Opis
Od pewnego czasu żyjemy w świecie, w którym coraz więcej urządzeń powszechnego użytku łączy się z Internetem. Weszliśmy w nową fazę rozwoju globalnej sieci. Systemy zbudowane z połączonych wzajemnie urządzeń, wyposażonych w niewielkich rozmiarów procesory i czujniki, znajdują coraz więcej zastosowań, wpływają na nasze funkcjonowanie w współczesnym świecie. Dzięki bezprzewodowym sieciom sensorowym możemy m.in. mówić o inteligentnych domach, inteligentnych miastach czy inteligentnych sieciach przesyłowych. Książka Bezprzewodowe sieci czujników w Internecie rzeczy wprowadza czytelnika w świat sieci sensorowych tworzonych przez niewielkich rozmiarów stacjonarne i mobilne "inteligentne" urządzenia pomiarowe, komunikujące się drogą radiową. Przedstawiane są typowe własności tego typu systemów oraz przykłady ich różnych realizacji. Prezentowane są modele matematyczne sieci czujników i środowiska oprogramowania do symulacji komputerowej. Szczegółowo omówione są popularne modele propagacji radiowej. Większość rozdziałów książki dotyczy wybranych zagadnień z zakresu teleinformatyki. Są to protokoły komunikacyjne, w tym algorytmy trasowania, techniki oszczędnego zarządzania zasobami energetycznymi sieci oraz metody lokalizacji i grupowania węzłów. Poruszany jest również wątek sprzętu i oprogramowania. Przedstawione przykłady uławiają zrozumienie materiału oraz zastosowanie prezentowanych rozwiązań w praktyce. Książka jest adresowana głównie do osób z wykształceniem technicznym, oraz studentów i doktorantów uczelni na kierunkach: informatyka, telekomunikacja, automatyka i robotyka, elektronika oraz mechatronika. W zamyśle autorów ma być ona przewodnikiem po podstawowych mechanizmach i metodach stosowanych przy projektowaniu bezprzewodowych sieci czujników oraz umożliwić czytelnikowi samodzielne zastosowanie tych technik. Spis treściWykaz oznaczeń 11 1. Wstęp 15 2. Bezprzewodowe sieci ad hoc 21 2.1. Charakterystyka sieci ad hoc 21 2.2. Klasyfikacja sieci ad hoc 25 2.2.1. Bezprzewodowa sieć prywatna (WPAN) 26 2.2.2. Bezprzewodowa sieć sensorowa (WSN) 26 2.2.3. Bezprzewodowa sieć sensorów i elementów wykonawczych (WSAN) 27 2.2.4. Mobilna sieć ad hoc (MANET) 28 2.3. Projektowanie sieci ad hoc – problemy i ograniczenia 29 3. Bezprzewodowe sieci sensorowe 31 3.1. Charakterystyka i budowa sieci sensorowej 31 3.2. Architektura węzła sieci 33 3.2.1. Elementy sprzętowe węzła sieci 34 3.2.2. Oprogramowanie węzła sieci 36 3.3. Architektura sieci 38 3.4. Komunikacja w bezprzewodowych sieciach sensorowych 39 3.4.1. Bluetooth Low Energy 39 3.4.2. Bluetooth Mesh 41 3.4.3. LoRaWAN 42 3.4.4. LTE-M oraz NB-IoT 43 3.4.5. IEEE 802.15.4 44 3.4.6. ZigBee 46 3.4.7. WirelessHART 46 3.4.8. 6LoWPAN – IP w sieciach WSN 47 3.4.9. Komunikacja wieloskokowa 50 3.4.10. Techniki oszczędzania energii 51 3.5. Klasyfikacja sieci sensorowych 54 3.6. Sieci sensorowe w systemach Internetu rzeczy 58 3.7. Zastosowania bezprzewodowych sieci sensorów 59 3.7.1. Monitorowanie stanu konstrukcji 60 3.7.2. Obserwacja zwierząt 60 3.7.3. Sterowanie oświetleniem w tunelach 61 3.7.4. Monitorowanie skażenia terenu 61 4. Model sieci sensorowej 63 4.1. Wprowadzenie 63 4.2. Sieć sensorowa – system złożony 65 4.3. Przestrzeń robocza sieci 69 4.4. Model węzła sieci 70 5. Modelowanie propagacji radiowej 77 5.1. Podstawowe pojęcia i modele 77 5.1.1. Modele fizyczne propagacji radiowej 79 5.1.2. Modele probabilistyczne i statystyczne propagacji radiowej 80 5.1.3. Modelowanie błędów 84 5.2. Struktura połączeń i zasięg transmisji 87 5.2.1. Struktura połączeń 87 5.2.2. Wyznaczanie zasięgu transmisji radiowej 88 6. Modelowanie ruchu węzłów sieci 91 6.1. Klasyfikacja modeli ruchu 92 6.2. Przegląd i przykłady modeli ruchu 93 6.2.1. Indywidualne i grupowe modele ruchu 93 6.2.2. Modelowanie ruchu sieci spójnej 97 7. Modele symulacyjne i środowiska do symulacji sieci sensorowych103 7.1. Modele symulacyjne 103 7.1.1. Budowa modeli symulacyjnych 103 7.2. Techniki symulacyjne 105 7.3. Symulatory sieci WSN i MANET 107 7.3.1. ns-3 108 7.3.2. NetSim 109 7.3.3. Riverbed Modeler 109 7.3.4. OMNeT++ 109 7.3.5. TOSSIM 110 7.3.6. Cooja 111 7.3.7. QualNet 111 7.3.8. Symulacja sieci mobilnej 112 8. Platformy sprzętowe 115 8.1. TelosB 116 8.2. Libelium Waspmote 119 8.3. Zolertia Z1 123 8.4. Zolertia RE-Mote 125 8.5. Open Mote B 127 8.6. Texas Instruments SensorTag CC2650 129 8.7. IoT-LAB M3 131 9. Oprogramowanie 135 9.1. Sieć sensorowa – system rozproszony 135 9.2. Oprogramowanie węzła sieci 135 9.3. Systemy operacyjne 136 9.3.1. TinyOS 137 9.3.2. Contiki-ng 138 9.3.3. LiteOS 139 9.3.4. Waspmote IDE 139 9.3.5. RIOT 140 9.4. Zdalne programowanie węzłów 141 10. Techniki grupowania węzłów 143 10.1. Klasyfikacja algorytmów grupowania 144 10.2. Przegląd algorytmów grupowania 149 10.2.1. LCA 149 10.2.2. RCC 150 10.2.3. CLUBS 151 10.2.4. ACE 151 10.2.5. MOCA 152 10.2.6. M-MD-C 153 10.2.7. FLOC 153 10.2.8. WCA 154 10.2.9. GS3 155 10.2.10.GROUP 156 10.2.11.HCC 158 10.2.12.LEACH 159 10.2.13.EEHC 160 10.2.14.HEED