Ασύρματα δίκτυα από αισθητήρες και Sunspots

[crmaris]

Τα Sunspots ή spots της εταιρίας SUN είναι ασύρματοι αισθητήρες τους οποίους μπορούμε να προγραμματίσουμε χρησιμοποιώντας την πολύ διαδεδομένη Java. Δεν απαιτούνε την ύπαρξη λειτουργικού σε αντίθεση με άλλους αισθητήρες που τρέχουνε μια ειδική έκδοση του Linux (TinyOs) η οποία απαιτεί χρόνο και υπομονή για την ανάπτυξη έστω και απλών προγραμμάτων. Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες που έχουνε είναι θερμοκρασίας, επιτάχυνσης (τρεις κατευθύνσεις) και φωτός. To πρωτόκολλο επικοινωνίας που χρησιμοποιείται από τα spots αλλά και από τα υπόλοιπα sensor nodes είναι το 802.15.4 πάνω στο οποίο έχει αναπτυχθεί και το Zigbee.

Ένας κόμβος αισθητήρα (sensor node) αποτελείται από έναν πομποδέκτη RF ο οποίος είναι υπεύθυνος για την επικοινωνία, έναν μικροεπεξεργαστή (CPU), μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM) για επεξεργασία δεδομένων (προαιρετικά μπορεί να φέρει και μνήμη μόνιμης αποθήκευσης δεδομένων) και μια μικρή μπαταρία που του παρέχει μια περιορισμένη ενεργειακή αυτονομία. Επίσης περιέχει τους κατάλληλους αισθητήρες (sensing unit ή sensors) μέσω των οποίων συλλέγει τα ανάλογα δεδομένα (π.χ. θερμοκρασία, υγρασία, ανίχνευση αντικειμένων). Ενσωματώνει μονάδα μετατροπής ADC (Analog to Digital) η οποία μετατρέπει τα δεδομένα που συλλέγονται από τους αισθητήρες από την αναλογική μορφή σε ψηφιακή, για την περαιτέρω επεξεργασία από τον επεξεργαστή του κόμβου πριν την αποστολή τους προς μία κεντρική βάση δεδομένων (Sink) μέσω του ασύρματου δικτύου. Επιπρόσθετα μπορεί ένας κόμβος να φέρει μία μονάδα εύρεσης γεωγραφικού στίγματος (GPS) η οποία βοηθάει στην εύρεση του κόμβου μέσα στην περιοχή ανάπτυξης του δικτύου και στην χαρτογράφηση της ακριβής θέσης του, μονάδα κίνησης (mobile unit) ώστε να μπορεί να μετακινείται και μια εναλλακτική μορφή ενέργειας (π.χ. φωτο-βολταϊκά στοιχεία για συλλογή ηλιακής ενέργειας) ώστε να έχει την δυνατότητα επαναφόρτισης της μπαταρίας του.

Τα WSNs είναι αυτο-οργανούμενα, κατά περίπτωση, (ad-hoc) δίκτυα στα οποία γίνονται ασύρματες ζεύξεις μεταξύ γειτονικών κόμβων. Χαρακτηριστικό τέτοιων δικτύων είναι ότι κόμβοι που βρίσκονται εκτός εμβέλειας μεταξύ τους μπορούν να επικοινωνήσουν ασύρματα χρησιμοποιώντας ενδιάμεσους κόμβους για την προώθηση των μηνυμάτων . Βασικός στόχος στα WSN δίκτυα είναι η μεταφορά το συλλεγμένων δεδομένων σε ένα κεντρικό σημείο ελέγχου (sink). Το sink ή base station μπορεί να ελέγχεται απ’ ευθείας από το χρήστη μέσω ενός τερματικού ή από ένα απομακρυσμένο τερματικό μέσω του διαδικτύου, δορυφορικής σύνδεσης ή την χρήση κάποιας άλλης τεχνολογίας.

Αρκετά όμως με την θεωρία. Ας δούμε τώρα τι μπορούνε να κάνουν τα spots στην πράξη. Το τελευταίο διάστημα αναπτύσσω μια εφαρμογή μέσω της οποίας αφού τοποθετήσουμε τα spots στον χώρο που θέλουμε να ελέγξουμε (όσο πιο πολλά τόσα το καλύτερο, θεωρητικά ένα spot έχει μέχρι και 100 μέτρα εμβέλεια σε καθαρό περιβάλλον) τα δεδομένα που συλλέγονται στέλνονται (ασύρματα) προς ένα spot το οποίο παίζει τον ρόλο του sink και είναι ενωμένο μέσω θύρας usb με έναν υπολογιστή. Τα spots έχουνε προγραμματιστεί κατάλληλα ώστε να παίρνουν ενδείξεις θερμοκρασίας και φωτός ανά 5 δευτερόλεπτα και να τις δρομολογούνε προς το sink. Το sink τώρα μαζεύει τα δεδομένα και τα στέλνει σε ένα java πρόγραμμα που τρέχει στον υπολογιστή, το οποίο εκτός από την ανάλυση των δεδομένων, τα στέλνει σε ένα SQL server. Τώρα 2 σελίδες που έχω φτιάξει χρησιμοποιώντας PHP «τραβάνε» τα δεδομένα από την SQL database και τα εμφανίζουν γραφικά (με charts) αναπαριστώντας το ελάχιστο, μέγιστο και μέσο όρο των μετρήσεων. Όταν κάποια μέτρηση είτε θερμοκρασίας είτε φωτός περάσει κάποια προ-επιλεγμένα επίπεδα τότε εμφανίζεται ένα σήμα προειδοποίησης στην σελίδα. Επίσης η σελίδα ανανεώνεται αυτόματα ανά τακτά χρονικά διαστήματα.

Οι σελίδες για τα επίπεδα θερμοκρασίας και φωτός

Να σημειώσω ότι τα spots δεν τα έχω online συνέχεια γιατί έχω ένα μόνο kit διαθέσιμο (2 spots και 1 sink) πάνω στο οποίο δουλεύω και άλλες εφαρμογές. Οπότε οι σελίδες δεν τροφοδοτούνται με καινούρια στοιχεία συνέχεια. Επίσης ένα μεγάλο ευχαριστώ στην SUN για την χορηγία του kit to οποίο πέρασε τα χίλια μύρια μέχρι να φτάσει στα χέρια μου (τελωνεία κτλ).

Περισσότερα για τα WSNs εδώ

και για τα spots