη των δεδομένων του αισθητήρα μέσα σε δεκάδες milliseconds, σε αντίθεση με τις δεκάδες δευτερολέπτων, τότε αλλάζουν οι απαιτήσεις του δικτύου όσον αφορά τον τύπο και την έκτασή του. Για πολλές εφαρμογές αισθητήρων, η λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων είναι λιγότερο κρίσιμη από τη διάρκεια της μπαταρίας ή την αξιοπιστία των δεδομένων. Για απλά δίκτυα τύπου αστέρα (πολλοί πελάτες, ένας συντονιστής δικτύου), το Zigbee μπορεί να παρέχει λανθάνουσες καθυστερήσεις τάξης ~16 ms σε ένα δίκτυο βασισμένο σε σήμανση (beaconcentric network). Μπορούμε να μειώσουμε περαιτέρω τις καθυστερήσεις σε μερικά milliseconds αν ξεφύγουμε από το μοντέλο που βασίζεται σε σήμανση (beacon environment) και είμαστε διατεθειμένοι να ρισκάρουμε ενδεχόμενη παρεμβολή από τυχαία σύγκρουση δεδομένων με άλλους αισθητήρες του δικτύου. Η λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων μπορεί να επηρεάσει τη διάρκεια της μπαταρίας. Γενικά, αν χαλαρώσουμε τις απαιτήσεις για την καθυστέρηση των δεδομένων, περιμένουμε η διάρκεια ζωής της μπαταρίας των κόμβων-πελατών να αυξάνει. Αυτό συμβαίνει ακόμα περισσότερο στους κεντρικούς σταθμούς του δικτύου (network hubs), που απαιτούνται για να συντονίσουν και να 42

45 επιθεωρήσουν το δίκτυο. Ας υποτεθεί ότι ένα απλό δίκτυο έχει μεγάλες απαιτήσεις όσον αφορά τη λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων (π.χ. ένα ασύρματο πληκτρολόγιο και ποντίκι H/Y). Ο χρήστης περιμένει ότι ένα χτύπημα στο πληκτρολόγιο ή μια κίνηση του ποντικιού θα εμφανιστεί στην οθόνη μέσα σε 1 ή 2 ανανεώσεις της οθόνης, γενικά μεταξύ 16 και 32 ms. Για ένα τέτοιο είδος δικτύου τύπου αστέρα, μπορούμε να περιμένουμε ότι η λανθάνουσα καθυστέρηση δεδομένων θα ανταποκριθεί σ αυτήν την απαίτηση Ασφάλεια δεδομένων Όπως αναφέραμε προηγουμένως, είναι σημαντικό να εφοδιαστεί ένα δίκτυο αισθητήρων με επαρκή ασφάλεια που θα εμποδίζει τα δεδομένα να εκτεθούν σε κίνδυνο, να κλαπούν ή να αλλοιωθούν. Το πρότυπο IEEE παρέχει υπηρεσίες επαλήθευσης, κρυπτογράφησης και διασφάλισης ακεραιότητας για ασύρματα συστήματα, που επιτρέπουν στους σχεδιαστές να καθορίσουν οι ίδιοι τα επίπεδα ασφαλείας. Αυτά περιλαμβάνουν την απουσία κάθε ασφάλειας, λίστες ελέγχου πρόσβασης και 32-bit μέχρι 128-bit κρυπτογράφηση AES (Advanced Encryption Standard) με επαλήθευση. Αυτό το πακέτο επιλογών ασφάλειας επιτρέπει στο σχεδιαστή να διαλέξει την ασφάλεια που απαιτεί η εφαρμογή, που είναι, σε ελεγχόμενα πλαίσια, εις βάρος του όγκου δεδομένων, της διάρκειας της μπαταρίας και των απαιτήσεων σε επεξεργαστική ισχύ. Το πρότυπο IEEE δεν παρέχει κάποιον μηχανισμό μετακίνησης των κλειδιών ασφαλείας γύρω από ένα δίκτυο. Αντίθετα την ανάγκη αυτή καλύπτει το Zigbee. Το Zigbee περιλαμβάνει σημαντικά στοιχεία που επιτρέπουν την ασφαλή διαχείριση του δικτύου από απόσταση. Για εκείνα τα συστήματα όπου η ασφάλεια των δεδομένων δεν είναι σημαντικός παράγοντας (π.χ. μια ομάδα αισθητήρων που παρακολουθεί το κλίμα σε ένα δάσος), μπορούμε να αποφασίσουμε αντί να περιλάβουμε στοιχεία ασφαλείας, να βελτιώσουμε τη διάρκεια της μπαταρίας και να μειώσουμε το κόστος του συστήματος. Για το σχεδιαστή ενός περιμετρικού συστήματος ασφαλείας με αισθητήρες, σε μια βιομηχανική ή στρατιωτική περιοχή, η ασφάλεια των δεδομένων, και πολύ περισσότερο η δυνατότητα αντιμετώπισης προσπαθειών εξαπάτησης των αισθητήρων, πρέπει να έχει τη μεγαλύτερη προτεραιότητα. Η ασφάλεια, επίσης, μετάδοσης δεδομένων που μπορούν να θεωρηθούν προσωπικά, όπως για παράδειγμα τα φυσιολογικά δεδομένα ενός ατόμου που μεταδίδονται μέσα σε ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων, μπορεί να ληφθεί υπόψη από το σχεδιαστή του συστήματος Το Zigbee συγκριτικά με εναλλακτικές τεχνολογίες Υπάρχει ένας αριθμός άλλων ασύρματων τεχνολογιών για μεταδόσεις διαφόρων ταχυτήτων, σε οικιακές, εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές (π.χ. το Bluetooth, το IEEE

46 Wi-Fi και ιδιοταγή συστήματα). Καθεμιά κατέχει ιδιαίτερη θέση στον τομέα της ασύρματης επικοινωνίας αλλά, δεν έχει επιτευχθεί ακόμη η βέλτιστη αλληλοκάλυψη. Για εφαρμογές αισθητήρων όχι πολύ υψηλών ταχυτήτων, η τεχνολογία Bluetooth μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητική. Το πρότυπο αυτό δύναται να σχηματίσει δίκτυα peer-to-peer ή δίκτυα σε σχηματισμό αστέρα (star networks), αλλά αυτά δεν υποστηρίζουν περισσότερες από 8 ενεργές συσκευές συγχρόνως. Το σχήμα της φασματικής εξάπλωσης με αναπήδηση συχνότητας FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) του Bluetooth, αναγκάζει συσκευές που δεν έχουν ακόμα ενσωματωθεί στο δίκτυο, να επανασυγχρονίζονται για 3-30 δευτερόλεπτα πριν να είναι ικανές να απαιτήσουν σύνδεση, κάνοντας το χρόνο απόκρισης σε διακοπτόμενη λειτουργία αρκετά μεγάλο για πολλές εφαρμογές. Και για ένα σύστημα προορισμένο για μεγάλης διάρκειας λειτουργία, με μπαταρία, η ενέργεια που καταναλώνεται κατά τον συγχρονισμό του δικτύου μπορεί να είναι απαγορευτική. Μολονότι η τεχνολογία Bluetooth είναι κατάλληλη για εφαρμογές φωνής και εφαρμογές υψηλότερων ταχυτήτων (π.χ. κινητά και σταθερά τηλέφωνα), η τεχνολογία Zigbee είναι περισσότερο κατάλληλη για εφαρμογές ελέγχου, που δεν απαιτούν υψηλούς ρυθμούς δεδομένων αλλά πρέπει να έχουν μεγάλη διάρκεια μπαταρίας, δίκτυα ποικίλης τοπολογίας και χαμηλή παρέμβαση από το χρήστη. Επίσης, η στοίβα του Zigbee είναι μικρή (28 KB) συγκρινόμενη με εκείνη του Bluetooth (250 KB). Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η πάρα πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας είναι το κύριο σχεδιαστικό στοιχείο του προτύπου Zigbee, επιτρέποντας συσκευές αυξημένης διάρκειας λειτουργίας, ακόμα και με μπαταρίες μη επαναφορτιζόμενες, σε αντίθεση με τις επαναφορτιζόμενες συσκευές που υποστηρίζει το Bluetooth. Για παράδειγμα, η μετάβαση από την κατάσταση αδράνειας (sleep mode) στην κατάσταση μετάδοσης δεδομένων είναι γρηγορότερη στα Zigbee συστήματα συγκριτικά με εκείνα που χρησιμοποιούν Bluetooth. Τα Zigbee δίκτυα μπορούν να υποστηρίξουν τουλάχιστον συσκευές ανά δίκτυο, σε αντίθεση με τις 8 στα Bluetooth δίκτυα. Ο μέγιστος ρυθμός δεδομένων στην τεχνολογία ZigBee είναι 250 kbps, ενώ στην Bluetooth είναι 1 Mbps. Στον επόμενο πίνακα παρατίθενται για σύγκριση κάποια βασικά χαρακτηριστικά του Zigbee και άλλων ασύρματων τεχνολογιών. Εικόνα 21: Κάποια βασικά χαρακτηριστικά του Zigbee σε σχέση με άλλα πρότυπα ασύρματης μετάδοσης 44

47 4.4. Η ασύρματη πλατφόρμα Tmote Sky (Moteiv) Το Tmote-Sky είναι μια ασύρματη μονάδα ( mote ) πολύ χαμηλής κατανάλωσης ισχύος, για χρήση σε δίκτυα αισθητήρων και σε εφαρμογές καταγραφής και παρακολούθησης, σχεδιασμένες με σκοπό τόσο την ανεκτικότητα στο θόρυβο όσο και την ευκολία περαιτέρω ανάπτυξης και αξιοποίησης. Αποτελεί εξέλιξη του Telosb και είναι το πιο πρόσφατο προϊόν σε μια σειρά από motes που αναπτύχθηκαν από το Πανεπιστήμιο της California, Berkeley με σκοπό τη χρήση τους σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Εικόνα 22: Η ασύρματη μονάδα Tmote sky Τα κυριότερα γνωρίσματα και τεχνικά χαρακτηριστικά του Tmote Sky φαίνονται περιληπτικά παρακάτω: Βασικά γνωρίσματα Ασύρματος πομποδέκτης 250kbps 2.4GHz IEEE Chipcon Μικροελεγκτής 8MHz Texas Instruments MSP430 (10k RAM, 48k Flash) Ολοκληρωμένος ADC, DAC, Supply Voltage Supervisor και ελεγκτής DMA Onboard κεραία με εμβέλεια 50m σε εσωτερικούς χώρους / 125m σε εξωτερικούς. Ενσωματωμένοι αισθητήρες υγρασίας, θερμοκρασίας και φωτός. Χαμηλή κατανάλωση ρεύματος Γρήγορη αφύπνιση (<6μs) Κωδικοποίηση και πιστοποίηση αυθεντικότητας στο στρώμα ζεύξης υλικού 45

48 Προγραμματισμός και συλλογή δεδομένων μέσω USB Υποστήριξη επέκτασης 16pin και προαιρετικός συνδετήρας SMA για εξωτερική κεραία Υποστήριξη λειτουργικού συστήματος TinyOS Εικόνα 23: Κυριότερα τεχνικά χαρακτηριστικά CPU Τεχνικά χαρακτηριστικά μονάδας Tmote Sky Η υλοποίηση και ανάπτυξη του tmote στηρίχθηκε σε τρεις βασικούς στόχους: την ακόμα χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τις προηγούμενες γενιές πλατφορμών, την ευκολία χρήσης και την ευρωστία περαιτέρω ανάπτυξης και πειραματισμού. Ο σχεδιασμός της μονάδας Tmote Sky στηρίζεται στην ακόλουθη βασική αρχή που αναφέραμε και προηγουμένως: Η μονάδα-κόμβος βρίσκεται σε αδράνεια στο σύνολο του χρόνου, αφυπνίζεται άμεσα με την ύπαρξη ενός συμβάντος, επεξεργάζεται το συμβάν και επιστρέφει σε αδράνεια. Η ολοκληρωμένη σχεδίαση του προσφέρει όμως κάτι παραπάνω από απλά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας κατά τη λειτουργία του. Επιτρέπει στους σχεδιαστές να εκμεταλλευτούν την αυξημένη λειτουργικότητά του και να αναπτύξουν πιο εύρωστα συστήματα. Στις επόμενες παραγράφους περιγράφονται πιο αναλυτικά τα κύρια χαρακτηριστικά της μονάδας Tmote καθώς και τα πλεονεκτήματα της σε σχέση με άλλες πλατφόρμες. 46

49 Τεχνολογικές τάσεις Από την στιγμή που κυκλοφόρησε η μονάδα Mica2 το 2002, εμφανίστηκε ένα πλήθος νέων μικροελεγκτών που προσέφεραν μικρότερη κατανάλωση ενέργειας, περισσότερα ενσωματωμένα περιφερειακά και ποικίλα μεγέθη σε μνήμες RAM και flash. Εικόνα 24: Μικροελεγκτές Η ιστορία των μικροελεγκτών. Ο κύριος πίνακας παρουσιάζει παραδοσιακούς μικροελεγκτές και οι τελευταίες 2 συσκευές είναι 32-bit μικροελεγκτές που παρατίθενται για σύγκριση. Η μονάδα Tmote χρησιμοποιεί τον μικροελεγκτή MSP430, ο οποίος, όπως φαίνεται και από τον παραπάνω πίνακα, έχει τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε καταστάσεις αδράνειας και ενεργής λειτουργίας. Ο μικροελεγκτής αυτός λειτουργεί με ελάχιστη τάση 1.8 V. Η απαίτηση χαμηλών τιμών τάσης είναι σημαντική για την εξαγωγή όλης της ενέργειας από μια πηγή τάσης. Για παράδειγμα, οι μπαταρίες τύπου ΑΑ έχουν τάση αποκοπής στα 0.9V. Αν χρησιμοποιηθούν 2 μπαταρίες σε σειρά, η τάση αποκοπής του συστήματος είναι 1.8V, ακριβώς η ίδια με την ελάχιστη τάση που απαιτεί ο MSP430. Αντίθετα, ο μικροελεγκτής ATmega128 MCU (Mica family) λειτουργεί με ελάχιστη τάση 2.7V, αφήνοντας αχρησιμοποίητο σχεδόν το 50% των μπαταριών τύπου ΑΑ. Ο MSP430 έχει επιπλέον τον ταχύτερο χρόνο αφύπνισης από όλους τους μικροελεγκτές, μεταβαίνοντας από την κατάσταση αναμονής (standby 1μΑ) στην κατάσταση λειτουργίας το πολύ σε 6 μs. Επίσης, διαθέτει έναν ελεγκτή DMA (Direct Memory Access 47

50 controller) προσφέροντας τη δυνατότητα μείωσης του φορτίου στον πυρήνα του μικροελεγκτή και της κατανάλωση ενέργειας, καθώς και αύξηση της απόδοσης. Η τάση που επικρατεί είναι να παραμένουν περίπου σταθερά τα μεγέθη των μνημών RAM και flash (όπως εμφανίζονται στον Πίνακα) και να προστίθενται επιπλέον στοιχεία επιτάχυνσης (accelerator modules) υλικού. Ο MSP430 παρέχει τη μεγαλύτερη ενσωματωμένη ενδιάμεση μνήμη RAM ( RAM buffer 10 ΚΒ), χρήσιμη σε περιπτώσεις on-chip επεξεργασίας σήματος. Η δυνατότητα αποθήκευσης σε μεγαλύτερες μνήμες RAM παρόλο που μπορεί να φανεί χρήσιμη σε πιο απαιτητικές εφαρμογές δεν αποτελεί μέχρι σήμερα, γενικά, περιοριστικό παράγοντα στην εξέλιξη των εφαρμογών δικτύων ασύρματων αισθητήρων (WSN applications) Ασύρματος πομποδέκτης Υπάρχουν δύο τύποι ραδιοπομπών χαμηλής ισχύος, χαμηλού ρυθμού δεδομένων: οι στενής ζώνης (narrowband) και οι ευρυζωνικοί (wideband). Αρκετοί narrowband πομποδέκτες παρέχουν πολύ γρήγορους χρόνους εκκίνησης (startup times) καθώς συγχρονίζονται από τον μικροελεγκτή (MCU) αλλά, έχουν απλά σχήματα διαμόρφωσης, δεν έχουν εξάπλωση κώδικα και είναι ευάλωτοι στο θόρυβο. Οι wideband πομποδέκτες έχουν την ανάγκη ελέγχου από υψηλής ταχύτητας ταλαντωτές. Τα βελτιωμένα σχήματα διαμόρφωσης που εμφανίζονται σε αυτούς τους πομποδέκτες, όπως είναι οι διαμορφώσεις DSSS και O-QPSK, παρέχουν στιβαρότητα στο σήμα απέναντι στο θόρυβο και την παρεμβολή. Οι narrowband ραδιοπομποδέκτες λειτουργούν συνήθως σε χαμηλότερες συχνότητες και με χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων, σε αντίθεση με τους wideband που λειτουργούν συνήθως στη συχνότητα των 2.4GHz και προσφέρουν υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης. Η επιλογή του κατάλληλου πομποδέκτη στηρίζεται σε ορισμένα κριτήρια που ο σχεδιαστής ενός συστήματος πρέπει να λάβει υπόψη του, όπως είναι η επίδραση του θορύβου, η ευελιξία που διατίθεται στην τελική εφαρμογή, η ευκολία επικοινωνίας με άλλες συσκευές, η κατανάλωση ενέργειας και το διαθέσιμο εύρος ζώνης δεδομένων. Παρακάτω παρουσιάζονται συνοπτικά τα χαρακτηριστικά κοινών ραδιοπομποδεκτών. Κανένας από τους αναγραφόμενους δεν είναι γενικά ο καλύτερος. Η εκλογή του κατάλληλου πομποδέκτη πρέπει να βασίζεται κάθε φορά στις απαιτήσεις της εφαρμογής. 48

51 Εικόνα 25: Χαρακτηριστικά σύγχρονων πομποδεκτών (COTS radios, commercial offthe-shelf) ιδανικών για δίκτυα ασύρματων αισθητήρων. Η μονάδα Τmote χρησιμοποιεί το πρότυπο IEEE και υποστηρίζει το πρωτόκολλο ZigBee. Χρησιμοποιώντας έναν τυποποιημένο πομποδέκτη, το Τmote μπορεί να επικοινωνήσει με οποιοδήποτε αριθμό συσκευών που μοιράζονται το ίδιο φυσικό στρώμα, συμπεριλαμβάνοντας και συσκευές άλλων κατασκευαστών. Το Tmote Sky χρησιμοποιεί τον πομποδέκτη Chipcon CC2420 στα 2.4 GHz, έναν ευρυζωνικό πομποδέκτη με διαμόρφωση O-QPSK με DSSS στα 250kbps. Ο υψηλότερος ρυθμός δεδομένων επιτρέπει μικρότερες περιόδους λειτουργίας μειώνοντας επιπλέον την κατανάλωση ενέργειας. Ο CC2420 είναι ένας πομποδέκτης με αυξημένη ευαισθησία και χαμηλή ισχύ λειτουργίας, ο οποίος παρέχει αξιόπιστη ασύρματη επικοινωνία. Η λειτουργία του ελέγχεται μέσω του TI MSP430 ενώ, και η ισχύς εξόδου μπορεί να προγραμματιστεί σύμφωνα με τις ανάγκες μας. 49

52 Ο CC2420 παρέχει επίσης ένα σύνολο από επιταχυντές υλικού προς βελτίωση της απόδοσης. Αυτοί περιλαμβάνουν κρυπτογράφηση και επαλήθευση, υποστήριξη χειρισμού πακέτων, αυτόματες γνωστοποιήσεις (auto acknowledgments) και αποκρυπτογράφηση διευθύνσεων (address decoding). Απ τη στιγμή όμως που οι επιταχυντές υλικού είναι ενσωματωμένοι στον πομποδέκτη αντί στον μικροελεγκτή, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για λειτουργίες γενικού σκοπού. Για παράδειγμα, ένα σύνολο δεδομένων μπορεί να είναι κρυπτογραφημένο και αποθηκευμένο σε μια μνήμη flash αλλά, από τη στιγμή που δε στέλνεται κάπου ασύρματα μέσω του πομπού, η μονάδα κρυπτογράφησης του υλικού του πομπού δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Οι τυπικές συνθήκες λειτουργίας του ασύρματου πομποδέκτη φαίνονται στον επόμενο πίνακα: Εικόνα 26: Τυπικές συνθήκες λειτουργίας ασύρματου πομποδέκτη Chipcon CC Ολοκληρωμένη σχεδίαση Το Tmote-sky είναι μια μονάδα που συνδυάζει ενσωματωμένους αισθητήρες, δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας, κεραία, μικροελεγκτή και προγραμματιστικές δυνατότητες. Η ολοκληρωμένη σχεδίασή του παρέχει μια εύχρηστη μονάδα-κόμβο με αυξημένη στιβαρότητα Τα τμήματα απ τα οποία αποτελείται η μονάδα αυτή φαίνονται παρακάτω: 50

53 Εικόνα 27: εμπρόσθια όψη του Tmote sky. Εικόνα 28: Πίσω όψη του Tmote sky. Το Tmote Sky χρησιμοποιεί μια ενσωματωμένη κεραία στα 2.4GHz, η οποία είναι μια μικροταινία σε σχήμα ανεστραμμένου F (Planar Inverted Folded Antenna - PIFA) και η οποία βρίσκεται τυπωμένη στην άκρη της πλακέτας, όπως φαίνεται και στην παραπάνω εικόνα (εμπρός όψη). Η κεραία αυτή επιτυγχάνει εμβέλεια 50 μέτρων σε εσωτερικούς χώρους και μπορεί να 51

54 φτάσει μέχρι και τα 125 μέτρα σε ανοιχτούς. Μια προαιρετική SMA ομοαξονική σύνδεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί της εσωτερικής κεραίας. Η ενσωμάτωση της κεραίας χαμηλώνει το συνολικό κόστος του mote αφού δεν απαιτείται άλλο ακριβό σύστημα εξωτερική κεραίας. Ο προγραμματισμός της μονάδας γίνεται μέσω σύνδεσης με τη θύρα USB ενός υπολογιστή. Για αυτό το λόγο ενσωματώνει πάνω του το κατάλληλο βύσμα USB που το απαλλάσσει από την ανάγκη χρήσης εξωτερικών καρτών διεπαφών Συνδετήρας επέκτασης Το tmote έχει δυο συνδετήρες επέκτασης, έναν των 10 ακροδεκτών (10-pin IDC header) και έναν των 6 ακροδεκτών (6-pin IDC header) οι οποίοι μπορούν να διαμορφωθούν κατάλληλα ώστε να συνδεθούν επιπλέον συσκευές, όπως αναλογικοί αισθητήρες, οθόνες LCD και άλλες περιφερειακές συσκευές, οι οποίες και θα ελέγχονται από τη μονάδα. Ο συνδετήρας των 10 pin παρέχει τόσο ψηφιακές εισόδους και εξόδους όσο και αναλογικές. Ένας δεύτερος συνδετήρας των 6pin δίνει πρόσβαση σε επιπλέον δυνατότητες του sky mote. Οι λειτουργίες που υποστηρίζουν οι ακροδέκτες φαίνονται στα παρακάτω σχήματα : Εικόνα 29: Συνδετήρας επέκτασης 10 θέσεων (pins). Εικόνα 30: Συνδετήρας επέκτασης 6 θέσεων (pins). 52

