3.7.Zastosowaniabezprzewodowychsiecisensorów
Oiletrudnospodziewaćsię,żerozwiązaniasprzętoweczykomunikacyjneprzedstawionewpoprzednichpodrozdziałachnakłoniąkogokolwiekdobardziejwnikliwegozajęciasięsieciamiczujnikówbezprzewodowych,otyleogromnaróżnorodnośćmożliwychzastosowańwydajesiębyćnatyleinteresująca,żewartotemu zagadnieniupoświęcićniecowięcejuwagi.Najbardziejintuicyjnymzastosowaniem bezprzewodowychsiecisensorowychjestmonitorowanieotaczającegonasświata, przyczymto,coobserwujemy,zdajesiębyćograniczonetylkowyobraźniąprojektantasystemu.Niesposóbnieulecwrażeniu,żeulubionymsłowemużywanym przezautorówdoopisaniaswoichrozwiązańjestprzymiotnik„inteligentne”ijego angielskiodpowiednik smart.Stądpopularneobszaryzastosowańto: smartcity, smartenvironment, smartmetering, smartwater, smartagriculture, smartparking itd.Graficznieilustrujejerysunek3.13.
Rysunek3.13.Różneobszaryzastosowańbezprzewodowychsiecisensorowych
Woczywistysposóbniejestcelemwyliczaniewniniejszymrozdzialewszystkich zastosowań,aninawetwszystkichmożliwychobszarówzastosowań.Zamiasttego skoncentrujmysięnaczterechprzykładowychaplikacjachdotyczącychróżnych obszarówbadań,tj.monitorowaniastanukonstrukcjibudowlanych,obserwacjizachowaniazwierząt,sterowaniaoświetleniemwtunelachorazmonitorowaniaskażeniaterenu.Wybraneaplikacjeniesąprzypadkowe.Zdecydowanosięprzedstawić projekty,wramachktórychautorzyksiążkiorazwspółpracującezespołynaukowe prowadzilipracebadawcze.
Własnośćklastra
Liczba klastrów
Połączenia wewnątrz klastra
Własnośćwęzłów głównych
Połączenia między klastrami
Mobilność Typ Rola
Algorytm Cel
Proces grupowania
Wybór węzła głównego
Złożonośćalgorytmu
Ustalona Zmienna
Bezpośrednie
Pośrednie
Bezpośrednie
Pośrednie
Stacjonarny
Pseudostacjonarny
Mobilny
Sensor O zwiększonych zasobach
Przekazywanie danych
Agregacja danych
Zbieranie danych
Rozproszony
Scentralizowany
Hybrydowy
Niezawodność
Równoważenie obciążenia
Zapewnieniełączności
Inny
Wskazanie
Losowy
Stała Zmienna
Rysunek10.1.Taksonomiaalgorytmówgrupowania
Liczbasąsiadówjestliczonanapodstawiepoprawnieodebranychkomunikatów odsąsiadów.Definiowanajesttzw.granicznaliczbautraconychsąsiadów N lost i , którądlawęzła Di obliczasięzgodniezewzorem N lost i =1 (1/N accept i ),gdzie N accept i oznaczaliczbęsąsiadówwęzła Di,tzn.takich,wprzypadkuktórychstraty komunikatównadawanychprzeztewęzłyiodbieranychprzez Di nieprzekraczają liczby N lost i
Algorytmprzewidujeaktywacjędodatkowychwęzłówprzebywającychwstanie passive wraziezaobserwowaniaistotnegopogorszeniajakościtransmisji.Wysłanie komunikatu help przezwęzeł,któryzidentyfikowałwysokipoziomstratpakietów, spowodujeprzełączeniesięwstan test urządzeń,którekomunikatodbiorą.Następnie,zgodniezopisanymwyżejschematemdziałania,urządzeniatezmieniąswój stanna active
11.2.GAF
Wiedzaowspółrzędnychpołożeniageograficznegourządzeńbędącychwęzłamisieci jestdośćpowszechniewykorzystywanawalgorytmachsterowaniaaktywnościąwęzłów.Reprezentantemklasytzw.algorytmówgeograficznychzakładającychgrupowaniewęzłówipodziałsiecinapodsiecijestopracowanyprzezXu,Heidemanna iEstrinaorazopisanywpracy[166]algorytmGAF(geographicadaptivefidelity). GAFmożebyćstosowanywsieciachzbudowanychzurządzeńwyposażonychwnadajnikiradioweoidentycznymzasięgunadawania.Docelowobyłprojektowanydla siecitworzonejprzezurządzeniamobilne.
