RETI DI CALCOLATORI II
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Udine
Ing. DANIELE DE CANEVA
RETI DI CALCOLATORI II
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi di Udine
a.a. 2009/2010
ARGOMENTI DELLA LEZIONE
IEEE 802.15.4
WSN
WI-FI802.15.4
IEEE 802.15.4
STORIA:
• appartiene al contesto degli standard 802.15, mirato alle LR-WPAN
• prima versione dello standard nel 2003
• versione attuale 802.15.4-2006
WI-FI802.15.4
TOPOLOGIE DI RETE:
Stella Peer-to-Peer
Full Function Device Reduced Function Device
PAN Coordinator
PAN Coordinator
WI-FI802.15.4
TOPOLOGIE DI RETE:
Cluster tree
WI-FI802.15.4
Struttura:
WI-FI802.15.4
PHY
FUNZIONALITA’ PRINCIPALI:
• gestione del transceiver radio
• trasmissione e ricezione dei pacchetti
• ED (Energy Detect) nel canale corrente
utilizzato dal livelli superiori per selezione del canale
• LQI (Link Quality Indicator) per i pacchetti ricevuti
stima del SNR
• CCA (Clear Channel Assessment) per il CSMA-CA
3 modalità (energia sopra soglia, portante, energia + portante)
WI-FI802.15.4
PHY
CARATTERISTICHE:
• 27 canali (0 ÷ 26) su tre bande:
Banda Canali
2450 MHz (Worldwide) 16 ch
915 MHz (US) 10 ch
868 MHz (EU) 1 ch
• bitrate da 20 kb/s fino a 250 kb/s
WI-FI802.15.4
PHY
WI-FI802.15.4
MAC
FUNZIONALITA’ PRINCIPALI:
• gestione della sincronizzazione e meccanismo CSMA-CA
• gestione della PAN
associazione e dissociazione
• affidabilità delle trasmissioni
CRC
ACK opzionali
• meccanismi per la sicurezza
WI-FI802.15.4
MAC
MODALITA’ DI ACCESSO AL MEZZO
• beaconed
slotted CSMA-CA + GTS (Guaranteed Time Slot)
• non-beaconed
unslotted CSMA-CA
WI-FI802.15.4
MAC
GTS GTS Inattivo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0 1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
CAP CPF
Beacon Beacon
Modalità beaconed:
WI-FI802.15.4
MAC
WI-FI802.15.4
WIRELESS SENSOR NETWORKS
WIRELESS SENSOR NETWORKS
ORIGINE: ricerche da fondi DARPA 1990: scopo di fare sensing e reporting di dati ambientali per mezzo di centinaia o migliaia di piccoli dispositivi
CARATTERISTICHE:
• capacità di elaborazione primitive: dispositivi dedicati e non general-purpose
• auto-organizzazione della rete: sensori posti in aree senza infrastrutture esistenti, reti ad hoc
• operatività low-power: sia per il processing che per le comunicazioni
• fattore di forma ridotto: smart dust, devono passare inosservati
• target application: focalizzati principalmente sul sensing e reporting, applicazioni scritte come parte del firmware
WIRELESS SENSOR NETWORKS
BERKELEY MOTES
CARATTERISTICHE:
• sensor board + microcontrollore per elaborazione + radio wireless
• tipicamente microcontrollore RISC Atmel
WIRELESS SENSOR NETWORKS
TinyOS
CARATTERISTICHE:
• open source scritti in nesC
• set di componenti software
• applicazioni compilate e linkate staticamente con il sistema operativo
scopo di eseguire in modo efficiente le applicazioni
! non la facilità e la velocità di sviluppo delle applicazioni
WIRELESS SENSOR NETWORKS
PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE
Migliaia di protocolli di comunicazione per reti di sensori. I due più famosi:
• SMAC
• BMAC
ON OFF ON OFF ON OFF
S
R
rx
preambolo dati
preamble sampling
WIRELESS SENSOR NETWORKS
EVOLUZIONE
Le WSN si sono dimostrate utili in ambienti con connettività esistente (ospedali, uffici, case,..)
→ smart spaces, smart home
A causa del focus sulla connettività e sulla durata delle
batterie, lo sviluppo delle applicazioni è stato spesso preso in secondo piano!
→ nuove necessità
WIRELESS SENSOR NETWORKS
EVOLUZIONE
OBIETTIVI:
• facile sviluppo delle applicazioni: soprattutto per comuni sviluppatori
• programmabilità: le applicazioni devono essere facilmente aggiornate e modificate con minimo sforzo -> evolvere nel tempo assieme alle esigenze / -> necessità di stretta
separazione tra SysOP e applicazioni
• attuatori
• protocolli di comunicazione std: integrazione con le reti esistenti
• applicazioni eseguite esternamente: tradizionalmente le applicazioni sono interamente eseguite sulla piattaforma,
WIRELESS SENSOR NETWORKS
ATLAS
Piattaforma sviluppata al Mobile Computing Laboratory dell’Università della Florida
• SOA (Service-Oriented-Architecture): i vari sensori/attuatori vengono astratti in servizi software individuali
• insieme di nodi semi-autonomi accoppiati con back-end che gira su un pc o un server
• integrazione con l’infrastruttura IT esistente: basata su IP su WiFi ed Ethernet, con upgrades ZigBee e USB
• board configurabile per ospitare più sensori/interfacce
• configurazione web-based Una volta configurata e accesa i vari sensori vengono astratti in servizi software individuali
WIRELESS SENSOR NETWORKS
MOBILE SENSING
diversi milioni di smartphone…
• Progetto RESCUE (Univ California):
concetto di human-as-a-sensor
sensori collegati fisicamente al cellulare
possibilità di comunicare con smart dust in-situ
• Progetto Pollution Tracking (Cambridge univ)
environmental sensing
• Ad-hoc collaboration