55 Η συσκευή λειτουργεί με δύο μπαταρίες τύπου ΑΑ οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για λειτουργία στο εύρος τάσης 2.1V με 3.6V DC. Εάν η συσκευή τοποθετηθεί στη θύρα USB για προγραμματισμό ή επικοινωνία με τον Η/Υ τότε μπορεί να τροφοδοτηθεί μέσω της θύρας αυτής. Στην περίπτωση αυτή η τάση τροφοδοσίας είναι 3V και δεν είναι απαραίτητη η χρήση μπαταρίας. Εικόνα 31: Συνδετήρας επέκτασης 6 θέσεων (pins). Το Τmote είναι η πρώτη μονάδα που περιλαμβάνει «προστασία εγγραφής» στο υλικό (hardware write-protection). Όταν συνδέεται στη USB θύρα, η προστασία εγγραφής απενεργοποιείται και ο πρώτος τομέας της μνήμης flash μπορεί να εγγραφεί. Όταν λειτουργεί με μπαταρίες (χωρίς USB), ο τομέας αυτός έχει προστασία εγγραφής. Η προστασία εγγραφής είναι σημαντική σε συστήματα που μπορεί να επαναπρογραμματιστούν ασύρματα. Και αυτό γιατί από τη στιγμή που θα έχει εγγραφεί στην προστατευμένη μνήμη μια εικόνα ενός λειτουργικού προγράμματος θα υπάρχει πάντα ένας μηχανισμός επαναφοράς σε περίπτωση που χρειαστεί. Επίσης, κάθε στοιχείο-κομμάτι του υλικού είναι απομονωμένο. Η τροφοδοσία του κυκλώματος μπορεί να ανοίξει ή να κλείσει ανεξάρτητα από την υπόλοιπη πλατφόρμα. Η απομόνωση αυτή παρέχει μια στιβαρότητα έτσι ώστε σε περίπτωση αποτυχίας, τα στοιχεία που παρουσίασαν πρόβλημα να μπορούν να απενεργοποιηθούν ελαχιστοποιώντας την επίδραση τους στο κύκλωμα. 53

56 Το κίνητρο για αυτή τη σχεδίαση ήρθε από την εμπειρία των πραγματικών δικτύων αισθητήρων στο Great Duck Island (GDI). Εκεί, ένας από τους κύριους λόγους αποτυχίας ενός κόμβου ήταν η ύπαρξη λάθους σε κάποιον αισθητήρα. Αφού το λάθος μπορεί να αναγνωριστεί από το λογισμικό, η δυνατότητα της διακοπής της τροφοδοσίας στο συγκεκριμένο τμήμα της πλακέτας θα μπορούσε να διασώσει το όλο σύστημα Κατανάλωση ενέργειας Η κατανάλωση ενέργειας ενός αισθητήρα δεν αφορά μόνο τον μικροελεγκτή και/ή τον πομποδέκτη, αλλά επίσης και τα βοηθητικά στοιχεία από τα οποία αποτελείται. Στον Πίνακα παρουσιάζεται η κατανάλωση ρεύματος σε διάφορες λειτουργίες της μονάδας Τmote σε σύγκριση με τις πλατφόρμες Mica2 και MicaZ. Εικόνα 32: Μετρημένη κατανάλωση ρεύματος του Telos σε σύγκριση με τα Mica2 και MicaZ motes. To Τmote εμφανίζει χαμηλότερη κατανάλωση μνήμης flash και στον μικροελεγκτή, συγκριτικά με το Mica2 (Atmel με CC1000 radio) και το MicaZ (Atmel με CC2420 radio). Λόγω της ολοκληρωμένης σχεδίασης του, ένα επιπλέον ρεύμα της τάξης των 3μΑ καταναλώνεται, σε κατάσταση αδράνειας, σε διακόπτες και ενδιάμεσες μνήμες για την προστασία από ροή του ρεύματος προς αποσυνδεδεμένα στοιχεία, και κυρίως το κύκλωμα της USB. Παρά τo μικρό trade off, η συνολική κατανάλωση ενέργειας σε έναν κύκλο λειτουργίας (αφύπνιση, δειγματοληψία, μετάδοση και αδράνεια) είναι χαμηλότερη εκείνης των υπόλοιπων πλατφορμών. Η κατανάλωση ενέργειας ισούται με το συνολικό χρόνο ενεργής λειτουργίας της μονάδας, πολλαπλασιασμένο με το ρεύμα που καταναλώνεται σε αυτό το χρόνο. Αφού το Tmote Sky έχει χαμηλότερη κατανάλωση ρεύματος, χαμηλότερο χρόνο αφύπνισης και χαμηλότερη τάση λειτουργίας, μπορεί να επιτύχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από προηγούμενους σχεδιασμούς. Με 1% duty cycle, το Telos μπορεί να διαρκέσει για σχεδόν 3 54

57 χρόνια. Συγκριτικά, η διάρκεια ζωής του Mica2 mote είναι 1.5 χρόνια και του MicaZ mote είναι 1 χρόνος. Η χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας δε σημαίνει ότι το Tmote Sky εμφανίζει μικρότερη λειτουργικότητα, καθώς όλο και ισχυρότερα στοιχεία μικροεπεξεργαστών ενσωματώνονται στους μικροελεγκτές. Η μονάδα Tmote Sky ενσωματώνει επίσης έναν ελεγκτή DMA ο οποίος λειτουργεί ενώ ο πυρήνας της μονάδας του μικροελεγκτή (MCU) βρίσκεται σε κατάσταση αδράνειας. Ο ελεγκτής DMA επιτρέπει σε εφαρμογές να εκτελούν διεργασίες όπως η δειγματοληψία του ADC, η έξοδος ενός σήματος στον ψηφιακό-αναλογικό μετατροπέα DAC καθώς και η ασύρματη μετάδοση δεδομένων χωρίς τη μεσολάβηση της MCU. Ο ελεγκτής DMA χρησιμοποιείται παραδοσιακά για την αύξηση της επίδοσης, αλλά στην περίπτωση των ενσωματωμένων συστημάτων χαμηλής ισχύος, αυτό που κάνει στην πραγματικότητα είναι να χαμηλώνει το duty cycle, επιτρέποντας στον πυρήνα του μικροελεγκτή να παραμένει σε κατάσταση αδράνειας για περισσότερο χρόνο και να εξυπηρετεί λιγότερες διακοπές υλικού (hardware interrupts). Η βελτίωση των επιδόσεων λόγω του DMA μας επιτρέπουν να φτάσουμε σε ρυθμό δειγματοληψίας μέχρι και 200ksamples/sec σε σύγκριση με τη μέγιστη δυνατότητα των 10ksamples/sec σε μικροελεγκτές χωρίς DMA. Για την ασύρματη επικοινωνία, ο πομποδέκτης της μονάδας Tmote, όπως και κάθε άλλος που χρησιμοποιεί το πρότυπο IEE παρέχει στις εφαρμογές πληροφορίες για το μεταδιδόμενο μήνυμα. Η ενσωματωμένη στο Tmote κεραία εμφανίζει κυρίως ομοιοκατευθυντικό διάγραμμα ακτινοβολίας. Από μετρήσεις που έχουν γίνει για την επίδραση της απόστασης στην ισχύ του ληφθέντος σήματος RSSI (Received Signal Strength Indicator), στο ρυθμό επιτυχών πακέτων και στην ποιότητα της ζεύξης (Link Quality Indicator, LQI) προέκυψαν τα παρακάτω διαγράμματα για τις μέσες τιμές αυτών: Εικόνα 33: Ποσοστό πακέτων που λαμβάνονται-δείκτης ποιότητας-ισχύς λαμβανομένου σήματος α)ποσοστό ληφθέντων πακέτων β)δείκτης ποιότητας ζεύξης γ)ισχύς λαμβανομένου σήματος Ποσοστό ληφθέντων πακέτων (αριστερά), δείκτης ποιότητας ζεύξης (κέντρο) και ισχύς λαμβανομένου σήματος (δεξιά), σε εξωτερικό χώρο χρησιμοποιώντας τη μονάδα Tmote Sky και εσωτερική κεραία. Παρουσιάζεται ο μέσος όρος των αποτελεσμάτων για 10 συνυπάρχοντες δέκτες. 55

58 O δείκτης LQI καθιερώθηκε στο και μετράει το σφάλμα στην ενδοδιαμόρφωση των επιτυχώς ληφθέντων πακέτων (πακέτα που πέρασαν τον CRC έλεγχο).ο LQI του πομποδέκτη πλησιάζει σχηματικά το ρυθμό επιτυχών πακέτων. Ο RSSI ακολουθεί εκθετική μείωση καθώς ο ρυθμός επιτυχών πακέτων είναι υψηλός. Μετά από 18,29m (60 πόδια), το σήμα είναι πιο θορυβώδες και μειώνεται στην ελάχιστη ευαισθησία του πομποδέκτη. Επίσης, σε πειράματα που έγιναν σε ένα δίκτυο αποτελούμενο από τριάντα μονάδες-κόμβους Tmote Sky ώστε να μετρηθεί το πραγματικό εύρος ζώνης, προέκυψε ότι μια μονάδα (mote) είναι ικανή να χρησιμοποιήσει σχεδόν το μισό ενός πλήρους εύρους ζώνης δεδομένων του καναλιού ή 125kbps. Όταν και οι 30 κόμβοι μεταδίδουν όσο γρηγορότερα γίνεται, το Tmote Sky περιορίζεται σε ένα μέσο ρυθμό λήψης των 150kbps. Η απόδοση βέβαια, όπως είπαμε μπορεί να αυξηθεί χρησιμοποιώντας τον ελεγκτή DMA για την απευθείας μετάδοση δεδομένων χωρίς την μεσολάβηση της MCU καθώς και τη μείωση των συμβάντων διακοπής υλικού και υπερχείλισης (overload) της ενδιάμεσης μνήμης Αισθητήρες υγρασίας/θερμοκρασίας και φωτός Πάνω στην πλακέτα του sky mote βρίσκονται ενσωματωμένοι αισθητήρες υγρασίας/θερμοκρασίας και φωτός, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πλήθος εφαρμογών. Ο αισθητήρας υγρασίας/θερμοκρασίας, κατασκευασμένος από την εταιρεία Sensirion AG, παράγεται χρησιμοποιώντας μια CMOS επεξεργασία και συνδυάζεται με έναν 14bit αναλογικό/ψηφιακό μετατροπέα (A/D converter). Ο αισθητήρας φωτός χρησιμοποιεί φωτοδιόδους, στη συγκεκριμένη περίπτωση κατασκευασμένους από την Hamamatsu Corporation, οι οποίοι αντιδρούν στην ακτινοβολία φωτός. Τέλος, ο μικροελεγκτής MPS430 διαθέτει και εσωτερικούς αισθητήρες θερμοκρασίας και τάσης οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέσω της διεπαφής ADC του μικροελεγκτή. Η θύρα τάσης (είσοδος 11) στον 12-bit ADC καταγράφει την έξοδο από έναν διαχωριστή τάσης. Εικόνα 34: Διάγραμμα του κυκλώματος αισθητήρα θερμοκρασίας. 56

59 Η μετατροπή των μονάδων ADC που καταγράφονται, σε μονάδες τάσης γίνεται με βάση την παρακάτω σχέση: Η είσοδος για τη θερμοκρασία είναι μια δίοδος θερμοκρασίας συνδεδεμένη στην εσωτερική θύρα 10 του ADC. Η τυπική απόκριση του αισθητήρα φωτός φαίνεται στην επόμενη εικόνα: Εικόνα 35: Παράστασης τυπικής απόκλισης του εσωτερικού αισθητήρα φωτός. 57

60 5. Εφαρμογές των WSN Τα WSN έχουν τη δυνατότητα να συλλέγουν πληροφορίες που αφορούν ένα ευρύ φάσμα φυσικών συνθηκών-φαινομένων, όπως: Υγρασία Φως Θερμοκρασία Πίεση Κίνηση αντικειμένου Επίπεδο θορύβου Σύνθεση του εδάφους Παρουσία κάποιου αντικειμένου Γενικά χαρακτηριστικά κάποιου αντικειμένου, όπως μάζα, διαστάσεις, ταχύτητα κίνησης, θέση κ.α. Λόγω της αξιοπιστίας, της αυτοδυναμίας, της ευελιξίας και της ευκολίας της επέκτασης των WSN, υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία από εφαρμογές. Σε αυτό συμβάλλει ιδιαίτερα και το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό τους, ότι μπορούν εφαρμοστούν σε περιβάλλον με σχεδόν οποιεσδήποτε συνθήκες, όπως σε πεδία μάχης, σε βαθιούς ωκεανούς κ.α. Για το λόγο αυτό, πολλές φορές κρίνεται αναγκαία η χρήση προστατευτικών καλυμμάτων, όπως αυτά στο Σχήμα. Εικόνα 36: Προστατευτικά καλύμματα κόμβων αισθητήρων 58

61 5.1. Στρατιωτικές εφαρμογές Τα WSN μπορούν να αποτελέσουν ένα αναπόσπαστο τμήμα των στρατιωτικών επικοινωνιακών συστημάτων και συστημάτων ελέγχου, επίβλεψης, αναγνώρισης και στόχευσης. Η εκτενής παράταξη των κόμβων αισθητήρων ώστε να καλύπτουν μία ευρεία έκταση - χώρο, η ικανότητα του αντίστοιχου δικτύου τους να οργανώνεται από μόνο του και η ανοχή σε σφάλματα είναι μερικά από εκείνα τα χαρακτηριστικά που κάνουν τα WSN πολλά υποσχόμενα όσον αφορά τις στρατιωτικές εφαρμογές. Επίσης, βασικό χαρακτηριστικό τους αποτελεί και η πυκνή παράταξη των μιας, συνήθως, χρήσης και χαμηλού κόστους κόμβων αισθητήρων, έτσι ώστε σε περίπτωση καταστροφής μερικών από αυτούς δεν προκαλείται δυσλειτουργία ή κατάρρευση του δικτύου. Μερικές στρατιωτικές εφαρμογές των WSN είναι: παρακολούθηση φιλικών δυνάμεων, εξοπλισμού και πυρομαχικών, επίβλεψη πεδίων μάχης, αναγνώριση εχθρικών δυνάμεων (Σχήμα ) όσον αφορά τον εξοπλισμό και τις κινήσεις τους, ανάπτυξη συστημάτων στόχευσης, αξιολόγηση ζημιών, ανίχνευση και αναγνώριση πυρηνικών, βιολογικών και χημικών απειλών. Εικόνα 37: Αναγνώριση εχθρικών δυνάμεων 5.2. Ανίχνευση και έλεγχος συνθηκών περιβάλλοντος Σκορπίζοντας εκατοντάδες με χιλιάδες μικροσκοπικούς, φθηνούς και αυτό-ρυθμιζόμενους ασύρματους αισθητήρες σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή, μπορεί να αναπτυχθεί ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όσον αφορά την παρακολούθηση και τον έλεγχο των περιβαλλοντολογικών συνθηκών που επικρατούν στην περιοχή αυτή. Στις εφαρμογές αυτές συμπεριλαμβάνονται: 59

62 παρακολούθηση οικοσυστήματος, ανίχνευση πλημμυρών, έλεγχος αερίων και λυμάτων, τοπικός έλεγχος εσωτερικών συνθηκών σε μεγάλα κτήρια, ανίχνευση σύνθεσης εδάφους για βελτίωση καλλιέργειας, πυρανίχνευση, εξερεύνηση ορυκτών πόρων κ.α. Μερικές από αυτές περιγράφονται παρακάτω: Παρακολούθηση οικοσυστήματος : Τα WSN που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση οικοσυστημάτων δημιουργούν μια κατηγορία εφαρμογών με πολυάριθμα δυνατά οφέλη για τη μελέτη της φύσης, επειδή μπορούν να παρέχουν πληροφορίες για διάφορες περιβαλλοντολογικές συνθήκες συμπεριλαμβανομένων της σύνθεσης του εδάφους και του αέρα καθώς επίσης και της γενικής συμπεριφοράς των διάφορων φυτικών και ζωικών οργανισμών. Εξασφαλίζουν δε, μακροπρόθεσμα με τη συλλογή πληροφοριών και καταγραφή τους σε βάσεις δεδομένων, τον αυτόματο προσδιορισμό-αναγνώριση και την ανάλυση τυχών συναφών γεγονότων που συμβαίνουν στο συγκεκριμένο κάθε φορά περιβάλλον-οικοσύστημα που τίθεται υπό παρακολούθηση. (Γνωστή εφαρμογή αποτελεί η Great Duck Island Habitat Monitoring) Τοπικός έλεγχος εσωτερικών συνθηκών σε μεγάλα κτήρια : Πολλές φορές, άτομα που εργάζονται σε μεγάλα κτήρια γραφείων έχουν παρατηρήσει ότι η θερμοκρασία σπάνια είναι κατάλληλη, το επίπεδο υγρασίας κυμαίνεται σε ακραίες τιμές, η φωτεινότητα είτε δεν επαρκεί είτε είναι υπερβολική, υπάρχει έλλειψη καθαρού αέρα κ.α. Για το λόγο αυτό, η παρακολούθηση και ο έλεγχος των εσωτερικών συνθηκών είναι ιδιαίτερα αναγκαία, ώστε να εξασφαλίζεται ένα υγιεινό και ευχάριστο περιβάλλον εργασίας. Σε αυτό έχει συμβάλλει ιδιαίτερα η χρήση ενσύρματων δικτύων αισθητήρων, αλλά ολοένα και περισσότερο χρησιμοποιούνται τα WSN που υπερτερούν των πρώτων σε διάφορους τομείς, όπως: Υπάρχει μεγαλύτερη ευελιξία στην παράταξη των WSN απ ότι στα ενσύρματα δίκτυα όπου η παράταξη των αντίστοιχων κόμβων περιορίζεται από τα καλώδια. Τα WSN είναι πολύ φθηνότερα σε σχέση με τα αντίστοιχα ενσύρματα δίκτυα. Πυρανίχνευση : Αν και έχουν παρθεί διάφορα σημαντικά μέτρα, οι πυρκαγιές συνεχίζουν να προκαλούν σημαντική απώλεια ανθρώπινων ζωών, καταστροφή περιουσιών και φυσικών πόρων. Ωστόσο, επειδή οι καιρικές συνθήκες που μπορούν να προκαλέσουν πυρκαγιά είναι προβλέψιμες, μπορούν να αναπτυχθούν σχετικές τεχνικές ανίχνευσης τέτοιων συνθηκών σε περιοχές που είναι επιρρεπείς σε πυρκαγιές. Εξαιτίας της δυνατότητάς τους να εκτείνονται ευρέως και πυκνά σε ένα περιβάλλον, τα WSN αποτελούν μια καλή επιλογή στην πυρανίχνευση, παρέχοντας άμεση προειδοποίηση και εντοπισμό της θέσης τυχόν επικείμενης πυρκαγιάς. 60

63 Εικόνα 38: Πυρανίχνευση με WSN Εφαρμογές που αφορούν την υγεία Μερικές από τις εφαρμογές που αφορούν την υγεία και χρησιμοποιούν τα WSN είναι: παρακολούθηση ασθενών, διαχείριση φαρμάκων, επίβλεψη των χώρων του νοσοκομείου για εντοπισμό εντόμων και μικρών ζώων, παρακολούθηση της δραστηριότητας-κίνησης γιατρών και ασθενών στους χώρους του νοσοκομείου Εφαρμογές ιχνηλάτησης-ανίχνευσης (tracking) Σε περίπτωση που απαιτείται η ιχνηλάτηση αντικειμένων σε μια περιοχή, διάφοροι αισθητήρες τοποθετούνται σε συγκεκριμένες συντεταγμένες έτσι ώστε να ιχνηλατούν-ανιχνεύουν κάθε αντικείμενο που περνά μέσα από την έκταση που καλύπτουν (Σχήμα ). Έτσι, ο στόχος είναι να ανιχνεύεται η θέση του αντικειμένου, κάθε φορά, με όσο πιο μεγάλη ακρίβεια γίνεται. 61

64 Εικόνα 39: Ιχνηλάτηση αντικειμένου. Τα συμβατικά συστήματα που έχουν αναπτυχθεί, αποσκοπούν στην ιχνηλάτηση αντικειμένου μέσω της καταγραφής, κάθε φορά, του σημείου ελέγχου εκείνου από το οποίο πέρασε το αντικείμενο την τελευταία φορά. Ωστόσο, αυτά τα συστήματα δεν μπορούν να καθορίσουν την τρέχουσα θέση ενός αντικειμένου και καταρρέουν σε περίπτωση που δεν γίνεται διέλευση από συγκεκριμένα σημεία ελέγχου. Αντίθετα, με τα WSN, η θέση των αντικειμένων μπορεί να ανιχνεύεται μέσω της ανίχνευσης της θέσης ενός κόμβου αισθητήρων που βρίσκεται «επικολλημένο» στο κάθε αντικείμενο. Ο συγκεκριμένος κόμβος θα ιχνηλατείται καθώς μετακινείται μέσα στο πεδίο που καλύπτεται από τους άλλους κόμβους που αποτελούν το WSN, οι οποίοι βρίσκονται σε δεδομένες θέσεις. Έτσι, αντί να ανιχνεύουν την αλλαγή περιβαλλοντολογικών συνθηκών (αλλαγή του μαγνητικού πεδίου κ.λπ.), οι κόμβοι αισθητήρων παρατάσσονται έτσι ώστε να ανιχνεύουν σήματα ραδιοσυχνότητας (RF signals) ως μηνύματα από άλλους κόμβους (ή από τον κόμβο που ιχνηλατείται). Ένα τέτοιο σύστημα έχει τη δυνατότητα να γνωρίζει την ακριβή θέση του αντικειμένου προς ιχνηλάτηση και όχι μόνο τη θέση που ανιχνεύτηκε τελευταία Οικιακές εφαρμογές Τα WSN μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη της οικιακής αυτοματοποίησης, η οποία αναφέρεται σε συσκευές όπως η ηλεκτρική σκούπα, ο φούρνος μικροκυμάτων, το ψυγείο κ.α. Με άλλα λόγια, οι αισθητήρες τοποθετούνται σε οικιακές συσκευές και παίζουν το ρόλο των κόμβων αισθητήρων αλληλεπιδρώντας μεταξύ τους και επικοινωνώντας με τους χρήστες μέσω του Διαδικτύου ή κάποιου άλλου δικτύου. 62

