ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Της Φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: Ελένης Αντιγόνης Παπαγεωργακοπούλου Αριθμός Μητρώου: 576 Θέμα: Έλεγχος Συνδεσιμότητας Ασύρματου Δικτύου Αισθητήρων Επιβλέπων: Καθηγητής Αντώνιος Τζες Πάτρα, Ιουλίου 9
ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: Έλεγχος Συνδεσιμότητας Ασύρματου Δικτύου Αισθητήρων Της Φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών: Ελένης Αντιγόνης Παπαγεωργακοπούλου Αριθμός Μητρώου: 576 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις /7/9 Ο Επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας:
Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Τίτλος: Έλεγχος Συνδεσιμότητας Ασύρματου Δικτύου Αισθητήρων Φοιτήτρια: Ελένη Αντιγόνη Παπαγεωργακοπούλου Επιβλέπων: Καθηγητής Αντώνιος Τζες Περίληψη Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks, WSN) αποτελούν σήμερα ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο έρευνας στον τομέα των ασύρματων επικοινωνιών. Ωστόσο, λόγω κάποιων από τις ιδιαιτερότητές τους, οι κόμβοι ενός WSN υπόκεινται σε λειτουργικούς και σχεδιαστικούς περιορισμούς, που δημιουργούν νέες προκλήσεις και αντικείμενα έρευνας με σκοπό τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου. Ένα τέτοιο αντικείμενο έρευνας αποτελεί και η συνδεσιμότητα του συνολικού δικτύου, μια έννοια καθοριστική για τη δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των κόμβων και ανταλλαγής πληροφοριών επί της παρατηρούμενης διεργασίας. Η χρησιμότητα των WSN σε συνδυασμό με την απαίτηση για συνδεσιμότητα αποτέλεσαν το σημείο εκκίνησης για την παρούσα διπλωματική εργασία. Ποιο συγκεκριμένα, επιχειρήθηκε η μεγιστοποίηση της περιοχής επικοινωνιακής κάλυψης σε ένα WSN αλλά και του αριθμού των επικοινωνούντων κόμβων. Η ιδιαιτερότητα της έρευνας εντοπίζεται στη χρήση του Δείκτη Ισχύος Ληφθέντος Σήματος (RSSI) για την εξαγωγή συμπερασμάτων για τη συνδεσιμότητα του δικτύου. Υλοποιήθηκε συνεπώς ένα WSN, αποτελούμενο από ένα ζευγάρι κόμβων αποστολέας-παραλήπτης, των οποίων η επικοινωνία βασίζεται στο πρότυπο της IEEE 8.5.. Στόχος της πειραματικής διαδικασίας αποτέλεσε η μέτρηση (στην μεριά του παραλήπτη) του RSSI και ο υπολογισμός του ποσοστού των επιτυχώς ληφθέντων πακέτων για την επικοινωνία μεταξύ αποστολέα-παραλήπτη, μεταβάλλοντας την προγραμματιζόμενη ισχύ εκπομπής του αποστολέα αλλά και τη θέση του παραλήπτη σε μια δεδομένη περιοχή ενδιαφέροντος. Από το στάδιο αυτό της πειραματικής διαδικασίας προέκυψε η περιοχή επικοινωνιακής κάλυψης ενός κόμβου για τα διάφορα προγραμματιζόμενα επίπεδα ισχύος εκπομπής. Τα αποτελέσματα αυτά συνέβαλαν στην ανάπτυξη αλγορίθμου βελτιστοποίησης της συνδεσιμότητας του δικτύου, με βάση τον οποίο αναζητήθηκε η μέγιστη επικοινωνιακή κάλυψη του δικτύου και ο μέγιστος αριθμός ζευγών επικοινωνούντων κόμβων.
