Adaptacija bežične senzorske mreže u cilju detekcije i dojave kritičnih situacija

Size: px

Start display at page:

Download "Adaptacija bežične senzorske mreže u cilju detekcije i dojave kritičnih situacija"

Arlene Anderson
5 years ago
Views:

1 INFOEH-JAHORINA Vol. 11, March Adapacja bežčne senzorske mreže u clju deekcje dojave krčnh suacja Mlan Mlanovć, Mrjana Sojlovć, Mlan Oklobdžja, oran Dmć Insu Mhajlo Pupn, Unverze u Beogradu Beograd, Srbja m.mlanovc, mrjana.sojlovc, mlan.oklobdzja, goran.dmc@pupn.rs Sadržaj Jedna od važnh prmena bežčnh senzorskh mreža (BSM) jese zaša od požara. Da b o blo moguće, BSM mora b sposobna da deekuje povšenu emperauru okolne da pošalje nformacju o deekovanom događaju, kako b se obezbedla pravovremena reakcja. U ovom radu je opsan posupak adapacje prookola BSM u clju deekcje obrade krčnh suacja, nezavsno da l je o emperaura l neka druga fzčka velčna koja se mer osmara pomoću BSM. Opsana adapacja je realzovana esrana na prmeru konkrene BSM. Ključne reč-bežčne senzorske mreže; komunkacon prookol; alarm. I. UVOD Bežčne senzorske mreže (BSM) predsavljaju skup prosorno dsrburanh auonomnh senzorskh modula (čvorova BSM) kojma se vrš deekcja esmacja razlčh parameara okolne. Prvobno su BSM zamšljene za koršćenje u vojne svrhe (za osmaranje erena), međum one danas nalaze šroku prmenu u ndusrj, osmaranju zaš žvone sredne, precznoj poljoprvred, drugm oblasma. Osnovn elemen BSM su senzorsk čvorov (Node). On mogu ma jedan l vše senzorskh elemenaa, rado-frekvencjsk prmopredajnk za komunkacju sa osalm čvorovma BSM, auonomn zvor napajanja. U nekm suacjama je porebno da čvorov BSM vrše obradu čuvanje zmerenh vrednos sa senzora, za e porebe čvorov mogu ma mkrokonroler praeću memorju. Svaka BSM mora da sadrž serversk modul (SERVER na Sl. 1) koj b vršo prkupljanje, obradu vzuelzacju podaaka prkupljenh od srane cele BSM. Osnovne karakerske koje moraju da zadovolje sve BSM su mala porošnja energje, j. šo duž žvon vek čvorova BSM, pouzdana razmena podaaka. Za prmene u kojma je neophodno deekova reagova na pojavu krčne suacje, BSM reba oprem naprednm funkcjama. Predme ovog rada je adapacja BSM u clju pouzdane blagovremene deekcje krčnh događaja. akva BSM se, zmeđu osalog, može kors u ssemma za deekcju zašu od požara u šumama, koj su od velke važnos. U okvru projeka R11022 fnansranog od srane Mnsarsva prosvee nauke Republke Srbje, a za porebe FP7 projeka Agrosense [1], razvjen je proop BSM u Insuu Mhajlo Pupn (IMP), na kome su zvedene esrane adapacje BSM opsane u ovom radu. Rad započnjemo opsom opologje arhekure BSM. Zam u poglavlju III dajemo dealjan ops komunkaconog prookola, a u poglavlju IV predsavljamo predlog adapacje prookola u clju deekcje krčnh događaja. Posupak snhronzacje vremena unuar mreže je opsan u poglavlju V. Ekspermenalna evaluacja rada BSM nakon adapacje prookola je daa u poglavlju VI, a zaključc u poglavlju VII. II. ARHIEKURA BSM Posojeć proop bežčne senzorske mreže može da se kors za merenje nadgledanje emperaure vazduha, vlažnos vazduha, nenzea svelos. Na Sl. 1 je daa arhekura BSM, koju čne dsrburan senzorsk čvorov, Snk čvor serverska aplkacja na udaljenom računaru [2] [4]. opologja BSM je odabrana da bude jedna od sandardnh opologja u računarskm mrežama, zv. zvezda [5]. U akvoj opologj posoj jedan cenraln čvor (Snk na Sl. 1) koj komuncra sa svm senzorskm čvorovma pojednačno. Nakon šo prkup podake z mreže, Snk čvor h prosleđuje serverskoj aplkacj. U konkrenoj realzacj BSM, senzorsk čvorov Snk čvor komuncraju u sandardnom ISM opsegu cenrranom oko 868 MHz, dok Snk čvor serverska aplkacja komuncraju puem mreže javne moblne elefonje u SM-900 opsegu. Za komunkacju u SM-900 opsegu Snk modul kors SIMCom SIM5210 [6], dok za komunkacju u ISM opsegu cenrranom oko 868 MHz kors exas Insrumens rado-frekvencjsk modul CC1101 [7]. U narednom poglavlju je opsan komunkacon prookol zmeđu senzorskh čvorova Snk čvora, koj je razvjen u IMP za porebe konkrene BSM. Slka 1. SM-900 SERVER SINK ČVOR SENZORSKI ČVOROVI ISM 868 Arhekura bežčne senzorske mreže razvjene u IMP

