Facultatea de Informatică

Universitatea Alexandu Ioan Cuza

Iaşi, Iunie 2008

Reţele de senzori

Absolvent: Ionel Tudor Calistru

Coordonator: Prof. Dr. Cornelius Croitoru

Vom discuta despre...

• Ce sunt reţelele de senzori fără fir

• Arhitectură şi factori de influenţă

• Exemple de utilizări

• Protocoale de dirijare

• Schema de alocare distribuită a resurselor

• Suprafeţe de acoperire

• Simulare şi rezultatele obţinute

Ionel Tudor Calistru 2

Ce sunt reţelele de senzori fără fir

Un număr mare de senzori eterogeni

Reţea Ad-hoc

Senzori de dimensiuni reduse cu capacităţi de:

comunicare, procesare şi stocare

Ionel Tudor Calistru 3

Arhitectură şi Factori de Influenţă

• toleranţă la impact, scalabilitate, costuri, topologie

• mediu de lucru, mediu de transmisie

• consumatori de energie, constrângeri hardware

Ionel Tudor Calistru 4

Ionel Tudor Calistru

Exemple de utilizări

• Monitorizarea şi Controlul locuinţelor, oraşelor şi al mediului:

• puncte de studiere a planetei (oceane, păduri, etc.)

• sisteme de alertă asupra epidemiilor, atacurilor chimice, biologice, etc.

• sisteme de supraveghere a copiilor şi a bolnavilor

• sisteme de monitorizare a vânturilor, a migraţiilor de păsări, prognoză meteo

• sisteme de supraveghere şi securizare teritorială şi urbană (şcoli/mall-uri/parcări, etc.)

• localizarea locurilor libere de parcare

5

Protocoale de dirijare

• Eficienţa consumului de energie

• Agregarea datelor

• Ideal: reţea adresabilă cu capacităţi de determinare a localiţiilor

• Senzori

• cu resurse de energie limitată

• NU au ID unic

Proprietăţi: Flooding

• SPIN

Gradient

• Directed Diffusion

• GEAR

• etc

Clustering

• LEACH

• GAF

• etc

Geografic

• GAF

• GEAR

• etc

Clasificare:

Ionel Tudor Calistru 6

Flooding+• Simplu

• Fără dirijare şi Fără gestiune de stări

-• Implozie

• Suprapunerea datelor

• Nu ia in considerare resursele limitate

Ionel Tudor Calistru 7

SPIN (Sensor Protocols forInformation via Negotiation)

Ionel Tudor Calistru 8

Directed Diffusion 1/2

• Distribuire eficientă a datelor– Accesarea (adresarea) datelor (nu a nodurilor), pe bază de atribute

– Sink interoghează reţeaua

– Drumul optim stabilit pe baza câmpurilor gradient

– Alte informaţii determină agregarea datelor

“Ce variaţii de

temperatură ( în

decurs de un minut) au

fost observate în

regiunea sud-est?”

Nod Sursă

Sink

nodul de agregare Alt nod Sursă

Ionel Tudor Calistru 9

Directed Diffusion 2/2

Ionel Tudor Calistru

Nod Sursă

Sink

+

• consumă mult mai puţină energie

• scalabil (doar interacţiune locală)

• foloseşte drumul optim

-

• faza de iniţializare a câmpurilor "gradient" este costisitoare

• necesită memorarea drumului optim

10

LeachLow-energy adaptive clustering hierarchy

Ionel Tudor Calistru

+

• optimizează consumul de energie prin închiderea unora dintre noduri

• doar două hopuri pentru a comunica cu nodul SINK

• scalabil datorită distribuţiei ierarhice

• uşor de agregat datele la nodul "cluster head”

-

• căderea unui nod “cluster head “... ?

• selectarea nodurilor cluster head este dicil de optimizat

• nodurile nu pot comunica pe distanţe foarte mari

Grupuri (clusters) de senzori Noduri cluster-head

◦ comunică direct cu Sink◦ agregă datele

11

GAFGeographic Adaptive Fidelity

Grid virtual al suprafeţei de acoperire

Nodurile folosesc GPS pt a fi asociate pe grid

Nodurile pot fi închise

“Dacă sunt echivalente”

Trei StăriDiscoveryActiveSleep

Ionel Tudor Calistru 12

GEARGeographic and Energy-Aware Routing

Direct Diffusion dar cu interogări restricţionate pe regiuni

Dirijarea datelor

Către regiunea ţintă

În interiorul regiunii ţintă• restricted flooding

• recursive geographic forwarding

Ionel Tudor Calistru 13

ADRAAdaptive Distributed Resource Allocation

Ionel Tudor Calistru 14

Suprafeţe de acoperire 1/2 În ce condiţii poate fi închis un nod senzor?

Pentru cât timp?

Fiecare nod senzor trimite un mesaj de probă, PRB

Aşteaptă un mesaj de confirmare, PRB RPY.

Dacă primeşte PRB RPY(există un nod senzor activ în imediata vecinătate) devine inactiv. Raza r este aleasă în funcţie de densitatea nodurilor.

Ionel Tudor Calistru 15

Suprafeţe de acoperire 2/2

Ionel Tudor Calistru 16

Prezentarea Simulării 1/3 Repast (Recursive Porous Agent Simulation Toolkit);

• "agent-based“

• open source;

• scris în Java

• dezvoltat la University of Chicago.

Ionel Tudor Calistru 17

Prezentarea Simulării 2/3

• 5 tipuri de agenţi:1. Sensor

2. Target

3. Sink

4. Satellite

5. Task Manager

Ionel Tudor Calistru 18

Prezentarea Simulării 3/3

Ionel Tudor Calistru 19

Rezultatele Simulării

Agregare Strategie de “wake-up”

Nr. MesajeTrimise

Timp de viaţă(toate nodurile)

Timp deviaţă(total)

NU NU 235 27 53

DA NU 100 37 53

NU DA 155 43 120

DA DA 135 63 120

Ionel Tudor Calistru 20

Vă mulţumesc.

Ionel Tudor Calistru 21