Ευχαριστίες Αρχικά θα ήθελα να αναφέρω τους ανθρώπους εκείνους που συνέβαλαν στη διεκπεραίωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Πρωτίστως, θέλω να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα Καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών κ. Αντώνιο Τζε, ο οποίος μου έδωσε την ευκαιρία να συνεργαστώ μαζί του για την εκπόνηση της εργασίας. Η προθυμία του όλο αυτό το διάστημα, καθώς και οι γνώσεις που μου προσέφερε πάνω σε αυτό το θέμα αποτέλεσαν βάση για μια επιτυχημένη συνεργασία. Επίσης, ευχαριστώ θερμά την υποψήφια διδάκτορα του τμήματος Αθανασία Πανουσοπούλου, χωρίς την πολύτιμη βοήθεια της οποίας δε θα ήταν δυνατή η διεξαγωγή της εργασίας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον υποψήφιο διδάκτορα του τμήματος Ιωάννη Στεργιόπουλο, ο οποίος με διαφώτισε με τις γνώσεις του σε αρκετά ζητήματα που ανέκυψαν κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της έρευνας. 5
Περιεχόμενα Εισαγωγή... 5. Σύνοψη της διεξαγμένης έρευνας... 5. Δομή διπλωματικής εργασίας... 6 Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων... 8. Εισαγωγή... 8. Διαφοροποίηση των WSN σε σχέση με τα υπόλοιπα δίκτυα... 8. Κατηγορίες WSN.... Βασικά χαρακτηριστικά WSN..... Αρχιτεκτονική ασύρματου κόμβου (Hardware και Software)..... Δυνατότητα αίσθησης (Sensing)..... Δυνατότητα επεξεργασίας δεδομένων..... Δυνατότητα επικοινωνίας.....5 Συντήρηση... 6..6 Localization... 6..7 Συγχρονισμός... 6..8 Ασφάλεια... 7..9 Σχεδιαστικοί Περιορισμοί Απαιτήσεις WSN... 7.5 Πρότυπα Επικοινωνίας... 9.5. Το πρότυπο ΙΕΕΕ 8.5.....5. Το πρότυπο Zigbee....6 Εφαρμογές WSN... 5.7 Επίλογος... 7 Μέτρηση του RSSI σε WSN... 8. Εισαγωγή - Στόχοι της πειραματικής διαδικασίας... 8. Received Signal Strength Indicator... 8.. Γενικά χαρακτηριστικά του RSSI - Εφαρμογές... 8.. Παράγοντες που επιδρούν στην RSSI τιμή... 9. Tmote Sky modules..... Γενική Περιγραφή..... Δικτύωση..... Contiki OS - Προγραμματισμός των motes.... Περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας... 5.5 Αποτελέσματα - Παρατηρήσεις... 7.5. Πειραματικά αποτελέσματα... 7.5. Παρατηρήσεις... 55.6 Συμπεράσματα... 58 Υλοποίηση Αλγορίθμου Βελτιστοποίησης Συνδεσιμότητας... 59. Εισαγωγή... 59. Ειδικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη συνδεσιμότητα... 59. Περιγραφή Αλγορίθμου... 6. Αποτελέσματα εξομοιώσεων... 6.. Ισχύς εκπομπής -5 dbm... 6.. Ισχύς εκπομπής -5 dbm... 76.. Ισχύς εκπομπής - dbm... 85.. Ισχύς εκπομπής -5 dbm... 9..5 Ισχύς εκπομπής dbm....5 Επίλογος... 7 5 Επίλογος... 9 6
5. Εισαγωγή... 9 5. Οι επιδιωκόμενοι στόχοι και τα τελικά συμπεράσματα... 9 5. Θέματα μελλοντικής έρευνας... 5. Επίλογος... Βιβλιογραφία... Παράρτημα A : Πρόγραμμα σε περιβάλλον Labview... 6 Παράρτημα Β : Πρόγραμμα σε περιβάλλον Matlab... 7
Ευρετήριο Εικόνων Εικόνα - : Βασική αρχιτεκτονική ασύρματου κόμβου []... Εικόνα - : Sensor networks: (a) direct connected, (b) flat ad hoc multi-hop, (c) cluster-based mode, (d) with mobile sink []... 5 Εικόνα - : Υβριδική αρχιτεκτονική επικοινωνίας ενός WSN []... 5 Εικόνα - : Η δομή του καναλιού για το πρωτόκολλο IEEE 8.5. [6]... Εικόνα -5 : Star, Peer-to Peer και Cluster Tree παραδείγματα τοπολογιών σε ένα IEEE 8.5. δίκτυο [6]... Εικόνα -6 : Δομή Mac superframe [6]... Εικόνα -7 : Αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων ΙΕΕΕ 8.5. και Zigbee []... 5 Εικόνα -8 : Τοπολογίες δικτύου σύμφωνα με το Zigbee πρότυπο []... 5 Εικόνα -9 : Εφαρμογές WSN []... 7 Εικόνα - : Βασικοί μηχανισμοί διάδοσης του σήματος []... Εικόνα - : Tmote Sky module, []... Εικόνα - : Αντιστοίχιση της τιμή του RSSI καταχωρητή [dbm] με το επίπεδο της RF ισχύος λήψης [dbm], []... Εικόνα - : Προγραμματισμός των motes του WSN του πειράματος με τη βοήθεια του Cygwin... 5 Εικόνα -5 : Περιοχή ενδιαφέροντος... 