2 III. Komunkacja zmeđu cenralnog čvora (Snk) bežčne senzorske mreže dsrburanh senzorskh čvorova u mrež se odvja razmenom pakea, koj su podeljen u sledeće pove: MOE_INI, INFO, RDY,, N, RESE MOE. Pored nformacje specfčne za svak od pojednačnh pakea, on uvek sadrže sledeća polja neophodna za uspešan prenos analzu prmljenog pakea (Sl. 2): preambula (P), p pakea (P), adresa pošljaoca (APo), adresa prmaoca (APr), ukupna dužna pakea do konrolne sume (D) broj pakea sog pa koj je preosao da se razmen pre nego šo se pređe na slanje pakea drugog pa (BP). Svak pake je fksne dužne, usled čega se vrš slanje vše od jednog pakea kada god je porebno prene veću kolčnu nformacja. Na kraju svakog pakea šalje se konrolna suma (KS) [8], kako b se provero kvale prenosa nformacja. Dodanu proveru spravnos prmljenh nformacja omogućava posebna konrolna suma koju CC1101 rado-prmopredajnk [7] dodaje pr emovanju pakea, a proverava na prjemu pakea. KOMUNIKACIONI PROOKOL U BSM A. pov pakea 1) MOE_INI pake šalje Snk upućen je jednom čvoru BSM. Najbnje nformacje koje se prenose ovm pakeom su: ačno vreme daum (u formau godna-mesec-dan-samn-sek), zam vreme kada Snk započnje sledeć cklus prkupljanja zmerenh vrednos sa senzora u mrež, peroda ponavljanja vremenskog nervala prkupljanja zmerenh vrednos sa senzora u mrež (sa-mn-sek), ačno vreme kada čvor reba da sačuva očavanja senzora (sa-mn-sek), peroda ponavljanja očavanja sa senzora (sa-mn-sek), snaga emovanja RF modula ukupan broj čvorova u BSM. 2) INFO pake šalje Snk upućen je čvorovma BSM koj se po prv pu uključuju u mrežu. Najbnje nformacje koje se prenose ovm pakeom su: ačno vreme daum (god-mesdan-sa-mn-sek) vreme kada Snk započnje sa sledećm vremenskm nervalom konfguracje novh čvorova. 3) RDY pakee razmenjuju Snk čvorov čvor obavešava Snk da je spreman da prosled prkupljene vrednos očane sa svojh senzora da prm novu konfguracju ukolko je o porebno, a čvor se obavešava da može da započne slanje MOE pakea. Najbnje nformacje koje se prenose su: ačno vreme daum, nformacja da l je čvor spreman da prosled prkupljene merene vrednos sa svojh senzora. 4) pake može sla Snk čvoru obrnuo. pake govor Snk modulu (čvoru) da je čvor (Snk) uspešno prmo prehodn pake. Pored nformacje o uspešnom prjemu pakea, pake nos nformacju o ačnom vremenu. 5) N pake, po analogj sa pakeom, može sla Snk čvoru obrnuo. Ovaj pake govor Snk modulu (čvoru) da je čvor (Snk) neuspešno prmo prehodn pake. Pored nformacje o neuspešnom prjemu pakea, N pake nos nformacju o ačnom vremenu. Slka 2. Srukura pakea. 6) RESE pake šalje Snk upućen je jednom čvoru. Kors se za reseovanje posojeće konfguracje čvora, koj po prjemu ovog pakea prelaz u sanje kao pr prvom uključenju u mrežu. 7) MOE pake šalje čvor ka Snk modulu. Ovm pakeom prenos se nformacja o zmerenm vrednosma sa senzora u jednom vremenskom renuku. U konkrenoj WSN, gde čvorov sadrže senzore za merenje emperaure vazduha, vlažnos vazduha nenzea svelos, ovaj pake sadrž ačno vreme merenja zmerene vrednos sa svakog senzora. B. Vremensk djagram komunkacje U ovom poglavlju su da vremensk djagram razmene MOE pakea, koja se vrš perodčno, vremensk djagram slanja prjema INFO pakea, koj se dešavaju pr dodavanju čvorova u mrežu. Preposavljeno je da BSM sadrž n čvorova. 1) Razmena MOE pakea Na Sl. 3 su da vremensk djagram komunkacje zmeđu Snk modula n (n 1) čvorova u mrež, u regularnom režmu rada BSM. Sar označava počeak vremenskog nervala u kome Snk osluškuje čvorove. Svak čvor zna koje je ovo vreme, jer o vreme dobja od samog Snk modula u okvru MOE_INI pakea. End označava kraj vremenskog nervala u kome Snk osluškuje čvorove. NodeDaa je renuak počeka emovanja čvora (1 n). Ovo vreme se za svak čvor nalaz z relacje: = + + ADR ( Node + P ) (1) NodeDaa Sar ADR je adresa čvora (1 n). P predsavlja vreme pauze zmeđu komunkacje sa dva uzasopna čvora zadao je u sofveru. predsavlja odsupanje časovnka na Snk modulu u odnosu na časovnk na čvoru procenjeno je na osnovu karakerska RC (real-me clock) modula u čvorovma. Snk Slka 3. Vremensk djagram razmene MOE pakea. Prv grafk predsavlja vremensk cklus u kome Snk komuncra sa čvorovma (1 n). Na sukcesvnm grafcma su obeležen vremensk sloov u kojma svak od čvorova komuncra sa Snk modulom