65 5.6. Άλλες Εφαρμογές Τα αυτό-ρυθμιζόμενα WSN μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε πολλούς άλλους τομείς, όπως ο έλεγχος ρομπότ και εργοστασιακών λειτουργιών, στην έρευνα και αλλού. Σε αυτό συμβάλλουν πάλι τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά αυτών των δικτύων που τα κάνουν να υπερέχουν έναντι άλλων Βιομηχανική παρακολούθηση Παρακολούθηση της «υγείας» των μηχανών Έχουν αναπτυχτεί WSNs για να ελέγχουν τη κατάσταση των βιομηχανικών μηχανών με βάση τη συντήρηση έτσι προσφέρουν σημαντική εξοικονόμηση χρημάτων. Τώρα σε σχέση με ένα παρόμοιο αλλά ενσύρματο σύστημα το WSN υπερτερεί κατά κράτος διότι έχει φθηνότερο κόστος τοποθέτησης και εφαρμογής και δεν περιορίζεται π.χ.: κινητά μέρη μηχανής, περιστρεφόμενα μέρη μηχανής, ζώνες περιορισμένης πρόσβασης κ.α Παρακολούθηση ύδρευσης / αποχέτευσης Υπάρχουν πολλές ευκαιρίες για τη χρήση των WSNs στα δίκτυα ύδρευσης και αποχέτευσης. Εγκαταστάσεις οι οποίες δε καλωδιώνονται για παροχή ενέργειας και μεταφοράς δεδομένων μπορούν να ελέγχονται με τη χρήση βιομηχανικών ασύρματων συσκευών εισόδου/εξόδου και αισθητήρες οι οποίοι διοχετεύονται με ενέργεια μέσω ηλιακών πάνελ ή μπαταριών Γεωργία Η χρησιμοποίηση των WSNs στα πλαίσια του γεωργικού τομέα γίνεται όλο και πιο δεδομένη. Χρησιμοποιώντας WSNs ελευθερώνεται ο γεωργός από τη διατήρηση των καλωδίων σε ένα δύσκολο περιβάλλον. Συστήματα ζύγισης σε συνδυασμό με πομπούς πιέσεως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη παρακολούθηση της στάθμης των δεξαμενών νερού όπως επίσης μπορούν να ελέγχονται ποσότητες νερού που διέρχονται από της αντλίες ύδρευσης. Ακόμα και τα συστήματα ύδρευσης μπορούν να ελέγχονται από τα WSNs (π.χ. κάθε πότε πρέπει να ποτίζει) Παρακολούθηση υποδομών Ασύρματοι αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της κυκλοφορίας στο εσωτερικό κτιρίων και υποδομών, όπως γέφυρες, υπόγειες διαβάσεις, σήραγγες κ.α. Ένα άλλο κομμάτι σε αυτό το τομέα είναι ότι με τις απαραίτητες μηχανολογικές πρακτικές μπορεί να γίνει παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων εξ αποστάσεως. 63

66 6. Η εφαρμογή Contiki Cooja 6.1. Εισαγωγή Όπως αναφέρθηκε και στα προηγούμενα κεφάλαια τα WSN ή ΑΔΑ αποτελεί μια ενδιαφέρουσα περιοχή έρευνας, η οποία έχει κερδίσει πολλή προσοχή τον τελευταίο καιρό. Η επικοινωνία και η ηλεκτρονική πρόοδος δίνουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιούνται αυτά τα δίκτυα αισθητήρων σε καταστάσεις της πραγματικής ζωής, και υπάρχουν πολλές πιθανές περιοχές εφαρμογής, για παράδειγμα στο στρατό, στην ιατρική, σε πληγείσες περιοχές ή σε έξυπνα σπίτια. Στην εργασία με δίκτυα αισθητήρων, οι προσομοιωτές(simulators) είναι πολύ χρήσιμοι. Η ανάπτυξη, δοκιμή και αποσφαλμάτωση κώδικα που προορίζεται σε συγκεκριμένο υλικό είναι δύσκολο και χρονοβόρο έργο. Η ανάπτυξη κώδικα και η ρύθμιση των δικτύων είναι ακριβά, τόσο από πλευράς χρόνου όσο και χρήματος. Με τη χρήση προσομοιωτών(simulators) ο χρόνος ανάπτυξης κώδικα μπορεί να μειωθεί - ο κώδικας αποστέλλεται μόνο όταν ολοκληρωθεί και τα προκύπτοντα προγράμματα μπορούν να αξιολογηθούν σε πολύ εξατομικευμένα περιβάλλοντα προσομοίωσης τα οποία δεν είναι εφικτό να εξετάσουμε στην πραγματική ζωή. Το Σουηδικό Ινστιτούτο Πληροφορικής (Swedish Institute of Computer Science SICS) διεξάγει έρευνα στον τομέα των WSN, που περιλαμβάνει θεωρητική έρευνα, όπως είναι η μοντελοποίηση της διάρκειας ζωής του δικτύου αισθητήρων σε πραγματικές εφαρμογές που έχουν αναπτυχθεί από κοινού με τη βιομηχανία. Αυτό απαιτεί μια καλή ανάπτυξη και ένα καλό περιβάλλον εγκατάστασης. Μία από τις συνεισφορές του SICS σε αυτόν τον τομέα είναι το λειτουργικό σύστημα Contiki, ένα ελαφρύ και φορητό λειτουργικό σύστημα σχεδιασμένο για περιβάλλοντα με περιορισμούς όπως είναι αυτά των κόμβων αισθητήρων. Μερικά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά του Contiki είναι η υποστήριξη του πρωτόκολλου TCP / IP και η προτίμηση του multithreading σε μια βασική διαδικασία. Ο COOJA Simulator (Contiki OS Java) δημιουργήθηκε σαν προσομοίωση για το Contiki OS. Δεδομένου ότι ο σκοπός της χρήσης ενός προσομοιωτή ποικίλει σε μεγάλο βαθμό ανάλογα με τους χρήστες, τις φάσεις ανάπτυξης και τα είδη εφαρμογής που προσομοιώνει, ο βασικός στόχος της σχεδίασης είναι η επεκτασιμότητα. Η βασική έκδοση υποστηρίζει τυπικές πλατφόρμες για κόμβους αισθητήρων, αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι πρέπει οι νέες συσκευές να μπορούν να προστεθούν εύκολα από τους χρήστες. Οι αλληλεπιδράσεις με προσομοιώσεις πρέπει να είναι προσαρμόσιμες, από την εγκατάσταση των δικτύων μέχρι την ειδική ανάλυση ορισμένων ιδιοτήτων ενός πρωτόκολλου επικοινωνίας. Στην πραγματικότητα, οι εφαρμογές νέων λειτουργιών θα πρέπει να ενθαρρύνονται 64

67 από τη σχεδίαση του προσομοιωτή. Το βασικό πλεονέκτημα από τη χρήση του προσομοιωτή γίνεται αντιληπτό κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του κώδικα, στις φάσεις δοκιμών, καθώς και στις μεγάλης κλίμακας δοκιμές, όπως είναι η συμπεριφορά του πρωτόκολλου επικοινωνίας. Άλλοι στόχοι του σχεδιασμού είναι ένας εύχρηστος, ευέλικτος και επεκτάσιμος προσομοιωτής που να προσαρμόζεται στο περιβάλλον ανάπτυξης και εγκατάστασης. Η έρευνα ξεκίνησε με την απόκτηση γνώσεων σχετικά με το Contiki καθώς και υφιστάμενων προσομοιωτών για αισθητήρες δικτύου. Οι υφιστάμενοι προσομοιωτές έχουν λύσει παρόμοια προβλήματα με πολλούς διαφορετικούς τρόπους ανάλογα με το τι έχουν ως στόχο να πετύχουν. Τα προβλήματα αυτά μπορεί να είναι η απόδοση, η επεκτασιμότητα, κλπ., και υπάρχουν πολλά να κερδίσει κανείς από τη μελέτη των λύσεων τους. Αρχικά, ο κύριος στόχος για το COOJA ορίστηκε η επεκτασιμότητα, και τελικά διαμορφώθηκε ένα σχέδιο προσομοιωτή. Κατά τη διάρκεια της φάσης της υλοποίησης, το σύστημα επανασχεδιάστηκε πολλές φορές και χρειάστηκε επιπλέον μελέτη. Και τα δύο λειτουργικά συστήματα, τα Windows και τα βασισμένα σε Unix, έχουν χρησιμοποιηθεί σε όλη τη φάση της εφαρμογής. Και αυτό κυρίως λόγω των πολλών εξωτερικών εργαλείων που χρησιμοποιούνται από το εσωτερικό του προγράμματος, κάτι που προκαλεί συχνά προβλήματα όταν γίνεται εναλλαγή των λειτουργικών συστημάτων σε προχωρημένο στάδιο της ανάπτυξης. Με την ανάπτυξη και στα δύο συστήματα ταυτόχρονα, η συμβατότητα εξασφαλίζεται από την αρχή. Κατά τη διάρκεια της φάσης των δοκιμών, ο προσομοιωτής COOJA αποδείχθηκε άξιος σε πολλές περιπτώσεις. Άτομα από διάφορες εταιρείες, όπως η Ericsson, SICS, KTH, EmwiTech και η ABB, είδαν και δοκίμασαν τον προσομοιωτή. Η ανταπόκριση τους ήταν πολύ θετική και από τις συζητήσεις μαζί τους ανακτήθηκαν πολύτιμες πληροφορίες και προτάσεις, οι οποίες έχουν ενσωματωθεί στο τελικό προϊόν. Ο προσομοιωτής COOJA χρησιμοποιείται αυτή τη στιγμή από τη SICS σε συνεχή έρευνα, όπου τόσο η βασική λειτουργικότητα, καθώς και η δυνατότητα επέκτασης του σχεδιασμού αξιοποιούνται και θα εκτιμηθούν. Το κεφάλαιο θα δώσει στον αναγνώστη την κατανόηση των τεχνικών που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της ανάπτυξη, σχετικά με την εφαρμογή. Συνοδεύεται από σχετική εργασία, η οποία συγκρίνει τα χαρακτηριστικά και τις τεχνικές του COOJA με μερικούς άλλους κοινούς προσομοιωτές για δίκτυο αισθητήρων. 65

68 6.2. Το παρασκήνιο (background) Αυτό το κεφάλαιο θα εισαγάγει διάφορες τεχνικές και συστήματα που χρησιμοποιούνται εντός και κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του προσομοιωτή COOJA, που σχετίζονται άμεσα με την κατανόηση της εφαρμογής Πληροφορίες για Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων Όπως αναφέρεται και σε προηγούμενο κεφάλαιο, οι εξελίξεις στον τομέα των ασύρματων επικοινωνιών και των ηλεκτρονικών επιτρέπουν την ανάπτυξη φθηνότερων και μικρότερων κόμβων αισθητήρων. Βασικά, ένας κόμβος αισθητήρας έχει επεξεργαστική ισχύ, δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας και συσκευές αίσθησης(αισθητήρες). Αλλά για να ελαχιστοποιηθεί το κόστος είναι συχνά πολύ περιορισμένοι. Ένας τυπικός κόμβος αισθητήρα έχει ένα μικρό εύρος επικοινωνίας, χαμηλή αρχική ποσότητα ενέργειας και χαμηλή επεξεργαστική ισχύ. Από αυτούς τους περιορισμούς, ο πιο περιοριστικός παράγοντας είναι η πηγή ενέργειας, δεδομένου ότι είναι συχνά ο κύριος συντελεστής που αντιστοιχεί στη διάρκεια ζωής του κόμβου αισθητήρα. Ένα δίκτυο αισθητήρων μπορεί να αποτελείται από χιλιάδες ή ακόμα και εκατομμύρια κόμβους αισθητήρων, κατανεμημένους πυκνά και χωρίς προκαθορισμένες θέσεις. Το δίκτυο πρέπει να κατασκευάζεται ώστε να ανέχεται όσο το δυνατό λιγότερα σφάλματα, να μπορεί να επεκταθεί και να έχει χαμηλό κόστος παραγωγής. Οι συνθήκες αυτές απαιτούν να αναπτυχθούν ένα νέο σύνολο ad-hoc πρωτοκόλλων και αλγορίθμων. Αυτά που χρησιμοποιούνται για τα παραδοσιακά δίκτυα τις περισσότερες φορές δεν είναι κατάλληλα για δίκτυα αισθητήρων, επειδή υπάρχει μεγαλύτερη ποσότητα κόμβων στην εμβέλεια επικοινωνίας, υψηλά ποσοστά αποτυχίας και περιορισμένοι πόροι μεμονωμένων κόμβων. Τα δίκτυα αισθητήρων έχουν πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές, οι ιδανικοί κόμβοι του δικτύου μπορεί να διαφέρουν τόσο στο υλικό(hardware) όσο και στους αλγορίθμους. Και φυσικά, το υλικό του κόμβου αισθητήρα μπορεί να κατασκευασθεί με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Οπότε ένας προσομοιωτής θα πρέπει να μπορεί να ρυθμίζεται, ώστε εύκολα να προσομοιώνει διαφορετικό λογισμικό, καθώς και διάφορες πλατφόρμες υλικού (hardware). Επίσης, παρόμοια ασύρματα δίκτυα αισθητήρων μπορεί να περιλαμβάνει διαφορετικά είδη κόμβων αισθητήρων, με διαφορετικούς σκοπούς. Ως παράδειγμα ας θεωρήσουμε ένα δίκτυο με δύο διαφορετικούς τύπους κόμβων, ένα φθηνό και ένα ακριβό είδος. Οι φτηνοί κόμβοι είναι απλοί, το μόνο που συγκεντρώνουν είναι δεδομένα θερμοκρασίας τα οποία διαβιβάζουν στον πλησιέστερο ακριβό κόμβο. Οι ακριβοί κόμβοι αναλύουν όλα τα δεδομένα που παίρνουν από τον γειτονικό φθηνό κόμβο τους, και παρουσιάζουν τη μέση θερμοκρασία στο διαδίκτυο. Σημειώστε ότι αυτοί οι τύποι κόμβων αισθητήρων δε διαφέρουν μόνο στη λειτουργία του λογισμικού τους, 66

69 αλλά και στις πλατφόρμες του υλικού (hardware) τους. Για την προσομοίωση του παραπάνω παραδείγματος, ένας προσομοιωτής πρέπει να υποστηρίζει ετερογενή δίκτυα, με διάφορους τύπους κόμβων που να διαφέρουν και στο υλικό και στο λογισμικό ΤΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Contiki Το λειτουργικό σύστημα Contiki Το Contiki είναι ένα λειτουργικό σύστημα που έχει σχεδιαστεί για περιβάλλοντα με περιορισμένη μνήμη, όπως και οι κόμβοι που χρησιμοποιούνται στα WSN. Ο πυρήνας του Contiki καθοδηγείται από γεγονότα (events). Τα χαρακτηριστικά του Contiki είναι η δυναμική φόρτωση και αποφόρτωση μεμονωμένων προγραμμάτων και υπηρεσιών και προαιρετικά η κατά προτίμηση multithreading ανά εφαρμογή. Επιπλέον, το Contiki περιλαμβάνει τα λεγόμενα Protothreads τα οποία παρέχουν μέθοδο προγραμματισμού παρόμοια με αυτή των threads, αλλά με πολύ μικρότερο κόστος σε μνήμη. Το Contiki υλοποιείται σε γλώσσα C και έχει σχεδιαστεί ώστε να είναι εύκολη η μεταφορά του σε νέες πλατφόρμες. Έχει μεταφερθεί σε περισσότερες από 20 διαφορετικές πλατφόρμες από τότε που κυκλοφόρησε, το Πυρήνας που βασίζεται σε γεγονότα Σε σύστημα καθαρά βασισμένο στα γεγονότα, μια διεργασία υλοποιείται ως ένα πρόγραμμα χειρισμού συμβάντων, αφήνοντας διαφορετικά κομμάτια του κώδικα να εκτελούνται ανάλογα με το δεδομένο συμβάν. Αυτά τα κομμάτια αφήνονται να τρέχουν πάντα για να ολοκληρωθεί το συμβάν που τα κάλεσε. Δεδομένου ότι ένα ενιαίο μπλοκ κώδικα δεν θα διακοπεί, αυτά τα τμήματα μπορούν να σχεδιαστούν έτσι ώστε να μπορούν να μοιράζονται όλα την ίδια στοίβα. Σε σύγκριση με ένα multi-threaded μοντέλο αυτό απαιτεί λιγότερη μνήμη και γενικά λιγότερους υπολογισμούς όταν πρέπει να εκτελούνται πολλές ταυτόχρονες διαδικασίες. Στο Contiki, μία διαδικασία αποτελείται από ένα πρόγραμμα χειρισμού συμβάντων και μια προαιρετική λειτουργία στατιστικών. Ο πυρήνας Contiki κρατά τον προγραμματιστή γεγονότων ο οποίος αποστέλλει γεγονότα στις διαδικασίες και περιοδικά κρατά στατιστικά από διαδικασίες που κατέγραψε η λειτουργία στατιστικών. Χρησιμοποιεί μια ενιαία στοίβα για όλες τις διαδικασίες, η οποία ξαναδημιουργείται ανάμεσα σε κάθε επίκληση του χειρισμού συμβάντων Threads και Protothreads Σε αντίθεση με τις περισσότερες άλλες περιπτώσεις συστημάτων που βασίζονται σε συμβάντα, το Contiki υποστηρίζει την προτίμηση του multithreading. Αυτό πραγματοποιείται μέσω μιας βιβλιοθήκης η οποία μπορεί προαιρετικά να συνδέεται με προγράμματα που το απαιτούν. Αυτό επιτρέπει στους κόμβους να τρέξουν εφαρμογές που κανονικά δεν τρέχουν σε 67

70 συστήματα που βασίζονται καθαρά σε συμβάντα, όπως κρυπτογραφικούς υπολογισμούς. Ένας τέτοιος υπολογισμός υπό άλλες συνθήκες θα καταλάμβανε το σύνολο του συστήματος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εκτός από τα κατά προτίμηση threads, το Contiki υποστηρίζει επίσης και τα Protothreads. Κανονικά όταν συντάσσονται προγράμματα για συστήματα οδηγούμενα από συμβάντα, αυτά θα πρέπει να γράφονται ως ρητή κατάσταση μηχανημάτων με αποτελεσματικό κώδικα που μπορεί να είναι δύσκολο να κατανοηθεί και να διατηρηθεί. Τα Protothreads είναι μια συγκέντρωση προγραμματισμού που χρησιμοποιείται στην κορυφή αυτών των συστημάτων, με σκοπό την απλοποίηση των υλοποιήσεων με λειτουργικότητα υψηλού επιπέδου. Με τη χρήση των Protothreads, τα προγράμματα μπορούν να εκτελέσουν υπό όρους δέσμευση χωρίς την επιβάρυνση των συνηθισμένων threads. Τα Protothreads είναι χωρίς ενδιάμεση στοίβα και απαιτούν μόνο 2 bytes της μνήμης RAM το καθένα. Μια τακτική διαδικασία του Contiki αποτελείται από ένα ενιαίο Protothread Ο βρόχος σύστημα Σε μια κανονική εκκίνηση του συστήματος Contiki, μεταξύ άλλων πραγμάτων, αρχικοποιεί μερικές διεργασίες. Στη συνέχεια καλεί επανειλημμένα τη συνάρτηση του συστήματος process_run(). Αυτή η συνάρτηση καλεί όλους τους καταχωρημένους χειριστές στατιστικών, και στη συνέχεια επεξεργάζεται ένα γεγονός από την τρέχουσα ουρά συμβάντων του συστήματος. Μετά την επεξεργασία του γεγονότος, η συνάρτηση επιστρέφει τον αριθμό των μη χειρισθέντων γεγονότων που ακόμη βρίσκονται στην ουρά. Αν η ουρά των γεγονότων αδειάσει, ένα σύστημα μπορεί να επιλέξει να μπει σε κατάσταση ύπνου(sleep) προκειμένου να εξοικονομήσει ενέργεια. Εάν μια εξωτερική διακοπή συνεφέρει το σύστημα αργότερα, πραγματοποιεί βρόχους γύρω από την ίδια συνάρτηση process_run( ) μέχρι να χειριστούν όλα τα νέα γεγονότα. int main (void) {... beep ( ); while (1) { } / * watchdog_restart ( ); * / while (process_run ( )> 0); LPM_SLEEP ( ); 68

71 return 0; } Το παραπάνω απόσπασμα κώδικα είναι από το αρχείο κύριας πηγής του Contiki μιας πλατφόρμας υλικού και αποδεικνύει την κοινή χρήση του process_run ( ). Η κλήση της LPM_SLEEP ( ) επιστρέφει όταν ο κόμβος ξυπνήσει και πάλι και συχνά αυτό οφείλεται σε μία εξωτερική διακοπή ενεργοποιητών που καλούν την LPM_AWAKE () uip uip (micro-ip) είναι μια μικρή υλοποίηση TCP / IP κατάλληλη για τους κόμβους αισθητήρων και άλλων συσκευών περιορισμένων πηγών. Είναι σχεδιασμένο για να έχει μόνο τα απόλυτα ελάχιστα απαιτούμενα χαρακτηριστικά για μια πλήρη στοίβα TCP / IP, και εστιάζει στα TCP, ICMP και IP πρωτόκολλα. Το uip χρησιμοποιεί ένα ενιαίο καθολικό προσωρινό αποθηκευτικό χώρο (single global buffer) για να κρατά πακέτα, αρκετά μεγάλα ώστε να περιέχει μόνο ένα μεγάλου μεγέθους πακέτο. Όταν ένα νέο πακέτο δεδομένων φτάνει από το δίκτυο, το πρόγραμμα οδήγησης δικτύου το βάζει στον καθολικό χώρο αποθήκευσης και καλεί το uip για να χειριστεί τα νέα δεδομένα. Μετά την ανάλυση των δεδομένων του εισερχόμενου πακέτου, το uip ειδοποιεί την προβλεπόμενη εφαρμογή. Λόγω του buffer αυτή η εφαρμογή πρέπει να δράσει σε αυτό αμέσως για να αποφευχθεί τα δεδομένα να αντικατασταθούν από ένα άλλο εισερχόμενο πακέτο. Σε αυτό το σημείο η εφαρμογή μπορεί επίσης να επιλέξει να στείλει αμέσως μια απάντηση χρησιμοποιώντας τον ίδιο τον buffer. Το ίδιο συμβαίνει όταν μια εφαρμογή θέλει να στείλει δεδομένα. Εισάγει ένα δείκτη στα δεδομένα όπως επίσης και το μήκος του uip, ο οποίος εγγράφει τις επικεφαλίδες και τελικά καλεί το πρόγραμμα οδήγησης της συσκευής του δικτύου να στείλει το πακέτο έξω από το δίκτυο. Το Σχήμα που ακολουθεί δείχνει μια συνοπτική παρουσίαση των συνδέσεων μεταξύ του οδηγού της συσκευής, του uip και της εφαρμογής, και πώς χρησιμοποιούν τον buffer. Εικόνα 40: uip s global buffer usage 69

