Wireless Ad-hoc Control Networks

8/3/2019 Wireless Ad-hoc Control Networks

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2 0 0 5 3 r d I E E E I n t e m a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n d u s t r i a l I n f o r m a t i c s ( I N D I N )

Wireless ad-hoc C o n t r o l N e t w o r k sS h e n g r o n g B u , F a z e l N a g h d yS c h o o l o f E l e c t r i c a l , C o m p u t e r a n d T e l e c o m m u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g ,U n i v e r s i t y o f W o l l o n g o n g , W o l l o n g o n g , A u s t r a l i a , 2 5 2 2

E m a i l : s b 9 1 @ u o w . e d u . a uA b s t r a c t - A n e w c o n c e p t c a l l e d W i r e l e s s a d - h o c C o n t r o lN e t w o r k s ( W A C N e t s ) , d e s i g n e d f o r d i s t r i b u t e d a n d r e m o t em o n i t o r i n g a n d c o n t r o l i s s u g g e s t e d i n t h i s w o r k S u c h s y s t e m sr e p r e s e n t t h e n e x t s t a g e i n t h e e v o l u t i o n o f d i s t r i b u t e d c o n t r o la n d m o n i t o r i n g . WACNet e x p l o r e s a f r a m e w o r k f o r o r g a n i c ,e v o l u t i o n a r y a n d s c a l a b l e m e t h o d o f i n t e g r a t i n g a l a r g en u m b e r o f n o d e s w i t h s e n s i n g a n d / o r a c t u a t i o n , l o c a li n t e l l i g e n c e a n d c o n t r o l , d a t a p r o c e s s i n g a n d c o m m u n i c a t i o nc a p a b i l i t i e s . T h e c o n c e p t i s i n t r o d u c e d a n d t h e d e s i g n o f t h en e t w o r k i s p r e s e n t e d . A s a n e s s e n t i a l e l e m e n t i n t h e o p e r a t i o no f WACNet, s e r v i c e d i s c o v e r y d e v e l o p e d f o r WACNet w i l l b ed e s c r i b e d a n d p r o g r e s s made s o f a r w i l l b e r e p o r t e d .I n d e x T e r m s - c o n t r o l n e t w o r k , s e r v i c e d i s c o v e r y , I E E E 1 4 5 1

I . I N T R O D U C T I O N & BACKGROUNDT h e a d v a n c e s m a d e i n c o m p u t e r n e t w o r k i n g h a v e h a ds i g n i f i c a n t i m p a c t o n i n d u s t r i a l c o n t r o l l e r s . T h e s e c o n t r o ls y s t e m s w e r e t r a d i t i o n a l l y c e n t r a l a n d h i e r a r c h i c a l w h e r el a r g e c e n t r a l l y l o c a t e d m i n i - c o m p u t e r s w e r e c o n n e c t e dd i r e c t l y t o d u m b I / O r a c k s t h r o u g h t h e I 1 / 0 p o r t s o f t h ec o m p u t e r . T h e f i r s t m a j o r c h a n g e t o o k p l a c e w h e n ad i s t r i b u t e d a r c h i t e c t u r e w a s a d o p t e d . I n t h i s c o n f i g u r a t i o n , ac e n t r a l c o m p u t e r s u p e r v i s e d d i s t r i b u t e d d i r e c t d i g i t a lc o n t r o l l e r s ( D D C ) w i t h s o m e l o c a l i n t e l l i g e n c e i n t h e I / O