3 Node označava maksmaln vremensk nerval dodeljen jednom čvoru za razmenu podaaka, nalaz se z: Node = 2 + (2) comm gde je vreme koje je predvđeno za uspešnu razmenu podaaka zmeđu čvora Snk modula označeno kao comm. 2) Slanje prjem INFO pakea Na Sl. 4 je da vremensk djagram slanja prjema INFO pakea. Sar predsavlja vreme počeka slanja INFO pakea sa Snk modula ka svm čvorovma u mrež. Snk u oj prlc kors broadcas adresranje. NodeINFO predsavlja renuak počeka odgovora na prjem INFO pakea nalaz se z: NodeINFO = + + ADR Node (3) Sar INFO gde je ADR adresa čvora (1 n). U vremenskom nervalu rajanja Node predvđeno je da Snk ščekuje odgovor u vdu pakea. End označava kraj celog nervala u kome Snk osluškuje čvorove. Slanjem INFO pakea Snk čvorovma prosleđuje nformacju o ačnom vremenu u kom će započe njma dodeljen nerval za razmenu podaaka, šo je ključno za vremensku snhronzacju sa čvorovma. IV. ADAPACIJA PROOKOLA U CILJU DEEKCIJE I DOJAVE KRIIČNIH SIUACIJA Da b se omogućla deekcja reakcja na alarmne događaje uveden je poseban p pakea u komunkaconom prookolu ALARM pake. Pored oga, dopunjen je pake MOE_INI ako da nos nformacju o vremenskom renuku kada Snk započnje sa sledećm nervalom slušanja alarma sa čvorova BSM perodom ponavljanja og nervala. A. Vremensk djagram komunkacje ALARM pake generše čvor šalje ga Snk modulu. Informacja koja se prenos ovm pakeom je merenje senzora koje je prešlo dozvoljen prag. Na aj načn se sgnalzra posojanje neregularne suacje. Vrednos očavanja sa senzora koje generšu alarm kada se prekorače se renuno zadaju u sofveru samh čvorova. U budućm verzjama prookola je predvđeno dodavanje pakea za omogućavanje Snk Snk modulu da podešava dozvoljene pragove pojednačnm čvorovma u BSM. Na Sl. 5 su da djagram razmene ALARM pakea zmeđu Snk modula senzorskh čvorova u BSM. Vremensk ok razmene ALARM pakea je zamšljen da odgovara vremenskom oku razmene MOE pakea. Name, sušnska razlka zmeđu MOE ALARM pakea lež u nformacj koja se prenos. MOE pake prenos očavanja senzora, dok ALARM pake prenos nformacju o deekovanoj krčnoj suacj. Prv grafk predsavlja cklus u kome Snk osluškuje da l ma alarmnh pakea sa svh čvorova, redom. Na sukcesvnm grafcma su da nerval za slanje alarmnh pakea dodeljen pojednačnm čvorovma. SarALARM označava renuak počeka vremenskog nervala u kome Snk osluškuje čvorove očekujuć ALARM pake. Svak čvor zna koj je o renuak, jer je prmljen u okvru MOE_INI pakea. EndALARM označava kraj vremenskog nervala u kome Snk osluškuje čvorove. NodeALARM predsavlja počeak emovanja ALARM pakea čvora (1 n). Ovaj vremensk renuak se za svak čvor nalaz z: NodeALARM = + + ADR Node (4) SarALARM gde je ADR adresa čvora (1 n). predsavlja odsupanje časovnka na Snk modulu u odnosu na časovnk na čvoru. Node označava maksmaln vremensk nerval dodeljen jednom čvoru za razmenu podaaka, znos: Node = 2 + (5) commalarm Vreme koje je predvđeno za uspešnu razmenu podaaka zmeđu čvora Snk modula je označeno kao commalarm. B. Regsrovanje obrada alarmnh događaja Svak čvor po prjemu MOE_INI pakea dobja nformacju o renuku kada će Snk poče sa slušanjem alarmnh pakea od čvorova perod ponavljanja vremenskh nervala slušanja ALARM pakea. Snk Node 1 NodeALARM1 NodeALARM2 2 comm ALARM Node 2 comm ALARM Node n EndALARM SarALARM NodeALARMn Slka 4. Vremensk djagram razmene INFO pakea. Prv grafk predsavlja vremensk cklus u kome Snk šalje INFO pake ka svm čvorovma u BSM. Na sukcesvnm grafcma su da vremensk sloov u kojma svak od čvorova (1 n) šalje svoj odgovor. Slka 5. Vremensk djagram razmene ALARM pakea. Prv grafk predsavlja vremensk cklus u kome Snk osluškuje da l nek od čvorova BSM šalje ALARM pake. Na sukcesvnm grafcma su da vremensk sloov u kojma čvorov (1 n) šalju alarmne pakee