Działaniealgorytmurozpoczynasięodpokryciaprzestrzeniroboczejwirtualną siatkąjednakowychkomórek,podzieleniaurządzeńnagrupyiprzydzieleniagrupdo odpowiednichkomórek.AutorzyGAFzaproponowaliwłasnyalgorytmgrupowania.
Obszardziałaniasieciczujnikówpokrywasięwirtualnąsiatkązbudowanązniewielkichkwadratowychkomórekzawierającychtzw.węzłyrównoważne,których definicjępodajemyponiżej.
Dwawęzłysąrównoważnewtedy,gdysąjednakowodobrymipośrednikami wtransmisjimiędzydowolnąparąwęzłówzsąsiednichkomórek.
Wyznaczeniegruprównoważnychwęzłówniejestzadaniemprostym.Węzły,które sąrównoważnewprzypadkutransmisjidanychmiędzyjednąparąnadawca-odbiorca, mogąniebyćrównoważne,gdyrozważamyinnąparę.Pokazanotonarysunku11.2. WęzłyA2iA3mogąbyćjednakowodobrymipośrednikamiwtransmisjimiędzy węzłamiA1iA4,aleniestetyniesąrównoważnewprzypadkutransmisjimiędzy
Rysunek 11.2.Równoważnośćwęzłów węzłamiA1iA5.
Rozmiarkomórkijestdobieranydomaksymalnegozasięgunadawaniawęzłów. Przyjmujesię,żekażdywęzełzlokalizowanywdanejkomórcesiatkimożeodebrać komunikatyodwszystkichwęzłówzkomóreksąsiednich,czylijestwichzasięgu radiowym.Abyspełnićtozałożenie,długośćbokukomórki d musispełniaćwarunek d ≤ rt/√5,gdyż d2 + (2d2) ≤ r2 t ,gdzie rt oznaczazasięgtransmisjiwęzła. Konstrukcjęprzykładowejsiatkipokazanonarysunku11.3.Siatkajesttworzonana podstawieinformacjiopołożeniuwęzłów.Dowolnywęzeł,znającswojąlokalizację orazrozmiarkomórki d,jestwstanieustalićkomórkę,doktórejnależy.Przyjmuje sięwięc,żewęzłyznajdującesięwtejsamejkomórcesiatkisąrównoważne,zgodnie zprzedstawionąpowyżejdefinicją,gdyrozważamyprzekazywaniekomunikatów pomiędzywęzłamizlokalizowanymiwewszystkichsąsiednichkomórkachsiatki.
Rysunek 11.3.KonstrukcjasiatkiwalgorytmieGAF
LidergrupyCHodpowiadazaagregacjędanychpomiarowychzklastraiich transmisjędostacjibazowej.Copewienokreślonyczasnastępujerotacjawęzła CH.Węzływobrębiegrupywymieniająmiędzysobąkomunikatyinformujące oaktualnympoziomienaładowaniabaterii.Pierwszeństwownominacjinalidera mająwęzłyowyższympoziomienaładowaniabaterii.Wszystkiewęzływgrupie sąoczywiściewzasięguaktualnegolidera.Danedostacjibazowejsąprzesyłaneza pośrednictwemwęzłówCHkolejnychkomórek,przezktóreprzebiegawyznaczona ścieżkatransmisji.
PodobniejakwprzypadkualgorytmuASCENTpodstawowymzadaniemGAF jestprzełączenieinterfejsówradiowychwybranychwęzłówwniskoenergetyczne trybypracy.Przyjmujesię,żekażdywęzełmożewdanejchwiliprzebywaćwjednym