Ewolucja: od sieci sensorowych do Internetu Rzeczy. Paweł Kułakowski

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Ewolucja: od sieci sensorowych do Internetu Rzeczy. Paweł Kułakowski"

Bogdan Kozak
6 lat temu
Przeglądów:

1 Ewolucja: od sieci sensorowych do Internetu Rzeczy Paweł Kułakowski 1

2 Inspiracje I Stanisław Lem, NIEZWYCIĘŻONY - wydany w Polsce, przetłumaczony na angielski,

3 Inspiracje II STAR WARS II THE EMPIRE STRIKES BACK w reżyserii George a Lucasa,

4 Trzy ery bezprzewodowe Przeszłość: Jedno urządzenie bezprzewodowe na każde tysiąc osób. Teraźniejszość: Jedno urządzenie bezprzewodowe na osobę. Przyszłość: Tysiąc urządzeń bezprzewodowych na osobę. R. Verdone,

5 Scenariusz I: Trzęsienie ziemi 5

6 Scenariusz II: Pożar lasu 6

7 Scenariusz III: Śledzenie obiektów Operacje wojskowe: Ochrona dzikich zwierząt: 7

8 Scenariusz IV: Monitoring miejski kontrola ruchu ulicznego filmowanie wydarzenia raportowanie o zagrożeniu automatyczna kontrola biletów systemy bezpieczeństwa inteligentny dom 8

9 Scenariusz V: Monitoring osób, obiektów Obiekt jest elementem sieci! lokalizacja paczek, przesyłek (standard RFID) monitoring pacjentów w szpitalu (sieci WBAN) 9

Bezprzewodowe sieci sensorowe WSN Sieci niewielkich i prostych konstrukcyjnie urządzeń radiowych, które: a) zbierają dane o otoczeniu, b) przesyłają

10 Bezprzewodowe sieci sensorowe WSN Sieci niewielkich i prostych konstrukcyjnie urządzeń radiowych, które: a) zbierają dane o otoczeniu, b) przesyłają je do centrum sieci, c) reagują na wydarzenia (*). Podstawowe założenia: - długi czas pracy, - niska cena, - autonomiczność, skalowalność, adaptacja. 10

11 Pierwsze zastosowania Wyspa GREAT DUCK - monitoring siedliska petreli burzowych,

12 Węzeł sieci sensor Tx/Rx RAM C bateria sensory Pomiary: - temperatury - wilgotności - intensywności światła - ciśnienia - drgań sejsmicznych - zmian prędkości - pola magnetycznego 12

13 Zasilanie - baterie - energia słoneczna - rozpad izotopów promieniotwórczych - wibracje mechaniczne S. Tin, A. Lal, Cornell Univ., USA impuls 5mW co 3 minuty 85 (10) W Rene Elfrink, Holst Center, NL 13

14 Topologie sieci I sensory centrum kontrolne (sink) z dostępem do sieci zewnętrznych węzły referencyjne aktuatory transmisje typu multi-hop 14

15 Topologie sieci II sensory centrum kontrolne (sink) z dostępem do sieci zewnętrznych węzły referencyjne aktuatory organizacja sieci w klastry 15

16 Lokalizacja węzłów w sieci ZAŁOŻENIE: adres sieciowy = pozycja a) GPS b) węzły referencyjne -> RSS, ToA, AoA c) techniki typu fingerprinting d) wpisanie pozycji 16

17 Protokoły wielodostępu IEEE Tryb BEACON-ENABLED siecią rządzi węzeł-koordynator: Beacon... t Contention Access Period (CSMA/CA) Contention Free Period (Granted Time Slots) Inactive Period 2. Tryb NON BEACON-ENABLED brak szczelin przydzielonych przez koordynatora 17

18 Ruting geograficzny ZAŁOŻENIE: Każdy węzeł w sieci zna swoją pozycję oraz pozycję najbliższego centrum kontrolnego. (np. wykorzystując algorytm lokalizacji) ZALETY: skalowalność odporność na awarie sieci oszczędność energii 18