5 Εικόνα -6 : Vi Front panel για τη μέτρηση του RSSI... 7 Εικόνα -7 : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής stem) ()- -5 dbm... 8 Εικόνα -8 : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής contour) ()-5 dbm... 9 Εικόνα -9 : RSSI_Reg_Val - -5 dbm... 9 Εικόνα - : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής stem) () -5 dbm... 5 Εικόνα - : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής contour) (). 5 Εικόνα - : RSSI_Reg_Val - -5 dbm... 5 Εικόνα - : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής stem) ()... 5 Εικόνα - : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής contour) (). 5 Εικόνα -5 : RSSI_Reg_Val - - dbm... 5 Εικόνα -6 : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής stem) () -5 dbm... 5 Εικόνα -7 : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής contour) (). 5 Εικόνα -8 : RSSI_Reg_Val - -5 dbm... 5 Εικόνα -9 : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής stem) ()... 5 Εικόνα - : Ο αριθμός των ληφθέντων πακέτων (χρήση της εντολής contour) (). 55 Εικόνα - : RSSI_Reg_Val - dbm... 55 Εικόνα - : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - 5 dbm... 6 Εικόνα - : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 6 Εικόνα - : Περιστροφή του ρομπότ - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 65 Εικόνα - : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ -Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 65 8
Εικόνα -5 : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 66 Εικόνα -6 : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 66 Εικόνα -7 : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=m, d=m, n=... 68 Εικόνα -8 : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=m, d=m, n=... 68 Εικόνα -9 : Ένωση των transmission Pattern 5 κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=5... 69 Εικόνα - : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - dbm... 7 Εικόνα - : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 7 Εικόνα - : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level... 7 Εικόνα - : Ένωση των transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=m, d=m, n=... 7 Εικόνα - : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 7 Εικόνα -5 : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level... 7 Εικόνα -6 : Ένωση των transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 75 Εικόνα -7 : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - 5 dbm... 77 Εικόνα -8 : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 77 Εικόνα -9 : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level... 77 Εικόνα - : Ένωση των transmission Pattern 5 κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=5... 79 Εικόνα - : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - dbm... 8 Εικόνα - : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 8 Εικόνα - : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level... 8 Εικόνα - : Ένωση των transmission Pattern 5 κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=5... 8 Εικόνα -5 : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - 5 dbm... 8 Εικόνα -6 : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 8 9
Εικόνα -7 : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level... 8 Εικόνα -8 : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής - dbm και RSSI level - dbm... 85 Εικόνα -9 : Ένωση των transmission patterns των κόμβων και περιστροφή του ρομπότ- Ισχύς εκπομπής - dbm και RSSI level - dbm... 86 Εικόνα - : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 87 Εικόνα - : Ένωση των transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level - dbm, W=m, d=m, n=... 87 Εικόνα - : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής - dbm και RSSI level - 5 dbm... 89 Εικόνα - : Ένωση των transmission patterns των κόμβων και περιστροφή του ρομπότ- Ισχύς εκπομπής - dbm και RSSI level -5 dbm... 89 Εικόνα - : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ- Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level... 