m o d u l e s , w h i c h h a s b e e n w i d e l y d e p l o y e d n o w a d a y s i n t h ei n d u s t r y . T h e l a t e s t d e v e l o p m e n t i n DDCs i s NET+ARM [ 1 ]w h i c h i s a n E t h e r n e t - r e a d y S y s t e m o n C h i p ( S O C )p r o v i d i n g a n i d e a l p l a t f o r m f o r d e v e l o p i n g a n e t w o r k -e n a b l e d r e a l - t i m e a p p l i c a t i o n .I n t h e 1 9 8 0 ' s , n e t w o r k c o n n e c t i v i t y w a s i n t r o d u c e db e t w e e n t h e s u p e r v i s o r y c o m p u t e r s y s t e m a n d DDC t h r o u g hd i a l u p l i n k . T h e s u p e r v i s o r y c o m p u t e r r a n t h e p r o p r i e t a r yv e n d o r s o f t w a r e . T h e d i a l u p c o n n e c t i o n w a s r e p l a c e d b yE t h e r n e t i n t h e e a r l y 9 0 ' s a n d v a r i o u s c o n t r o l m o d u l e s i n t h eDDC w e r e l i n k e d u p b y v e n d o r p r o p r i e t y n e t w o r k s . A r o u n d1 9 9 5 , t h e p r o p r i e t a r y s o f t w a r e r u n n i n g o n t h e s u p e r v i s o r yc o n t r o l w a s r e p l a c e d b y b r o w s e r - b a s e d f r o n t e n d . Manyi n d u s t r i a l n e t w o r k s h a v e a l s o b e e n d e v e l o pe d b y v a r i o u ss t a n d a r d o r g a n i z a t i o n s t o s a t i s f y t h e r e a l - t i m e r e q u i r e m e n t s .L O N w o r k s [ 2 ] t e c h n o l o g y d e v e l o p e d b y ECHELON C o .h a s b e e n w i d e l y u s e d i n i n d u s t r i a l a n d h o m e a u t o m a t i o n .L O N w o r k s i s a c o n t r o l n e t w o r k t e c h n o l o g y w h i c h u s e s ac o n t r o l n e t w o r k p r o t o c o l c a l l e d L o n T a l k , a n d a l s o k n o w n a st h e A N S I / E I A 7 0 9 . 1 c o n t r o l n e t w o r k i n g s t a n d a r d . L o n T a l ki s d i f f e r e n t f r o m a T C P / I P n e t w o r k . A c c o r d i n g l y ,L O N w o r k s d o e s n o t s u p p o r t I P n e t w o r k i n g . S h a h n a s s e r a n dWang [ 3 ] m a n a g e d t o e s t a b l i s h s o m e i n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e n L O N T a l k a n d T C P / I P a n d h a v e d e mo n s t r a t e d t h a ti t i s p o s s i b l e t o c o n t r o l v a r i o u s d e v i c e s o v e r T C P / I P a n dL O N T a l k .S i n c e t h e b e g i n n i n g o f t h e y e a r 2 0 0 0 , I E C 6 1 1 5 8f i e l d b u s s t a n d a r d w i t h e i g h t p r o t o c o l s i n c l u d i n g P r o f i b u s ,F i e l d b u s F o u n d a t i o n a n d W o r l d F I P h a s b e e n a n n o u n c e d a s

