Introduktion til emnet Sensor netværk

Transkript

1 Introduktion til emnet Sensor netværk

2 Hvem er jeg? Sidsel Jensen, 32 år, specialestuderende på DIKU Ansat i DIKUs IT-afdeling på deltid siden 2002 Har lavet en klynge på 241 computere til Zoologisk Institut til forskning Har bygget robotter til deltagelse i DTU Robocup turnering Har portet styresystemet TinyOS til en ny arkitektur (SoC 8051) Er ved at skrive speciale med udgangspunkt i sensor netværk Er interesseret i distribuerede systemer Derudover laver jeg en masse frivilligt open source arbejde bl.a. LinuxForum konferencen

3 Hvad er sensor netværk? Et sensor netværk er et computer netværk bestående af mange distribuerede enheder, typisk geografisk spredt. Sensor netværk benytter sensorer til at monitorere forholdene på forskellige lokationer f.eks. temperatur, lyd, vibrationer, tryk, bevægelse eller forurening. Enhederne er normalt små og billige, så de kan produceres og idriftsættes i store mængder Enhedernes resourcer i form af energi, hukommelse, beregningshastighed og båndbredde er kraftigt begrænset. Enhederne kommunikerer med hinanden via trådløs radio

4 Eksempler på sensor netværk (I) Great Duck Island Habitat Monitoring Each mote has a microcontroller, a low-power radio, memory and batteries. For habitat monitoring, we added sensors for temperature, humidity, barometric pressure, and mid-range infrared. Motes periodically sample and relay their sensor readings to computer base stations on the island. These in turn feed into a satellite link that allows researchers to access realtime environmental data over the Internet. Første forsøg i 2002 med 32 noder t

5 Eksempler på sensor netværk (II) ZebraNet Undersøgelse af migrationsmønstre hos zebraer Zebraer bevæger sig i meget store områder Man ønskede en lang observersations periode Man installerede solceller i halsbåndet, så batteriet kunne genoplade sig selv Man installerede to radioer, en til korte distancer og en til lange I halsbåndet fandtes en GPS, og sensorer der målte dyrets hjerteslag, kropstemperatur og hvor tit det spiser Man lavede dataopsamling ved vandhuller tml

6 Eksempler på sensor netværk (III) Volcano Monitoring Our second volcano monitoring sensor network deployment, this time at Volcán Reventador. We deployed a network of 16 wireless sensor nodes equipped with with seismic and acoustic sensors at the active volcano. The network spanned a distance of over 3 km and featured multihop wireless routing, time synchronization, reliable data collection and delivery, and distributed sensing for detecting eruptions. ml

7 Anvendelsesmuligheder for sensor netværk Opgave: Nævn nogle mulige anvendelsesmuligheder for sensor netværk

8 Hvor bruges sensor netværk? Habitat Monitoring Great Duck Island ZebraNet Miljø overvågning Vulkan overvågning Redwood Ecophysiology Sundhedsvæsen CodeBlue Body Sensor Networks Militære applikationer Troppebevægelser Counter Sniper System Industrielle applikationer Overvågning af vinplantage Hogthrob overvågning af grise Automatisering i hjemmet (pervasive computing) Intrusion detection

9 Hvilke typer af sensorer? Hvilke sensorer kender I?

10 Hvor sidder sensoren? Hvor er antennen? howstuffworks.co m/nike-ipod.htm

11 Kalibrering af sensorer Forskelligt værktøj bruges til at foretage målinger med. f.eks. Bruges en linial til at måle afstand, en vægt til at måle tyngde og et termometer til at måle temperaturen. Men før værktøjet kan sælges må det testes for præcision og evt. tilpasses. Tilpasningsprocessen kaldes også for en kalibrering. Nike+ sensoren skal f.eks. kalibreres til løberen ved at man løber en fastlagt længde på et fladt hårdt grundlag. Dermed får sensoren nogle basismål for løberens skridt.

12 Begrænsningerne i sensor netværk Applikationens livstid (energiforbrug) Alt fra et par få dage til mange år med eller uden vedligeholdelse Produktionsmiljø Alt fra et meget beskyttet/kontrolleret miljø f.eks. En bygning til et udendørs/fjentligt miljø f.eks. Toxic waste Mission critical miljø Omkostninger Alt fra et par få håndører til tusindvis af kroner Opsamlet data Low rate vs. High rate (f.eks. Temperaturdata kontra billeddata) Forskellige krav til dataens præcision og korrekthed Begrænsede ressourcer Minimal beregningskraft Minimal opbevaringsmulighed Fejlbehæftet trådløs radio teknologi Netværkstopologi Alt fra stjernetopologi til et mesh Skalerbar og fleksibel Brugerinteraktion Fastlagte kontra fleksible opgaver Monitorering vs. Kontrol Fejltolerance?

13 Moore's Lov Formuleret i Electronics Magazine 19 April 1965 The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year... Certainly over the short term this rate can be expected to continue, if not to increase. Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years. That means by 1975, the number of components per integrated circuit for minimum cost will be 65,000. I believe that such a large circuit can be built on a single wafer. Gordon E. Moore (born 1929) - co-founder of Intel

14 Energiforbrug Problemet er bare...at batteriudviklingen IKKE følger Moores Lov... Energiforbruget afhænger af hardware komponenterne og interactionen med softwaren Mulige løsninger på problemet: Sluk for komponenter for at spare energi (duty cycling) Flyt grænsen mellem hardware/software (benyt codesign) Valget af hardware har indflydelse på software designet (lav optimering på tværs af lag)

15 Batteriudvikling De forskellige slags batterier performer forskelligt når de bliver udsat for miljøet, varme og kulde. Batteri Typer: Nikel Cadmium batteri (NiCd) Nikel-Metal Hydrid batteri (NiMH) Bly batteri (biler) Lithium Ion batteri (Li-ion) (mobiltlf.) Lithium Polymer batteri Genopladeligt Alkaline batteri

16 Energy harvesting Der eksisterer et antal forskellige metoder til at høste energi, f.eks.: Solenergi Energi fra tilfældige bevægelser f.eks. bølger i havet eller tidevand Piezoelektricitet Thermisk elektricitet (afbrænding af biogasser m.m.) og Fysisk bevægelse

17 Afrunding I næste time skal i høre mere om hardwaren og den arkitektur der benyttes i sensor netværk.