72 Η μεταβλητή του buffer ονομάζεται uip_buf, και το τρέχον μέγεθος του περιεχομένου των δεδομένων είναι αποθηκευμένο στην ακέραια μεταβλητή uip_len. Το πρόγραμμα οδήγησης της συσκευής λειτουργεί έναντι της uip με δύο συναρτήσεις. Η πρώτη συνάρτηση, uip_input (), θα πρέπει να κληθεί όταν ο οδηγός συσκευής έχει λάβει ένα πακέτο και αποθηκεύεται μέσα στον buffer. Όταν επιστρέψει, το πρόγραμμα οδήγησης πρέπει να ελέγξει αν τώρα υπάρχει κάποιο πακέτο εκτός των ορίων στον buffer. Η δεύτερη λειτουργία, uip_periodic (), θα πρέπει να καλείται περιοδικά από το πρόγραμμα οδήγησης της συσκευής για να ανακαλύψει εάν χρειάζονται καθόλου αναμεταδόσεις. Η εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιήσει αρκετές διαφορετικές συναρτήσεις για να λειτουργούν κατά την uip, μεταξύ των οποίων και η απλή συνάρτηση αποστολής δεδομένων που ονομάζεται uip_send Ο προηγούμενος προσομοιωτής Contiki Πριν πραγματοποιηθούν οι τελευταίες έρευνες για βελτίωση του προσομοιωτή, υπήρχε ένα βασικό περιβάλλον προσομοίωσης Contiki. Το Contiki είχε εμφανιστεί για να τρέξει ως μια διαδικασία σε επίπεδο χρήστη στο FreeBSD, κάθε κόμβος που ήταν στην προσομοίωση εκπροσωπούνταν από τη δική του αρχική διαδικασία, και όλα συνδέονται μεταξύ τους με μια προσομοίωση σε επίπεδο δικτύου. Ωστόσο, αφού όλοι οι κόμβοι εκπροσωπούνταν από τη δική τους διαδικασία που τρέχει χωρίς να χρειάζεται κανένα συγχρονισμό, οι τελικές προσομοιώσεις δεν ήταν αντικειμενικές. Προκειμένου να αξιολογήσει και να συγκρίνει προσομοιώσεις με διαφορετικά πρωτόκολλα πρέπει να μπορεί να αναπαράγει. Επίσης, δεν υπήρχε υποστήριξη για ετερογενή δίκτυα και την προσθήκη νέων λειτουργιών πράγμα το οποίο απαιτεί πολλή δουλειά. Το πιο κάτω σχήμα παρουσιάζει ένα στιγμιότυπο από τον προσομοιωτή. 70

73 Εικόνα 41: Προηγούμενη έκδοση Contiki Simulator screenshot Διαδικασίες δομών μνήμης Μια κανονική μνήμη διαδικασίας αποτελείται από διάφορες περιοχές μνήμης, ή τμήματα μνήμης. Κάθε ενότητα είναι μια σειρά από διευθύνσεις χωρίς κενά και όλα τα δεδομένα σε ένα τμήμα αντιμετωπίζονται το ίδιο. Ποια τμήματα υπάρχουν ποικίλει μεταξύ των πλατφορμών αλλά απλοποιημένα είναι τουλάχιστον τρία τμήματα, αυτά είναι το «κείμενο(text)», τα «δεδομένα(data)» και «bss» τμήματα. Το τμήμα κειμένου κρατά τον κώδικα του προγράμματος και τις σταθερές. Συνήθως είναι αμετάβλητο όταν το πρόγραμμα εκτελείται. Το τμήμα δεδομένων συγκρατεί αρχικοποιημένες μεταβλητές και είναι τροποποιήσιμο. Το τμήμα bss είναι παρόμοιο με το τμήμα των δεδομένων, αλλά συγκρατεί μη αρχικοποιημένες μεταβλητές. Ο λόγος που υπάρχει το τμήμα bss είναι για να εξοικονομείται χώρος σε εκτελέσιμα δυαδικά αρχεία. Δεδομένου ότι όλα τα δεδομένα στο τμήμα είναι μηδενισμένα όταν ξεκινά το πρόγραμμα, μόνο το μήκος του τμήματος πρέπει να αποθηκευτεί στο δυαδικό αρχείο, και όχι όλα τα μηδενικά. Πρόσθετες περιοχές μνήμης είναι ο σωρός(heap) και η στοίβα(stack). Ο σωρός ενεργοποιεί τη δυναμική μνήμη. Κατά τη διάρκεια μιας εκτέλεσης ένα πρόγραμμα μπορεί να θέλει να διαθέσει νέα μνήμη, και αυτή η μνήμη τοποθετείται στο σωρό. Η στοίβα χρησιμοποιείται για την 71

74 αποθήκευση τοπικών μη στατικών μεταβλητών και παραμέτρων που καλούνται από συνάρτηση. Βλ. Εικόνα 41 για μια επισκόπηση της τυπικής δομή μνήμης μιας διαδικασίας. Εικόνα 42: Η τυπική δομή μνήμης μιας διαδικασίας Java Native Interface Η Java Native Interface (JNI) είναι ενσωματωμένη στην Java Virtual Machine (JVM) και παρέχει ένα τρόπο για να εντοπίζονται και να επικαλούνται εναλλακτικές μέθοδοι σε μια πλατφόρμα. Αυτός ο τρόπος κώδικα λειτουργεί μέσα στην JVM και μπορεί να επικοινωνήσει με εφαρμογές γραμμένες σε άλλες γλώσσες προγραμματισμού όπως η C ή Assembly. Λόγοι για τη χρήση της JNI μπορεί να είναι η επαναχρησιμοποίηση βιβλιοθηκών και APIs που δεν υλοποιούνται στην Java, ή για να επιταχύνει τους υπολογισμούς με τη χρήση κώδικα Assembly. Μία βιβλιοθήκη φορτώνεται σε μία κλάση Java χρησιμοποιώντας τη μέθοδο System.loadLibrary και ορισμένες μέθοδοι Java αντιστοιχίζονται τότε με λειτουργίες στη βιβλιοθήκη. Ως ένα απλό παράδειγμα, μπορεί να έχουμε τη μέθοδο «tick» στην κλάση «Lib1» που βρίσκεται στο πακέτο «se.sics.cooja.corecomm». Ο κώδικας Java θα μπορούσε να είναι κάτι σαν αυτό: package se.sics.cooja.corecomm;... public class Lib1... { static { System.loadLibrary("mySharedLibrary"); } native void tick(); } 72

75 Στη συνέχεια, η αντίστοιχη συνάρτηση C στη βιβλιοθήκη θα μοιάζει με τον ακόλουθο κώδικα: JNIEXPORT void JNICALL Java_se_sics_cooja_corecomm_Lib1_tick(JNIEnv *env, jobject obj) { } Όπως μπορεί να φανεί στον κώδικα Java η βιβλιοθήκη που αναγνωρίζεται από «mysharedlibrary» είναι φορτωμένη. Ποιό πραγματικά αρχείο αντιστοιχεί σε αυτή την πλατφόρμα, συνήθως σε Unix / Linux, φαίνεται στην «libmysharedlibrary.so» και για τα Windows στην «mysharedlibrary.dll». Η συνάρτηση που αποκαλείται C είναι κατασκευασμένη από την string Java, τα πακέτα, το όνομα της κλάσης και τελευταίο το όνομα της μεθόδου. Σε αυτό το παράδειγμα, κάθε κλήση στη μέθοδο της Java «tick» διαβιβάζεται στην αντίστοιχη κλάση της C Java_se_sics_cooja_corecomm_Lib1_tick. Στην Java 2 SDK, η VM διατηρεί μια λίστα από κάθε φορτωμένη φυσική βιβλιοθήκη για κάθε φορτωτή κλάσης. Μόλις φορτωθεί, μία βιβλιοθήκη δεν θα εκφορτωθεί έως ότου ο φορτωτής κλάσης αρχίσει να συλλέγει σκουπίδια. Αρκετές βιβλιοθήκες μπορούν να φορτωθούν από τον ίδιο φορτωτή κλάσης εάν έχουν διαφορετικό όνομα. Ωστόσο, μόλις φορτωθούν τα ονόματα της συνάρτησης θα είναι «κατειλημμένα» και οποιαδήποτε βιβλιοθήκη φορτωθεί αργότερα δεν μπορεί να εκτελέσει τις συναρτήσεις της ίδιας εγγραφής. Κοιτάζοντας το παραπάνω παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να φορτώσουμε άλλη μια βιβλιοθήκη «mysharedlibrary2», η οποία υλοποιεί μια άλλη συνάρτηση tick με την ίδια εγγραφή. Αν και οι δύο αυτές βιβλιοθήκες φορτώθηκαν, μόνο η φυσική συνάρτηση της πρώτης βιβλιοθήκης θα εκτελεστεί με την κλήση της μητρικής μεθόδου tick της Java. Αυτό σημαίνει ότι, εάν αρκετές βιβλιοθήκες εφαρμόζουν διαφορετικές συναρτήσεις πρέπει να φορτώνονται, ή με τα ονόματα των συναρτήσεων τους που πρέπει να είναι διαφορετικά («tick1», «tick2» κλπ) ή θα πρέπει να φορτώνονται από διαφορετικές κλάσεις (η οποία δημιουργεί επίσης διαφορετική εγγραφή). 73

76 6.5. Εκτέλεση Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζονται τα κύρια μέρη του προσομοιωτή Cooja και πως αυτά συνδέονται μεταξύ τους. Ένα Interface παριστάνει μια ιδιότητα ενός κόμβου αισθητήρα ή περιφερειακό υλικό, ενώ χρησιμοποιούνται πρόσθετες λειτουργίες για να αλληλεπιδράσουν με μια προσομοίωση Επισκόπηση σχεδίασης Απλά, ο προσομοιωτής COOJA αποτελείται από ένα αριθμό προσομοιωμένων κόμβων. Κάθε κόμβος συνδέεται με ένα τύπο κόμβων (node type)'. Όταν η προσομοίωση εκτελείται, όλοι οι κόμβοι ενεργοποιούνται με τη σειρά. Και όταν όλοι οι κόμβοι ενεργοποιηθούν από μια φορά ο χρόνος της προσομοίωσης ενημερώνεται (updated) και τότε η διαδικασία επαναλαμβάνεται.. Βλ. Εικόνα 42. Εικόνα 43: Ο κύκλος της προσομοίωσης Συγκεκριμένα, ο κάθε κόμβος έχει τη δική του μνήμη και ένα αριθμό διεπαφών (node interfaces). Η μνήμη απαρτίζεται από ένα ή αρκετούς τομείς μνήμης, ο καθένας με μια αρχική μνήμη και δεδομένα. Όλοι οι τομείς μνήμης μαζί πρέπει να καθορίζουν όλα τα απαραίτητα και αναγκαία κομμάτια από το σύνολο του προσομοιωμένου λειτουργικού συστήματος Contiki. Οι διεπαφές (interfaces) ενεργούν στη μνήμη και προσομοιώνουν συσκευές όπως ένα ρολόι ή ένα ραδιοπομπό. Για παράδειγμα, όταν η ώρα αλλάζει, μια διεπαφή ρολογιού πρέπει να 74

77 ενημερώσει μια συγκεκριμένη μεταβλητή χρόνου. Και αυτή η μεταβλητή βρίσκεται μέσα στη μνήμη του συγκεκριμένου κόμβου. Ο τύπος του κόμβου είναι η γέφυρα μεταξύ του κόμβου όπως εξηγείται πιο πάνω, και του λειτουργικού συστήματος Contiki που εκτελεί συγκεκριμένο κώδικα κόμβου. Από εκεί το Contiki OS αρχικοποιείται, και δημιουργείται η αρχική μνήμη. Όλοι οι κόμβοι που έχουν τον ίδιο τύπο σχετίζονται με το ίδιο φορτωμένο Contiki OS. Επίσης ο τύπος κόμβου αποδίδει όνομα της μεταβλητής για την αντιμετώπιση της αντιστοίχισης. Από αυτό συμπεραίνεται ότι εάν η πιο πάνω διεπαφή ρολογιού θέλει να αλλάξει τη μεταβλητή χρόνου του πυρήνα «timevar», ζητείται από τον τύπο κόμβου η διεύθυνση αυτής της μεταβλητής. Όταν ένας κόμβος ενεργοποιείται, ο τύπος κόμβου είναι υπεύθυνος να συνδέει τον κόμβο με τον αντίστοιχο Contiki OS. Βλ. Εικόνα 43 (ο τύπος κόμβου μπορεί να συνδεθεί και σε άλλους κόμβους). Εικόνα 44: Προσομοιωμένος κόμβος αισθητήρα. Υπάρχει ένα τρέχων Contiki OS για κάθε υπάρχων τύπο κόμβου. Αυτό σημαίνει ότι όλοι οι κόμβου του ιδίου τύπου μετέχουν στο ίδιο Contiki OS. Αποτελείται από τον κωδικό Contiki που συντάσσεται ως μια κοινή βιβλιοθήκη για την πλατφόρμα προσομοίωσης και η επικοινωνία μεταξύ του κομματιού Java και του πυρήνα γίνεται μέσω της Java Native Interface. Με την παρακολούθηση της διαφοράς μεταξύ μιας διαδικασίας στο Contiki OS και μιας διαδικασίας εφαρμογής Contiki, η πρώτη είναι η σύνταξη και η εκτέλεση ολόκληρου του λειτουργικού συστήματος Contiki και η δεύτερη είναι διαδικασία που υπάρχει μόνο μέσα στο περιβάλλον του Contiki. Όταν θα αναφερόμαστε στη διαδικασία του Contiki OS θα χρησιμοποιούμε τον όρο «πυρήνας» (core) και όταν θα αναφερόμαστε στα υπόλοιπα του προσομοιωτή θα χρησιμοποιούμε τον όρο «προσομοιωτής» (simulator). Προφανώς ο πυρήνας είναι μέρος του προσομοιωτή αλλά για 75

78 απλούστευση του κειμένου θα υπάρχει αυτή η διάκριση. Μόνο μερικές φυσικές συναρτήσεις συνδέονται με τον πυρήνα του προσομοιωτή, από τις οποίες οι τρεις πιο σημαντικές είναι: η συνάρτηση «set memory», η συνάρτηση «get memory» και η συνάρτηση «tick» που καλείται όταν ενεργοποιείται ο κόμβος. Ο προσομοιωτής βασίζεται καθαρά στην Java, ενώ ο πυρήνα υλοποιείται σε γλώσσα C (όπως και το Contiki OS). Ο προσομοιωτής είναι υπεύθυνος για οτιδήποτε εξωτερικό συμβαίνει εκτός του συγκεκριμένου κόμβου, κι αυτό είναι κανόνας. Για παράδειγμα πως λειτουργούν τα περιβάλλοντα κύματα μετάδοσης ή ο χρόνος της τρέχουσας προσομοίωσης. Ο πυρήνας είναι υπεύθυνος για την εσωτερική λειτουργία του κόμβου. Εκτελεί τον πραγματικό κώδικα του Contiki και επιτρέπει στην ίδια την προσομοιωμένη εφαρμογή να χρησιμοποιηθεί αναλλοίωτη σε πραγματικούς φυσικούς κόμβους. Η διαδικασία του να επιτρέψει σε κάποιο κόμβο να ενεργοποιηθεί θα ονομάζεται, αφήνει ένα κόμβο να «tick» ή «ticking» ενός κόμβου Επικοινωνίες του πυρήνα Μια εφαρμογή Contiki μεταγλωττίζεται πάντα για μια συγκεκριμένη πλατφόρμα, όπως είναι η ESB platform. Η πλατφόρμα προσδιορίζει, μεταξύ άλλων και ποιες συσκευές (leds, κουμπιά, κλπ) είναι διαθέσιμες. Όταν το Contiki μεταγλωττιστεί για να χρησιμοποιηθεί στον προσομοιωτή COOJA (στην πλατφόρμα «cooja»), το αρχείο της κύριας πηγής ορίζει ένα αριθμό από συναρτήσεις JNI. Σε μια «συνηθισμένη» πλατφόρμα Contiki αυτό το κύριο μέρος επεξεργάζεται γεγονότα από την ουρά γεγονότων, μέχρι αυτή να αδειάσει. Στον COOJA ένας κόμβος αρχικοποιείται μόλις ξεκινήσει και μετά όλη η επεξεργασία των γεγονότων πραγματοποιείται εξ αποστάσεως μέσω των συναρτήσεων JNI. Υπάρχουν μόνο πέντε συναρτήσει JNI, η συνάρτηση αρχικοποίησης, η συνάρτηση που καταγράφει τη μνήμη (get memory), η συνάρτηση που ορίζει τη μνήμη (set memory), η συνάρτηση που επιστρέφει την απόλυτη διεύθυνση μνήμης μιας ειδικής μεταβλητής και τέλος η συνάρτηση tick. Η συνάρτηση αρχικοποίησης ξεκινά τη διαδικασία της εξυπηρέτησης, της δικτύωσης και τον προκαθορισμό των διαδικασιών της εφαρμογής, όπως και σε άλλες πλατφόρμες. Οι συναρτήσεις καταγραφής και ορισμού της μνήμης είναι πολύ απλές, χωρίς ελέγχους για σφάλματα, μόνο καταγράφουν ή επιστρέφουν ένα καθορισμένο πίνακα byte από την τρέχουσα διαδικασία της μνήμης. Η συνάρτηση που επιστρέφει την απόλυτη διεύθυνση μιας μεταβλητής αναφοράς χρησιμοποιείται για την αντιστοίχιση μεταξύ των σχετικών και των απόλυτων διευθύνσεων μνήμης. Κάθε τύπος κόμβου γνωρίζει τις σχετικές διευθύνσεις από όλα τα τμήματα της μνήμης και τις μεταβλητές που βρίσκονται στον πυρήνα του. Όταν ο προσομοιωτής αλλάξει διεύθυνση από 76

79 ένα κόμβο σε άλλο, όλες οι σχετικές διαδικασίες μνήμης του κόμβου πρέπει να αντικατασταθούν. O COOJA το πετυχαίνει αυτό με το να αντιγράψει ολόκληρο το BSS και τα τμήματα μνήμης δεδομένων από τον προσομοιωτή στον πυρήνα και πίσω. Με τη σύγκριση της απόλυτης διεύθυνσης της μεταβλητής αναφοράς με τη γνωστή σχετική διεύθυνση (μέσω του τύπου κόμβου) μπορούν να υπολογιστούν οι απόλυτες διευθύνσεις των τμημάτων της μνήμης(όπως και όλες οι μεταβλητές). Βλ. Εικόνα 44 για μια απεικόνιση όλων των συναρτήσεων του JNI. Εικόνα 45: Java Native Interface usage Η τελευταία συνάρτηση της JNI είναι η tick. Αυτή όπως φαίνεται και από την ονομασία της, καλείται κατά τη διάρκεια της κλήσης ενός κόμβου και έτσι το σύστημα Contiki καλεί τη συνάρτηση process_run() (η οποία επεξεργάζεται ένα γεγονός από την ουρά γεγονότων) COOJA interfaces Οι COOJA interfaces είναι ο κύριος και προτιμώμενος τρόπος για την ανάλυση και την αλληλεπίδραση με τους κόμβους της προσομοίωσης. Εκτός του ότι προσομοιώνουν όλες τις συσκευές του υλικού, με την αξιοποίηση του τρόπου που αντιμετωπίζονται οι διασυνδέσεις (interfaces), μπορεί να επιτευχθεί ιδιαίτερα προσαρμοσμένη προσομοίωση. Από το να είναι interfaces αυστηρώς για τις συσκευές του κόμβου, μια καλύτερη επεξήγηση μπορεί να είναι ότι αποτελούν interfaces των ιδιοτήτων του κόμβου. Για παράδειγμα, μια από αυτές τις ιδιότητες είναι 77

80 η θέση του κόμβου. Συχνά ένας κόμβος δεν ξέρει ούτε την πραγματική του θέση, οπότε αυτού του είδους interfaces ονομάζονται νοητά (virtual). Με την προσαρμογή της θέσης του interface, μπορεί να δημιουργηθεί μια προσομοίωση με κινούμενους κόμβους. Αυτή μπορεί να είναι χρήσιμη εάν κάποιος θα ήθελε να προσομοιώσει κόμβους για την κύλιση κάτω από ένα λόφο ή πάνω στους βραχίονες ενός ρομπότ που μετακινείται. Οι COOJA interfaces υπάρχουν και στον πυρήνα και στον προσομοιωτή. Αυτοί που υλοποιούνται στον προσομοιωτή («simulation interfaces») έχουν πλήρη πρόσβαση στη μνήμη του κόμβου και αυτοί που υλοποιούνται στον πυρήνα («core interfaces») έχουν πρόσβαση στις συναρτήσεις του συστήματος Contiki. Συχνά μεταξύ των interfaces του πυρήνα και του προσομοιωτή υπάρχουν σχέσεις και εξαρτήσεις. Ένα παράδειγμα είναι ο ραδιοπομπός, όπου πρέπει να υπάρχει ένα interface ραδιοσυχνοτήτων και στον πυρήνα και στον προσομοιωτή. Όταν τα δεδομένα μεταφέρονται ή λαμβάνονται, τα interfaces επικοινωνούν το ένα με το άλλο παρά απευθείας με το σύστημα Contiki OS. Και όταν ο κόμβος ενεργοποιηθεί, το interface του πυρήνα μπορεί να παραδώσει εισερχόμενα δεδομένα στο σύστημα Contiki με τον ίδιο τρόπο που θα παρέδιδε συνηθισμένη συσκευή υλικού, δηλαδή με την αποθήκευση τους στον προσωρινό χώρο και καλώντας τη συνάρτηση uip_input(). Επίσης μπορεί να γίνει διάκριση μεταξύ των interfaces του προσομοιωτή, ενεργητικών και παθητικών, αυτή η διάκριση εξαρτάται από την κατάσταση του κόμβου. Η μόνη ιδιότητα του κόμβου που δεν μπορεί να χειριστεί είναι η κατάσταση του κόμβου η οποία είναι είτε σε ενεργεία (active), είτε σε αναμονή (stand-by), είτε σβησμένος (shut). Ένας σβησμένος κόμβος εξακολουθεί να υπάρχει, αλλά δεν πρόκειται ποτέ να ενεργοποιηθεί και να αλλάξει κατάσταση. Όταν ένας κόμβος που βρίσκεται σε αναμονή ενεργοποιηθεί, μόνο οι παθητικοί interfaces επιτρέπεται να ενεργήσουν, και η διέγερση δεν παραδίδεται στον πυρήνα. Ένα παράδειγμα ενός interface που θα πρέπει να είναι παθητικός είναι o interface της μπαταρίας. Αυτός πρέπει να είναι ενεργός ακόμα και όταν ο κόμβος κοιμάται γιατί ακόμη και τότε χρειάζεται ενέργεια από την μπαταρία. Από την άλλη μεριά, ένας ενεργός interface που αντιπροσωπεύει ένα PIR αισθητήρα μπορεί να μην διακρίνει τις αλλαγές του φωτός εάν ο κόμβος βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής. Οι ενεργοί interfaces μπορούν να ξυπνούν ένα κόμβο που βρίσκεται σε αναμονή με το να προκαλούν μια εξωτερική διακοπή. Ένα κουμπί interface είναι επίσης ένα παράδειγμα, είναι ενεργό αλλά διεγείρεται από την κατάσταση της αναμονής με το πάτημά του. Όταν ένας interface κόμβου θέλει να έχει πρόσβαση σε μια μεταβλητή, στην πραγματικότητα ο τύπος του κόμβου πραγματοποιεί την αντιστοίχιση μεταξύ του ονόματος της μεταβλητής και της διεύθυνσης μνήμης. Για να έχουμε μια επεκτάσιμη σχεδίαση θα πρέπει κάθε 78