9 Εικόνα -5 : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής - dbm και RSSI level - 5 dbm... 9 Εικόνα -6 : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 9 Εικόνα -7 : (α)θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής -dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 9 Εικόνα -8 : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - dbm... 9 Εικόνα -9 : Ένωση των transmission patterns των κόμβων και περιστροφή του ρομπότ- Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - dbm... 9 Εικόνα - : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής -5dBm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 95 Εικόνα - : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - 5 dbm... 96 Εικόνα - : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 96 Εικόνα - : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής -5dBm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 97 Εικόνα - : Transmission pattern κόμβου -Ισχύς εκπομπής -5 dbm και RSSI level - dbm... 98 Εικόνα -5 : Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 98 Εικόνα -6: (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το
σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής -5dBm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 99 Εικόνα -7 : Transmission pattern ενός κόμβου -Ισχύς εκπομπής dbm και RSSI level... Εικόνα -8 : Ένωση των Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... Εικόνα -9 : (α) Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... Εικόνα -5: Transmission pattern ενός κόμβου -Ισχύς εκπομπής dbm και RSSI level... Εικόνα -5 : Ένωση των transmission patterns των κόμβων και περιστροφή του ρομπότ- Ισχύς εκπομπής dbm και RSSI level - dbm... Εικόνα -5 : Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... Εικόνα -5: Transmission pattern ενός κόμβου -Ισχύς εκπομπής dbm και RSSI level... 5 Εικόνα -5 : Ένωση των Transmission Pattern κόμβων - Ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level... 6 Εικόνα -55 : Θέση του ρομπότ όπου προκύπτει μέγιστη επιφάνεια εκπομπής δικτύου και (β) μέγιστος αριθμός κόμβων που επικοινωνούν με το ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 6
Ευρετήριο Πινάκων Πίνακας - : Διαφοροποίηση των WSN από τα ad hoc WN... 9 Πίνακας - : Ταξινόμηση των WSN βάσει των εφαρμογών που υποστηρίζουν... Πίνακας - : Γενικότερα κριτήρια ταξινόμησης WSN... Πίνακας - : Σύνοψη τεχνικών προκλήσεων WSN και αντίστοιχων προσεγγίσεων. 9 Πίνακας -5 : Βασικές παράμετροι κάθε ζώνης συχνοτήτων... Πίνακας - : Παράγοντες εξασθένησης του σήματος... Πίνακας - : Επίπεδα της ισχύος εκπομπής του Tmote Sky module σε συχνότητα.5ghz... Πίνακας - : Η δομή του αποστελλόμενου BEACON μηνύματος... 6 Πίνακας - : Το ληφθέν BEACON μήνυμα ύστερα από τροποποίηση στον παραλήπτη... 6 Πίνακας -5 : Οι παράμετροι της πειραματικής διαδικασίας... 6 Πίνακας -6: Πειραματικά δεδομένα μετρήσεων - -5 dbm... 8 Πίνακας -7 : Στατιστικά δεδομένα για τον αριθμό των ληφθέντων πακέτων για τις διάφορες τιμές της ισχύος εκπομπής... 56 Πίνακας -8 : Αριθμητικά δεδομένα για την τιμή του RSSI και της ισχύος λήψης P για τις διάφορες τιμές της ισχύος εκπομπής... 56 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης... 6 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για ισχύ εκπομπής -5 dbm... 6 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 6 Πίνακας - : Θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 6 Πίνακας -5 : Θέση του ρομπότ για την οποία προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 67 Πίνακας -6 : Συντεταγμένες των ζευγών στατικών κόμβων που επικοινωνούν - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 67 Πίνακας -7 : Θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=m, d=m, n=... 