Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
2
Inspiracje I
Stanisław Lem, NIEZWYCIĘŻONY- wydany w Polsce, 1964- przetłumaczony na angielski, 1973.
4
Trzy ery bezprzewodowe
© R. Verdone, 2006
Przeszłość:
Jedno urządzenie bezprzewodowe na każde tysiąc osób.
Teraźniejszość:
Jedno urządzenie bezprzewodowe na osobę.
Przyszłość:
Tysiąc urządzeń bezprzewodowych na osobę.
8
• raportowanie o zagrożeniu• filmowanie wydarzenia
• automatyczna kontrola biletów
• kontrola ruchu ulicznego
• systemy bezpieczeństwa
Scenariusz IV: Monitoring miejski
• inteligentny dom
9
• monitoring pacjentów w szpitalu (sieci WBAN)• lokalizacja paczek, przesyłek (standard RFID)
Scenariusz V: Monitoring osób, obiektów
➙ Obiekt jest elementem sieci!
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.
12
Węzeł sieci – sensor
µC
RAM
Tx/Rx sensory
bateria
Pomiary:- temperatury- wilgotności- intensywności światła- ciśnienia- drgań sejsmicznych- zmian prędkości- pola magnetycznego
13
Zasilanie
- baterie- energia słoneczna - rozpad izotopów promieniotwórczych- wibracje mechaniczne
© Rene Elfrink, Holst Center, NL
© S. Tin, A. Lal, Cornell Univ., USA
impuls 5 mW co 3 minuty
85 (10) µW
14
Topologie sieci I
• sensory
• centrum kontrolne (sink) z dostępem do sieci zewnętrznych
• węzły referencyjne
• aktuatory
transmisje typu multi-hop
15
Topologie sieci II
• sensory
• centrum kontrolne (sink) z dostępem do sieci zewnętrznych
• węzły referencyjne
• aktuatory
organizacja sieci w klastry
16
Lokalizacja węzłów w sieci
ZAŁOŻENIE: adres sieciowy = pozycja
a) GPS
d) wpisanie pozycji
b) węzły referencyjne -> RSS, ToA, AoA
c) techniki typu fingerprinting
17
Protokoły wielodostępu – IEEE 802.15.4
1. Tryb BEACON-ENABLED ➙ siecią rządzi węzeł-koordynator:
...
Contention Access Period(CSMA/CA)
Contention Free Period (Granted Time Slots)
t
Beacon
2. Tryb NON BEACON-ENABLED ➙ brak szczelin przydzielonych przez koordynatora
Inactive Period
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
19
Greedy routing
C. KONTROLNE
A
B
Spośród węzłów sąsiednich wybierz ten najbliższy centrum kontrolnemu.
?
20
Face routing
A
F1F2
F3F5
F4
F9
F8
F7
F6
• pakiety przekazywane są między obszarami Fn, w kierunku centrum kontrolnego
• protokół gwarantuje dostarczenie wiadomości do centrum kontrolnego
• konieczna jest planaryzacja sieci – usunięcie krzyżujących się łączy
C. KONTROLNE
23
Standardy telekomunikacyjne
IEEE 802.15: Wireless Personal Area Networks - IEEE 802.15.4: 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
Ewolucja: WSNs ➙ Internet of Things
INTERNET RZECZY
RFID
sieci WSN
machine-to-machine mobilny
Internet
heterogeniczna sieć urządzeń
samoorganizacja,autonomia
decyzji i działań
skala: od mikrochipów
do maszyn przemysłowych
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", IEEE Communications Surveys & Tutorials 2019
Internet Rzeczy (Internet of Things)- Machine-to-Machine M2M- Device-to-Device D2DDane/przewidywania:
- 6.5 miliarda urządzeń w 2016- 21 miliardów w roku 2020
(wzrost wykładniczy)
Wyzwania:⬆ ilość i różnorodność danych (problemy typu Big Data)⬆ zużycie energii⬆ gęstość urządzeń na komórkę sieci
• dotychczasowe technologie:krótkie dystanse (Bluetooth, 802.15.4)
© martechtoday.com
Technologie dla IoT
LoRaWAN:- standaryzowane przez LoRa Alliance- pasma ISM: 433, 868 i 915 MHz- chirp spread spectrum, MAC: Aloha- moc nadawcze: 14-27 dBm, czułość odbiorników: do -134 dBm- zasięg: do 15 km (miasto: do 5 km)- przepustowość: 0.3 – 100 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: 20-23 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 + 802.15.4), LTE-M (3GPP), 802.11ah (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", IEEE Communications Surveys & Tutorials 2018