a n i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d t o e n d t h e f i e l d b u s w a r [ 4 ] .H o w e v e r , t h e I E C 6 1 1 5 8 h a s t h e g r e a t d i s a d v a n t a g e t h a t i ts t i l l k e e p s a d i v e r s i t y o f e i g h t d i f f e r e n t s o l u t i o n s [ 5 ] .I n r e c e n t y e a r s , E t h e r n e t [ 6 ] h a s b e c o m e i n c r e a s i n g l yp o p u l a r i n a u t o m a t i o n d u e t o i t s l o w c o s t , a v a i l a b i l i t y ,f l e x i b i l i t y , a n d h i g h c o m m u n i c a t i o n r a t e s . E t h e r n e t i s n o tc r e a t e d t o g u a r a n t e e t h e d e l i v e r y o f t i m e - c r i t i c a l i n f o r m a t i o na n d t h u s p r e s e n t s d i s a d v a n t a g e s w h e n u s e d a s a c o n t r o ln e t w o r k . W i t h t h e i n t r o d u c t i o n o f s w i t c h e d E t h e r n e t a n dc e r t a i n m o d i f i c a t i o n s o f t h e p r o t o c o l s , h o w e v e r , t h e s ep r o b l e m s h a v e b e e n a l l e v i a t e d .W i t h t h e a d v e n t o f m o b i l e c o m p u t i n g a n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n , a d - h o c d i s t r i b u t e d s y s t e m s a r e b e c o m i n gf e a s i b l e a n d a t t r a c t i v e . S u c h s y s t e m s r e p r e s e n t p e e r t o p e e rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n a m o n g i n t e l l i g e n t d e v i c e s w i t h o u ta n y f i x e d i n f r a s t r u c t u r e . T h e p e e r s f o r m a n e t wo r k o fv a r i o u s d e v i c e s i n c l u d i n g s e n s o r s , a c t u a t o r s , a p p l i a n c e s ,P D A s , l a p t o p s , e t c .A new c o n c e p t c a l l e d W i r e l e s s a d - h o c C o n t r o l N e t w o r k s( W A C N e t s ) , d e s i g n e d f o r d i s t r i b u t e d a n d r e m o t e m o n i t o r i n ga n d c o n t r o l i s e x p l o r e d i n t h i s w o r k . S u c h s y s t e m s r e p r e s e n tt h e n e x t s t a g e i n t h e e v o l u t i o n o f d i s t r i b u t e d c o n t r o l a n dm o n i t o r i n g . R e c e n t a d v a n c e s i n m o b i l e c o m p u t i n g , w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s , M E M S - b a s e d s e n s o r t e c h n o l o g y , l o w -p o w e r e d a n a l o g u e a n d d i g i t a l e l e c t r o n i c s , a n d l o w - p o w e rRF d e s i g n h a v e c r e a t e d o p p o r t u n i t i e s f o r t h e i n t r o d u c t i o n o fW A C N e t s .WACNet e x p l o r e s a f r a m e w o r k f o r o r g a n i c , e v o l u t i o n a r ya n d s c a l a b l e m e t h o d o f i n t e g r a t i n g a l a r g e n u m b e r o fi n t e l l i g e n t a n d h e t e r o g e n e o u s n o d e s . E a c h n o d e c o n s i s t s o fs e n s i n g a n d / o r a c t u a t i o n , l o c a l i n t e l l i g e n c e a n d c o n t r o l , d a t ap r o c e s s i n g a n d c o m m u n i c a t i o n c o m p o n e n t s . T h e s i z e ,n u m b e r , d e n s i t y , c a p a b i l i t i e s a n d l o c a t i o n - d e p e n d e n c y o fs u c h n o d e s w i l l b e d e t e r m i n e d b y t h e s p e c i f i c a p p l i c a t i o nf o r w h i c h t h e n o d e s a r e e m p l o y e d . I d e a l l y t h e y a r e e x p e c t e dt o b e l o w - c o s t , l o w - p o w e r , m u l t i - f u n c t i o n a l a n d s m a l l i n

s i z e .T h e p r o t o c o l s a n d a l g o r i t h m s t h a t r u n o n t h e n o d e s c o u l da l s o p r o v i d e s e l f - o r g a n i z i n g a n d c o o p e r a t i v e c a p a b i l i t i e s f o rr a n d o m d e p l o y m e n t o f t h e n o d e s . T h i s i m p l i e s t h a t a n o d eh a s a b i l i t y t o c h a n g e i t s b e h a v i o r b a s e d o n e x t e r n a l / i n t e r n a ls t i m u l i . T h i s i s a c h i e v e d w i t h n o s k i l l e d h u m a n i n t e r v e n t i o n .E a c h n o d e c o n t a i n s s u f f i c i e n t i n t e l l i g e n c e t o m a k e l o c a ld e c i s i o n s b a s e d o n g l o b a l o r r e g i o n a l s y s t e m s t a t e . T h es y n e r g y o f a l l t h e l o c a l d e c i s i o n s a n d a c t i o n s r e p r e s e n t t h eo v e r a l l s y s t e m p r o c e s s .WACNets h a v e p o t e n t i a l f o r e m p l o y m e n t i n a v a r i e t y o fa p p l i c a t i o n s i n c l u d i n g e n v i r o n m e n t a l c o n t r o l o f l a r g eb u i l d i n g s c o m p l e x e s , s m a r t h o m e c o n t r o l f o r s e c u r i t y ,i d e n t i f i c a t i o n a n d p e r s o n a l i z a t i o n , r o b o t c o n t r o l a n dg u i d a n c e i n a u t o m a t i c m a n u f a c t u r i n g s y s t e m s , a n di n t e r a c t i v e t o y s . I n a d d i t i o n , WACNet c a n b e e m p l o y e d i nd i s t r i b u t e d c o n t r o l , i n f o r m a t i o n d i s s e m i n a t i o n , i n - n e t w o r k