4 MOE_INI n MOE_INI n-1 MOE_INI 1 RDY RDY MOE n MOE n Slka 6. enersanje alarma slanje ALARM pakea. 1 akvacja zabrane očavanja sa senzora; 2 Čuvanje alarmnh vrednos u skup svh zmerenh vrednos koje čne osnovu MOE pakea; 3 Pokušaj slanja alarmnog pakea predefnsan maksmaln broj pua; 4 akvacja dozvole očavanja sa senzora; 5 Slanje MOE pakea. Vreme počeka čanja podaaka sa senzora je renuno zapsano u sofveru, j. ne može se menja u oku rada BSM. Analogno važ za perodu kojom se vrš očavanje senzora. U budućm revzjama prookola je predvđeno dodavanje pakea koj će sadrža denfkacju svakog senzora na čvoru BSM, vremensk renuak počeka očavanja senzora perodu sa kojom se vrš očavanje. U renunoj realzacj BSM, čanje podaaka sa senzora započnje po prjemu INFO pakea, sa perodom očavanja od 1 mnu. Na svak mnu merene vrednos sa senzora se očavaju porede sa zadam dozvoljenm gornjm donjm grancama. Ukolko je zmerena vrednos van dozvoljenog opsega, regsruje se alarmn događaj (ALARM na Sl. 6) akvra se zabrana očavanja čuvanja vrednos sa senzora (1 na Sl. 6), koja raje do seka vremenskog peroda za slanje alarmnog pakea. Svak alarmn pake sadrž renuak kada je očana vrednos koja je van dozvoljenh granca, sve zmerene vrednos sa senzora na čvoru. Ove vrednos se, pored osalog, auomask čuvaju među do ada zmerenm vrednosma sa senzora (2 na Sl. 6). Po počeku nervala kada reba da šalje alarmne pakee, čvor pokušava slanje pakea čeka na odgovor (3 na Sl. 6) o uspešnom prjemu sa Snk modula. Ukolko aj odgovor zosane predefnsan maksmaln broj pua, čvor presaje da šalje alarmn pake. renuno je predefnsano da se ponovno slanje alarmnog pakea pokušava maksmalno do 8 pua. Ukolko čvor n z jednog pokušaja ne dobje pake, alarmn pake osaje zapamćen bće posla ponovo u sledećem nervalu za slanje alarmnh pakea. U slučaju da se zmeđu dva nervala za slanje alarmnog pakea regsruje nova alarmna vrednos, ona će b prepsana preko sare alarmne vrednos ako ažurran alarmn pake će b posla u sledećem nervalu. Na aj načn se osgurava dosava ALARM pakea Snk modulu, dokle god su Snk čvor BSM u funkcj. V. SINHRONIZACIJA VREMENA U BSM Snhronzacja vremena je od ključne važnos za spravno funkconsanje mreže. U prkazanoj BSM, podaak o ačnom vremenu se dobja od srane serverske aplkacje na udaljenom računaru sa