Energy efficient sensor networks

Rome University “La Sapienza”Rome University “La Sapienza”

Dipartimento di InformaticaDipartimento di InformaticaGruppo di RetiGruppo di Reti

Dott.ssa Chiara PetrioliDott.ssa Chiara Petrioli

Il gruppo reti presso il DI allaIl gruppo reti presso il DI alla “Sapienza” “Sapienza” Strutturati: Giancarlo Bongiovanni, Chiara Petrioli, Novella

Bartolini (+ 5-6 laureati/dottorandi) Competenze: progetto e valutazione delle prestazioni (analisi/sim.

di rete/test-beds) di protocolli per reti: – Next generation Internet, Content Delivery Networks– Sistemi per pervasive e Ubiquitous computing; Bluetooth; Reti di sensori;

Protocolli a basso consumo energetico per reti radio mobili; Reti Ad Hoc; Call admission in reti cellulari.

Campi principali di attività in corso:– Content Delivery Networks: soluzioni per piazzamento dinamico delle

repliche e per la ridirezione delle richieste verso ‘la migliore replica’ – Pervasive/Ubiquitous computing: soluzioni per la formazione di reti di nodi

Bluetooth; individuazione e implementazione di uno stack protocollare per reti di sensori, middleware per ubiquitous computing.

Ubiquitous/Pervasive ComputingUbiquitous/Pervasive Computing Il paradigma dell“Ubiquitous Computing” è stato introdotto da

Mark Weiser nel 1988 per descrivere “The calm technology that recedes into the background of our lives”

Vision: interconnettere tutti i dispositivi intorno a noi, introdurre capacità di calcolo e comunicazione nei dispositivi che ci circondano senza cambiare le modalità di interazione con i medesimi creando degli ambienti intelligenti che aumentino comfort, sicurezza, servizi a cui l’utente può accedere. Interconnessione di laptops, cell phones, PDAs, headsets,

smart watch etc.) nella nostra ‘personal bubble’ Home Networking Smart spaces, reti di sensori

Vincoli:Numero di dispositivi elevato, basso costo, bassa potenza trasmissiva

BluetoothBluetooth

E’ il primo standard che risponde alle esigenze del paradigma di ubiquitous/pervasive computing!

Stato della standardizzazione: E’ recentemente uscito BT v1.2 (limita

le interferenze con altri dispositivi in Banda ISM, ad esempio dispositivi WiFi)

Allo studio BT v2.0 che, basandosi su BT v1.1 e BT v1.2, consente quando necessario di metter su collegamenti con data rate più elevato.

Bluetooth BasicsBluetooth BasicsI dispositivi BT sono organizzati in piconets, clusters composti da :

Un master+ slaves (non più di 7 possono essere attivi/comunicare contemporaneamente)BT usa Frequency Hopping Spread Spectrum, ISM Band; Tutti i nodi di una piconet usano la stessa sequenza di FH calcolata un base a master ID e clock

Comunicazione Master (M) – Slave (S) Le Piconet sono interconnesse tramite nodi che svolgono più ruoli (parte del tempo in una piconet, parte in un’altra)

master/slaveadditional piconetPer interconnettere Slave vicini

Slave comune

Scatternet FormationScatternet Formation

Tre fasi:

Device Discovery

Piconet Formation

Piconet Interconnection

Perche’ serve?

Anche in reti di dimensione limitata è necessario per 1) limite 7 slave attivi 2) offrire a ciascun utente un data rate soddisfacente

Scatternet formation Scatternet formation

Un buon protocollo di scatternet formation deve:Essere totalmente distribuito, basarsi su info localiGenerare scatternet connesseGenerare scatternet con piconet di dim. limitate (<=7) Limitare il numero di gateway intermedi, evitare l’uso di interconnessioni tra piconet master-master, limitare il numero di ruoli per nodo Selezionare i master in base alle risorse residue dei nodiGenerare scatternet fortemente magliate (per robustezza) Essere self-healingMetriche: tempo di formazione della scatternet, numero di piconet, lunghezza delle rotte, numero di schiavi, numero di ruoli, overhead

Scatternet formation in Bluetooth Networks, Basagni, Bruno, PetrioliWiley IEEE Press, book on Ad Hoc Networks, in press.