0 - 7 8 0 3 - 9 0 9 4 - 6 / 0 5 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 5 I E E E 8 3 9


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p r o c e s s i n g a n d o t h e r d i s t r i b u t e d c o m p u t a t i o n s s u c h a ss e n s o r f u s i o n , c l a s s i f i c a t i o n , a n d c o l l a b o r a t i v e t a r g e tt r a c k i n g [ 7 ] . T h e y c a n h a v e d i r e c t a p p l i c a t i o n s i nc o m m e r c i a l , i n d u s t r i a l , a g r i c u l t u r e , h e a l t h a n d d e f e n s es e c t o r s . T h e r e a r e a l s o p o s s i b l e a p p l i c a t i o n s i n p e r s o n a l a n di n s t i t u t i o n a l s e c u r i t y , r a d i o l o g y , a n d m e d i c i n e . A t y p i c a lWACNet f o r b u i l d i n g s e r v i c e s i s i l l u s t r a t e d i n F i g . 1 .T h e p r o po s e d s ys t e m o f f e r s n e w c a p a b i l i t i e s n o t p r e s e n ti n t h e c u r r e n t l y a v a i l a b l e i n d u s t r i a l c o n t r o l s y s t e m s . T h e s en e w c a p a b i l i t i e s i n c l u d e :* T r u e a d - h o c s t r u c t u r e , w h i c h s i m p l i f i e s t h e d e s i g n ,m a i n t e n a n c e , e x t e n s i b i l i t y , a n d s c a l a b i l i t y o f t h e s y s t e m .* T r u e p e e r - t o - p e e r c o m m u n i c a t i o n w i t h n o c e n t r a ls u p e r v i s o r , w h i c h i n t r o d u c e s u n n e c e s s a r y o v e r h e a d a n dc o m p l e x i t y .* C o s t e f f e c t i v e s c a l a b i l i t y .* C o s t e f f e c t i v e w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s , w h i c h w i l ls i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e c o s t o f c o m mi ss i o n i n g a n dc o n t r o l o f a c o n t r o l s y s t e m .* P r o v i s i o n o f a n e v o l u t i o n a r y s y s t e m t h r o u g h i t s a b i l i t y t o

r e c o n f i g u r e i n a n a u t o n o m o u s f a s h i o n a n d p r o v i d e a no p t i m a l d i s t r i b u t i o n o f r e s o u r c e s .* R o b u s t n e s s w i t h r e s p e c t t o b o t h d i s t u r b a n c e s a n du n c e r t a i n t i e s .* I n t e r o p e r a b i l i t y i n h e t e r o g e n e o u s s y s t e m e n v i r o n m e n t s .* V e r i f i a b i l i t y o f t h e s y s t e m f e a t u r e s a t v a r i o u s l e v e l s o fc o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y .T h i s p a p e r p r o v i d e s a n o v e r v i e w o f t h e WACNet c o n c e p ta n d t h e a p p r o a c h p u r s u e d t o r e a l i z e i t . I t i s o r g a n i z e d i n t os i x s e c t i o n s i n c l u d i n g t h e i n t r o d u c t i o n . S e c t i o n [ I p r o v i d e s ag e n e r a l o v e r v i e w o f W A C N e t s . S e c t i o n [ 1 1 p r e s e n t s t h ee v o l u t i o n o f W A C N e t s . S e c t i o n I V f o c u s e s o n t h e d e s i g n o fW A C N e t s . S e c t i o n V s p e c i f i c a l l y d e s c r i b e s s e r v i c ed i s c o v e r y a n d S e r v i c e D i s c o v e r y P r o t o c o l ( S D P ) i nW A C N e t s . S e c t i o n V I s u m m a r i z e s t h i s p a p e r , a n d o u t l i n e sf u t u r e w o r k p o s s i b l e .H I . S Y S T E M OVERVIEW

