Βελτιστοποίηση της ευρωστίας του υλικού των αρχιτεκτονικών ανοικτής πηγής για την ανάπτυξη και την υλοποίηση κόμβων ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων στο πεδίο της γεωργίας
Authors: Πυρομάλης Δημήτριος 
Published: September 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην μελέτη των διαθέσιμων αρχιτεκτονικών σχεδιασμού υλικού κόμβων ασύρματων δικτύων αισθητήρων και στον εντοπισμό των περιορισμών και των δυσκολιών που αυτές επιβάλλουν και την πρόταση και την δημιουργία μιας νέας αρχιτεκτονικής η οποία θα ενσωματώνει όλα τα πλεονεκτήματα όλων των υπαρχουσών αρχιτεκτονικών και στην διευθέτηση όλων των αδυναμιών και των περιορισμών. Η μεθοδολογία για την επίτευξη των στόχων περιλαμβάνει την μελέτη του σχεδιασμού υλικού ασύρματων κόμβων βασισμένου σε: α) Τυπική Αρχιτεκτονική (Typical Architecture), β) Αρχιτεκτονικές Ειδικού Σκοπού (End-Systems Architectures), γ) Αρχιτεκτονικές Εμπορικά Διαθέσιμων Λύσεων Γενικής Χρήσης (Commercial-of-the-Shelf Architectures), και δ) στις Αρχιτεκτονικές Ανοικτής Πηγής (Open-Source Hardware Architectures). Τα προβλήματα, οι περιορισμοί και οι αδυναμίες κάθε μιας από τις προαναφερόμενες αρχιτεκτονικές σχεδιασμού υλικού ασύρματων κόμβων δικτύων αισθητήρων ανιχνεύονται μέσω μελετών περιπτώσεων σχεδιασμού Design Case Studies). Στην συνέχεια προτείνεται μια νέα αρχιτεκτονική η οποία θα εξαλείφει τα προβλήματα που επιβάλλουν οι υπάρχουσες αρχιτεκτονικές και θα δίνει έμφαση στα πλεονεκτήματα των αρχιτεκτονικών υλικού ανοικτής πηγής και ειδικού σκοπού. Τέλος, η προτεινόμενη αρχιτεκτονική εξετάζεται σε βάθος μέσω αντιπροσωπευτικών μελετών περιπτώσεων σχεδιασμού υλικού. Στα αποτελέσματα της διδακτορικής διατριβής συγκαταλέγονται: α) η πλήρης τεκμηρίωση των αδυναμιών, των περιορισμών και των προβλημάτων που επιβάλλουν οι εξεταζόμενες υπάρχουσες αρχιτεκτονικές σχεδιασμού υλικού κόμβων ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Συγκεκριμένα, εντοπίστηκαν περιορισμοί και αδυναμίες που σχετίζονται με την διαχείριση ηλεκτρικών σημάτων, την διαχείριση πόρων επικοινωνίας, την διαχείριση ενέργειας, καθώς και το κόστος, την ευελιξία, την κλιμάκωση, την ανοικτότητα, την επεκτασιμότητα, την αξιοπιστία και την ευρωστία του υλικού των κόμβων. Επίσης, εμφανίστηκε πως είναι απαραίτητη η ύπαρξη μιας νέας αρχιτεκτονικής η οποία θα συνδυάζει την αξιοπιστία και την ευρωστία του αρχιτεκτονικών ειδικού σκοπού με την ευελιξία και την επεκτασιμότητα και επαναχρησιμοποίηση των αρχιτεκτονικών ανοικτής πηγής. β) η πρόταση και η δημιουργία μιας νέας αρχιτεκτονικής σχεδιασμού υλικού ασύρματων κόμβων δικτύων αισθητήρων, της αρχιτεκτονικής SensoTube. Η εν λόγω αρχιτεκτονική, στηρίζεται σε μια εννιολογική αφαίρεση επτά διακριτών επιπέδων λειτουργιών μέσω των οποίων οποιοδήποτε υλικό ασύρματου κόμβου δύναται να περιγραφεί, να μελετηθεί και να σχεδιαστεί. Επί προσθέτως, η προτεινόμενη αρχιτεκτονική SensoTube εισάγει την χρήση καινοτόμων μηχανισμών για την διαχείριση των σημάτων και των επικοινωνιών, τη διαχείριση του προγραμματισμού και της εκσφαλμάτωσης μικροελεγκτών, καθώς και της διαχείρισης της ενέργειας του ασύρματου κόμβου. Μέσω συγκεκριμένων μελετών περιπτώσεων σχεδιασμού αποδεικνύεται πως η προτεινόμενη αρχιτεκτονική SensoTube διασφαλίζει την κλιμάκωση, την ευελιξία, την επαναχρησιμοποίηση, τον επανακαθρορισμό και την επεκτασιμότητα που απαιτούνται στον σχεδιασμό και στην υλοποίηση εύρωστου υλικού ασύρματων κόμβων για το απαιτητικό περιβάλλον της Γεωργίας.