Sieci sensorowe. Paweł Kułakowski

Transkrypt

1 Sieci sensorowe 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 BAN) 9

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 7 F 5 F 3 F 4 F 6 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 Aktualny stan rozwoju sieci WSN - ponad 10 lat prac badawczych, - tematyka bardzo obszerna i rozmyta, - kilkadziesiąt tys. publikacji, - liczne sesje naukowe na każdej większej konferencji IT, - standardy IEEE i ZigBee, system TinyOS, - firmy komercyjne oferujące sensory MicaZ, Mica2, Imote2, TelosB - liczne wdrożenia doświadczalne, - wysokie ceny urządzeń >50. 24

25 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

26 Dziękuję za uwagę! 26