A WACNet c o n s i s t s o f a s e t o f g e o g r a p h i c a l l y d i s t r i b u t e di n t e l l i g e n t a n d h e t e r o g e n e o u s n o d e s . E a c h n o d e c o n s i s t s o f ap r o c e s s i n g u n i t , w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n u n i t , a n dt r a n s d u c e r p o r t s w h i c h c a n c o n n e c t t o o n e o r m o r e s e n s o r s

o r / a n d a c t u a t o r s . T h e p r o c e s s i n g u n i t c a n p e r f o r m s i g n a lp r o c e s s i n g a n d c o n t r o l d e p e n d i n g o n t h e s e r v i c e s r e q u i r e df r o m t h e n o d e a n d t h e t y p e a n d t h e n u m b e r o fs e n s o r s / a c t u a t o r s a t t a c h e d t o i t .E a c h n o d e c o n t a i n s s u f f i c i e n t i n t e l l i g e n c e t o m a k e l o c a ld e c i s i o n s b a s e d o n g l o b a l / r e g i o n a l s y s t e m s t a t e , a n d h a sa b i l i t y t o c h a n g e i t s b e h a v i o r b a s e d o n e x t e m a l / i n t e r n a ls t i m u l i . A c o l l e c t i o n o f n o d e s u p t o e i g h t w h i c h a r ed e d i c a t e d t o a c h i e v e a p a r t i c u l a r t a s k i s c a l l e d a c l u s t e r . As e t o f c l u s t e r s w o r k i n g t o g e t h e r t o w a r d s a commono b j e c t i v e f o r m s a n e t w o r k . T h e m e m b e r s h i p o f t h e c l u s t e r sa n d t h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e n e t w o r k c a n c h a n g ed y n a m i c a l l y a s t h e o v e r a l l s y s t e m e v o l v e s o r s o m e n o d e sf a i l . T h e n e t w o r k i s a d - h o c a s t h e r e i s n o n e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e o r c e n t r a l a d m i n i s t r a t i o n .I n t h e p r o p o s e d s y s t e m , I E E E 1 4 5 1 s t a n d a r d s a r ee m p l o y e d b e c a u s e o f t h e i r a b i l i t y t o p r o v i d e s e l f -i d e n t i f i c a t i o n , s e l f - t e s t i n g a n d a d a p t i v e c a l i b r a t i o n [ 8 ] . Ac o m b i n a t i o n o f I E E E 1 4 5 1 c o m p l i a n t s m a r t s e n s o r a n dB l u e t o o t h s t a n d a r d i m p l e m e n t s s e v e r a l a d v a n c e d f e a t u r e ss u c h a s p l u g - n - p l a y w h i l e m a i n t a i n i n g m i n i m u m h a r d w a r eo v e r h e a d a t t h e t r a n s d u c e r n o d e s . T h e c o m b i n i n g m o d e l i si l l u s t r a t e d i n F i g . 2 .

0

XDCR: T r a n s d u c e r ( S e n s o r - A c t u a t o r )S T I M : S m a r t XDCR i n t e r f a c e m o d u l eN C A P : N e t w o r k c a p a b l e a p p l i c a t i o nT I l : XDCR I n d e p e n d e n t I n t e r f a c eB T : TX/RX B l u e t o o t h t r a n s m i t t e r / r e c e i v e r

F i g . 2 . T h e C o m b i n i n g M o d e l o f I E E E 1 4 5 1 a n d B l u e t o o t h S t a n d a r dA s i l l u s t r a t e d , a STIM c o m m u n i c a t e s w i t h a n NCAPm o d u l e o v e r a B l u e t o o t h l i n k . T h e T I I p r o t o c o l , w h i c hd e f i n e s a f o r m o f c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e STIM a n dNCAP, i s i m p l e m e n t e d v i a B l u e t o o t h . NCAP n o d e s a r ec o n n e c t e d t o t h e l o c a l m o n i t o r a n d / o r c o n t r o l s y s t e m . Ano p e r a t o r c a n m o n i t o r o r c o n t r o l t h e w h o l e s y s t e m i n r e a lt i m e t h r o u g h t h e l o c a l m o n i t o r s y s t e m o n d e m a n d . T h en e t w o r k m o d e l o f WACNet i s d e s c r i b e d i n F i g . 3 .

