Μαθηματική μοντελοποίηση του μηχανισμού πρόσβασης στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων
Creators: name: Μουμτζίδου, Αναστασία Χαράλαμπου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων
Διεθνές πρότυπο 802.15.4 ΙΕΕΕ
μαθηματική μοντελοποίηση
Markov μοντέλα
Wireless sensor networks
Standard IEEE 802.15.4
Mathematical modelling
Markov models

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται το ζήτημα της μοντελοποίησης ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (ΑΔΑ) συνιστούν ένα ουσιαστικό βήμα προς την έννοια της «Περιρρέουσας Νοημοσύνης», όπου πολλές διαφορετικές συσκευές συγκεντρώνουν και επεξεργάζονται πληροφορίες από πολλές, διαφορετικές πηγές, προκειμένου να ελέγξουν τις φυσικές διαδικασίες και να αλληλεπιδράσουν με χρήστες. Πρόκειται για δίκτυα που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό συνεργαζόμενων συσκευών με δυνατότητα να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον, που στόχο έχουν να μεταφέρουν τις πληροφορίες στον προορισμό τους προκειμένου να προσφέρουν μία ακριβή εικόνα του πραγματικού κόσμου, στο βαθμό που αυτό είναι αναγκαίο. Τα δίκτυα αυτά, έχουν τη δυνατότητα να υποστηρίξουν πληθώρα εφαρμογών διαφορετικού τύπου όπως περιβαλλοντικές εφαρμογές, εφαρμογές πρόνοιας καταστροφών, παρακολούθηση της υγείας, υλοποίηση του έξυπνου σπιτιου και των κτιρίων γενικότερα, βιομηχανικός έλεγχος, εντοπισμός φορτίου και διαχείριση αλυσίδων εφοδιασμού ειναι κάποιες από τις κυριότερες εφαρμογές των δικτύων αισθητήρων. Η πλειοψηφία των αναφερθέντων εφαρμογών είναι πραγματικότητα χάρη σε υπάρχουσες τεχνολογίες, όμως η δικτύωση με ΑΔΑ αναμένεται να προάγει τη χρήση τους, καθώς συνδυάζουν σε ικανοποιητικό βαθμό την ικανότητα παροχής των απαραίτητων πληροφοριών με όσο το δυνατόν λιγότερη κατανάλωση πόρων. Όπως σε όλα τα δίκτυα που διαμοιράζονται το κανάλι επικοινωνίας, ο έλεγχος προσπέλασης μέσου (Medium Access Control - MAC) είναι μια σημαντική τεχνική που επιτρέπει την επιτυχή λειτουργία του δικτύου, καθώς διασφαλίζει το αίτημα για μια δίκαιη, αποδοτική και αξιόπιστη πρόσβαση στο κοινό μέσο πολλών διαφορετικών συσκευών. Δεδομένου ότι οι απαιτήσεις των ΑΔΑ διαφέρουν από τα υπόλοιπα δίκτυα, αναπτύχθηκαν πρωτόκολλα που απευθύνονται αποκλειστικά σε αυτά. Στα πλαίσια της τυποποίησης πρωτοκόλλων επικοινωνίας για τα ΑΔΑ δημιουργήθηκε το πρότυπο πρότυπο IEEE 802.15.4 που στοχεύει σε χαμηλή πολυπλοκότητα, κόστος και ενέργεια για την ασύρματη σύνδεση με χαμηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων μεταξύ των οικονομικών, σταθερών, φορητών και κινούμενων συσκευών. Επιπλέον, το πρότυπο αυτό παρέχει αρκετή ευελιξία, ώστε να καλύπτει διαφορετικές απαιτήσεις ανάλογα με την εκάστοτε εφαρμογή, μόνο με αλλαγή των παραμέτρων του, σε αντίθεση με άλλα πρωτόκολλα που δεν είναι ευπροσάρμοστα. Τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά του προτύπου είναι ταυτόσημα με τις απαιτήσεις των ΑΔΑ, δεδομένου ότι η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και η αύξηση της διάρκειας ζωής των δικτύων είναι οι βασικές αξιώσεις. Συνεπώς, το πρότυπο αυτό θεωρείται το καταλληλότερο για τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και γι' αυτό το λόγο η παρούσα εργασία περιορίζεται αποκλειστικά στη μελέτη και ανάλυση του συγκεκριμένου προτύπου ειδκότερα όσον αφορά τη ρυθμαπόδοση και την ενεργειακή του αποδοτικότητα.
description: The current thesis deals with the modeling of wireless network of sensors. Wireless sensor networks (WSNs) are considered a crucial step towards the realization of the "Ambient Intelligence" vision, where many different devices will gather and process information from many different sources to both control physical processes and to interact with human users. This type of networks consist of individual cooperating nodes that are able to interact with their environment and aim at transfering information to the place where it is needed in order a precise picture of real world, to the extend this is necessary. These WSNs are powerful in that they are amenable to support a lot of very different real-world applications such as environmental and disaster relief applications, health monitoring, home automation, intelligent buildings, industrial control and monitoring and asset tracking and supply chain management. The majority of reported applications is henceforth reality thanks to existing technologies, however are expected to function much better with the use of WSNs that combine the faculty of benefit of essential information with as much as possible less consumption of resources. Like in all shared-medium networks, medium access control (MAC) is an important technique that enables the successful operation of the network since it ensures the demand for achieving an efficient, fair, and dependable access to the medium shared by a number of different devices. While the requirements of Wireless Sensor Networks differ from the existing networks, other protocols were developed that addressed exclusively to them. Within the context of standardizing a protocol for WSNs, a low-rate wireless personal area network (LR-WPAN) standard, called IEEE 802.15.4 was created. This standard qualifies with ultra-low complexity, cost, and power for low-data-rate wireless connectivity among inexpensive fixed, portable, and moving devices. Furthermore, it provides enough flexibility for fitting different requirements of WSN applications by adequately tuning its parameters in contrast to other protocols that are not reconfigurable. In fact, low-rate, low-power consumption, low-cost wireless networking and low duty cycles are the key features of the IEEE 802.15.4 protocol, which typically fit the requirements of WSNs since energy consumption and network lifetime are main concerns. Therefore, the IEEE 802.15.4 standard is considered the most appropriate for WSNs and thus the present thesis covers exclusively its study and analysis while focusing on its throughput and energy efficiency.
description: Σε συνεργασία με το τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής (Πανεπιστήμιο Μακεδονίας)