ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS

Università degli Studi di PadovaFacoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Dell’Automazione

Tesi di Laurea

Relatore: Prof. Luca Schenato Laureando: Lunardi Luciano

Anno Accademico 2007/2008

14 Dicembre 2007

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ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS

• Reti Wireless• Reti WSN e applicazioni• Motivazioni e contributo• Hardware & Software• Comunicazione e compressione• Analisi dei dati

CONTENUTO

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Reti Wireless

AmbienteRilevazione della misura di interesse

Eventuale elaborazione del valore

Trasmissione del segnale wireless

• Nessun Cablaggio per la trasmissione dei dati

• Impieghi in ambienti non cablabili

• Riduzione impiego umano nel campo

PERCHE’

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• Data-centric• Application-oriented• Densita’ dei nodi• Eterogeneita’• Broadcasting• Limiti di potenza• Gestione dell’insieme di

informazioni

Reti WSN Applicazioni

• Scientifiche• Industriali• Mediche• Domestiche• Militari

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• Analisi quantitativa e qualitativa del connettivita’

• Analisi della connettivita’di un’ambiente eterogeneo

• Analisi del comportamento della rete in tempi lunghi

Motivazioni Contributo

• Fusione dell’algoritmo di comunicazione e di compressione

• Gestione memorizzazione• Analisi per livelli di potenza• Trattamento dei dati tramite

programmi riutilizzabili in Matlab

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Hardware: Moteiv Tmote-Sky• 1 Mb memoria flash, • CPU 8 MHz, 10 Kb RAM• Radio 2.4 GHz a 8 livelli di potenza• Trasmissione a 250 Kbps

Software: Tiny-OS• Modello ad eventi• Hardware virtualizzato• Compilazione applicazioni “dedicate”• Linguaggio NesC

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Funzionamento:

• Comunicazioni di pacchetti di servizio tramite flooding

• Comunicazioni di pacchetto dati semplice

• BaseStation e peers

Compressione:• Trasformazione dei dati• Applicazione dell’algoritmo

Pacchetti ricevuti da tutti

Pacchetti ricevuti solo da chi e’ raggiunto direttamente

E con i dati a disposizione:

Maggiore compressioneMaggiore disponibilita’ di dati

Comunicazione:

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Analisi dei dati

• Connettivita’• Qualita’ (RSS)• Distanza• Periodi• Livelli di potenza

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Connettivita’• Alta o assente• Asimmetrie• Corruzione dei dati

• distanza

• Malfunzionamenti• ostacoli

Nodo ricevente

Nod

o tra

smitt

ente

% pacchetti riceveuti

0 dBm

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Qualita’• RSS (Received Signal Strength): misura la potenza del segnale radio di ogni

pacchetto ricevuto• RSS [dBm] = RSSI + offset• Dove RSSI e’ fornito dal mote

Connettivita’ e RSS

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Distanza• Influisce sull’RSS e sulla connettivita’• In un ambiente eterogeneo, se incognita, difficile da stimare

Connettivita’ globale e distanza RSS globale e distanza

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Periodi • Differenza di connettivita’ fra un periodo e l’altro dovuto

a condizioni ambientali diverse• In condizioni statiche: minore connettivita’ e maggiore

stabilita’• In condizioni dinamiche: possibile maggiore connettivita’

ma minore stabilita’

Dev

iazi

one

stan

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Livelli di potenza – 1

Connessioni con pkg ricevuti >80% , 0dBm Connessioni con pkg ricevuti >80% , -10dBm

• A livelli di potenza inferiori, diminuisce il numero di pacchetti ricevuto

• Riduzione del raggio di connettivita’ accettabile, del singolo nodo

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Livelli di potenza – 2 • A livelli di potenza inferiori, aumenta la fascia di incertezza• Corrispondenza fra densita’ dei nodi e connettivita’

accettabile

Connettivita’ globale e distanza

Connettivita’ globale e distanza

Differenti livelli di potenza: per la gestione del consumo di energia

• Per il raggio di comunicazione

• Per la durata della fonte di energia

• Grafico mediato, poco preciso

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• RSS indice qualitativo buono se utilizzato in ambiente stabile• Comunicazione influenzata da distanza e ostacoli ambientali statici e dinamici• Distanze massime a seconda del QoS• Algoritmo sviluppato efficace

Risultati raggiunti

• Gestione intelligente dell’energia• Analisi dell’RSS a seconda del tipo di ostacolo• Analisi del comportamento con antenne direzionali• Migliorie nello sviluppo dell’applicazione

Sviluppi futuri