C l u s t e r N C l u s t e r I I I04

.0(O : _ )* 0000 ) C K : : J

F i g . 1 . A t y p i c a l WACNet i n a b u i l d i n gF i g . 3 . T h e w h o l e n e t w o r k m o d el o f WACNets

8 4 0


3/6

1 1 1 . E V O L U T I O N OF WACNETA WACNet g o e s t h r o u g h d i f f e r e n t s t a g e s o f o p e r a t i o nd u r i n g i t s l i f e t i m e :( a ) B o o t u p : I n t h i s p h a s e , t h e n o d e s a r e i n i t i a l i z e d a n dw h e n r e a d y , a r e p l a c e d i n a l i s t e n i n g m o d e . I n t h i sm o d e , t h e n o d e l i s t e n s f o r o t h e r d e v i c e s a n d b u i l d s a ni d e n t i t y l i s t o f d e v i c e s w i t h i n r a n g e . O n c e t h e n o d e h a si d e n t i f i e d a n d l i s t e d a l l o f t h e o t h e r n o d e s w i t h i n i t sc o m m u n i c a t i o n r a n g e , i t i s t h e n r e a d y t o move t o t h en e x t p h a s e .( b ) S e r v i c e D i s c o v e r y : D u r i n g t h i s p e r i o d , t h e n o d e sa d v e r t i s e t h e s e r v i c e s t h e y c a n o f f e r i n c l u d i n g t h es e n s i n g a n d a c t u a t i o n c a p a b i l i t i e s . T h e y w i l l a l s op r o v i d e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e i r i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gc a p a b i l i t i e s a n d c o n t r o l s t r a t e g i e s t h a t t h e y may o f f e r .T h i s p h a s e c o u l d a l s o b e r e f e r r e d t o a s a " c a p a b i l i t ye x c h a n g e " p r o c e d u r e .( c ) C l u s t e r f o r m a t i o n : N e i g h b o r i n g n o d e s w i t h common o rc o m p l i m e n t a r y f u n c t i o n s f o r m c l u s t e r s o f n o d e s a n ds t a r t t o c o o r d i n a t e a n d s y n c h r o n i z e t h e i r a c t i v i t i e s t oa c h i e v e t h e i r common g o a l . W i t h i n a c l u s t e r , o n e n o d ei s d e s i g n a t e d a s t h e m a s t e r o f t h e c l u s t e r a n d t h e r e s t a r es l a v e s . T h e m a s t e r n o d e c o o r d i n a t e s a n d s y n c h r o n i z e st h e a c t i v i t i e s o f t h e c l u s t e r . T h e m a s t e r w i l l k e e p ar e g i s t r y o f n o d e s a s s o c i a t e d w i t h t h a t c l u s t e r . T h es e r v i c e l i s t o f f e r e d b y e a c h n o d e i n c l u d e s i d e n t i f i c a t i o no f t h e n o d e a s a m a s t e r .T h e t a s k o f c l u s t e r i n f o r m a t i o n c a n b e a c c e l e