81 interface να είναι υπεύθυνο για τις δικές του εξαρτήσεις. Έτσι, όταν ένα interface κατασκευάζεται πρέπει να ελέγχεται ώστε όλες οι απαραίτητες μεταβλητές και τα interfaces είναι διαθέσιμα. Όλα τα interfaces της προσομοίωσης πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να παρατηρούν. Κάθε οντότητα του προσομοιωτή μπορεί να καταχωρηθεί σαν παρατηρητής και γνωστοποιείται όταν το αποφασίσει το interface. Για παράδειγμα, ένα interface πομπού μπορεί να επιλέξει να γνωστοποιήσει τους παρατηρητές του όταν πρόκειται να στείλει δεδομένα. Ένας σταθερός παρατηρητής από πομπούς είναι ο ραδιομεταφορέας, που μπορεί να φέρει τα καινούρια δεδομένα και να αποφασίσει ποιος από τους άλλους πομπούς θα τα παραλάβει. Η προσέγγιση του παρατηρητή ενεργοποιεί πολύ ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του προσομοιωτή, και δεν χρησιμοποιείται μόνο από το interface της προσομοίωσης. Για παράδειγμα, μια προσομοίωση που παρακολουθείται, γνωστοποιεί όλους τους παρατηρητές όταν η προσομοίωση ξεκινήσει ή τεθεί σε παύση, όταν δημιουργηθούν καινούργιου τύπου κόμβοι ή όταν προστεθούν ή αφαιρεθούν κόμβοι. Ο κύκλος επανάληψης της προσομοίωσης μπορεί επίσης να παρακολουθείται, γνωστοποιεί τους παρατηρητές της πότε συμπληρώνεται ένας κύκλος. Ένα interface προσομοίωσης μπορεί προαιρετικά να έχει γραφική παρουσίαση, όπου προσφέρει πληροφορίες και αλληλεπιδρά με τον χρήστη. Αυτές οι γραφικές παρουσιάσεις υλοποιούνται ως συνηθισμένα Java panels και μπορούν να εμφανιστούν σε πρόσθετο πρόγραμμα του COOJA. Figure 5.4 δείχνει πως τα interfaces της προσομοίωσης και του πυρήνα συνδέονται. Όπως φαίνεται στην εικόνα, τα interfaces αλληλεπιδρούν μόνο με τη μνήμη του κόμβου. Και όταν αυτή η μνήμη κόμβου αργότερα αντιγραφεί στον πυρήνα, τότε τα interfaces του πυρήνα ανιχνεύουν όποιες αλλαγές έγιναν. Ένας συγκεκριμένος τύπος κόμβου επιλέγει τα interfaces κατά τη διάρκεια του χρόνο μεταγλώττισης. Ο πιο εύκολος τρόπος είναι να επιλέξεις ποια interfaces προσομοίωσης πρέπει να υποστηρίζονται, και τότε ό,τι εξαρτάται από το interface του πυρήνα θα προστεθεί αυτόματα. Εικόνα 46: Η σύνδεση μεταξύ προσομοίωσης και πυρήνα των interfaces. 79

82 Ticking a node Όταν ένα κόμβος διεγείρεται τότε καλείται,ια φορά η συνάρτηση process_run() του συστήματος Contiki, η οποία χειρίζεται ένα γεγονός και καταγράφει μια διαδικασία. Για να διεγερθεί (tick) ο σωστός κόμβος, η μνήμη αυτού του κόμβου πρέπει να οριστεί πριν μεταφερθεί στον πυρήνα. Επίσης και τα δυο interfaces του κόμβου, πριν και μετά που θα τρέξει η συνάρτηση, μπορούν να ενεργήσουν, το ποιο από τα δυο εξαρτάται από την κατάσταση του κόμβου όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω. Ο πυρήνας επιστρέφει πίσω στον προσομοιωτή τις πληροφορίες που αφορούν εκκρεμή γεγονότα και χρονομετρητές. Αυτό χρησιμοποιείται για να αποφασιστεί εάν κάποιος κόμβος πρέπει να μπει σε κατάσταση αναμονής. Η πιο κάτω εικόνα παρουσιάζει τον ψευδοκώδικα που ακολουθεί ένα tick από τον κύκλο επανάληψης της προσομοίωσης μέχρι τον πυρήνα. Εικόνα 47: Ο ψευδοκώδικας μιας διέγερσης κόμβου από τον κύκλο προσομοίωσης στον πυρήνα COOJA plugins Ενώ τα COOJA interfaces είναι ο καλύτερος τρόπος για να αλληλεπιδράσουν με τους προσομοιωμένους κόμβους, τα plugins είναι ο καλύτερος τρόπος για να αλληλεπιδράσει με μια προσομοίωση. Τα plugins είναι καταχωρημένα στο χρόνο εκτέλεσης (runtime) πριν ακόμα χρησιμοποιηθούν και συνήθως στην εκκίνηση του προσομοιωτή. Ο χρήστης τότε δημιουργεί διάφορες περιπτώσεις των διαθέσιμων καταχωρημένων plugins κατά τη διάρκεια των προσομοιώσεων. Τα plugins εφαρμόζονται όπως ένα συνηθισμένο πανελ της Java, και επομένως ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει προχωρημένα γραφικά interfaces με απευθείας τρόπο. Τα plugins μπορούν να είναι τεσσάρων διαφορετικών ειδών, και αντιμετωπίζονται λίγο διαφορετικά το καθένα. 80

83 Το πρώτος και πιο απλό είδος είναι το GUI (γραφικό περιβάλλον) plugin. Το GUI plugin χρειάζεται μόνο να κατασκευαστεί ένα λειτουργήσιμο GUI και αυτό περνά σαν συμφωνία όταν ο χρήστης αρχικοποιεί το plugin. Οι σχετικές πληροφορίες όπως είναι η τρέχουσα προσομοίωση (εάν υπάρχει κάποια), καθώς και όλοι οι προσομοιωμένοι κόμβοι μπορούν να προσεγγιστούν μέσω του GUI. Από τη στιγμή που το plugin εξαρτάται μόνο από το GUI, δεν μετακινείται όταν η τρέχουσα προσομοίωση μετακινηθεί. Και επειδή μόνο μια προσομοίωση μπορεί να είναι ενεργή ταυτόχρονα στο COOJA, αυτός ο τύπος plugin μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μεταφερθούν πληροφορίες μεταξύ διαφορετικών προσομοιώσεων. Ένα παράδειγμα GUI plugin μπορεί να είναι δοκιμή της λειτουργικότητας (testrun) ελεγκτή, ο οποίος μεταφορτώνει μια προσομοίωση, εκτελεί κάποιες δοκιμές, αποθηκεύει δεδομένα και μεταφορτώνει άλλη προσομοίωση. Το δεύτερο και τρίτο είδος εξαρτώνται από μια προσομοίωση, τα Simulation plugin types. Όταν ένα τέτοιο plugin δημιουργείται, η τρέχουσα προσομοίωση υπολογίζεται σαν όρος και εάν η προσομοίωση μετακινηθεί το ίδιο θα συμβεί και για το plugin. Ένα παράδειγμα simulation plugin μπορεί να είναι η προβολή πληροφοριών για την τρέχουσα ενεργή προσομοίωση, όπως και ο αριθμός των προσομοιωμένων κόμβων και τύπων ή η τρέχουσα κατάσταση της προσομοίωσης. Ένα άλλο πολύ χρήσιμο παράδειγμα είναι η γραφική παράσταση των θέσεων όλων των προσομοιωμένων κόμβων. Η διαφορά μεταξύ των δυο ειδών plugins είναι ότι το ένα είδος (που ονομάζεται simulation standard type) δημιουργείται αυτόματα όταν μια νέα προσομοίωση δημιουργηθεί και το άλλο είδος εκκινείται προαιρετικά από τον χρήστη. Το τελευταίο είδος plugin εξαρτάται από ένα προσομοιωμένο κόμβο, και εάν ο κόμβος μετακινηθεί, το ίδιο θα συμβεί και με το plugin. Ονομάζεται Mote plugin type. Ένα παράδειγμα από αυτό το plugin μπορεί να είναι το να παρακολουθείται μια συγκεκριμένη μεταβλητή του κόμβου και να σταματά η προσομοίωση όποτε αλλάζει η μεταβλητή. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα plugin για το ιστορικό χρήσης ενέργειας, το οποίο ελέγχει το ποσό της ενέργειας που απομένει στην μπαταρία ενός κόμβου και παρουσιάζει αυτά τα δεδομένα γραφικά ως προς το χρόνο. Βλ. Εικόνα 47 στιγμιότυπο με διαφορετικούς τύπους κόμβους με αρχικοποιημένα plugins. 81

84 Εικόνα 48: Screenshot από το Cooja με plugins αρχικοποιημένα. Τα περισσότερα είδη plugins πρέπει να φορτώνονται στην εκκίνηση και να είναι διαθέσιμα μέχρι το COOJA να τερματιστεί. Ωστόσο, το COOJA υποστηρίζει να καταγράφει και να διαγράφει plugins εξαρτάται από την τρέχουσα προσομοίωση. Αυτά τα plugins ονομάζονται dynamic plugins και η μόνη τους διαφορά είναι ο τρόπος που εγγράφονται, π.χ. οποιοδήποτε είδος plugin μπορεί να καταγραφεί σαν δυναμικό plugin. Ο λόγος της υποστήριξης των δυναμικών plugins είναι ότι κάποια τμήματα της προσομοίωσης μπορεί να θέλουν να καταγράψουν ένα plugin από μόνα τους. Ένα παράδειγμα είναι τα μέσα μετάδοσης. Όταν ένα μέσο μετάδοσης χρησιμοποιείται, αυτό είναι το μόνο τμήμα στο COOJA που είναι υπεύθυνο για τις πληροφορίες που αφορούν το πώς πρέπει να χειριστούν τα εκπεμπόμενα δεδομένα. Δηλαδή ποιοι κόμβοι μπορούν να φτάσουν και να συγκρουστούν με άλλους κόμβους, σφάλματα μετάδοσης των bit κλπ. Δεν είναι εύκολο να εφαρμοστεί ένα γενικό φανταστικό interface για όλα τα plugins επειδή τα μέσα μετάδοσης μπορεί να είναι πολύ περίπλοκα και προχωρημένα. Με τη χρήση δυναμικών plugins, ένα μέσο μετάδοσης μπορεί να καταγράφει ένα ή πολλούς plugins από μόνο του και να αφήσει τον χρήστη να δει ή να τροποποιήσει συγκεκριμένες παραμέτρους του μέσου μετάδοσης χρησιμοποιώντας τα plugins. Στην πιο πάνω εικόνα το μέσο μετάδοσης που χρησιμοποιείται ονομάζεται «Radio Medium - Standard» και καταχώρησε ένα 82

85 δυναμικό plugin με το ίδιο όνομα. Αυτό το plugin εύκολα επιτρέπει στο χρήστη να προβάλει, να αλλάξει τη μετάδοση και να παρεμβάλει τα όρια Graphical User Interface Ο πυρήνας Graphical User Interface (GUI) κρατήθηκε όσο πιο απλά γινόταν. Είναι βασισμένος σε παράθυρο της επιφάνειας εργασίας και ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει καινούριο και να φορτώσει ή να αποθηκεύσει προσομοιώσεις με τη χρήση των μενού και διαλόγων. Ο χρήστης μπορεί επίσης να φτιάξει καινούρια είδη κόμβων, να προσθέσει κόμβους, να αλλάξει ρυθμίσεις του προσομοιωτή και να δημιουργήσει περιπτώσεις καταχωρημένων plugins. Όταν φορτώνεται μια προσομοίωση, οι αποθηκευμένες τιμές συνιστώνται στον χρήστη, αλλά δεν μπορούν να μεταβληθούν. Για παράδειγμα, εάν ένας χρήστης φορτώσει μια προσομοίωση με δυο διαφορετικά είδη κόμβων και 100 κόμβους, πρέπει να μεταγλωττίσει ξανά και τα δυο είδη κόμβων πριν προστεθούν οι κόμβοι. Οπότε σε αυτό το σημείο ο χρήστης μπορεί να διαλέξει, για παράδειγμα, να αλλάξει το ποιες διαδικασίες Contiki τρέχουν σε κάθε κόμβο. Αυτό μπορεί να χρησιμεύσει εάν θέλει να συγκρίνει διαφορετικούς αλγόριθμους χρησιμοποιώντας τις ίδιες ρυθμίσεις δικτύου ή πως συμπεριφέρεται η δρομολόγηση πρωτοκόλλων όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικά μέσα μετάδοσης. Όλα τα παράθυρα στην επιφάνεια εργασίας είναι αρχικά plugins, έτσι χωρίς plugins δεν πρόκειται να αλληλεπιδράσει με καμιά προσομοίωση, παρά μόνο να δημιουργήσει και να προσθέσει κόμβους. Ένας αριθμός plugins, που προσφέρουν βασικές λειτουργίες, υλοποιείται στη βασική έκδοση του COOJA. Αυτή η έκδοση περιλαμβάνει την προβολή και μετακίνηση κόμβων, την παρατήρηση της κυκλοφορίας των σημάτων, την παρακολούθηση των interfaces των κόμβων και των καταγεγραμμένων αρχείων εξόδου των κόμβων καθώς και τον έλεγχο των προσομοιώσεων. Εικόνα 49: Συλλογή από ένα νέο τύπο κόμβου 83

86 Μέσα μετάδοσης Ο προσομοιωτής COOJA υποστηρίζει την πρόσθεση και τη χρήση διαφορετικών μέσων διάδοσης, επειδή το δίκτυο επικοινωνίας είναι κεντρικό σε ένα WSN. Κάθε μέσο μετάδοσης εξυπακούει σε ένα αριθμό καταχωρημένων πομπών. Κάθε πομπός έχει τη δική του θέση, και ένα μέσο μετάδοσης την ανακαλύπτει όποτε φθάσουν καινούρια δεδομένα σε οποιοδήποτε πομπό. Και τότε είναι αυτό που αναλαμβάνει τον υπολογισμό για το ποιοι άλλοι πομποί πρέπει να αντιλαμβάνονται τα δεδομένα. Το τρέχων μέσο μετάδοσης που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια μιας προσομοίωσης είναι το μόνο τμήμα που προωθεί ασύρματα δεδομένα, μέσα στο δίκτυο. Χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση ένα μέσο μετάδοσης μπορεί να γίνει αυθαίρετα προηγμένο. Για παράδειγμα, σφάλματα στα bits μπορεί να συμβούν ανάλογα με την απόσταση, ή μπορεί να εξομοιώνονται εμπόδια για να εμποδίσουν ή να καταστρέψουν διαφορετικά κύματα. Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω για να αυξηθεί η αλληλεπίδραση του χρήστη κάθε μέσο μετάδοσης πρέπει να καταχωρείται δυναμικά στα COOJA plugins. Στη βασική έκδοση του COOJA υπάρχουν μόνο δυο απλά μέσα μετάδοσης που εφαρμόζονται και εγγράφονται στην εκκίνηση του προσομοιωτή. Το πρώτο είναι εντελώς αθόρυβο και δεν μεταφέρει κανένα δεδομένο. Το δεύτερο χρησιμοποιεί δυο παραμέτρους εξ αποστάσεως, μια για το εύρος μετάδοσης και μια για το εύρος παρεμβολής. Τα πακέτα δεδομένων στην πραγματικότητα παραδίδονται σε μια ασύρματη συσκευή λήψης και δεν διακόπτονται με κανένα τρόπο Ρυθμιστές θέσης και διανομείς IP Οι ρυθμιστές θέσεις και διανομείς IP είναι καταχωρημένοι και οι δυο ως μέσα διάδοσης- αυτό σημαίνει ότι είναι εύκολο να δημιουργήσεις και να προσθέσεις καινούριους. Χρησιμοποιούνται όταν προστεθούν νέοι κόμβοι σε μια προσομοίωση και επιτρέπουν σε ένα χρήστη να κατανέμει τις θέσεις και τις IP διευθύνσεις με τη βοήθεια προσαρμοσμένων προγραμμάτων (schemes). Οι ρυθμιστές θέσης καθορίζουν τη θέση των κόμβων. Συμπεριλαμβάνονται στη βασική έκδοση COOJA και είναι είτε τυχαία είτε γραμμική η τοποθέτησή τους είτε τοποθετούνται σε σχήμα ελλειψοειδούς. Παραδείγματα ρυθμιστών θέσης μπορούν να είναι η ανάγνωση θέσεων από ένα εξωτερικό αρχείο ή η τοποθέτησή τους σύμφωνα με κάποιο αλγόριθμο. Οι διανομείς IP καθορίζουν τις διευθύνσεις IP του κόμβου, αυτές που ήδη συμπεριλαμβάνονται είναι τυχαίες, ορίζονται από ένα μοναδικό ID κόμβου (identifier) και καθορίζονται από τη θέση του κόμβου. 84

87 Σύστημα διαμόρφωσης Το σύστημα διαμόρφωσης χρησιμοποιείται από το μέρος της Java του προσομοιωτή, και συμπεριλαμβάνει και το βασικό σύστημα του προσομοιωτή και πρόσθετα υλοποιημένα plugins. Τα διαμορφωμένα αρχεία διαβάζονται στην εκκίνηση ή κατά τη διάρκεια που δημιουργείται το είδος κόμβου και με τη δημιουργία νέου. Ο χρήστης μπορεί να προσθέσει επιπλέον ή να αντικαταστήσει την προεπιλεγμένη διαμόρφωση. Το βασικό σύστημα του προσομοιωτή διαβάζει για παράδειγμα ποιοι ρυθμιστές θέσης, διανομείς IP, interfaces, plugins και μέσα μετάδοσης πρέπει να καταχωρηθούν στην εκκίνηση. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει μόνο μεταξύ αυτών των στοιχείων όταν ο προσομοιωτής εκκινείται. Φορτώνοντας όμως ένα άλλο αρχείο διαμόρφωσης, μπορούν να είναι διαθέσιμα από αυτά και νέα στοιχεία. Ένα παράδειγμα, για το πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει το σύστημα διαμόρφωσης ένα interface μπαταρίας, είναι το να διαβάσεις την αρχική του ενέργεια. Με τον ίδιο τρόπο ένα led interface μπορεί να διαβάσει πόση ενέργεια απαιτείται κατά τη διάρκεια των διαφορετικών σταδίων του. Με αυτό τον τρόπο, μόνο με την αλλαγή των αρχείων διαμόρφωσης, το προσομοιωμένο υλικό μπορεί να διαφέρει σημαντικά ανάλογα με το ποια αρχεία διαμόρφωσης φορτώνονται. Μια τυπική χρήση είναι να δημιουργηθούν διαφορετικά αρχεία διαμόρφωσης ανάλογα με το ποια πλατφόρμα υλικού πρέπει να προσομοιωθεί, είτε φορτώνοντας αυτά τα αρχεία στην εκκίνηση της προσομοίωσης ή όταν δημιουργείται το τύπος του κόμβου Εκτεταμένο περιβάλλον προσομοίωσης Ο πιο δημοφιλής τρόπος που χρησιμοποιείται ο COOJA είναι το να δημιουργείται ένα προσαρμοσμένο περιβάλλον εργασίας. Το περιβάλλον εργασίας, που ονομάζεται πλατφόρμα του χρήστη, είναι ένας κατάλογος όπου οι χρήστες μπορούν να επεκτείνουν τη λειτουργικότητα του COOJA χωρίς να αλλάξουν το βασικό σύστημα. Ένα περιβάλλον εργασίας μπορεί να προσθέσει τόσο υλοποιημένες διατάξεις (σε γλώσσα C) όσο και κλάσεις σε Java. Αυτό σημαίνει ότι η προσομοιωμένη πλατφόρμα υλικού μπορεί να επεκταθεί και να έχει νέα interfaces πυρήνα (περιφερειακά) ανάλογα με το ποιος κατάλογος επιλέγεται σαν τρέχουσα πλατφόρμα του χρήστη. Από τη πλευρά της Java, τα plugins και τα interfaces της προσομοίωσης πρέπει να επεκτείνουν συγκεκριμένες αυθαίρετες (abstract) κλάσεις στο βασικό σύστημα. Όταν μεταγλωττίζονται από το COOJA μπορούν να φορτώνονται και να χρησιμοποιούνται από τον προσομοιωτή, χωρίς να χρειάζεται η μεταγλώττιση τους ξανά από το βασικό σύστημα. Βέβαια το ποια interfaces και plugins είναι διαθέσιμα καθορίζεται με τον συνηθισμένο τρόπο, δηλαδή με το σύστημα διαμόρφωσης που εξηγείται πιο πάνω. Η πιο κάτω εικόνα μας δείχνει μια σύγκριση για όταν δημιουργούνται τύποι κόμβων με ή χωρίς πλατφόρμα χρήστη. 85

88 Εικόνα 50: Σύνταξη με ή χωρίς χρήστη της πλατφόρμας 6.6. Ένα εκτενές παράδειγμα Εδώ εξηγείται ένα απλό παράδειγμα. Η προσομοίωση θα περιέχει διάφορους κόμβους, οι οποίοι όλοι τρέχουν την ίδια εφαρμογή Contiki στο ίδιο προσομοιωμένο υλικό. Αυτό το παράδειγμα τρέχει χρησιμοποιώντας συγκεκριμένη διαμόρφωση και τα αποτελέσματα προβλέπονται να είναι διαφορετικά εάν χρησιμοποιούνταν και κάτι άλλο, όπως άλλα interfaces, plugins, μέσα μετάδοσης, εκδόσεις uip, πρωτόκολλα MAC κλπ. Η εφαρμογή Contiki είναι πολύ απλή, εάν το κουμπί της εφαρμογής πατηθεί τότε ο κόμβος θα στείλει ένα διαδικτυακό μήνυμα εκπομπής σε όλους τους άλλους κόμβους. Και όταν λαμβάνεται ένα τέτοιο πακέτο ανάβουν και τα τρία λαμπάκια (leds) Η εφαρμογή Contiki Η διαδικασία Contiki υλοποιείται στο cooyah.c με τη χρήση Protothreads και ονομάζεται cooyah_example_process. Ο ψευδοκώδικας του κύριου μέρους αυτής της διαδικασίας παρουσιάζεται πιο κάτω: PROCESS BODY OF cooyah_example_process 86

