Be�i ne senzorske mre�e�

Arhitektura i komunikacione tehnologije

WSN arhitektura

� Power Management Plane: kako senzori koriste raspolo�ive resurse napajanja

� Mobility Management Plane: bavi se organizacijom i problematikom kretanja nodova

� Task Management Plane: planira i balansira merne zadatke

WSN arhitektura� Fizi ki sloj (Physical� Layer) je odgovoran za

odabir frekvencije, detekciju signala, modulaciju, kompresiju, slanje, prijem itd.

� Data Link sloj (the Data Link Layer) je odgovoran za multipleksiranje podataka, integritet podataka, pristup komunikacionom kanalu (medium access control - MAC).

� Mre�ni sloj (the Network Layer) je zadu�en da obezbedi rutiranje poruka i podataka koje dobija od Transportnog sloja. Konkretno, ovaj sloj obezbe uje �prosle ivanje paketa od izvornog noda do �destinacije.

� Transportni sloj (the Transport Layer) u estvuje u odr�avanju toka podataka ako �aplikativni sloja to zahteva.

� Aplikacioni sloj (the Application Layer) implementira odgovaraju u aplikaciju i �organizuje koordinaciju zadataka u zavisnosti od primene WSN.

Osnovni komunikacioni zahtevi

su definisani Aplikacionim slojem

Aplikacioni sloj

�Obrade zahteva (Query Processing)

�Menad�ment WSN

Obrade zahteva

Obrade zahteva

Obrade zahtevaPristup:

Push

� Senzori iniciraju prosle ivanje �

informacija

Pull

� Sink inicira zahtev

Push-pull

� I senzori i sink su aktivno uklju eni�

Tipovi

Zahtevi koji zavise od dobijenih

podataka (Data-centric)

� Temperatura je ve a od � 30°C,

izmerena u nodovima A, C, F...

Geografski zahtevi

� Temperatura noda A je 32°C

Klasifikacija

Kontinualni zahtevi

� Kontinualno sakupljaju podatke

tokom du�eg perioda vremena

�Snapshop� zahtevi

� Sakupljaju podatke o unapred

defiisanom periodu vremena

Pro�li (istorijski) zahtevi

� Sakupljaju (u obliku izve�taja)

podatke vezane za pro�lo vreme

Menad�ment WSN Centralizovana

arhitektura

� Sink predstavlja centralizovanog �menad�era�

� Smanjuje se obrada u samim nodovima ime se ��tedi energija

� Visoki komunikacioni tro�kovi

Menad�ment WSN Distribuirana arhitektura

� Vi�e �menad�era�

� Svaki �menad�er� kontroli�e jedan klaster

� �Menad�eri� komuniciraju me usobno direktno�

� Manji komunikacioni tro�kovi u odnosu na centralizovano

� Slo�enije i ra unski skupo �za senzor nodove

Menad�ment WSN Hijerarhijska arhitektura

� Vi�estruki �menad�eri�

� Svaki menad�er izve�tava menad�era na vi�em nivou hijerarhije

� Nema direktne komunikacije me u �menad�erima istog nivoa hijerarhije

� Ovo je hibridno re�enje

Komunikacioni kanal

� Radio

� Infracrveni

� Opti ki�

Radio tehnologije

Za�to radio tehnologije?� Besplatno� Fleksibilno� Laka implementacija� Dovoljno �irok spektar� Globalna dostupnost

Radio tehnologije

� RFID

� ZigBee

� UWB

� Bluetooth

� Be�i ni LAN�

RFID

� Tehnologija koja koristi radio talase za prenos podataka izme u ita a i � � �pokretnog objekta u cilju identifikacije, kategorizacije, pra enja �itd.

� RFID tehnologija je brza, pouzdana i ne zahteva direktan kontakt izme u �ita a i objekta (koristi se termin � � tag)

�ta sa injava jedan RFID �sistem?