19 Greedy routing C. KONTROLNE Spośród węzłów sąsiednich wybierz ten najbliższy centrum kontrolnemu.? B A 19

20 Face routing konieczna jest planaryzacja sieci usunięcie krzyżujących się łączy F 9 C. KONTROLNE pakiety przekazywane są między obszarami F n, w kierunku centrum kontrolnego F 8 protokół gwarantuje dostarczenie wiadomości do centrum kontrolnego F 5 F 4 F 3 F 6 F 7 F 1 F 2 A 20

21 Architektura sieci Od sieci SCENTRALIZOWANEJ do ROZPROSZONEJ i AUTONOMICZNEJ. 21

22 Wireless Sensor and Actuator Networks Sieci zawierające węzły-aktuatory zdolne do reakcji: 22

23 Standardy telekomunikacyjne IEEE : Wireless Personal Area Networks - IEEE : Low Rate WPANs - warstwy fizyczna i MAC - częstotliwości: 868/915 i 2450 MHz - szybkość transmisji do 250 kbit/s - dwa możliwe mechanizmy dostępu do kanału radiowego: contention based contention free ZigBee: stowarzyszenie firm, instytucji, jednostek badawczych - zdefiniowanie warstwy sieci i aplikacji - określenie m.in. protokołu rutingu (Ad hoc On demand Distance Vector), mechanizmów tworzenia sieci, przyjmowania nowych węzłów, konfigurowani urządzeń TinyOS: system operacyjny dla sieci WSN, otwarty kod źródłowy 23

24 Ewolucja: WSNs Internet of Things RFID sieci WSN machineto-machine mobilny Internet INTERNET RZECZY heterogeniczna sieć urządzeń samoorganizacja, autonomia decyzji i działań skala: od mikrochipów do maszyn przemysłowych

25 Internet Rzeczy (Internet of Things) R. Du, P. Santi, M. Xiao, A. Vasilakos, C. Fischione, "The sensable city: A survey on the deployment and management for smart city monitoring", accepted for IEEE Communications Surveys & Tutorials

26 Internet Rzeczy (Internet of Things) Dane/przewidywania: miliarda urządzeń w miliardów w roku 2020 (wzrost wykładniczy) - Machine-to-Machine M2M - Device-to-Device D2D Wyzwania: ilość i różnorodność danych (problemy typu Big Data) zużycie energii gęstość urządzeń na komórkę sieci dotychczasowe technologie: krótkie dystanse (Bluetooth, ) martechtoday.com

27 Technologie dla IoT LoRaWAN: - standaryzowane przez LoRa Alliance - pasma ISM: 433, 868 i 915 MHz - chirp spread spectrum, MAC: Aloha - moc nadawcze: dbm, czułość odbiorników: do -134 dbm - zasięg: do 15 km (miasto: do 5 km) - przepustowość: kbit/s - topologia: gwiazda - żywotność baterii: do 10 lat NarrowBand-IoT: - standaryzowane przez 3GPP - pasma sieci komórkowych, głównie < 1 GHz - ultra narrowband (pasmo 180 khz), powtórzenia, QPSK - moc nadawcze: dbm, czułość odbiorników: do -141 dbm - zasięg: do 35 km (tylko infrastruktura sieci) - przepustowość: ~50 kbit/s - topologia: gwiazda - żywotność baterii: do 10 lat Inne rozwiązania: - SigFox, DASH7, 6TiSCH (IETF ), LTE-M (3GPP), ah (IEEE) H. Wang, A. Fapojuwo, "A Survey of Enabling Technologies of Low Power and Long Range Machine-to-Machine Communications", IEEE Communications Surveys & Tutorials 2017 W. Ayoub, A. Samhat, F. Nouvel, M. Mroue, J-C. Prevotet, "Internet of Mobile Things: Overview of LoRaWAN, DASH7, and NB-IoT in LPWANs standards and Supported Mobility ", accepted for IEEE Communications Surveys & Tutorials

28 Dziękuję za uwagę! 28

Podobne dokumenty

Sieci sensorowe. Paweł Kułakowski

Sieci sensorowe. Paweł Kułakowski Sieci sensorowe Paweł Kułakowski 1 Inspiracje I Stanisław Lem, NIEZWYCIĘŻONY - wydany w Polsce, 1964 - przetłumaczony na angielski, 1973. 2 Inspiracje II STAR WARS II THE EMPIRE STRIKES BACK w reżyserii