9/28/2012

1

WIRELESS SENSOR

NETWORKS

Elisati Hulu 33212002

Contents

What is Wireless Sensor Network

Architecture:

single node and

network architecture

Communication Protocols

Physical layer

MAC protocols & Link-layer protocols

Naming and addressing

Transport Layer

2

What is Wireless Sensor Networks

Introduction 3

Wireless Sensor Networks

Jaringan yang terdiri dari node2 individual yang dapat berinteraksi dengan lingkungannya dengan sensing atau mengendalikan parameter fisikal

Node-node ini harus bekerjasama untuk memenuhi tugas tertentu; node tunggal tidak mampu melakukan tugas tersebut;

Menggunakan komunikasi wireless

Secara sendiri, node-node tsb setidak2nya berisi fungsi komputasi, komunikasi wireless, sensing atau fungsi pengendali

Nama lain: wireless sensor and actuactor networks

4

9/28/2012

2

Broad classification of various issues in a

WSN 5

Application examples (1)

Beberapa parameter yang dapat di-sensing Temperature

Humidity

Visual and infrared light

Acoustic

Vibration

Pressure

Chemical sensor

Mechanical stress

Magnetic sensor

Radar

Ada pada alat mainan anak2 di TK, untuk sensing pergerakan atau menentukan kecepatan atau lokasi

6

Application examples (2)

Disaster relief applications

Environment control and biodiversity mapping

Intelligent building

Facility management

Machine surveillance and preventive maintenance

Precision agriculture

Medicine and health care

Logistics

Telematics

7

Disaster relief application - wildfire detection

8

9/28/2012

3

Fire detection 9

Precision agriculture 10

Application examples (3)

Beberapa tipe aplikasi di airplane wings dan support for smart spaces

Penerapan di waste water treatment plants

Intrumentation of semiconductor processing chambers and wind tunnels

In smart kindergarten

The detection of floods

Interactive museums

Monitoring a bird habitat on a remote island

Implanting sensors into the human body (for glucose monitoring or as retina prosthesis

11

Classification of WSN applications 12

9/28/2012

4

Types of applications (1)

Banyak aplikasi memiliki karakteristik yang sama.

Node WSN terdiri dari sources of data yaitu node yang sense data dan sinks adalah node yang harus mendapatkan data

Berdasarkan pola interaksi antara sources dan sinks, penerapan WSN memiliki beberapa tipe

Event detection

Periodic measurement

Function appoximation and edge detection

Tracking

13

Challenges for WSNs

Type of service

Quality of Services

Fault tolerance

Lifetime

Scalability

Wide range of densities

Programmability

Maintainability

14

Required mechanisms

Multihop wireless communication

Energy-efficient operation

Auto-configuration

Collaboration and in network processing

Data centric

Locality

Exploit trade-offs

15

Single-node architecture

Architecture 16

9/28/2012

5

Introduction

Membangun WSN, perlu node2 dibangun dan tersedia

Node2 tersebut harus memenuhi kebutuhan khusus dari sebuah aplikasi

Small

Cheap

Energy efficient

Equipped with the rigth sensors

The nessesary computation

Memory resources

Need adequate communication facilities

17

Hardware components 18

A basic sensor node comprises five main component Controller: sebuah kontrol untuk memproses semua

data yang relevan, mampu mengeksekusi kode

Memory: untuk menyimpan program dan data sementara; tipe memori berbeda digunakan untuk program dan data

Sensors and actuactors: interface ke dunia fisikal; dapat mengamati atau mengendalikan parameter fisikal dari lingkungan

Communication: sebuah device untuk mengirim dan menerima informasi melalu kanal nirkabel

Power suplly: biasanya tidak terpasang power supply; beberapa bentuk batere diperlukan untuk menyediakan energi, ada yang dapat di-recharge (seperti solar cells)

Hardware components-contd 19

Setiap komponen bekerja secara seimbang untuk menjaga konsumsi energi sekecil mungkin, misalnya dgn cara device komunikasi dan controller mati selama mungkin. Controller menggunakan timer untuk wake-up;

Sensor dapat diprogram untuk membangkitkan interrupt jika muncul event tertentu.