68 Πίνακας -8 : Συντεταγμένες του ζεύγους στατικών κόμβων που επικοινωνούν - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=m, d=m, n=... 68 Πίνακας -9 : Ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό -Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=m, d=m, n=... 69 Πίνακας - : Ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=5... 7 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level - dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 7 Πίνακας - : Θέση του ρομπότ για την οποία προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των
περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 7 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 7 Πίνακας - : Θέση του ρομπότ για την οποία προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 7 Πίνακας -5 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 76 Πίνακας -6 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 76 Πίνακας -7 : ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 78 Πίνακας -8 : Συντεταγμένες του ζεύγους στατικών κόμβων που επικοινωνούν - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 78 Πίνακας -9 : Συντεταγμένες του ζεύγους στατικών κόμβων που επικοινωνούν - Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=5... 79 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level - dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 8 Πίνακας - : θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 8 Πίνακας - : Μέγιστο εμβαδό- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 8 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 8 Πίνακας - : ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 8 Πίνακας -5 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για Ισχύ εκπομπής - dbm... 85 Πίνακας -6 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για Ισχύ εκπομπής - dbm και RSSI level - dbm... 85 Πίνακας -7 : Θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό και ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 87 Πίνακας -8 : Επικοινωνία στατικών κόμβων... 88 Πίνακας -9 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής - dbm... 88 Πίνακας - : Συντεταγμένες του ζεύγους στατικών κόμβων που επικοινωνούν - Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 9 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής - dbm... 9 Πίνακας - : ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδό - Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=9
Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 9 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level - dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 9 Πίνακας -5 : ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-θέση του μέγιστου εμβαδού- Ισχύς εκπομπής -5 dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 95 Πίνακας -6 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 96 Πίνακας -7 : ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-θέση και το μέγιστο εμβαδόν- Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level -5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... 97 Πίνακας -8 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level - dbm και Ισχύ εκπομπής -5 dbm... 98 Πίνακας -9 : ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει το μέγιστο εμβαδόν- Ισχύς εκπομπής - dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 99 Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για Ισχύ εκπομπής dbm... Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level -5 dbm και Ισχύ εκπομπής dbm... Πίνακας - : Ενδεικτικές θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-θέση και το μέγιστο εμβαδόν- Ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level - 5 dbm, W=5m, d=.5m, n=... Πίνακας - : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level - dbm και Ισχύ εκπομπής dbm... Πίνακας - : Θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών- Ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... Πίνακας -5 : Μέγιστο εμβαδό- Ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 5 Πίνακας -6 : Οι παράμετροι των εξομοιώσεων του αλγορίθμου βελτιστοποίησης για RSSI_level - dbm και Ισχύ εκπομπής dbm... 5 Πίνακας -7 : Θέσεις του ρομπότ για τις οποίες προκύπτει ο μέγιστος αριθμός επικοινωνούντων ζευγών κόμβου-ρομπότ για το σύνολο των περιστροφών-και ενδεικτικές θέσειςγια το μέγιστο εμβαδόν- Ισχύς εκπομπής dbm, RSSI level - dbm, W=5m, d=.5m, n=... 7
Εισαγωγή. Σύνοψη της διεξαγμένης έρευνας Τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks, WSN) αποτελούν σήμερα ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο έρευνας στον τομέα των ασύρματων επικοινωνιών, δεδομένου του εκτενούς εύρους εφαρμογών που μπορούν να υποστηρίξουν. Ένα WSN συνιστά μια νέα τάξη υπολογιστικών συστημάτων, που διευρύνει την ανθρώπινη δυνατότητα αλληλεπίδρασης με το φυσικό περιβάλλον. Η ικανότητα αίσθησης παραμέτρων του περιβάλλοντος (sensing) αλλά και λειτουργίας για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε περιβάλλοντα με ιδιαιτερότητες χωρίς την ανθρώπινη παρέμβαση, το μικρό μέγεθος των κόμβων σε συνδυασμό με το χαμηλό τους κόστος, διαφοροποιεί τα WSN από τα ad hoc ασύρματα δίκτυα, δημιουργεί νέες προοπτικές και δίνει ώθηση σε νέες εφαρμογές. Ωστόσο, λόγω κάποιων από τις παραπάνω ιδιαιτερότητές τους, οι κόμβοι ενός WSN υπόκεινται σε λειτουργικούς και σχεδιαστικούς περιορισμούς. Διαθέτουν περιορισμένα ενεργειακά αποθέματα, υπολογιστικούς πόρους, μνήμη και ισχύ εκπομπής. Όλοι αυτοί οι παράγοντες δημιουργούν νέες προκλήσεις και αντικείμενα έρευνας με σκοπό τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου ([], []). Ένα τέτοιο αντικείμενο έρευνας αποτελεί και η συνδεσιμότητα του συνολικού δικτύου, μια έννοια καθοριστική για τη δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των κόμβων και ανταλλαγής πληροφοριών επί της παρατηρούμενης διεργασίας-παραμέτρου. Η χρησιμότητα των WSN σε συνδυασμό με την απαίτηση για συνδεσιμότητα αποτέλεσαν το σημείο εκκίνησης για την παρούσα διπλωματική εργασία. Η ιδιαιτερότητα της έρευνας εντοπίζεται στη χρήση του Δείκτη Ισχύος Ληφθέντος Σήματος (Received Signal Strength Indicator-RSSI) για την εξαγωγή συμπερασμάτων για τη συνδεσιμότητα του δικτύου. Υλοποιήθηκε συνεπώς ένα WSN, αποτελούμενο από ένα ζευγάρι κόμβων αποστολέας-παραλήπτης, των οποίων η επικοινωνία βασίζεται στο πρότυπο της IEEE για τα Χαμηλής Ταχύτητας Ασύρματα Δίκτυα Προσωπικής Εμβέλειας, Low Rate Wireless Personal Area δίκτυα (LR-WPAN), το οποίο φέρει τον διακριτικό τίτλο IEEE 8.5. ([6], [7], [8], [9], []). Στόχος της πειραματικής διαδικασίας αποτέλεσε η μέτρηση (στην μεριά του παραλήπτη) του RSSI και ο υπολογισμός του ποσοστού των επιτυχώς ληφθέντων πακέτων για την επικοινωνία μεταξύ αποστολέα-παραλήπτη, μεταβάλλοντας την προγραμματιζόμενη ισχύ εκπομπής του αποστολέα αλλά και τη θέση του παραλήπτη σε μια δεδομένη περιοχή ενδιαφέροντος. Από το στάδιο αυτό της πειραματικής διαδικασίας προέκυψε η περιοχή επικοινωνιακής κάλυψης ενός κόμβου για τα διάφορα προγραμματιζόμενα επίπεδα ισχύος εκπομπής. Πιο συγκεκριμένα, για κάθε επίπεδο ισχύος εκπομπής εξήχθησαν καμπύλες στο χώρο γύρω από τον αποστολέα, που αντιστοιχούν σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο RSSI. Τα αποτελέσματα αυτά συνέβαλαν στην ανάπτυξη ενός αλγορίθμου βελτιστοποίησης της συνδεσιμότητας του δικτύου, με βάση τον οποίο αναζητήθηκε η μέγιστη επικοινωνιακή κάλυψη (communication/network coverage) του δικτύου και ο 5