BluePleiades e BlueStarsBluePleiades e BlueStars(in collaborazione con gruppo Prof. Panconesi)(in collaborazione con gruppo Prof. Panconesi)Idea:

Device discovery (scoprire i vicini) estremamente costosa, non tutti i vicini possono essere scoperti in tempo utile (non bastano 20s!!)E’ sufficiente scoprire ‘abbastanza vicini’ in modo da avere una topologia connessa (su cui far girare l’algoritmo di scatternet formation -BlueStars) Tramite modelli teorici si sono derivate regole locali per individuare quando si sono scoperti sufficienti vicini in modo che tale proprietà sia soddisfatta. Tali regole garantiscono anche che il numero di tali vicini sia <=7. Nuova device discovery (Blue Pleiades) porta in poco tempo ( circa 6s) a scoprire <=7 vicini tali che la topologia risultante sia connessaFacendo girare un semplice protocollo di scatternet formation (BlueStars) in circa 2s si ha una rete multi-hop Bluetooth. BlueStars velocizzato dal fatto che BluePleiades produce una topologia sparsa.

Risultati: confronto prestazionaleRisultati: confronto prestazionaleTempi ragionevoli di formazione della scatternetProtocollo sempliceBuone caratteristiche della scatternet risultante (lunghezza delle rotte, numero e tipo di ruoli dei nodi, numero di piconet, numero di schiavi per piconet)Basso overheadMigliore delle soluzioni finora proposte per multi-hop scatternet formationValutazione delle prestazioni tramite estensione Bluetooth the simulatore di rete ns2 da noi sviluppata

Sviluppi…Sviluppi…Soluzione integrata scatternet formation/scheduling/routingSituazioni dinamicheOttimizzazioni inter-livello dei protocolli

Progetto MAGELLAN

Progetti nazionali/internazionaliProgetti nazionali/internazionaliProgetti internazionali

EEC ITEA MAGELLAN (Multimedia Application Gateways for Enterprise Level Lans). EEC ITEA BARTENDER EEC STREP Secure, Internet-able Mobile Platforms Leading Citizens Toward Simplicity (SIMPLICITY)EEC IST EYES (EnergY Efficient Sensor networks)

EEC ITEA POLLENS (Platform for Open, Light,Legible, & Efficient Network Services) EEC ITEA RTIPA (Real time Internet Platform Architectures)

Progetti nazionaliFIRB Virtual Immersive COMmunications (VICOM). COFIN Protocolli e Strategie Interlivello Energicamente Efficienti per Reti Riconfigurabili, Ad Hoc e di Sensori (PATTERN). FIRB WEBMINDS

conclusi

EYESEYES

Obiettivo: sviluppare uno stack protocollare per reti di sensori

Possibili applicazioni: monitoraggio ambientale (incendi, inquinamento, agricoltura di precisione, fenomeni sismici), edifici intelligenti, sistemi di sicurezza, applicazioni militari,..

Sistemi a bassissimo consumo energetico, con altissimo numero di nodi con risorse estremamente limitate

Unità di Roma si occupa di: Routing, MAC, localizzazione, sicurezza

Collaborazioni con industrieCollaborazioni con industrie

Soprattutto in ambito internazionale …DoCoMo, Siemens, Infineon, Nedap, Alcatel, Philips, Thales, Thompson,…Telecom Italia, Altran

Esperienze in ambito di test-bed prototipi, qualche esempio:

Soluzione per QoS su IP introdotta in gatekeeper H323 prototipale di Philips Soluzione per ridirezione trasparente delle repliche implementata su router prototipali 6Wind/AlcatelIn corso: implementazione di protocolli su nodi sensori Infineon/Nedap

Per maggiori informazioniPer maggiori informazioni

petrioli@di.uniroma1.itpetrioli@di.uniroma1.it