Search the digital library catalog

Abstract: V diplomskem delu smo na kratko opisali brezžični protokol MiWi, kateri izhaja iz protokola ZigBee (IEEE 802.15.4). ZigBee je bil v osnovi zamišljen kot WPAN odprt standard za radijsko omrežje, ki bi bil alternativa za ostala brezžična omrežja Bluetooth in Wireless. Protokol je primeren za uporabo v brezžičnih senzorskih omrežjih, primernih za industrijsko okolje. Gre preprosto zato, da imamo neko množico elementov (gradniki ZigBee omrežja oz. senzorska vozlišča) omrežja, povezanih med seboj tako, da tvorijo omrežje za prenos podatkov na kratkih razdaljah 10-100m. Vendar so ti podatki količinsko zelo majhni. Prednost takega omrežja je v tem, da se podatki pošiljajo v majhnih paketih (količinsko omejeni), hkrati pa so gradniki omrežja aktivni samo takrat, ko pride do prenosa podatkov (paketov). Takrat kadar ni prenosa podatkov se gradnik (njegov radijski del) izklopi in s tem privarčuje pri energiji. To pomeni, da so takšni gradniki omrežja primerni za aplikacije v težko dostopnih območjih (industrijska okolja), ker ne potrebujejo vzdrževanja in bi bila zamenjava vira energije (baterija) za njihovo delovanje možna z velikimi napori in stroški. Ker je po določenem obdobju uporabe ZigBee protokola, združenje ZigBee Aliance ta protokol postopoma nadgrajevalo, je postal zelo kompleksen. Zato se je porodila ideja, kako napraviti omrežje, ki temelji na ZigBee protokolu in je bolj prijazno do uporabnika. Tako je nastal protokol MiWi, ki je opisan v diplomski nalogi. V diplomski nalogi, je v praktičnem delu predstavljeno, kako postaviti enostavno “peer-to-peer“ brezžično senzorsko povezavo v brezžičnem senzorskem omrežju z uporabo protokola MiWi ter praktični primer pošiljanja podatkovnega paketa določene dolžine in vsebine preko omrežja.
Keywords: Brezžično senzorsko omrežje, WPAN, ZigBee, MiWi, standard IEEE 802.15.4, ZigBee Alliance, industrijsko okolje
Published in DKUM: 27.05.2014; Views: 2559; Downloads: 165
Full text (4,01 MB)

Abstract: V magistrski nalogi opisujemo energetsko učinkovite metode dostopa do prenosnega medija (MAC), ki se uporabljajo v brezži čnim senzorskih omrežjih (BSO). Brezžična senzorska omrežja so sestavljena običajno iz velikega število senzorjev, ki s komunikacijskega vidika predstavljajo vozlišča. BSO se uporabljajo v različnih aplikacijah daljinskega upravljanja in zaznavanje, kot so na primer: varovanje in hišna avtomatizacija, okoljski nazor in nadzor v zdravstveni oskrbi, vojaška uporaba, itd. Pogosto so, na določenem območju, razporejeni brez vnaprejšnjega načrtovanja. V takšnih omrežjih potrebujemo mehanizme, ki omogočajo samoorganizacijo, za komunikacijo z centralnim vozliščem, ki predstavlja podatkovni ponor. Eden od glavnih ciljev pri snovanju brezžičnih senzorskih omrežij je zmanjšanje skupne porabe energije, da bi omogočili nekaj mesecev ali celo let avtonomnega delovanja pri baterijskem napajanju. Poraba energije v BSO je odvisna od različnih dejavnikov, kot so: lastna poraba procesorja in senzorja, oddajna moč, količine prometa, itd. Porabo električne energije bomo lahko omejimo s skrbno izbiro komponent, z nižanjem oddajne moči in z ustreznimi komunikacijskim protokoli, ki omogočajo uporabo dolgih obdobij nedejavnosti, ko so naprave v načinu spanja. Dosedanje raziskave na tem področju so bile usmerjene k možnostim posodobitev protokolov MAC plasti v IEEE 802.15.4 WPAN (Wireless Personal Area Networks). Protokoli dostopa do prenosnega medija, uporabljenih v tovrstnih omrežjih, temeljijo na pristopu mediju z izogibanjem trčenj CSMA/CA (Carrier Sense Medium Access with Collision Avoidance). Glavna pomanjkljivost tega protokola je nesposobnost za spopadanje s problemom skritih vozlišč, ki pa je zelo pogost v vseh tipih brezžičnih omrežij. Trki paketov povzročajo nepotrebne izgube energije in degradacija zmogljivosti omrežij. Z uporabo RTS/CTS usklajevalnih mehanizmov, znanih iz IEEE 802.11 omrežij, je mogoče problem skritih vozlišč v celoti odpraviti. Mehanizem te vrste dostopa do medija zagotovi posredno sinhronizacijo med vozlišči, kar lahko zelo pove ča učinkovit uporabe prenosnega medija. V prvem delu magistrske naloge smo raziskali količino bitnih napak v paketih, v odvisnosti od interferenčnih paketov. Obstoječa dognanja upoštevajo vpliv interference enako kot šume ozadja. S simulacijami pa smo pokazali, da je bolje, če vpliv interference na količino bitnih napak, obravnavamo ločeno. Na podlagi meritev in simulacij smo izdelali empirični model, ki smo ga nato uporabili drugem delu raziskav. V drugem delu raziskav smo raziskali učinke skritih vozlišcč na interference paketov ob uporabi standardnih CSMA/CA mehanizmih dostopa mediju, ki se uporabljajo v omrežjih tipa IEEE 802.15.4/ZigBee. Rezultati simulacij kažejo, v primeru prisotnosti skritih vozliš č, hudo poslabšanje energetske učinkovitosti ter zmogljivosti omrežja iz stališča prepustnosti in zakasnitev paketov. Na koncu smo raziskovali učinkovitost ideje, da bi uporabili znane RTS/CTS mehanizme rokovanja tudi v BSO. Rezultati simulacij kažejo,da predlagani mehanizem pomaga popolnoma prepreči trčenja zaradi skritih vozlišč. Prav tako se je izkazalo, da v pogojih, kjer so prisotna skrita vozlišča pride do izboljšanja zmogljivosti omrežja, še posebej v pogojih velikega prometa. Zaznali pa smo tudi nekaj pomanjkljivosti. Glavna pomanjkljivost tega mehanizma je v velikem povečanju zakasnitev v pogojih povečanega prometa, kar omejuje njegovo uporabnost. To nam predstavlja tudi motivacijo za nadalje delo, ker bomo raziskovali nove mehanizme dostopa do prenosnega medija, ki bodo imeli boljše lastnosti v pogojih delovanja v omrežjih skritimi vozlišči.
Keywords: Skrito vozlišče, Brezžično senzorsko omrežje, IEEE 802.15.4, ZigBee, MAC, RTS/CTS
Published in DKUM: 10.05.2010; Views: 3042; Downloads: 308
Full text (4,29 MB)