r a t e d i ft h e f u n c t i o n s e x p e c t e d f r o m t h e n e t w o r k a r e b r o a d c a s tt o a l l n o d e s . T h i s i n f o r m a t i o n a s s i s t s t h e n o d e s t o m a t c ht h e i r s e r v i c e s w i t h t h e n e t w o r k r e q u i r e m e n t s . T h i s s t a g er e p r e s e n t s t h e f i r s t s t e p i n s e l f - o r g a n i z a t i o n a n dc o o p e r a t i o n . A n y n o d e i s c a p a b l e o f b e i n g a m a s t e r a n dw i l l h a v e s u f f i c i e n t r e s o u r c e s t o p e r f o r m t h i s r o l e . T h er e g i s t r y i n f o r m a t i o n t h a t d e s c r i b e s t h e c l u s t e r i s h e l d b ya l l n o d e s a n d n o t j u s t t h e m a s t e r . T h i s a d d s r e d u n d a n c yt o t h e c l u s t e r i d e n t i t y i n c a s e t h e m a s t e r n o d e d r o p s o u tf o r s o m e r e a s o n .( d ) N e t w o r k o p e r a t i o n : I n t h i s p h a s e a l l o f t h e c l u s t e r s i nt h e n e t w o r k o p e r a t e c o n c u r r e n t l y . T h e s t a t u s o f e a c hc l u s t e r i s h o p p e d t h r o u g h t h e n e t w o r k t o t h e m o n i t o r i n gs t a t i o n . T h e t r a n s f e r o f d a t a i s p e r f o r m e d b y h a v i n g t h em a s t e r o f o n e c l u s t e r c o m m u n i c a t i n g d i r e c t l y w i t h t h em a s t e r o f a n o t h e r c l u s t e r . I n f o r m a t i o n i s m o v e d a c r o s st h e n e t w o r k u s i n g a t y p i c a l a d - h o c a p p r o a c h . T h em a s t e r n o d e i s i d e n t i f i e d b y t h e r o l e d e f i n e d f o r t h en o d e i n t h e l i s t o f s e r v i c e s o f f e r e d b y i t .( e ) N e t w o r k E v o l u t i o n : A s t h e o p e r a t i o n o f t h e n e t w o r ke v o l v e s , i t m i g h t b e r e q u i r e d t o g e t i n v o l v e d i n newt a s k s . T h i s w i l l r e s u l t i n f u r t h e r s e l f - o r g a n i z a t i o n a sd e s c r i b e d i n s t a g e ( c ) . F u r t h e r e v o l u t i o n o f t h e n e t w o r kc a n t a k e p l a c e w i t h t h e a d d i t i o n o f n e w n o d e s d u e t o :* f a i l u r e o f s o m e o f t h e n o d e s .* a n y n e w r e q u i r e m e n t s o f t h e n e t w o r k , a s i t e n t e r si n t o n e w s t a g e s o f i t s o p e r a t i o n .* a d d i t i o n o f n e w d e v i c e s t o t h e e n v i r o n m e n tr e q u i r i n g c o n t r o l a n d m o n i t o r i n g .