� Jedan ili vi�e RF tagova

� Dve ili vi�e antena

� Jedan ili vi�e ita a� �

� Jedan ili vi�e host ra unara�

� Odgovaraju i softver�

RFID sistem

RFID sistem

Tagovi

� Mogu biti read only ili read-write

� Memorija na tagu mo�e biti postavljena fabri ki ili se mo�e �menjati u zavisnosti od primene, mo�e biti i trajno zaklju ana�

� Ako nije zaklju ana mo�e se mnogo �puta menjati sadr�aj

Vrste tagova

Aktivni:

� Tag oda�ilje radio signal

� Baterijski napajan

� Velik domet (stotine metara)

Pasivni:

� Tag reflektuje radio signal ita a� �

� Kratak domet (desetak metara)

Varijacije

� Memorija (veli ina 16bit-512kB, tip)�

� Frekvencija (125kHz-5.8GHz)

� Fizi ke dimenzije�

� Cena (0.x� do 200�)

Radio tehnologije

� RFID

� ZigBee

� UWB

� Bluetooth

� Be�i ni LAN�

ZigBee/802.15.4 arhitektura

Standardi

� ZigBee alijansa

� IEEE 802.15.4

Primene ZigBee

Osnovne k-ke ZigBee/802.15.4

� Brzina prenosa 250kbps, 40kbps, 20 kbps

� Arhitektura u obliku zvezde ili direktna komunikacija

� Mala potro�nja snage

� Izuzetno nizak faktor ispune (>0.1%)

ZigBee topologija

ZigBee topologija

ZigBee topologija

Radio tehnologije

� RFID

� ZigBee

� UWB

� Bluetooth

� Be�i ni LAN�

�ta je UWB?

� Modulisani prenos sa propusnim opsegom koji je definisan kao (fH-fL)/fc i barem je 500MHz

� UWB spectar je od 3.1 do 10.6GHz

� UWB se sastoje od vrlo kratkih impulsa (reda picosekundi) koji se prenose preko vrlo �irokog spektra odjednom

UWB spektar

UWB � impulsni radio

Prednosti UWB

� Veoma te�ko za prislu�kivanje� Mogu e ve e brzine prenosa (do � �

500Mb/s) od tradicionalnih metoda� Minimalna interferencija ka ostalim

servisima� Niski tro�kovi � Jednostavan prijemnik� �Vidi� kroz prepreke

UWB standardi

� 802.15.4a

� WiMedia UWB

� WirelessUSB UWB ure aji ve postoje� �

Radio tehnologije

� RFID

� ZigBee

� UWB

� Bluetooth

� Be�i ni LAN�

Ciljevi i vizije Bluetooth-a

� Inicijalno zami�ljen kao zamena za �i ane veze�

� Kratko-dometna be�i na tehnologija�

� Dostupna specifikacija

� Prenos glasa i podataka

� Druge primene po inju da se razvijaju �(Personal area network PAN, Ad-hoc mre�e, be�i na telemetrija itd.)�

Tehni ke osobine�

Tri klase ure aja�

� 100m (snaga=20dBm)

� 10m (snaga=0-4dBm)

� 1m (snaga=0dBm)

Tipi ni scenariji�

� Point to point i point to multipoint (piconet)

� Point to point se organizuju kao master-slave

� Piconet (jedan master i do 7 slave)

Piconet

Radio tehnologije

� RFID

� ZigBee

� UWB

� Bluetooth

� Be�i ni LAN�

802.11 standard

� Od 1997.� Rad u 2.4GHz ISM � Robustan po pitanju interferencije� Pouzdano i efikasno be�i no �

umre�avanje� Podr�ane peer-to-peer i

infrastrukturne konfiguracije� Sve ve e brzine prenosa (802.11 �

a,b,g,n)

Konfiguracije

Be�i ne tehnologije�

Be�i ne tehnologije�

Pore enje�

Kapacitet

Pore enje kvaliteta�

WSN kontekst

Dosada�nje tehnologije imale nedostataka:

� 802.15.4: slaba pouzdanost

� Zigbee: previ�e kompleksno

� WiFi: preskupo

� BT: premali broj nodova

WSN kontekst

Tri nove alternative u 802.15.4a:

� Low-band UWB (DC-960MHz)

� Chirp Spread Spectrum (2.4GHz ISM)

� High-band UWB (3.1-10.6GHz)

Pore enje