kojom je Snk modul u komunkacj. Slka 7. Snhronzacja vremena u BSM. Snk modul ažurra vremenske reference svh čvorova u mrež slanjem MOE_INFO pakea pre razmene MOE pakea.. Snk modul auomask po prjemu ačnog vremena vrš korekcju svog nernog časovnka. Nakon oga, Snk ažurra sve vremenske reference čvorova u BSM slanjem MOE_INI pakea pre svake razmene MOE pakea. Djagram slanja MOE_INI pakea je prkazan na Sl. 7. VI. EKSPERIMENALNI REZULAI Deekcja dojava alarmnh suacja je esrana na proopu BSM sa n = 10 čvorova, pr čemu je preposavljeno da su adrese čvorova u opsegu od 1 do n. Prvo su uključen sv čvorov, a zam Snk modul. Odmah nakon ncjalzacje, Snk je započeo sa slanjem INFO pakea. Pr ome su važle sledeće vrednos: INFO = 250 ms NODE = 250 ms (1 n). Izmereno je da su se sv čvorov javl u naredne 2,75 s, kao šo je predvđeno relacjom (3) Sl. 4: End Sar = INFO + n Node = ms = 2,75 s Nakon oga, opočeo je nerval komunkacje razmene MOE pakea. U om nervalu je onemogućeno slanje ALARM pakea sa čvorova BSM (Sl. 6). Zadao je za svak čvor comm = 2 s, = 1 s a P = 1s. Odale je (1) NODE = 4 s. Izmereno je da je prjem pakea sa svh čvorova završen nakon 50 s, odnosno n * ( NODE + P ). Da b se proverla deekcja alarma, emperaura prosorje u kojoj su bl čvorov je menjana od 19 C do 26 C, a emperaurn pragov su posavljen na mn = 20 C max = 25 C Povrđen je prjem alarmnh pakea sa regsrovanm vrednosma emperaure van dozvoljenh opsega. Zadao je da senzor proveravaju emperauru na svak mnu. U akvom slučaju, pod uslovom da je Snk završo cklus razmene MOE pakea sa čvorovma u BSM, nformacja o alarmu garanovano sže za maksmalno 36 s od renuka kada Snk počnje slušanje alarmnh pakea sa čvorova, u najnepovoljnjoj suacj kada je alarm deekovan na čvoru koj se poslednj javlja Snk modulu. Merena je porošnja senzorskog čvora dobjen su rezula prkazan u abel I. Na osnovu dobjenh vrednos pod preposavkom da je kapace baerje kojom se napajaju senzorsk čvorov 1000 mah, žvon vek senzorskog čvora se procenjuje na vše od 10 godna. Ovakva energeska efkasnos je obezbeđena posavljanjem pojednačnh čvorova BSM u režme mnmalne porošnje (sleep) kada se ne očekuje njegovo učešće u komunkacj, odn. podešavanjem duy-cycle, j. odnosa zmeđu vremena provedenog u akvnom sanju u oku jednog cklusa dužne cklusa