Controller 20

Beberapa mikrokontroller yang digunakan

dalam beberapa node WSN

Intel StrongARM (32-bit RISC, up to 206 MHz)

Texas Instrument MSP 430 (16-bit RISC, up to 4

MHz,RAM 2-10 kB)

Atmel Atmega 128L (8-bit)

9/28/2012

6

Memory 21

RAM untuk menyimpan sementara hasil

pembacaan sensor

Program disimpan di ROM atau EEPROM atau

flash memory

Flash memory juga digunakan untuk

intermediate storage

Communication device 22

Media komunikasi di WSN, dalam beberapa

kasus menggunakan wired communication

(menggunakan Profibus,LON,CAN, dll)

Komunikasi RF-based yang banyak relevan

yang tepat bagi kebutuhan aplikasi WSN

RF-based memberikan

Relatively long range

High data rates

Acceptable error rates

Does not require line of sight

Transceivers 23

Transmitter dan receiver diperlukan pada

sensor node gabungannya disebut

transceiver

Tugas transceiver: mengubah stream bit yang

datang dari microcontroller (bisa sederetan

byte atau frame) dan mengubahnya ke dan

dari gelombang radio

Sensors and actuators (1) 24

Sensor dapat dikategorikan dalam 3 kategori

Passive, omnidirectional sensors; sensor ini dapat mengukur kuatitas fisik, tanpa memanipulasi lingkungannya; self-powered, energi perlu untuk memperkuat sinyal analog; omnidirectional

Thermometer, light sensor, vibration, microphones, humidity, mechanical stress/tension, chemical sensors, smoke detectors, air pressure, dsb

Passive, narrow-beam sensors: passive, directional

camera

Active sensors: jenis sensor yang aktif probing lingkungannya

Sonar/radar sensor

Some types of seismic sensors

9/28/2012

7

Sensors and actuators (2) 25

Actuator (kadang disebut actor) adalah sebuah

transducer yang menerima sinyal dan

mengubahnya ke aksi fisik

Contoh actuator:

Robot

Electrical motors

Human

Sensor di WSN (1) 26

Sensor di WSN 27

Company provider of WSN Technology Solution

28

9/28/2012

8

Sensor di WSN 29

Humidity Sensor

Sesmic Sensor

Motion Sensor

Soil Sensor

Power supply 30

Dua aspek penting:storing energy dan

replenish (mengisi kembali) dengan

scanvenging

Storing energy: batteries (non/rechargeable)

Energy scanvenging: Photovoltaics

Sistem Operasi 31

Sistem operasi atau lingkungan eksekusi di WSN perlu memperhatikan kebutuhan Energy management untuk energy-efficient

External component-sensor, radio modem, atau timer perlu ditangani dengan mudah dan efisien, secara khusus informasi yang tersedia secara asinkron perlu ditangani

Semua kebutuhan di atas ditangani dengan Lingkungan dan paradigma pemrograman yang tepat;

Struktur protocol stack yang clear dan

Dukungan explicit untuk energy management

Sistem operasi yang umum digunakan di WSN TinyOS

SOS

Contiki

Hubungan H/W,OS,Aplikasi di

WSN 32

9/28/2012

9

SOS: interaksi antar modul 33

Contiki:core services & loaded programs

34

LiteOS: arsitektur 35

Perbandingan 36

9/28/2012

10

Network architecture

Architecture 37

Introduction 38

Arsitektur WSN mengacu pada banyak sumber

WSN ditujukan untuk fungsi tertentu, perlu

desentralisasi, bentuk terdistribusi

Dari perspektif yang lain, sensor network

dihubungkan dengan real-time computing,

konsep peer-to-peer computing, active network

dan mobile agent/swarm intelligence

Beberapa contoh Network Sensor 39 40

9/28/2012

11

41

WSN: monitoring seabird nests

42

Sources and Sinks

Sources: entitas di jaringan yang dapat

menyediakan informasi, biasanya sebuah node

sensor; bisa juga sebuah node actuactor yang

memberikan feedback tentang operasi

Sinks: entitas dimana informasi diperlukan.

Ada 3 opsi

sensor network itu sendiri

Sensor/actuator yang lain

Entitas di luar jaringan (handheld, PDA, gateway

ke Internet)

43

Three types of sinks

44

9/28/2012

12

Single-hop vs multihop networks

Single hop, ketika node source berkomunikasi langsung dengan sink

Multihop WSN, ketika ada lebih dari satu node digunakan untuk mengirimkan paket (biasanya menggunakan node relay intermediate) dan karena jarak atau kendala tertentu)

Multihop beroperasi secara store and forward

Penggunaan node

relay (pada jarak

d/2) memberikan

efis