89 LOG "Example process started" ACTIVATE NETWORK ACTIVATE BUTTON SENSOR LOOP FOREVER { - wait for incoming event * if shut down event LOG "An event occurred: shutting down" shut down * if button was pressed LOG "An event occurred: the button is pressed, sending packet" send network packet containing "cooyah COOJA" * if button was released LOG "An event occurred: the button was released again, doing nothing" * if network packet was received LOG "An event occurred: a packet was received, turning on leds" LOG "PACKET DATA:" + packet_data turn on all three leds } END OF PROCESS BODY Όπως φαίνεται και από τον πιο πάνω κώδικα, χειρίζονται 4 διαφορετικά γεγονότα, ένα γεγονός εξόδου, ένα γεγονός όταν πατιέται το κουμπί, άλλο όταν το κουμπί αφήνεται, και ένα όταν λαμβάνονται δεδομένα δικτύου. Το πηγαίο αρχείο βρίσκεται στην κύρια πλατφόρμα της προσομοίωσης για να μπορεί ο προσομοιωτής να το βρει. 87

90 Η δημιουργία του τύπου κόμβου Η προσομοίωση δημιουργήθηκε με το κανονική μέσο μετάδοσης, και ο τύπος κόμβου με την πιο κάτω επιλεγμένη διαδικασία. Όλα τα interfaces της προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκαν, παρόλο που μόνο μερικά είναι απαραίτητα στην πιο πάνω εφαρμογή. Εικόνα 51: Παράδειγμα δημιουργίας τύπου κόμβου Όταν πιεστεί το κουμπί «Test current settings», επιλέγεται η κλάση «Lib1» και το αρχείο του πηγαίου κώδικα του Contiki παράγεται, mtype1.c. Αυτό το αρχείο περιέχει στις JNI συναρτήσεις οι οποίες είναι ρυθμισμένες να καλούνται από κλάση του «Lib1», και όλες οι διαδικασίες εκκίνησης συμπεριλαμβανομένων των πιο πάνω, και εν τέλει όλα τα interfaces του πυρήνα και τους αισθητήρες. Μεταγλωττίζεται κατά την κύρια πλατφόρμα της προσομοίωσης η οποία βγήκε ως αποτέλεσμα από το αρχείο βιβλιοθήκης και το αρχείο χαρτογράφησης. Όταν το κουμπί «Create» πιεστεί, η κλάση της βιβλιοθήκης φορτώνεται και αναλύονται οι διευθύνσεις της μεταβλητής και του τμήματος της μνήμης. Τελευταία η συνάρτηση της JNI «init» καλείται πάνω από τη νεοσύστατη βιβλιοθήκη και η τρέχουσα μνήμη αυξάνεται. Η μνήμη αυτή αντιπροσωπεύει ένα νέο κόμβο που ξεκίνησε και αποθηκεύεται στον τύπο του κόμβου για να χρησιμοποιηθεί όταν θα προστεθούν και νέοι κόμβοι. 88

91 Η πρόσθεση των κόμβων Στο συγκεκριμένο παράδειγμα προστίθενται τυχαία 10 κόμβοι από τον πιο πάνω τύπο κόμβων. Όλοι αυτοί οι κόμβοι λαμβάνουν τη βασική αρχική μνήμη από τον τύπο κόμβου, και όλα τα interfaces που καθορίζονται στον τύπο κόμβου δημιουργούνται για κάθε ένα από τους νέους κόμβους Η εκκίνηση της προσομοίωσης Ο κύκλος της προσομοίωσης αρχίζει όταν η προσομοίωση ξεκινήσει από το plugin «Control Panel». Μετά από μόλις μερικά ticks, εμφανίζεται το αρχικό μήνυμα καταγραφής στο plugin «Log Listener». Ακόμη, η κατάσταση όλων των κόμβων είναι ρυθμισμένη στην αναμονή, επειδή δεν υπάρχουν καθόλου μη χειρισμένα γεγονότα ή χρονομετρητές γεγονότων σε αναμονή. Κάποια interfaces της προσομοίωσης επιτρέπεται ακόμη να ενεργούν, όπως για παράδειγμα αυτό της μπαταρίας. Ένα κόμβος σε κατάσταση αναμονής μπορεί μόνο να διεγερθεί από μια εξωτερική διακοπή, όπως είναι το πάτημα ενός κουμπιού. Σε αυτή όμως την προσομοίωση, συμβαίνει με εισερχόμενα μηνύματα εκπομπής και ενεργοποιητές εξωτερικών διακοπών. Εικόνα 52: Παράδειγμα πρόσθεσης κόμβων. Με τη χρήση του plugin «Mote Interface Viewer» μπορούμε να δούμε και να επηρεάζουμε τα interfaces της προσομοίωσης. Στην πιο κάτω εικόνα μπορούμε να δούμε ότι ο κόμβος 2 και ο 89

92 κόμβος 8 έχουν τα σβησμένα τα λαμπάκια τους και επίσης έχουμε την επιλογή να πιέσουμε το κουμπί του κόμβου 8. Εικόνα 53: Η εκκίνηση της προσομοίωσης Η πίεση του κουμπιού Με τη χρήση της γραφικής αντιπροσώπευσης του κουμπιού στο interface της προσομοίωσης, πατούμε το κουμπί του κόμβου 8. Το interface δραστηριοποιείται στη μνήμη του κόμβου και αλλάζει τις μεταβλητές χαρακτήρα «simbuttonisdown» σε 1 και «simbuttonhaschanged» σε 1. Επίσης αλλάζει την κατάσταση του κόμβου σε ενεργή, μιμούμενη μια εξωτερική διακοπή. Παρακάτω δίνεται ο κώδικας σε Java από το κουμπί του interface της προσομοίωσης, και εκτελείται με την πίεση του κουμπιού. /** * Presses the button and flags a change. */ public void pressbutton() { 90

93 motemem.setbytevalueof("simbuttonisdown", (byte) 1); if (motemem.getbytevalueof("simbuttonisactive") == 1) { motemem.setbytevalueof("simbuttonchanged", (byte) 1); } // If mote is inactive, wake it up if (RAISES_EXTERNAL_INTERRUPT) mote.setstate(mote.state_active); } Ο κύκλος της προσομοίωσης συνεχίζεται όπως και πριν μόνο που τώρα ο κόμβος 8 είναι ενεργός. Αυτό προκαλεί το tick που φτάνει στον πυρήνα και επιτρέπεται να ενεργοποιηθεί το αντίστοιχο κουμπί στο interface του πυρήνα. Ο πιο κάτω κώδικας είναι από το κουμπί του interface, πρόγραμμα οδήγησης για το προσομοιωμένο κουμπί. Το interface της προσομοίωσης και το interface του πυρήνα λειτουργούν με τις ίδιες μεταβλητές. dointerfaceactionsbeforetick(void) { // Check if button value has changed if (simbuttonchanged && simbuttonisactive) { sensors_changed(&button_sensor); simbuttonchanged = 0; } } Το interface του πυρήνα αντιλαμβάνεται ότι πατήθηκε το κουμπί και δίνει σήμα στο σύστημα Contiki για αλλαγή, έτσι καλείται η sensors_changed(&button_sensor). Το σύστημα Contiki προσθέτει ένα γεγονός που δεν χειρίστηκε στη λίστα του και ασχολείται με αυτό κατά τη διάρκεια της επόμενης συνάρτησης process_run(), που καλείται όταν όλα τα interfaces του πυρήνα έχουν ενεργήσει. Μετά από μερικά ticks, αυτό το γεγονός πάει στην εφαρμογή cooyah, η οποία στέλνει ένα πακέτο στο δίκτυο. Το interface του κουμπιού της προσομοίωσης απελευθερώνει αυτόματα το 91

94 προσομοιωμένο κουμπί ένα tick μετά που έχει πιεστεί. Αυτό προκαλεί ακόμα ένα γεγονός που πρέπει να πάει στην εφαρμογή, το οποίο φαίνεται και στο plugin «Log Listener» Εικόνα 54: Παράδειγμα από το πάτημα του κουμπιού «Click button» Η αποστολή του πακέτου εκπομπής. Η εφαρμογή cooyah στέλνει το πακέτο με την κλήση μιας uip συνάρτησης: uip_send("cooyah COOJA", 12), η οποία απλά αντιγράφει τα δεδομένα μέσα στον καθολικό προσωρινό αποθηκευτικό χώρο. Μετά από μερικά ticks, η προεπιλεγμένη uip διαδικασία του Contiki που εκτελείται, διαπιστώνει ότι έχει μη επεξεργασμένα δεδομένα στον καθολικό προσωρινό αποθηκευτικό χώρο. Οπότε τελικά αυτά τα δεδομένα περνούν στο πρόγραμμα οδήγησης της συσκευής και υλοποιούνται στο interface του πυρήνα εκπομπής. To interface του πυρήνα εκπομπής αντιγράφει δεδομένα από τον καθολικό προσωρινό χώρο αποθήκευσης σένα δικό του προσωρινό χώρο. Με τον ίδιο τρόπο τα interfaces των κουμπιών του πυρήνα και της προσομοίωσης επικοινωνούν μεταξύ του, αυτό το πακέτο αργότερα 92

95 μεταφέρεται στο interface της προσομοίωσης. Και τότε το interface της προσομοίωσης ειδοποιεί όλους τους παρατηρητές του ότι υπάρχουν διαθέσιμα καινούρια δεδομένα Η προώθηση του πακέτου εκπομπής Το μέσο εκπομπής που χρησιμοποιείται στην προσομοίωση καταγράφεται ως ένας παρατηρητής σε όλα τα interfaces της προσομοίωσης. Όταν το πιο πάνω interface παραλάβει ένα πακέτο, το μέσο εκπομπής ειδοποιήθηκε γι αυτό και απέφερε τα καινούρια δεδομένα. Και μετά αποφασίζει σε ποιά άλλα interfaces εκπομπής πρέπει να παραλάβουν αυτά τα δεδομένα, σε αυτό το παράδειγμα οι 2 γειτονικοί κόμβοι, κόμβος 2 και κόμβος 5. Στο plugin που καταχωρήθηκε από το μέσο εκπομπής, το «Radio Medium - Standard», η τρέχουσα μεταφορά και τα όρια της παρεμβολής απεικονίζονται όπως και οι τρέχουσες συνδέσεις. Στην κάτω αριστερή γωνία της εικόνας φαίνεται το στιγμιότυπο που το μέσο εκπομπής προωθεί το πακέτο του δικτύου. Εικόνα 55: Παράδειγμα μεταφοράς πακέτου 93

96 Από τη στιγμή που στο interface της εκπομπής επιτρέπεται να προκαλέσει διακοπές στην προσομοίωση, θα διεγείρει και τους δυο κόμβους, τον 2 και τον 5. Τα δεδομένα που λαμβάνονται περνούν στα interfaces του πυρήνα εκπομπής με τον ίδιο τρόπο όπως και προηγουμένως, και μετά χειρίζονται από τη διαδικασία uip και στη διαδικασία cooyah τελικά παρέχεται ένα γεγονός, «incoming network data» Η ενεργοποίηση των leds Η προσομοίωση και τα interfaces του πυρήνα που παρουσιάζουν τα λαμπάκια (leds) συνδέονται με τρόπο παρόμοιο με αυτό των κουμπιών (buttons), εκπομπών (radios) κλπ. Στις πιο κάτω εικόνες, την πρώτη φαίνονται τα αποτελέσματα στα λαμπάκια και τα αρχεία καταγραφής, και στη δεύτερη μια περίληψη από τα γεγονότα που συνέβησαν κατά τη διάρκεια αυτού του παραδείγματος. Εικόνα 56: Το αποτέλεσμα των leds στο παράδειγμα 94

97 Εικόνα 57: Το σύνολο των γεγονότων του παραδείγματος Μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας σε πιο πρόσφατη έκδοση του Contiki OS Δομή και τοπολογία Το δίκτυο που υλοποιήθηκε, αποτελείται από 25 κόμβους αισθητήρων. Θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα των μετρήσεων από 2 τοπολογίες. Η πρώτη είναι αυτή της τοποθέτησης των αισθητήρων σε τυχαίες θέσεις σε ένα χώρο 100m x 100m και στη δεύτερη τοπολογία τοποθετούνται οι αισθητήρες σε σχήμα έλλειψης σε χώρο 100m x 100m Σκοπός των μετρήσεων Η συγκεκριμένη εφαρμογή υλοποιήθηκε με απώτερο σκοπό την παρουσίασης των αποτελεσμάτων της κατανάλωσης ενέργειας αλλά και άλλων μετρήσεων όπως τα επίπεδα ενέργειας που απομένουν στις μπαταρίες κάθε κόμβου, τον όγκο των δεδομένων που έχουν αποσταλεί ή παραληφθεί σε κάθε χρονική στιγμή, το πλήθος των επιμέρους μεταδόσεων (hops) μέχρι να φτάσει το πακέτο πληροφορίας κ.α. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα βασικά σημεία της εγκατάστασης της πιο πρόσφατης έκδοσης του Contiki OS. 95

98 Εγκατάσταση Η εγκατάσταση του συστήματος βασίστηκε στο Virtual Machine Instant Contiki. Πρόκειται για ένα εικονικό περιβάλλον με προεγκατεστημένη έκδοση λογισμικού linux ubuntu καθώς και συγκεκριμένες εφαρμογές, που είναι χρήσιμες για την συγκέντρωση και απεικόνιση δεδομένων από κόμβους αισθητήρες διαφόρων εταιριών. Για την συγκεκριμένη εγκατάσταση, πρώτα αποθηκεύτηκαν τα σχετικά αρχεία και εγκαταστάθηκε η τελευταία έκδοση του VMware player. Στη συνέχεια, έγινε η εγκατάσταση του συγκεκριμένου VM, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα 58: Εγκατάσταση συστήματος Αναλυτικότερα τα βήματα που ακολουθήθηκαν για την εγκατάσταση του Contiki περιγράφονται ποιο κάτω: Βήμα 1: Κατεβάζουμε την τελευταία έκδοση InstantContiki2.6 και αποθηκεύουμε το αρχείο στον υπολογιστή μας. Το συγκεκριμένο αρχείο είναι πολύ μεγάλο παρόλο που το κατεβάζουμε συμπιεσμένο. Αφού το κατεβάσουμε το αποσυμπιέζουμε σε διεύθυνση του υπολογιστή που θυμόμαστε. 96

99 Εικόνα 59: Κατεβάζουμε το InstantContiki2.6.zip Βήμα 2: Κατεβάζουμε και εγκαθιστούμε στον υπολογιστή μας το VMWare Player το οποίο βρίσκουμε δωρεάν στο διαδίκτυο. Εικόνα 60: Κατεβάζουμε το VMWare Player Βήμα 3: Στη συνέχεια ξεκινούμε το Contiki εκτελώντας το αρχείο InstantContiki2.6.vmx. Περιμένουμε να εμφανιστεί η εικόνα της έναρξης του OS Ubuntu Linux. Για να συνδεθούμε στην οθόνη υποδοχής σημειώνουμε τον κωδικό που είναι «user». 97

100 Εικόνα 61: Στιγμιότυπο οθόνης υποδοχής Βήμα 4: Ανοίγουμε ένα παράθυρο terminal και μεταβαίνουμε στον κατάλογο Cooja με την εντολή : cd Contiki/tools/cooja. Και για να ξεκινήσει το Cooja πληκτρολογούμε την εντολή: ant run.ο Cooja μπορεί να αργήσει να ξεκινήσει την πρώτη φορά επειδή κάνει compile από μόνο του τον εαυτό του. Όταν συνταχθεί τότε εμφανίζεται ένα μπλε παράθυρο. Έτσι ο Cooja είναι έτοιμος για προσομοιώσεις! Για να δημιουργήσουμε σε αυτή την έκδοση μια προσομοίωση επιλέγουμε από το μενού File, New simulation..και εμφανίζεται ένα νέο παράθυρο στο οποίο μπορούμε να επιλέξουμε το όνομα που θέλουμε να δώσουμε στην προσομοίωσή μας και πατούμε το κουμπί Create. Τότε εμφανίζονται πολλά παράθυρα που εξηγούμε πιο κάτω τι απεικονίζει το καθένα. Εικόνα 62: Δημιουργία νέας προσομοίωσης 98

101 Εικόνα 63: Απεικόνιση δικτύου με 10 κόμβους σε τυχαία τοποθέτηση Εικόνα 64: Η γραμμή χρόνου που εμφανίζει την κίνηση των κόμβων Εικόνα 65: Πίνακας ελέγχου προσομοίωσης 99

102 Εικόνα 66: Πίνακας εξόδου κόμβων ανά χρόνο Εικόνα 67: Πρόσθεση κόμβων Για την πρόσθεση των κόμβων επιλέγουμε από το μενού Motes, Add motes και Create new mote type και Sky mote.. Στο επόμενο παράθυρο διαλέγουμε από τα αρχεία που αποθηκεύτηκαν με την εγκατάσταση ποιο είδος προσομοίωσης θέλουμε να τρέξουμε. Για τη δική μας προσομοίωση επιλέξαμε το αρχείο collect-view-shell.c το οποίο και κάνουμε πρώτα Compile και έπειτα επιλέγουμε Create. Στη συνέχεια βάζουμε τον αριθμό των κόμβων που θέλουμε να προσομοιώσουμε όπως και τον τρόπο που θέλουμε να τοποθετηθούν στο χώρο. 100

103 Εικόνα 68: Compile το collect-view-shell.c Εικόνα 69: Προσθήκη κόμβων Η προσομοίωση για να ξεκινήσει πρέπει να πατήσουμε το κουμπί start από το παράθυρο Simulation Control που έχουμε μπροστά μας. Η συλλογή όμως των μετρήσεων που θέλουμε να παρουσιάζουμε στην εργασία γίνεται με την επιλογή κάποιου mote από το Network και από τα εργαλεία να επιλέξουμε το CollectView. 101

104 Η εφαρμογή έχει το παρακάτω περιβάλλον. Στην επόμενη ενότητα παρουσιάζονται τα σημαντικότερα αποτελέσματα. Εικόνα 70: Περιβάλλον εφαρμογής Εικόνα 71: Επιλογή του εργαλείου CollectView στον κόμβο 8 102

105 Εικόνα 72: Περιβάλλον του interface CollectView Από το πιο πάνω interface του CollectView επιλέγουμε την κατάλληλη κατηγορία ανάλογα με το ποιες πληροφορίες θέλουμε να συλλέξουμε. Για τις πιο κάτω πληροφορίες επιλέξαμε την κατηγορία «Network» Εικόνα 74: Τοπολογία δικτύου Εικόνα 73: Δομή δικτύου 103

106 Οι πιο πάνω εικόνες απεικονίζουν το πώς είναι τοποθετημένοι στο χώρο οι κόμβοι και πως επικοινωνούν μεταξύ τους. Ακολουθούν διαγράμματα το routing metric καθώς και πόσα πακέτα έχουν ληφθεί. Εικόνα 75: Routing metric ως προς το χρόνο Εικόνα 76: Πακέτα που λαμβάνονται ανά χρόνο Στη συνέχεια επιλέγουμε την κατηγορία «Sensors» για την απεικόνιση του επιπέδου της μπαταρίας των αισθητήρων. Εικόνα 77: Επίπεδο μπαταρίας 104

107 Επιλέγοντας την κατηγορία Power μπορούμε να δούμε τα αποτελέσματα για μέση κατανάλωση ισχύος, στιγμιαία κατανάλωση ισχύος και την λειτουργία των αισθητήρων με βάση το duty cycle. Εικόνα 78: Μέση κατανάλωση ισχύος Εικόνα 79: Στιγμιαία κατανάλωση ισχύος 105

108 Εικόνα 80: Ιστορικό κατανάλωσης ισχύος για τους πρώτους 8 κόμβους Η κατανάλωση ισχύος φαίνεται αναλυτικά για την μετάδοση δεδομένων, την παρακολούθηση του διαύλου και για το σύστημα LPM (local positioning system). Από ότι φαίνεται το μεγαλύτερο μέρος καταναλώνεται για την παρακολούθηση του διαύλου. Τέλος παρουσιάζονται πόσα πακέτα έλαβε ο κάθε κόμβος καθώς και το πλήθος των επιμέρους μεταδόσεων. Εικόνα 81: Average Radio Duty Cycle 106

109 Εικόνα 82: Ληφθέντα πακέτα ανά κόμβο Εικόνα 83: Μεταπηδήσεις δικτύου 107

110 Οι ίδιες μετρήσεις και αποτελέσματα απεικονίζονται πιο κάτω για κόμβους τοποθετημένους σε σχήμα έλλειψης σε χώρο 100m x 100 m. 108

111 109

112 110

113 111

ZigBee. Φοιτητής: Μόσχογλου Στυλιανός Επιβλέπων καθηγητής: κ. Δοκουζγιάννης Σταύρος

ZigBee. Φοιτητής: Μόσχογλου Στυλιανός Επιβλέπων καθηγητής: κ. Δοκουζγιάννης Σταύρος ZigBee Φοιτητής: Μόσχογλου Στυλιανός Επιβλέπων καθηγητής: κ. Δοκουζγιάννης Σταύρος Τι είναι το ZigBee; Ένα τυποποιημένο πρωτόκολλο χαμηλής Κατανάλωσης Ισχύος σε Wireless Persnal Area Netwrks (WPANs) Ένα

Διαβάστε περισσότερα

WSNs- ΜΟΥΣΕΙΟ. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΩΝ ΜΟΥΣΕΙΩΝ ΒΑΣΙΣΜΕΝΕΣ ΣΕ WSNs

WSNs- ΜΟΥΣΕΙΟ. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΩΝ ΜΟΥΣΕΙΩΝ ΒΑΣΙΣΜΕΝΕΣ ΣΕ WSNs WSNs- ΜΟΥΣΕΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΩΝ ΜΟΥΣΕΙΩΝ ΒΑΣΙΣΜΕΝΕΣ ΣΕ WSNs ΠΡΟΒΛΗΜΑ Η φθορά των έργων τέχνης λόγω της ανθρώπινης παρέμβασης Οι περιβαλλοντικές αλλαγές

Διαβάστε περισσότερα

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ. Τέλος όταν τα κύματα 'χτυπήσουν' την κεραία λήψης, το σήμα λαμβάνεται και έπειτα αποκωδικοποιείται πίσω στην αρχική μορφή δεδομένων

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ. Τέλος όταν τα κύματα 'χτυπήσουν' την κεραία λήψης, το σήμα λαμβάνεται και έπειτα αποκωδικοποιείται πίσω στην αρχική μορφή δεδομένων ΠΟΜΠΟΣ Στις τηλεπικοινωνίες ένας πομπός είναι μια ηλεκτρονική συσκευή η οποία, με τη βοήθεια μιας κεραίας, παράγει και εκπέμπει ραδιοκύματα, με απώτερο σκοπό την, αργότερα, λήψη τους από κάποιο δέκτη.