μέγιστος αριθμός ζευγών επικοινωνούντων κόμβων για διάφορες τιμές του αριθμού των κόμβων του δικτύου, της έκτασης της περιοχής ενδιαφέροντος και πυκνότητας σάρωσης της περιοχής αυτής από ένα κινούμενο κόμβο. Ο κόμβος αυτός έχει τη δυνατότητα περιστροφής γύρω από τη θέση του, παρέχοντας έτσι περισσότερες επιλογές βελτιστοποίησης.. Δομή διπλωματικής εργασίας Το περίγραμμα της διπλωματικής εργασίας είναι το ακόλουθο. Κεφάλαιο : Εισαγωγή Σε αυτό το κεφάλαιο, παρατίθενται περιληπτικά τα χαρακτηριστικά και η πορεία της επιδιωκόμενης έρευνας. Επιπλέον, παρουσιάζεται η δομή της παρούσας εργασίας, με μία σύντομη αναφορά στο περιεχόμενο κάθε κεφαλαίου. Κεφάλαιο : Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Στόχος του δεύτερου κεφαλαίου είναι η παρουσίαση βασικών εννοιών που σχετίζονται με τη λειτουργία των Ασύρματων Δικτύων Αισθητήρων. Αρχικά αναφέρονται οι παράγοντες που συντελούν στη διαφοροποίηση των WSN από τα υπόλοιπα δίκτυα. Ακολουθεί η παράθεση των διάφορων κατηγοριών WSΝ. Έπειτα παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των WSN και γίνεται μια σύντομη αναφορά στα πρότυπα που υποστηρίζουν την υλοποίηση των WSN, με ιδιαίτερη έμφαση στη λειτουργία, τις τοπολογίες και τις παρεχόμενες υπηρεσίες που προσφέρουν τα πρότυπα IEEE 8.5. και Zigbee. Τέλος, αναφέρονται επιγραμματικά κάποιες εφαρμογές των WSN. Κεφάλαιο : Περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας μέτρησης του RSSI Το τρίτο κεφάλαιο αποσκοπεί στην περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας και στην παράθεση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν. Κρίθηκε ωστόσο αναγκαία αρχικά η επεξήγηση της σημασίας του RSSI καθώς και η γενική περιγραφή των Tmote Sky modules, των ασύρματων κόμβων που χρησιμοποιήθηκαν στο WSN που υλοποιήθηκε. Στη συνέχεια παρουσιάζονται κάποιες λεπτομέρειες της πειραματικής διαδικασίας και παρατίθενται γραφικά αποτελέσματα της επικοινωνιακής επιφάνειας κάλυψης του κόμβου αποστολέα για τα διάφορα επίπεδα προγραμματιζόμενης ισχύος εκπομπής. Το κεφάλαιο καταλήγει στην παράθεση συμπερασμάτων τόσο πάνω στα γραφήματα, όσο και για το σύνολο του πειράματος, αλλά και προβλημάτων που ανέκυψαν κατά τη διεξαγωγή του. Κεφάλαιο : Υλοποίηση Αλγορίθμου Βελτιστοποίησης Συνδεσιμότητας Στο τέταρτο κεφάλαιο, αφού αναφερθούν εισαγωγικά ειδικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη συνδεσιμότητα του δικτύου, παρουσιάζεται ο αλγόριθμος που αναπτύχθηκε για τη βελτιστοποίηση της επικοινωνιακής δυνατότητας του δικτύου. Πρόκειται για μια εξαντλητική αναζήτηση στην περιοχή ενδιαφέροντος του μέγιστου αριθμού ζευγών επικοινωνούντων κόμβων και του μέγιστου εμβαδού του εύρους 6
εκπομπής του δικτύου, που έχει εξαχθεί με τη βοήθεια των RSSI μετρήσεων, για σάρωση της περιοχής από κινούμενο κόμβο, για ένα δεδομένο αριθμό κόμβων, βαθμό σάρωσης της περιοχής, έκταση περιοχής και γωνία περιστροφής του κινούμενου κόμβου. Κεφάλαιο 6: Επίλογος Το τελευταίο κεφάλαιο επικεντρώνεται στα συμπεράσματα που προκύπτουν από την διεξαγόμενη έρευνα και εξετάζεται κατά πόσο αυτά τα συμπεράσματα ανταποκρίνονται στους αρχικά επιδιωκόμενους στόχους. Η παρούσα διπλωματική εργασία κλείνει με κάποια προτεινόμενα θέματα, τα οποία θα μπορούσαν να αποτελέσουν την συνέχεια της ήδη διεξαχθείσας έρευνας. Κεφάλαιο 7: Βιβλιογραφία Παράρτημα Α: Πρόγραμμα σε περιβάλλον Labview Παράρτημα Β: Πρόγραμμα σε περιβάλλον Matlab 7
Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Εισαγωγή Η πρόοδος στις ασύρματες επικοινωνίες, στα VLSI κυκλώματα χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, στον ενσωματωμένο υπολογισμό και κυρίως στην τεχνολογία των MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) συνέβαλε στην υλοποίηση μικρού μεγέθους, ενεργειακά αυτόνομων, πολύ-διεργασιακών κόμβωναισθητήρων (smart sensors), χαμηλής ισχύος και κόστους, ικανών να παρατηρούν και να αντιδρούν σε μεταβολές φυσικών φαινομένων του περιβάλλοντος. Οι κόμβοι αυτοί διαθέτουν παράλληλα τη δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας. Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων (WSN) ([-5]) αποτελείται από ένα μεγάλο αριθμό τέτοιων ενεργειακά αυτόνομων κόμβων, πυκνά τοποθετημένων στην προς παρατήρηση περιοχή (sensing field), διαθέτοντας ικανότητες αίσθησης και ενεργοποίησης (sensing and actuation) καθώς και επεξεργασίας πληροφοριών. Οι βασικές ιδιότητες των WSN συνοψίζονται στα παρακάτω σημεία: δυνατότητα αυτό-οργάνωσης επικοινωνία περιορισμένου βεληνεκούς και multi-hop δρομολόγηση πυκνή τοποθέτηση των κόμβων και συνεργατική προσπάθεια συχνά μεταβαλλόμενη τοπολογία λόγω εξασθένησης του σήματος και αποτυχίας των κόμβων περιορισμοί στην ενέργεια, την ισχύ εκπομπής, την μνήμη και την υπολογιστική δυνατότητα πιθανότατα έλλειψη γενικού identification των κόμβων λόγω υψηλού overhead και μεγάλου αριθμού κόμβων Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται ουσιώδεις έννοιες που σχετίζονται με τη λειτουργία των ασύρματων δικτύων αισθητήρων, η κατανόηση των οποίων κρίθηκε απαραίτητη για την διεξαγωγή της συγκεκριμένης εργασίας.. Διαφοροποίηση των WSN σε σχέση με τα υπόλοιπα δίκτυα Παρόλο που τα WSN αποτελούν δίκτυα υπολογιστικών συσκευών, διαφέρουν από τα παραδοσιακά δίκτυα δεδομένων για τους εξής λόγους [] (Πίνακας -): α) παρουσιάζουν σε σχέση με τα κλασικά δίκτυα σημαντικούς περιορισμούς στην υπολογιστική ισχύ, στην ενέργεια, την αποθήκευση και το εύρος ζώνης. Στα παραδοσιακά ασύρματα δίκτυα οι λειτουργίες της δρομολόγησης και της διαχείρισης κινητικότητας εκτελούνται με σκοπό τη βελτιστοποίηση του QoS και της αποτελεσματικότητας του εύρους ζώνης η κατανάλωση ενέργειας συνιστά δευτερεύουσα απαίτηση, καθώς η πηγή ενέργειας μπορεί να αντικατασταθεί ή να επαναφορτιστεί οποιαδήποτε στιγμή. Ωστόσο, τα WSN αποτελούνται από κόμβους που έχουν σχεδιαστεί για εφαρμογή σε περιβάλλον λειτουργίας χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Συνεπώς, μια παρεχόμενη υπηρεσία της δρομολόγησης αποτελεί η 8
βελτιστοποίηση της χρήσης της ενέργειας, με σκοπό τη μεγιστοποίηση της διάρκειας ζωής του δικτύου β) στα παραδοσιακά δίκτυα οι χρήστες συνδέονται με ένα κόμβο (ή ένα σύνολο κόμβων) και απαιτούν κάποια υπηρεσία από κάποιο άλλο κόμβο. Αυτό το επικοινωνιακό μοντέλο μεταξύ δύο οντοτήτων αποτελεί την πλειοψηφία της συνήθους κίνησης δικτύου και το δίκτυο συνιστά ένα μέσο για τη σύνδεσή τους. Αλλά και το μοντέλο αλληλεπίδρασης είναι ευθύ, από την άποψη πως ο χρήστης αλληλεπιδρά άμεσα με το χρήση ή την υπηρεσία στο άλλο άκρο επικοινωνίας. Από την άλλη πλευρά, τα WSN προσεγγίζουν περισσότερο κατανεμημένα συστήματα, παρά τα τυπικά δίκτυα. Οι κόμβοι συνεργάζονται για την παραγωγή των αποτελεσμάτων, ενώ ο χρήστης σπάνια ενδιαφέρεται για τα αποτελέσματα μεμονωμένων κόμβων. Αντιθέτως, αναζητά παραμέτρους μιας συνολικής, δυναμικής φυσικής διαδικασίας. Συνεπώς, δεν υπάρχουν σαφείς κόμβοι-πηγές ή προορισμοί βασιζόμενοι στις επιθυμίες του χρήστη, μόνο οι χρήστες και το συνολικό δίκτυο. Κατά συνέπεια, το δίκτυο δεν παρέχει σύνδεση μεταξύ διαφορετικών τμημάτων, αλλά υπηρεσίες πληροφοριών στους χρήστες. γ) συνήθως οι κόμβοι ενός WSN είναι στατικοί μετά την τοποθέτησή τους, με εξαίρεση πιθανότητα ένα μικρό αριθμό κινούμενων κόμβων δ) οι κόμβοι ενός WSN αποστέλλουν δεδομένα χαμηλού ρυθμού, με εμφανές το φαινόμενο του πλεονασμού Πίνακας - : Διαφοροποίηση των WSN από τα ad hoc WN 9
. Κατηγορίες WSN Η σχεδίαση των WSN είναι προσανατολισμένη στην εφαρμογή που εξυπηρετούν []. Σύμφωνα συνεπώς με την εφαρμογή που υποστηρίζεται, τα WSN διακρίνονται σε υπέργεια, υπόγεια, υποθαλάσσια, multi-media, και κινούμενα, τα χαρακτηριστικά των οποίων συνοψίζονται στον Πίνακα -. Υπάρχουν ωστόσο γενικότερα κριτήρια, με τα οποία μπορούν τα WSN να ταξινομηθούν [] (Πίνακας -). Πίνακας - : Ταξινόμηση των WSN βάσει των εφαρμογών που υποστηρίζουν Σύμφωνα με την απόσταση των κόμβων από το σταθμό βάσης, τα WSN διακρίνονται σε single-hop (γνωστά και ως nonpropagating) ή multi-hop (propagating) συστήματα.