Progetto e Sviluppo di un’Applicazione per il Monitoraggio e l'Archiviazione di Dati di una Wireless Sensor Network

Progetto e Sviluppo di un’Applicazione per il Monitoraggio e l'Archiviazione di

Dati di una Wireless Sensor Network

Tesi di Laurea di: Izzo Andrea

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA

Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Informatica

Relatore: Prof. Riccardo Martoglia

Correlatore: Dott. Fabio Bertarelli

Anno Accademico 2008/2009

Wireless Sensor Network (WSN)

Scopo: monitoraggio e/o controllo di un ambiente.

Una rete di sensori è un sistema distribuito formato da un insieme di nodi capaci di:

• ospitare sensori e attuatori

• eseguire elaborazioni

• comunicare tra loro

Wireless Sensor Network (WSN)

Caratteristiche:

▫ Facile dislocazione

▫ Ridondanza spaziale

▫ Accuratezza

▫ Basso costo

▫ Etereogeneità nelle misure fornite

Applicazioni:

Applicazioni medico-sanitarie,

sorveglianza militare, monitoraggio ambientale, monitoraggio di

apparecchiature industriali,

applicazioni domestiche, applicazioni commerciali …

Obiettivo della tesi

• Portabile

• Veloce

• Affidabile

• User friendly

• monitoring in tempo reale dei parametri ambientali di una WSN

• archiviazione giornaliera delle medie dei

parametri

Sviluppo della tesi

Studio:

▫ Sistema di reti di sensori (

)

▫ Protocollo SimpliciTI

▫ Database (

)

Progetto e implementazione:

▫ Struttura dell’applicazione

▫ Software Wrapper (C++)

▫ Modifiche al software standard dei nodi (

)

▫ Interfaccia Web (

)

Analisi delle performance dell’applicazione

Database

+

•

•

•

(

)

•

• basato su TinyOS 1.x

• albero routing per ogni query

• gestione metadati

• query multiple

• TinySQL

• TinyOS 1.x obsoleto

• non compatibilità fra TinyOS 1.x e 2.x

• consumo non uniforme di energia

• struttura statica dell’albero routing

Contro:

Pro:

• WSN oriented

• basso costo computazionale

• dimensioni ridotte

Database

• base di dati incorporate in un unico file

• standard SQL92

• supporta database fino a 2TB

• multipiattaforma

• molto veloce

• dimensioni ridotte (sqlite3 500kb)

• non necessita di un account per l'accesso ad un database

• API semplici da utilizzare

Caratteristiche:

SQLite è una piccola ed

efficiente libreria software

scritta in linguaggio C

Struttura

Struttura del nodo

antenna Microcontrollore

MSP430F2274

Transceiver CC2500

TUSB341 0

Protocollo SimpliciTI

• 3 dispotivi logici :

Device e Range Extender

• tipologia di rete a stella

• invio costante dei dati da ED-

>AP

• protocollo di rete open source sviluppato da Texas

Instruments

architettur

a

Struttura

Database

SENS (address, temperatura, batteria, segnale, data)

ARCHIVIO (address, temperatura, batteria, segnale,

data)

Struttura

• Scritto in linguaggio C++

• Utilizza API Sqlite

• Ricezione dati dall’AP attraverso la porta COM virtuale

• Basato su un ciclo infinito while(TRUE)

• Memorizzazione parametri nel DB

Wrapperdb

Ricevuto byte $

si

si

no no

Passati 86400 sec

*

Struttura

Interfaccia Web

• PHP 5 (

)

• HTML

• CSS

• PDO (

)

SensiNet.php

• monitoring in tempo reale

• refresh ogni secondo

• utilizza la tabella

“sens”

SensiNet_rep.php

• Visualizzazione archivio

storico

• utilizza la tabella

“archivio”

Analisi performance applicazione

• Confronto velocità di Sqlite con MySql e PostgreSql

• Analisi spazio su disco

1000 tuple = 50 kb

24 ore di acquisizione di un singolo sensore = 4 Mb

riassumendo in una singola tupla all’interno dell’archivio le medie delle acquisizioni effettuate nell’arco di una giornata

spazio complessivo lasciando collegati una media di 7 sensori per 2 anni

Meno di 30Mb

Le operazioni di INSERT, SELECT e DELETE in Sqlite risultano più veloci rispetto agli altri database

Sqlite offre ottime prestazioni per quanto

riguarda velocità e spazio fisico occupato

Conclusioni

• progettata un’applicazione per un sistema distribuito partendo da un basso livello fino ad arrivare all’alto livello

• rispettati gli obiettivi prefissati al momento della progettazione del software (portabilità, velocità, affidabilità, user friendly)

• buona flessibilità e estendibilità

• sito del laboratorio per ambito di ricerca delle “reti mobili semantiche auto-organizzanti di sensori radio”

Sviluppi futuri

• estendere il monitoraggio ad altre tipologie di parametri ambientali

• utilizzare reti di tipo mesh invece che a stella

• sviluppare un sistema di routing gestito in parte dal nodo e

in parte dal software wrapper

Grazie a tutti per

l’attenzione!