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 1 Ε Π Α Ν Α Λ Η Ψ Η

Κεφάλαιο 1 Ε Π Α Ν Α Λ Η Ψ Η Κεφάλαιο 1 Ε Π Α Ν Α Λ Η Ψ Η Αρχές Δικτύων Επικοινωνιών Σελ. 9-50 Γεώργιος Γιαννόπουλος ΠΕ19, ggiannop (at) sch.gr http://diktya-epal-b.ggia.info/ Creative Commons License 3.0 Share-Alike Σύνδεση από σημείο

Διαβάστε περισσότερα

ΕΝΟΤΗΤΑ 5 5.0 ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑ

ΕΝΟΤΗΤΑ 5 5.0 ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑ ΕΝΟΤΗΤΑ 5 5.0 ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ανάγκη των ανθρώπων για ασύρματη επικοινωνία από απόσταση έδωσε το έναυσμα στους επιστήμονες της εποχής, πριν περίπου 116 χρόνια, να ασχοληθούν περαιτέρω με την εξέλιξη

Διαβάστε περισσότερα

Συνδεσιμότητα κινητού τηλεφώνου

Συνδεσιμότητα κινητού τηλεφώνου Συνδεσιμότητα κινητού τηλεφώνου Συνδεσιμότητα κινητού Wifi O όρος WIFI (Wireless Fidelity) χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει τις συσκευές που βασίζονται στην προδιαγραφή και εκπέμπουν σε συχνότητες 2.4GHz.

Διαβάστε περισσότερα

devolo dlan powerline technology Σύντομη παρουσίαση dlan 1200+ WiFi ac

devolo dlan powerline technology Σύντομη παρουσίαση dlan 1200+ WiFi ac devolo dlan powerline technology Σύντομη παρουσίαση dlan 1200+ WiFi ac dlan 1200+ WiFi ac 2 dlan 1200+ WiFi ac Υφιστάμενη κατάσταση Οι φορητές συσκευές όλο πληθαίνουν καθημερινά. Όλο και περισσότεροι χρήστες

Διαβάστε περισσότερα

ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Ιωάννης Σταυρακάκης, Καθηγητής ioannis@di.uoa.gr. http://www.di.uoa.gr/~ioannis/courses.html Password: edi

ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Ιωάννης Σταυρακάκης, Καθηγητής ioannis@di.uoa.gr. http://www.di.uoa.gr/~ioannis/courses.html Password: edi ΔΙΚΤΥΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Ιωάννης Σταυρακάκης, Καθηγητής ioannis@di.uoa.gr http://www.di.uoa.gr/~ioannis/courses.html Password: edi Δίκτυα Επικ. - Κεφ. 1 ( Καθ. Ι. Σταυρακάκης, Τμήμα Πληροφ. & Τηλεπικ. - Ε.Κ.Π.Α.)

Διαβάστε περισσότερα

ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ. ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΝΧΤ ΚΑΙ ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ BLUETOOTH, I2C και serial communication

ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ. ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΝΧΤ ΚΑΙ ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ BLUETOOTH, I2C και serial communication ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΝΩ ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΝΧΤ ΚΑΙ ΤΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ BLUETOOTH, I2C και serial communication ΜΠΑΝΤΗΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ 533 ΤΣΙΚΤΣΙΡΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ 551 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΡΟΜΠΟΤ LEGO NXT Το ρομπότ

Διαβάστε περισσότερα

ΘΕΜΑ : ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ DIGITAL ELECTRONICS

ΘΕΜΑ : ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ DIGITAL ELECTRONICS ΘΕΜΑ : ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ DIGITAL ELECTRONICS ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 1 περιόδους 16/11/2011 10:31 (31) καθ. Τεχνολογίας ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΜΕΓΕΘΩΝ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ (ANALOGUE) ΨΗΦΙΑΚΟ (DIGITAL) 16/11/2011 10:38 (38) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ

Διαβάστε περισσότερα

Πανεπιστήμιο Κύπρου. Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ)

Πανεπιστήμιο Κύπρου. Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) 26/01/2014 Συνεισφορά του κλάδους ΗΜΜΥ Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Ευρύ φάσμα γνώσεων και επιστημονικών

Διαβάστε περισσότερα

Ιατρική Πληροφορική ΔΡ. Π. ΑΣΒΕΣΤΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Τ. Ε. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι

Ιατρική Πληροφορική ΔΡ. Π. ΑΣΒΕΣΤΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Τ. Ε. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Ιατρική Πληροφορική ΔΡ. Π. ΑΣΒΕΣΤΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Τ. Ε. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Διαλέξεις μαθήματος: http://medisp.teiath.gr/eclass/courses/tio103/ https://eclass.teiath.gr/courses/tio100/

Διαβάστε περισσότερα

Λειτουργικά. Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Δυτικής Μακεδονίας Σιώζιος Κων/νος - Πληροφορική Ι

Λειτουργικά. Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Δυτικής Μακεδονίας Σιώζιος Κων/νος - Πληροφορική Ι Λειτουργικά Συστήματα 1 Λογισμικό του Υπολογιστή Για να λειτουργήσει ένας Η/Υ εκτός από το υλικό του, είναι απαραίτητο και το λογισμικό Το σύνολο των προγραμμάτων που συντονίζουν τις λειτουργίες του υλικού

Διαβάστε περισσότερα

Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα Εισαγωγή Πως λειτουργούν οι ηλεκτρονικές επικοινωνίες: Ένα βασικό μοντέλο ηλεκτρονικής επικοινωνίας αποτελείται απλά από ένα πόμπο, το δίαυλο μεταδόσεως, και το δέκτη.

Διαβάστε περισσότερα

ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Οποτε ακούτε ραδιόφωνο, βλέπετε τηλεόραση, στέλνετε SMS χρησιµοποιείτε ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία (ΗΜΑ). Η ΗΜΑ ταξιδεύει µε

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 2Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 2Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 2Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ 1. Να αναφέρετε μερικές από τις σημαντικότερες εξελίξεις και εφευρέσεις στην ιστορία των συστημάτων επικοινωνίας. Η ανακάλυψη του κινητού τυπογραφικού

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΗΛΕΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ

ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΗΛΕΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΗΛΕΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΤΟΠΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΤΣΙΑΝΤΗΣ ΛΕΩΝΙΔΑΣ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΚΥΡΑΓΙΑΝΝΗΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Διαβάστε περισσότερα

ΠΛΑΤΩΝΑΣ Έργο ΓΓΕΤ 1SME2009

ΠΛΑΤΩΝΑΣ Έργο ΓΓΕΤ 1SME2009 ΠΛΑΤΩΝΑΣ Έργο ΓΓΕΤ 1SME2009 4o Συνέδριο InfoCom Green ICT 2012 ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ ΠΛΑΤΩΝΑΣ ΠΛΑΤφόρμα έξυπνου διαλογισμικού για συλλογή, ανάλυση, επεξεργασία δεδομένων από συστήματα πολλαπλών ετερογενών ΑισθητήρΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Διατάξεις Ημιαγωγών. Ηλ. Αιθ. 013. Αριθμητικές Μέθοδοι Διαφορικών Εξισώσεων Ηλ. Αιθ. 013

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Διατάξεις Ημιαγωγών. Ηλ. Αιθ. 013. Αριθμητικές Μέθοδοι Διαφορικών Εξισώσεων Ηλ. Αιθ. 013 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Ακαδημαϊκό Έτος 2014-2015 Περίοδος Φεβρουαρίου 2015 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΩΡΑ 1ο-2ο ΕΞΑΜΗΝΟ 3ο-4ο ΕΞΑΜΗΝΟ 5ο-6ο

Διαβάστε περισσότερα

Αποδοτικότητα με ευκολία χρήσης

Αποδοτικότητα με ευκολία χρήσης Αποδοτικότητα με ευκολία χρήσης Οι νέοι μετατροπείς στοιχειοσειράς της ΑΒΒ για Φ/Β συστήματα Οι τεχνολογικές εξελίξεις συνεχώς βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα και την απόδοση σε σχέση με το κόστος των

Διαβάστε περισσότερα

INTERNSHIP DAY. @ THE PATRAS INNOHUB, May 15 th, 2012. INFITHEON Technologies & INFISENSIS Technologies

INTERNSHIP DAY. @ THE PATRAS INNOHUB, May 15 th, 2012. INFITHEON Technologies & INFISENSIS Technologies INTERNSHIP DAY @ THE PATRAS INNOHUB, May 15 th, 2012 INFITHEON Technologies & INFISENSIS Technologies Τρίτη 15 Μαϊου 2012 INFITHEON Technologies Vision: Η ανάπτυξη καινοτομικών συστημάτων υψηλής τεχνολογίας

Διαβάστε περισσότερα

Τι είναι τα εξελιγμένα-έξυπνα δίκτυα-σκοπός του ΔΜΔΕ ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Τι είναι τα εξελιγμένα-έξυπνα δίκτυα-σκοπός του ΔΜΔΕ ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Σε αναλογία με την ανάπτυξη που προέκυψε από την ψηφιοποίηση των επικοινωνιών, τα έξυπνα δίκτυα επιτρέπουν ανάλογο μετασχηματισμό στην παροχή ηλεκτρική ενέργειας Τα έξυπνα δίκτυα αξιοποιούν

Διαβάστε περισσότερα

Το Διαδίκτυο των Αντικειμένων και η Δύναμη του Πλήθους (Internet of Things and Crowdsourcing)

Το Διαδίκτυο των Αντικειμένων και η Δύναμη του Πλήθους (Internet of Things and Crowdsourcing) Το Διαδίκτυο των Αντικειμένων και η Δύναμη του Πλήθους (Internet of Things and Crowdsourcing) Καθ. Σωτήρης Νικολετσέας 1,2 1 Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Πατρών 2 Ινστιτούτο Τεχνολογίας

Διαβάστε περισσότερα

Εναλλακτικές Τεχνικές Εντοπισμού Θέσης

Εναλλακτικές Τεχνικές Εντοπισμού Θέσης Εναλλακτικές Τεχνικές Εντοπισμού Θέσης Στρίγκος Θεόδωρος Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο el01222@mail.ntua.gr Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2013

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2013 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2013 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (Ι) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Μάθημα : Τεχνολογία Ηλεκτρονικών

Διαβάστε περισσότερα

Νέες Επικοινωνιακές Τεχνολογίες

Νέες Επικοινωνιακές Τεχνολογίες Νέες Επικοινωνιακές Τεχνολογίες Λύσεις Θεμάτων http://nop33.wordpress.com Τι ορίζουμε ως Τοπικό Δίκτυο Υπολογιστών; Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά των Τοπικών Δικτύων; Ποιες οι βασικές τοπολογίες

Διαβάστε περισσότερα

ΕΝΟΤΗΤΑ 3 3.0 ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΕΝΟΤΗΤΑ 3 3.0 ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΝΟΤΗΤΑ 3 3.0 ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Όπως είναι ήδη γνωστό, ένα σύστημα επικοινωνίας περιλαμβάνει τον πομπό, το δέκτη και το κανάλι επικοινωνίας. Στην ενότητα αυτή, θα εξετάσουμε τη δομή και τα χαρακτηριστικά

Διαβάστε περισσότερα

Πτυχιακή Εργασία. Ασύρματα Δίκτυα της Τεχνολογίας Hot Spot

Πτυχιακή Εργασία. Ασύρματα Δίκτυα της Τεχνολογίας Hot Spot Πτυχιακή Εργασία Ασύρματα Δίκτυα της Τεχνολογίας Hot Spot Σκοπός της σημερινής παρουσίασης είναι να παρουσιαστεί και να αναλυθεί η δομή και ο τρόπος λειτουργίας ενός δικτύου Hot Spot. Υπεύθυνος Παρουσίασης

Διαβάστε περισσότερα

Το κινητό τηλέφωνο. Θάνος Ψαρράς. Μαθητής Β4 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης. Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος

Το κινητό τηλέφωνο. Θάνος Ψαρράς. Μαθητής Β4 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης. Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος Το κινητό τηλέφωνο Θάνος Ψαρράς Μαθητής Β4 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος Καθηγητής Πληροφορικής Ελληνικού Κολλεγίου Θεσσαλονίκης Η παρακάτω

Διαβάστε περισσότερα

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχόλη Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Αναστάσιος Ζαφειρόπουλος. 28 Σεπτεμβρίου 2010

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχόλη Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Αναστάσιος Ζαφειρόπουλος. 28 Σεπτεμβρίου 2010 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχόλη Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Αναστάσιος Ζαφειρόπουλος Ημερίδα ΚΑΠΕ: Εξοικονόμηση Ενέργειας στην Ηλεκτρική Κατανάλωση: Επιλογή Ενεργειακά Αποδοτικού Εξοπλισμού

Διαβάστε περισσότερα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΥΠΟΔΟΜΩΝ, ΝΑΥΤΙΛΙΑΣ & ΤΟΥΡΙΣΜΟΥ ΑΠΟΦΑΣΗ ΕΠΙ ΔΗΛΩΣΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟΦΑΣΗ ΕΞ 4288 /11.08.2015

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΥΠΟΔΟΜΩΝ, ΝΑΥΤΙΛΙΑΣ & ΤΟΥΡΙΣΜΟΥ ΑΠΟΦΑΣΗ ΕΠΙ ΔΗΛΩΣΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟΦΑΣΗ ΕΞ 4288 /11.08.2015 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΥΠΟΔΟΜΩΝ, ΝΑΥΤΙΛΙΑΣ & ΤΟΥΡΙΣΜΟΥ ΑΠΟΦΑΣΗ ΕΠΙ ΔΗΛΩΣΗΣ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟΦΑΣΗ ΕΞ 4288 /11.08.2015 Σύμφωνα με: α) τις διατάξεις των άρθρων 123, 124, 135 και 136 του Ν. 4072/2012

Διαβάστε περισσότερα

Ανάπτυξη δικτυακών εκπαιδευτικών παιχνιδιών πολλών χρηστών. Δ. Μετάφας. (Android, ipad κ.α.). Το παιχνίδι που θα επιλεγεί για την

Ανάπτυξη δικτυακών εκπαιδευτικών παιχνιδιών πολλών χρηστών. Δ. Μετάφας. (Android, ipad κ.α.). Το παιχνίδι που θα επιλεγεί για την 31 Ανάπτυξη δικτυακών εκπαιδευτικών παιχνιδιών πολλών χρηστών Δ. Μετάφας Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη δικτυακού εκπαιδευτικού παιχνιδιού πολλών χρηστών, ανεξάρτητο πλατφόρμας λειτουργικού συστήματος.

Διαβάστε περισσότερα

ΜΑΘΗΜΑ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΜΑΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ. Ραδιοφωνία

ΜΑΘΗΜΑ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΜΑΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ. Ραδιοφωνία ΜΑΘΗΜΑ ΕΙΔΙΚΗΣ ΘΕΜΑΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ Ραδιοφωνία Περιέχομενα 1.Ιστορική Αναδρομή 2.Μονοφωνικό Σήμα 3.Στερεοφωνικό Σήμα 4.Σύγκριση Μονοφωνικό και Στερεοφωνικό σήματος 5.Ψηφιακή Μετάδοση Μηνύματος - Radio

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΛ 476: ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ (MOBILE NETWORKS)

ΕΠΛ 476: ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ (MOBILE NETWORKS) ΟΜΑΔΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ: Μιχαηλίνα Αργυρού Κασιανή Πάρη ΕΠΛ 476: ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ (MOBILE NETWORKS) Δρ. Χριστόφορος Χριστοφόρου Πανεπιστήμιο Κύπρου - Τμήμα Πληροφορικής WiMAX (Worldwide Interoperability

Διαβάστε περισσότερα

Κινητή Τηλεφωνία. Ερευνητική Εργασία Β Τάξη Τμήμα 2 Ιανουάριος 2014

Κινητή Τηλεφωνία. Ερευνητική Εργασία Β Τάξη Τμήμα 2 Ιανουάριος 2014 Κινητή Τηλεφωνία Ερευνητική Εργασία Β Τάξη Τμήμα 2 Ιανουάριος 2014 Τι θα παρακολουθήσουμε Ιστορική αναδρομή Τι είναι το κινητό Πότε Από ποιον Και γιατί Γενιές Πως λειτουργεί Οικονομικά στοιχεία Επιπτώσεις

Διαβάστε περισσότερα

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΠΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ / ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΠΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ / ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΜΑΚΑΡΙΟΣ Γ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ: 2013 2014 ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΠΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ / ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 Κατεύθυνση: ΠΡΑΚΤΙΚΗ Κλάδος: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Τάξη: A Τμήμα:

Διαβάστε περισσότερα

«ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΠΙΤΗΡΗΣΗΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ & ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΝΤΛΙΟΣΤΑΣΙΩΝ» Τεχνική έκθεση Προδιαγραφές Προϋπολογισμός

«ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΠΙΤΗΡΗΣΗΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ & ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΝΤΛΙΟΣΤΑΣΙΩΝ» Τεχνική έκθεση Προδιαγραφές Προϋπολογισμός Δ/ΝΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΤΜΗΜΑ ΑΡΔΕΥΣΗΣ ΤΙΤΛΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ «ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΠΙΤΗΡΗΣΗΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ & ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΝΤΛΙΟΣΤΑΣΙΩΝ» Τεχνική έκθεση Προδιαγραφές Προϋπολογισμός Προϋπολογ. : 9.963,00 Με ΦΠΑ 23% Χρήση

Διαβάστε περισσότερα

Oι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με την συχνότητα μετάδοσης τους:

Oι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με την συχνότητα μετάδοσης τους: Οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες είναι ενεργειακά πεδία που δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Υπάρχουν φυσικές ακτινοβολίες (η ηλιακή και άλλες κοσμικές ακτινοβολίες, το μαγνητικό πεδίο

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 5Β (επανάληψη) Εισαγωγή στην Πληροφορική. Τυπικοί χρόνοι πρόσβασης. Μέσος χρόνος πρόσβασης. Ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων

Κεφάλαιο 5Β (επανάληψη) Εισαγωγή στην Πληροφορική. Τυπικοί χρόνοι πρόσβασης. Μέσος χρόνος πρόσβασης. Ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων Κεφάλαιο 5Β (επανάληψη) Εισαγωγή στην Πληροφορική Χειµερινό Εξάµηνο 2006-07 Απόδοση των οδηγών αποθηκευτικών µέσων Μέσος χρόνος πρόσβασης (Average Access Time) Ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων (Data-Transfer

Διαβάστε περισσότερα

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΡΑΦΙΣΤΙΚΗ ΜΕ Η/Υ 1. Του Αποστόλου Παπαποστόλου Επίκουρου Καθηγητή του ΤΕΙ Αθήνας

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΡΑΦΙΣΤΙΚΗ ΜΕ Η/Υ 1. Του Αποστόλου Παπαποστόλου Επίκουρου Καθηγητή του ΤΕΙ Αθήνας ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΡΑΦΙΣΤΙΚΗ ΜΕ Η/Υ 1 Του Αποστόλου Παπαποστόλου Επίκουρου Καθηγητή του ΤΕΙ Αθήνας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι γραφικές παραστάσεις µε υπολογιστές έχουν προχωρήσει πολύ από τότε που οι ε- πιστήµονες που δούλευαν

Διαβάστε περισσότερα

Ανίχνευση Κίνησης Παρουσίας. Κέντρο εκπαίδευσης ISC

Ανίχνευση Κίνησης Παρουσίας. Κέντρο εκπαίδευσης ISC Ανίχνευση Κίνησης Παρουσίας Κέντρο εκπαίδευσης ISC July 2009 > Ανίχνευση κίνησης και παρουσίας Περιεχόμενα Τι είναι ο ανιχνευτής κίνησης? Ανιχνευτές κίνησης & οφέλη για τον πελάτη Ανιχνευτές κίνησης στην

Διαβάστε περισσότερα

ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΤΙΤΛΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΕΣ - CPU Μπακρατσάς Γιώργος geback007@yahoo.gr Δεκέμβριος, 2014 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 3 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ... 4 ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΕΣ

Διαβάστε περισσότερα

ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΣΕ ΠΟΔΗΛΑΤΟ

ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΣΕ ΠΟΔΗΛΑΤΟ Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΤΜΗΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΣΕ ΠΟΔΗΛΑΤΟ ΟΝΟΜΑΤΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ: ΒΟΥΡΔΕΡΗΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ Α.Μ: 30086 ΙΩΑΝΝΟΥ ΙΩΑΝΝΗΣ Α.Μ: 33359 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΓΡΗΓΟΡΗΣ Ιστορική

Διαβάστε περισσότερα

Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση

Το υποσύστηµα αίσθησης απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση Το υποσύστηµα "αίσθησης" είσοδοι της διάταξης αντίληψη του "περιβάλλοντος" τροφοδοσία του µε καθορίζει τις επιδόσεις

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή.

Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή. Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Αντικείμενο της εργασίας είναι η σχεδίαση και κατασκευή του ηλεκτρονικού τμήματος της διάταξης μέτρησης των θερμοκρασιών σε διάφορα σημεία ενός κινητήρα Ο στόχος είναι η ανάκτηση του

Διαβάστε περισσότερα

Υδρόμετρα. Συστήματα Ανάγνωσης Μετρητών από Απόσταση AMR

Υδρόμετρα. Συστήματα Ανάγνωσης Μετρητών από Απόσταση AMR Υδρόμετρα Συστήματα Ανάγνωσης Μετρητών από Απόσταση AMR Ο σχεδιασμός των Ηλεκτρονικών Προϊόντων μας Ανταγωνίζεται τις Καλύτερες Μάρκες του Κόσμου. Είναι προφανές ότι στη σημερινή αγορά τα υδρόμετρα αναμένεται

Διαβάστε περισσότερα

ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΩΝ

ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΩΝ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΟΣ 3114 Μέσα από ένα τετραετές πρόγραμμα σπουδών, το Τμήμα καλύπτει ένα ευρύ φάσμα, Τηλεπικοινωνιών και Δικτύων επιτρέποντας

Διαβάστε περισσότερα

Προσφερόμενα Διπλώματα (Προσφερόμενοι Τίτλοι)

Προσφερόμενα Διπλώματα (Προσφερόμενοι Τίτλοι) Εισαγωγή Το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Κύπρου προσφέρει ολοκληρωμένα προπτυχιακά και μεταπτυχιακά προγράμματα σπουδών στους κλάδους του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΙ Στερεάς Ελλάδας Τμ. Ηλ.γων Μηχ/κων ΤΕ. Δίκτυα Υπολογιστών. Διάλεξη 1: Εισαγωγή στα δίκτυα υπολογιστών και βασικές αρχές

ΤΕΙ Στερεάς Ελλάδας Τμ. Ηλ.γων Μηχ/κων ΤΕ. Δίκτυα Υπολογιστών. Διάλεξη 1: Εισαγωγή στα δίκτυα υπολογιστών και βασικές αρχές ΤΕΙ Στερεάς Ελλάδας Τμ. Ηλ.γων Μηχ/κων ΤΕ Δίκτυα Υπολογιστών Διάλεξη 1: Εισαγωγή στα δίκτυα υπολογιστών και βασικές αρχές Γενικά Τα αρχεία των διαλέξεων του μαθήματος μπορείτε να βρείτε στο: http://eclass.gunet.gr/

Διαβάστε περισσότερα

The best solution for home electronic integration

The best solution for home electronic integration The best solution for home electronic integration R 2 ZAS Έξυπνος ελεγκτής δωματίου KNX Τηλεχειριστήριο ZN1VI-TPZAS-B 1:1 (120 x 88 x 11 mm.) ZN1VI-TPZAS-S ZN1VI-TPZAS-W ZN1IR-ZAS (85.5 x 54 x 12 mm.)