5 ABELA I. POROŠNJA SENZORSKO ČVORA U ZAVISNOSI OD REŽIMIMA RADA Režm rada Porošnja [ma] Peroda [mn] Očavanje senzora Čuvanje očanh vrednos sa senzora Obrada alarma 20 aperodčan Komunkacja sa Snk čvorom 20 Mrovanje (sleep režm za ušedu energje) VII. ZAKLJUČAK 1440 (jedan dan) aperodčan U ovom radu je opsana adapacja prookola BSM u clju deekcje dojave alarma, verfkovana na proopu BSM za slučaj merenja emperaure vazduha. Prkazan su rezula merenja porošnje čvorova BSM koj povrđuju energesku efkasnos prookola. Kako b se unapredle performanse, planra se dorada prookola ako da se osgura prjem alarmnh sgnala u nervalma vremena kada nje predvđena razmena ALARM pakea u BSM. ZAHVALNICA Fnansranje rada je delmčno obezbeđeno z budžea projekaa Mnsarsva prosvee nauke Republke Srbje, oznaka R32043 R LIERAURA [1] AgroSense, [2] V.B. Kovačevć, D. Žvanovć, M. Nkolć, and Ž. Sojkovć, Archecure and mplemenaon of modular wreless sensor nework node, 5h European Conference on Crcus and Sysems for Communcaons (ECCSC), Belgrade, 2010, pp [3] Mrjana Sojlovć, Nenad Anonć, and Anonje Đorđevć, Desgn of Anenna Sysem for Shor-Range Wreless Sensor Nework, n Proceedngs of 19 h elecommuncaon Forum ELFOR 2011, Belgrade, November 2011, pp [4] Lyda Kraus, Mlan Sarčevć, Mlan Oklobdžja, and Željko Sojkovć, Inegraed Sofware ools for Suppor of Wreless Sensor Nework Applcaons, n Proceedngs of 19 h elecommuncaon Forum ELFOR 2011, Belgrade, November 2011, pp [5] Nework opology: hp://en.wkpeda.org/wk/nework_opology. [6] SIMCom SIM5210 Hardware Desgn, [7] CC1101 Low-Power Sub-1 Hz RF ranscever (Rev. ), [8] Konrolna suma, hp://en.wkpeda.org/wk/checksum. ABSRAC An mporan applcaon of wreless sensor neworks (WSNs) s n oudoor fre deecon and alarm. Hence, WSNs have o be capable of deecng overemperaure evens and ssung alarms. In hs paper we presen a mehod o adap communcaon proocol o enable deecon and processng of crcal evens n general. he proposed mehod s mplemened and esed on he WSN prooype developed n-house. ADAPIN A WIRELESS SENSOR NEWORK FOR DEECION AND NOIFICAION OF ALARM EVENS Mlan Mlanovć, Mrjana Sojlovć, Mlan Oklobdžja, and oran Dmć

Podešavanje za eduroam ios

Podešavanje za eduroam ios Copyright by AMRES Ovo uputstvo se odnosi na Apple mobilne uređaje: ipad, iphone, ipod Touch. Konfiguracija podrazumeva podešavanja koja se vrše na računaru i podešavanja na mobilnom uređaju. Podešavanja