Bezprzewodowe sieci czujników w internecie rzeczy

Wykaz 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 161 10.2.15.DWEHC 161 10.2.16.EECS 163 10.2.17.AbC 163 10.3. Porównanie algorytmów grupowania 164 11. Sterowanie aktywnością węzłów 167 11.1. ASCENT 172 11.2. GAF 174 11.3. Span 177 11.4. SPIN 179 12. Sterowanie poziomem mocy nadawanego sygnału 181 12.1. Konstruowanie algorytmów sterowania poziomem mocy sygnału 184 12.2. R&M 187 12.3. LMST 189 12.4. KNeigh 192 12.5. XTC 194 13. Trasowanie komunikacji 197 13.1. Klasyfikacja protokołów trasowania 197 13.2. Energooszczędne protokoły trasowania 200 13.2.1. DYMO 200 13.2.2. DSR 200 13.2.3. DSDV 201 13.2.4. RPL 202 14. Sterowanie dostępem do medium transmisyjnego 205 14.1. Protokoły MAC 207 14.1.1. ALOHA 207 14.1.2. CSMA 208 14.1.3. CSMA/CD 208 14.1.4. CSMA/CA 209 14.2. Energooszczędne protokoły MAC 210 14.2.1. Algorytmy usypiania modułów radiowych 210 14.2.2. LMAC 212 14.2.3. TRAMA 212 14.2.4. FLAMA 214 14.2.5. S-MAC 215 14.2.6. B-MAC 216 14.2.7. DMAC 217 14.2.8. Z-MAC 218 14.2.9. Protokół IEEE 802.15.4 219 14.3. Podsumowanie 222 15. Lokalizacja węzłów sieci sensorowej 225 15.1. Wprowadzenie 225 15.2. Rozkładanie czujników 226 15.2.1. Wymagania na sieci pomiarowe 227 15.2.2. Metody rozkładania czujników 229 15.2.3. Projektowanie mobilnej sieci monitorującej 233 15.3. Wyznaczanie pozycji czujników 237 15.3.1. Kryteria oceny algorytmów lokalizacji 239 15.3.2. Klasyfikacja metod i systemów lokalizacji 242 15.4. Metody lokalizacji węzłów w zasięgu radiowym 247 15.4.1. Triangulacja i metoda AoA 249 15.4.2. Trilateracja i metody ToA, TDoA i RSSI 251 15.4.3. Metody wykorzystujące tłumienie propagacyjne 255 15.5. Lokalizacja w sieciach rozległych 257 15.5.1. System APS 259 15.5.2. Techniki wykorzystujące środek ciężkości figur 261 15.5.3. Skalowanie wielowymiarowe 262 15.5.4. Optymalizacja liniowa i nieliniowa 267 15.5.5. Sprzętowe układy lokalizacji węzłów 275 Bibliografia 277 Skorowidz 289