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Laureando: Benedito osvaldo Xona

UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI TRIESTE DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ELETTRONICA CURRICULUM TELECOMUNICAZIONE. PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE E ALGORITMO DI ROUTING PER UNA RETE DI SENSORI WIRELESS CON APPLICAZIONI MEDICHE

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Presentation Transcript

  1. UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI TRIESTEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN ELETTRONICA CURRICULUM TELECOMUNICAZIONE PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE E ALGORITMO DI ROUTING PER UNA RETE DI SENSORI WIRELESS CON APPLICAZIONI MEDICHE TESI DI LAUREA PRESSO ELCON ELETTRONICA Relatore: Prof. Sergio Carrato Correlatore: Sr.Luaciano Generali Laureando: Benedito osvaldo Xona Anno Academico 2011-2012

  2. Obiettivi ed applicazioni • Obiettivo • Realizzazione di un protocollo di comunicazione di un algoritmo di routing per WSN • Non standard e proprietario • Applicazione • Mediche

  3. Requisiti necessari • Ridotte dimensioni • Basso consumo energetico • Basso costo • Utilizzo di bande non Lincenziate • Scalabilità, Flessibilità • Certeza dato ricevuto

  4. WSN e le tecnologie di comunicazione

  5. Topologie di Rete • Rete a Stella • Rete Mesh • Rete ad Albero

  6. La nostra applicazione • Useremo la topologia di tipo Mesh/Albero • I nodi sono suddivisi in • Capo Maglia (Nodo Base) • Nodi Interni • Nodi di Frontiera • Nodi Mobili

  7. Formato dei pacchetti • Ogni tecnologia di rete ha un proprio formato per i messaggi • In ogni caso, un messaggio contiene: • Dati utili • Informazione di controllo

  8. Struttura dei Frame • Il protocollo definisce 4 tipi di frame: • Frame di Faro • Generato dal coordinatore della rete per trasmettere il segnale di faro ai nodi • L’indirizzo DST è in Broadcast

  9. Struttura dei Frame • Frame di Acknowledgment • generato dal capo maglia e dai nodi una volta ricevuto un paccheto. • I nodi memorizzano una coppia dei vari pacchetti ricevuti e la rimuovono soltanto dopo aver ricevuto l’ACK. • ACK può assumere il valore 1 o 0

  10. Struttura dei Frame • Frame dei Dati • Genetaro dai nodi ogni volta che devono trasmettere i dati rilevati.

  11. Struttura dei Frame • Frame di controllo • generato dai nodi al primo inserimento in rete, ogni volta che vuole comunicare con altri nodi • Nel campo DST l’indirizzo è in Broadcast

  12. Nodo Sensore Sensore MCU Ricetrasmettitore Memoria Alimentazione

  13. Schema Elettrico

  14. R8C/27 e CC2520 • R8C/27 • Elevata velocità di elaborazione(20MHz di clock interno) • Consumo energetico • Typ. 10 mA (VCC = 5.0 V, f(XIN) = 20 MHz) • Typ. 6 mA (VCC = 3.0 V, f(XIN) = 10 MHz) • Typ. 2.0 µA (VCC = 3.0 V, wait mode (f(XCIN) = 32 kHz) • Typ. 0.7 µA (VCC = 3.0 V, stop mode) • Tensione variabile 3.0-5.5 V

  15. R8C/27 e CC2520 • CC2520 • Permette comunicazione in banda ISM che va da 2400 a 2483,3 MHz • Bassa tensione che varia da 1,8 a 3,8 V • Bit rate 250 Kbit/s • Modilazione DSSS • Ridotto consumo energetico • RX: 18 Ma, TX: 33 mA e sleep mode 1uA • Potenza di trasmissione programmabile in 32 livelli • Elevata sensibilità in ricezione(-98dBm)

  16. R8C/27 e CC2520 • Ha dei tempi di accensione molto veloci • Insieme di Hardware per • Gestione e trattamento dei frame dati • Crittografia dei dati e autenticazione(AES) • Disponibilità del canale(CCA) • Indicazione qualità collegamento(RSSI/LQI) • Gestire frame ACK e tempo d’attesa

  17. Algoritmo di Routing

  18. Inizializzazione di un Nodo Sensore

  19. Nodo in trasmissione • Prenota il canale • Controlla se è un nodo interno • Se NdX=NdInt; • Regola PALL, e comunica con il CM • Attende l’ack • Qualora non è un nodo interno • Trasmette il frame di controllo ed attende l’Ack di conferma • Se il N°risp<1 riprova incrementando PALL=PALL+3 • Se il N°risp>=1, legge l’RSSI dei vari nodi

  20. Nodo in trasmissione • Se RSSI<50% ritrasmette incrementando PALL • Se RSSI>=50% seleziona i nodi • Controlla il campo SYNCH • Se SYNCH=1 , comunica con il NdF • Attende l’Ack • Se SYNCH=0, comunica con i nodi selezionati cioè NdE • Attende l’Ack • Se entro Dmax l’Ack non arriva ritrasmette il pacchetto

  21. Nodi in ricezione • Quando un nodo riceve un frame controlla il campo type. • Se Type=Data, ritrasmette il messaggio • Se Type=FR; trasmette l’Ack al CM • Se Type=ACK, controlla il campo IndNd • Se IndNdDST=DST&&HOP=0; controlla Ack • Se Ack=1 ok; • Se Ack=0 non ok; ritrasmette il pacchetto. • Se non verificata IndNdDST=DST&&HOP=0 • Controlla in memoria l’indirizzo del NextNd • Ritrasmette a quest’ultimo e cancella frame • Se Type=BROAD • Legge RSSI • Regola PALL e invia l’Ack

  22. Timer • Dopo le operazioni elencate il nodo controlla: • se ci sono portanti in zona oppure altre operazioni da eseguire • Se si esegue le oprazioni necessarie • Se non ci sono attiva il timer • Entra in standy-by e attende TO=3TFR • Dopo TO si sveglia e trasmette un frame Broad

  23. Durata Nodo • Senza il Timer • MCU+ RADIO ON in TX (-18dBm) ; consumo corrente = 22,2 mA. • Batteria di 3000mAh; Durata del nodo= 135 ore • Con il Timer, • Durata del nodo≈3778 ore

  24. Capo Maglia in Tramissione

  25. Capo Maglia in Ricezione

  26. Grazie per l’attenzione

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