Διαβάστε περισσότερα

ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ Η Ρομποτική είναι ο κλάδος της επιστήμης που κατασκευάζει και μελετά μηχανές που μπορούν να αντικαταστήσουν τον άνθρωπο στην εκτέλεση μιας εργασίας. Tι είναι το ΡΟΜΠΟΤ

Διαβάστε περισσότερα

Βασικές Έννοιες Πληροφορικής

Βασικές Έννοιες Πληροφορικής Βασικές Έννοιες Πληροφορικής 1. Τι είναι ο Ηλεκτρονικός Υπολογιστής Ο Ηλεκτρονικός Υπολογιστής είναι οποιαδήποτε συσκευή μεγάλη ή μικρή που επεξεργάζεται δεδομένα και εκτελεί την εργασία του σύμφωνα με

Διαβάστε περισσότερα

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Α Γενικού Λυκείου (Μάθημα Επιλογής)

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Α Γενικού Λυκείου (Μάθημα Επιλογής) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Α Γενικού Λυκείου (Μάθημα Επιλογής) Σύγχρονα Υπολογιστικά Συστήματα τους υπερυπολογιστές (supercomputers) που χρησιμοποιούν ερευνητικά εργαστήρια τα μεγάλα συστήματα (mainframes)

Διαβάστε περισσότερα

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΣΩΠΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Εισαγωγή

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΣΩΠΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Εισαγωγή ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΣΩΠΙΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Εισαγωγή Σκοπός του μαθήματος Μελέτη της αρχιτεκτονικής και της λειτουργίας των δικτύων κινητών και προσωπικών επικοινωνιών. Το αντικείμενο είναι τεράστιο

Διαβάστε περισσότερα

Plugwise Business ιαχείριση και Εξοικονόµηση ενέργειας στο Εργασιακό περιβάλλον.

Plugwise Business ιαχείριση και Εξοικονόµηση ενέργειας στο Εργασιακό περιβάλλον. Plugwise Business ιαχείριση και Εξοικονόµηση ενέργειας στο Εργασιακό περιβάλλον. Το Plugwise είναι ένα εύχρηστο σύστηµα διαχείρισης ενέργειας σε εργασιακούς χώρους. Μετράει την κατανάλωση ρεύµατος κάθε

Διαβάστε περισσότερα

219 Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Θεσσαλονίκης

219 Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Θεσσαλονίκης 219 Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Θεσσαλονίκης Το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ιδρύθηκε με το ΒΔ.400/72 και άρχισε να λειτουργεί το 1972-73. Το ΑΠΘ είχε τότε ήδη 28.000 φοιτητές. Η ακριβής

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΛ 476: ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ (MOBILE NETWORKS)

ΕΠΛ 476: ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ (MOBILE NETWORKS) ΟΜΑΔΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ: Χριστιάνα Δαυίδ 960057 Ιάκωβος Στυλιανού 992129 ΕΠΛ 476: ΚΙΝΗΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ (MOBILE NETWORKS) Δρ. Χριστόφορος Χριστοφόρου Πανεπιστήμιο Κύπρου - Τμήμα Πληροφορικής Παρουσίαση 1- ΚΕΡΑΙΕΣ

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Έστω ότι θέλετε να συνδέσετε 20 υπολογιστές με συνδέσεις από σημείο σε σημείο (point-to-point), ώστε να είναι δυνατή η επικοινωνία όλων

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2015 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (Ι) ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΣΧΟΛΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Μάθημα : Αυτοματισμοί και

Διαβάστε περισσότερα

Η όλα σε - ένα λύση για μικρά και περιφερειακά ΤETRA δίκτυα

Η όλα σε - ένα λύση για μικρά και περιφερειακά ΤETRA δίκτυα Η όλα σε - ένα λύση για μικρά και περιφερειακά ΤETRA δίκτυα Με μια ματιά Το ACCESSNET Campus IP είναι ένα μικρό σύστημα TETRA το οποίο καθιστά την τεχνολογία TETRA προσιτή για όλους τους διαχειριστές δικτύων.

Διαβάστε περισσότερα

Στατικοί μετατροπείς συχνότητας μεγάλης ισχύος

Στατικοί μετατροπείς συχνότητας μεγάλης ισχύος Στατικοί μετατροπείς συχνότητας μεγάλης ισχύος Οι στατικοί μετατροπείς συχνότητας χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο για τη μετατροπή μίας εναλλασσόμενης τάσης σε μία τάση άλλης συχνότητας και σε μεγάλες

Διαβάστε περισσότερα

ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ.

ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. Ερασιτεχνικής Αστρονομίας ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. Κυριάκος Πανίτσας Διπλ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός-Εκπαιδευτικός

Διαβάστε περισσότερα

Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων για τη μη επεμβατική παρακολούθηση βιοσήματος

Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων για τη μη επεμβατική παρακολούθηση βιοσήματος ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων για τη μη επεμβατική παρακολούθηση

Διαβάστε περισσότερα

Crow s Passion for Smart Residential Security

Crow s Passion for Smart Residential Security Crow s Passion for Smart Residential Security SERENITY Το σύστηµα SERENITY είναι ένα µοντέρνα σχεδιασµένο σύστηµα συναγερµού για να ταιριάζει στον χώρο σας. Με το σύστηµα SERENITY µπορείτε να απολαύσετε

Διαβάστε περισσότερα

Γενικά Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή

Γενικά Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή Γενικά Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή 1. Ηλεκτρονικός Υπολογιστής Ο Ηλεκτρονικός Υπολογιστής είναι μια συσκευή, μεγάλη ή μικρή, που επεξεργάζεται δεδομένα και εκτελεί την εργασία του σύμφωνα με τα παρακάτω

Διαβάστε περισσότερα

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών ίδα, 7 Ιουνίο ου 2012 Ημερ ΣχολήΗλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών Προπτυχιακά μαθήματα ανά θεματική περιοχή: Ενεργειακή Διαχείριση Περιβάλλον Ποιότητα

Διαβάστε περισσότερα

Δελτίο Τύπου. Νέα καινοτομία από την κορυφαία εταιρεία στον

Δελτίο Τύπου. Νέα καινοτομία από την κορυφαία εταιρεία στον Δελτίο Τύπου Νέα καινοτομία από την κορυφαία εταιρεία στον Ιούλιος, 2014 κλάδο της τεχνολογίας : H Bosch λανσάρει τέσσερα δισεκατομμύρια αισθητήρες MEMS. Τεχνολογία κλειδί για το διαδίκτυο των αντικειμένων

Διαβάστε περισσότερα

Κινητό Τηλέφωνο. Δέσποινα-Μαλεβή. Μαθήτρια Α1 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης. Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος

Κινητό Τηλέφωνο. Δέσποινα-Μαλεβή. Μαθήτρια Α1 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης. Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος Κινητό Τηλέφωνο Δέσποινα-Μαλεβή Μαθήτρια Α1 Γυμνασίου, Ελληνικό Κολλέγιο Θεσσαλονίκης Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος Καθηγητής Πληροφορικής Ελληνικού Κολλεγίου Θεσσαλονίκης 1.Περίληψη

Διαβάστε περισσότερα

ΕΝΟΤΗΤΑ 7 7.0 ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΕΝΟΤΗΤΑ 7 7.0 ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΝΟΤΗΤΑ 7 7.0 ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κεραίες είναι βασικό εξάρτημα της ασύρματης επικοινωνίας. Στον πομπό του ασύρματου επικοινωνιακού συστήματος, υπάρχει η κεραία εκπομπής και στο δέκτη υπάρχει η κεραία

Διαβάστε περισσότερα

Ηλεκτρική Ενέργεια. Ηλεκτρικό Ρεύμα

Ηλεκτρική Ενέργεια. Ηλεκτρικό Ρεύμα Ηλεκτρική Ενέργεια Σημαντικές ιδιότητες: Μετατροπή από/προς προς άλλες μορφές ενέργειας Μεταφορά σε μεγάλες αποστάσεις με μικρές απώλειες Σημαντικότερες εφαρμογές: Θέρμανση μέσου διάδοσης Μαγνητικό πεδίο

Διαβάστε περισσότερα

- Εισαγωγή - Επίπεδα μνήμης - Ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης - Συσκευασίες μνήμης προσωπικών υπολογιστών

- Εισαγωγή - Επίπεδα μνήμης - Ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης - Συσκευασίες μνήμης προσωπικών υπολογιστών Μάθημα 4.5 Η Μνήμη - Εισαγωγή - Επίπεδα μνήμης - Ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης - Συσκευασίες μνήμης προσωπικών υπολογιστών Όταν ολοκληρώσεις το μάθημα αυτό θα μπορείς: Να αναφέρεις τα κυριότερα είδη μνήμης

Διαβάστε περισσότερα

ΙΑΧΕΙΡΙΣΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΙΚΤΥΟΥ ΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΑΚΗΡΥΞΗ ΗΜΟΠΡΑΣΙΑΣ ΜΕ ΑΡΙΘΜΟ -ΧΧΧ ΕΡΓΟ: «Πιλοτικό Σύστηµα Τηλεµέτρησης και ιαχείρισης της Ζήτησης Παροχών Ηλεκτρικής Ενέργειας Οικιακών και Μικρών

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΛ 001: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Δίκτυα Υπολογιστών

ΕΠΛ 001: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Δίκτυα Υπολογιστών ΕΠΛ 001: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Δίκτυα Υπολογιστών Στόχοι 1 Να εξηγήσουμε τι είναι τα δίκτυα υπολογιστών, ποιες είναι οι βασικές κατηγορίες τους και ποιες οι πιο συνηθισμένες τοπολογίες

Διαβάστε περισσότερα

Θέμα: Σκληρός Δίσκος

Θέμα: Σκληρός Δίσκος Θέμα: Σκληρός Δίσκος Γενικά Ο σκληρός δίσκος είναι ένα μαγνητικό αποθηκευτικό μέσο - συσκευή που χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, στις ψηφιακές βιντεοκάμερες, στα φορητά MP3 players, στα

Διαβάστε περισσότερα

Στόχοι. Υπολογιστικά συστήματα: Στρώματα. Βασικές έννοιες [7]

Στόχοι. Υπολογιστικά συστήματα: Στρώματα. Βασικές έννοιες [7] Στόχοι ΕΠΛ 003: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 1 Να εξηγήσουμε τι είναι τα δίκτυα υπολογιστών, ποιες είναι οι βασικές κατηγορίες τους και ποιες οι πιο συνηθισμένες τοπολογίες τους. Να περιγράψουμε

Διαβάστε περισσότερα

Σύστηµα Καθοδήγησης σε Parking DUPLINE

Σύστηµα Καθοδήγησης σε Parking DUPLINE Σύστηµα Καθοδήγησης σε Parking DUPLINE Ανιχνεύει τις ελεύθερες θέσεις πάρκινγκ και οδηγεί τον οδηγό σε αυτές από τη συντοµότερη δυνατή διαδροµή Ανίχνευση αυτοκινήτου µε αισθητήρα υπερήχων ultrasonic Ο

Διαβάστε περισσότερα

ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ. Τίτλος Μαθήματος. Διαλέξεις - Θεωρητική Διδασκαλία, Εποπτευόμενο Εργαστήριο Επίδειξη, Μελέτες (Projects)

ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ. Τίτλος Μαθήματος. Διαλέξεις - Θεωρητική Διδασκαλία, Εποπτευόμενο Εργαστήριο Επίδειξη, Μελέτες (Projects) ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Τίτλος Μαθήματος Μικροελεγκτές και Ενσωματωμένα συστήματα Ανάπτυξη και Εφαρμογές Κωδικός Μαθήματος Μ2 Θεωρία / Εργαστήριο Θεωρία + Εργαστήριο Πιστωτικές μονάδες 4 Ώρες Διδασκαλίας 2Θ+1Ε

Διαβάστε περισσότερα

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Ενότητα 13: (Μέρος Α ) Ενσωματωμένα Συστήματα Δρ. Μηνάς Δασυγένης mdasyg@ieee.org Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων και Αρχιτεκτονικής

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΑC

ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΜΑC ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΝΔΕΣΗΣ Το επίπεδο σύνδεσης αποτελείται από δύο υποεπίπεδα: Το υποεπίπεδο ελέγχου προσπέλασης μέσων (Medium Access Control) Το υποεπίπεδο λογικού ελέγχου σύνδεσης (Logical Link Control) To υποεπίπεδο

Διαβάστε περισσότερα

Ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη

Ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη ΣΦΑΙΡΕΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ Αχιλλέας Καμέας Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο & Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών Ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη 2 1 Mobile devices / tablets 3 Μικρές, φορητές συσκευές

Διαβάστε περισσότερα

Μάθημα 4.1 Βασικές μονάδες προσωπικού υπολογιστή

Μάθημα 4.1 Βασικές μονάδες προσωπικού υπολογιστή Μάθημα 4.1 Βασικές μονάδες προσωπικού υπολογιστή - Εισαγωγή - Αρχιτεκτονική προσωπικού υπολογιστή - Βασικά τμήματα ενός προσωπικού υπολογιστή - Η κεντρική μονάδα Όταν ολοκληρώσεις το μάθημα αυτό θα μπορείς:

Διαβάστε περισσότερα

Βασικές έννοιες και ιστορική αναδρομή

Βασικές έννοιες και ιστορική αναδρομή ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ MHX. H/Y & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Βασικές έννοιες και ιστορική αναδρομή ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ Ευάγγελος Παπαπέτρου Διάρθρωση μαθήματος Εισαγωγή Ορισμός ασύρματου δικτύου Παραδείγματα ασύρματων

Διαβάστε περισσότερα

Στα βασικά χαρακτηριστικά τους περιλαμβάνουν: - Νέο ηλεκτρονικό χειριστήριο ελέγχου Touch Pilot - Εξαιρετικά αποδοτικούς εναλλάκτες θερμότητας

Στα βασικά χαρακτηριστικά τους περιλαμβάνουν: - Νέο ηλεκτρονικό χειριστήριο ελέγχου Touch Pilot - Εξαιρετικά αποδοτικούς εναλλάκτες θερμότητας Μηνιαία έκδοση Νοέμβριος 2012 τεύχος 64 Μονάδες θέρμανσης με κορυφαία ενεργειακή αποδοτικότητα Υδρόψυκτοι Ψύκτες Νερού με τεχνολογία inverter Οι υδρόψυκτες μονάδες νερού 30XW-V/ 30XWHV αποτελούν μια ιδιαίτερα

Διαβάστε περισσότερα

ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΙΙ

ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΙΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΙΙ 1 o ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΘΕΜΑ 1 ο Α) Ποια είναι τα βασικά στοιχεία, τα οποία χαρακτηρίζουν το ISDN; Η ψηφιακή μετάδοση. Όλα τα σήματα μεταδίδονται σε ψηφιακή μορφή απ' άκρη σ' άκρη του δικτύου,

Διαβάστε περισσότερα

Γενικά για µικροκύµατα. ηµιουργία ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων.

Γενικά για µικροκύµατα. ηµιουργία ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. ρ. Χ. Βοζίκης Εργαστήριο Φυσικής ΙΙ 5 1. Άσκηση 1 Γενικά για µικροκύµατα. ηµιουργία ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. 1.1 Εισαγωγή Τα µικροκύµατα είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία όπως το ορατό φώς, οι ακτίνες

Διαβάστε περισσότερα

FIRE PROTECTION NETWORK

FIRE PROTECTION NETWORK Assignment 2 FIRE PROTECTION NETWORK Μάριος Σούνδιας ΑΜ:2633 Ηλίας Ζαραφίδης ΑΜ:2496 Κωνσταντίνος Σολωμός ΑΜ: 2768 Θεμιστοκλής Θεολογίτης ΑΜ: 2775 soundias@csd.uoc.gr zarafid@csd.uoc.gr solomos@csd.uoc.gr

Διαβάστε περισσότερα

Μέσα Μετάδοσης-Κατασκευή καλωδίου τύπου CAT 5

Μέσα Μετάδοσης-Κατασκευή καλωδίου τύπου CAT 5 Εργαστήριο 6 ΑΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ - ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ Η/Υ Μέσα Μετάδοσης-Κατασκευή καλωδίου τύπου CAT 5 1. Στόχος Στόχος της παρούσης εργαστηριακής συνάντησης

Διαβάστε περισσότερα

Σχολή Προγραµµατιστών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών (ΣΠΗΥ) Τµήµα Προγραµµατιστών Σειρά 112

Σχολή Προγραµµατιστών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών (ΣΠΗΥ) Τµήµα Προγραµµατιστών Σειρά 112 Σχολή Προγραµµατιστών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών (ΣΠΗΥ) Τµήµα Προγραµµατιστών Σειρά 112 Πλωτάρχης Γ. ΚΑΤΣΗΣ ΠΝ Γιατί χρησιµοποιούµε δίκτυα? Δίκτυο Σύνολο Η/Υ και συσκευών Συνδεδεµένα µε κάποιο µέσο Stand-alone

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2006

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2006 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 006 Μάθημα : Τεχνολογία Ηλεκτρονικών Επικοινωνιών Τεχνολογία Ι, Πρακτικής Κατεύθυνσης

Διαβάστε περισσότερα

Λειτουργικά Συστήματα Ι. Καθηγήτρια Παπαδάκη Αναστασία

Λειτουργικά Συστήματα Ι. Καθηγήτρια Παπαδάκη Αναστασία Λειτουργικά Συστήματα Ι Καθηγήτρια Παπαδάκη Αναστασία 2013 1 Ηλεκτρονικός Υπολογιστής αποτελείται: 1. Από Υλικό Hardware (CPUs, RAM, Δίσκοι), & 2. Λογισμικό - Software Και μπορεί να εκτελέσει διάφορες

Διαβάστε περισσότερα

Educational Laboratory of Multi Instruments (ELMI) for LabVIEW TM and MultiSIM TM

Educational Laboratory of Multi Instruments (ELMI) for LabVIEW TM and MultiSIM TM Educational Laboratory of Multi Instruments (ELMI) for LabVIEW TM and MultiSIM TM I Εκπαιδευτική Μονάδα Εργαστηριακών Ασκήσεων για προγραμματισμό LabVIEW TM και MultiSIM TM της National Instruments (Portable

Διαβάστε περισσότερα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΟΥ WIFI ΙΕΕΕ 802.11 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ WIMAX VIDEO AWMN(ATHENS WIRELLES ΤΕΛΟΣ 1 ΠΗΓΕΣ METROMOLITAN NETWORK)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΟΥ WIFI ΙΕΕΕ 802.11 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ WIMAX VIDEO AWMN(ATHENS WIRELLES ΤΕΛΟΣ 1 ΠΗΓΕΣ METROMOLITAN NETWORK) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΙΚΤΥΟΥ WIFI ΙΕΕΕ 802.11 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ WIMAX VIDEO AWMN(ATHENS WIRELLES METROMOLITAN NETWORK) ΠΗΓΕΣ ΤΕΛΟΣ 1 ΙΕΕΕ 802.11 Τι είναι η ISM (Industrial Scientific and Medical ) ζώνη; Ζώνη

Διαβάστε περισσότερα

Bread Online. Παναγιώτης Ιωαννίδης Επιβλέπων καθηγητής: Μηνάς Δασυγένης

Bread Online. Παναγιώτης Ιωαννίδης Επιβλέπων καθηγητής: Μηνάς Δασυγένης Bread Online Σχεδιασμός και μετατροπή μιας απλής οικιακής συσκευής σε επαναπρογραμματιζόμενη συσκευή IP Παναγιώτης Ιωαννίδης Επιβλέπων καθηγητής: Μηνάς Δασυγένης Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Τμήμα Μηχανικών

Διαβάστε περισσότερα

Β2.6 Άλλες Περιφερειακές Συσκευές και Κάρτες Επέκτασης

Β2.6 Άλλες Περιφερειακές Συσκευές και Κάρτες Επέκτασης Β2.6 Άλλες Περιφερειακές Συσκευές και Κάρτες Επέκτασης Τι θα μάθουμε σήμερα: Να αναγνωρίζουμε και να ονομάζουμε άλλες περιφερειακές συσκευές και κάρτες επέκτασης Να εντοπίζουμε τα κύρια χαρακτηριστικά

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ 2000-2006

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ 2000-2006 ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ 2000-2006 ΜΕΤΡΟ 1.2 Κοινοπραξίες Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης σε τομείς Εθνικής Προτεραιότητας Παροχή υπηρεσιών τουριστικού και αρχαιολογικού ενδιαφέροντος μέσω πλατφόρμας

Διαβάστε περισσότερα

Περιγραφή του Ολοκληρωμένου Πληροφοριακού Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας Plugwise.

Περιγραφή του Ολοκληρωμένου Πληροφοριακού Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας Plugwise. Περιγραφή του Ολοκληρωμένου Πληροφοριακού Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας Plugwise. Ν. Καρελλά 44, 152 33 Χαλάνδρι, Τηλέφωνο 210-6839825, www.mitos-solutions.gr Σελίδα - 1 - Περιεχόμενα Περιεχόμενα...2

Διαβάστε περισσότερα

ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ. Η πιο συνηθισμένη έκφραση για την υγρασία του αέρα είναι η σχετική υγρασία (Relative Ηumidity, RH).

ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ. Η πιο συνηθισμένη έκφραση για την υγρασία του αέρα είναι η σχετική υγρασία (Relative Ηumidity, RH). ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Η πιο συνηθισμένη έκφραση για την υγρασία του αέρα είναι η σχετική υγρασία (Relative Ηumidity, RH). Η σχετική υγρασία είναι ο λόγος επί τοις εκατό (%) της μάζας των υδρατμών

Διαβάστε περισσότερα

Παράλληλη Επεξεργασία Κεφάλαιο 7 ο Αρχιτεκτονική Συστημάτων Κατανεμημένης Μνήμης

Παράλληλη Επεξεργασία Κεφάλαιο 7 ο Αρχιτεκτονική Συστημάτων Κατανεμημένης Μνήμης Παράλληλη Επεξεργασία Κεφάλαιο 7 ο Αρχιτεκτονική Συστημάτων Κατανεμημένης Μνήμης Κωνσταντίνος Μαργαρίτης Καθηγητής Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Μακεδονίας kmarg@uom.gr http://eos.uom.gr/~kmarg

Διαβάστε περισσότερα

Το Ασύρματο Δίκτυο TETRA. Αντωνίου Βρυώνα (Α.Μ. 1019)

Το Ασύρματο Δίκτυο TETRA. Αντωνίου Βρυώνα (Α.Μ. 1019) Το Ασύρματο Δίκτυο TETRA Αντωνίου Βρυώνα (Α.Μ. 1019) Περίληψη Γενικά Χαρακτηριστικά Τι είναι το TETRA Γενικά στοιχεία Αρχιτεκτονική δικτύου Πρωτόκολλο TETRA Υπηρεσίες TETRA Κλήσεις DMO δικτύου TETRA Ασφάλεια

Διαβάστε περισσότερα