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
14/12/2007 Lunardi Luciano 2
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
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
14/12/2007 Lunardi Luciano 3
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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’
14/12/2007 Lunardi Luciano 4
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
• 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
14/12/2007 Lunardi Luciano 5
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
• 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
14/12/2007 Lunardi Luciano 6
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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
14/12/2007 Lunardi Luciano 7
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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:
14/12/2007 Lunardi Luciano 8
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
Analisi dei dati
• Connettivita’• Qualita’ (RSS)• Distanza• Periodi• Livelli di potenza
14/12/2007 Lunardi Luciano 9
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
Connettivita’• Alta o assente• Asimmetrie• Corruzione dei dati
• distanza
• Malfunzionamenti• ostacoli
Nodo ricevente
Nod
o tra
smitt
ente
% pacchetti riceveuti
0 dBm
14/12/2007 Lunardi Luciano 10
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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
14/12/2007 Lunardi Luciano 11
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
Distanza• Influisce sull’RSS e sulla connettivita’• In un ambiente eterogeneo, se incognita, difficile da stimare
Connettivita’ globale e distanza RSS globale e distanza
14/12/2007 Lunardi Luciano 12
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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
dard
glo
bale
del
num
ero
di p
acch
etti
ricev
uti
14/12/2007 Lunardi Luciano 13
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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
14/12/2007 Lunardi Luciano 14
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
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
14/12/2007 Lunardi Luciano 15
Università degli studi di PadovaTesi di Laurea
ANALISI SPERIMENTALE A LUNGO TERMINE DI CONNETTIVITA’ DEL SEGNALE PER RETI WIRELESS
• 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