I V . D E S I G N O F WACNETA . D e s i g n o f t h e STIM N o d e s

I E E E 1 4 5 1 . 2 s t a n d a r d d e f i n e s a s m a r t t r a n s d u c e r i n t e r f a c em o d e l ( S T I M ) , a t r a n s d u c e r e l e c t r o n i c d a t a s h e e t ( T E D S ) ,a n d a d i g i t a l i n t e r f a c e t o a c c e s s t h e d a t a . T h e s c h e m a t i cs t r u c t u r e o f t h e STIM m o d e l i n IEEE 1 4 5 1 . 2 s t a n d a r d i si l l u s t r a t e d i n F i g . 4 [ 9 ] .STIM c a n p e r f o r m d i f f e r e n t f u n c t i o n s i n c l u d i n g l o c a ls e n s i n g , a c t u a t i o n a n d c o n t r o l d e p e n d i n g o n t h e s e r v i c e sr e q u i r e d f r o m t h e n o d e s , a n d t h e t y p e a n d t h e n u m b e r o fs e n s o r s / a c t u a t o r s a t t a c h e d t o i t . T h e f u n c t i o n a l b l o c kd i a g r a m o f a t y p i c a l STIM i n WACNet i s i l l u s t r a t e d i n F i g . 5 .

STIM

F i g . 4 . S c h e m a t i c s t r u c t u r e o f S T I M m o d e l| | | ~ C o n d i t i o n i n g | m L

F i g . 5 . A r c h i t e c t u r e o f S T I M n o d eI n t h i s s y s t e m , t h e m e a s u r e d s i g n a l f r o m t h e s e n s o r i sa m p l i f i e d , f i l t e r e d a n d d i g i t i z e d v i a a n A/D c o n v e r t e r . T h ed i g i t i z e d d a t a i s t h e n s e n t t o a m i c r o c o n t r o l l e r u n i t (MCU)

f o r p r o c e s s i n g . T h e d i g i t a l s i g n a l p r o d u c e d i n t h e n o d e i sc o n v e r t e d i n t o a n a l o g u e b e f o r e i t i s s e n t t o d r i v e t h ea c t u a t o r . W i t h t h e d e p l o y m e n t o f a B l u e t o o t h ( B T ) w i r e l e s sd e v i c e , a l l d a t a c o l l e c t e d i n t h e n o d e c a n b e t r a n s m i t t e dw i r e l e s s t o o t h e r n o d e s .T h e n o d e i n t h i s w o r k i s i l l u s t r a t e d i n F i g . 6 . T h e MCU i sP I C 1 6 F 8 7 7 w h i c h s u p p o r t s i n - c i r c u i t p r o g r a m m i n g , a n da l l o w s u s e r ' s c o d e t o b e d o w n l o a d e d i n t o t h e P I C w h i l e i tr e m a i n s o n t h e b o a r d . T h e B l u e t o o t h s y s t e m i s i m p l e m e n t e du s i n g ROK 1 0 1 0 0 7 a s i t p r o v i d e s a r e l i a b l e f u l l d u p l e x

F i g . 6 s h o w s t h e d e v e l o p m e n t b o a r d u s e d f o r t h e p r o p o s e d s y s t e m

8 4 1


4/6

c o m m u n i c a t i o n l i n k , w i t h t h e a b i l i t y t o f o r m s m a l l n e t w o r k sc a l l e d p i c o n e t s , c o m p l i a n t w i t h B l u e t o o t h v e r s i o n l . O B , l o wp o w e r c o n s u m p t i o n a n d h a s a r a n g e o f 1 0 m e t e r s ( O d B m ) .T h e g o l d e n c o l o r e d m e t a l c o v e r o f ROK p r o v i d e s a ne x c e l l e n t RF s h e d d i n g . I t a l s o h a s a 5 0 OM a n t e n n ai n t e r f a c e f o r t h e b e s t s i g n a l s t r e n g t h p e r f o r m a n c e .I n t h e p r o p o s e d s y s t e m , TEDS u s e s a n o b j e c t - o r i e n t e da p p r o a c h t o d e s c r i b e t h e p r o p e r t i e s a n d s e r v i c e a b i l i t i e s o ft h e t o t a l STIM u n i t a n d t r a n s d u c e r c h a n n e l s i t c o n t r o l s . T h ep a r a m e t e r s o f TEDS h a v e b e e n r e d e f i n e d t o m e e t t h er e q u i r e m e n t o f t h e WACNet a n d t h e y a r e s t o r e d i n a n o n -v o l a t i l e m e m o r y w i t h e a c h S T I M .I n e a c h STIM n o d e , TEDS c o n s i s t s o f o n e m e t a - T E D St h a t i n c l u d e s common i n f o r m a t i o n f o r a l l o f t h e t r a n s d u c e r s ,a n d s e v e r a l c h a n n e l - T E D S s t h a t i n c l u d e i n f o r m a t i o n a b o u te a c h t r a n s d u c e r , w h o s e p a r a m e t e r s a r e d e f i n e d i n T a b l e 1a n d T a b l e 2 .

T a b l e 1P a r a m e t e r d e f i n i t i o n o f M e t a - T E D SM e t a TEDSF i e l d F i e l d F i e l d# D e s c r i p t i o n L e n g t h T y p e [ 9 ]

I M e t a TEDS L e n g t h 1 B y t e U82 STIM Name 4 B y t e C 3 23 STIM I D 6 B y t e U4 84 Maximum D a t a R a t e 6 B y t e U 4 85 N u m b e r o f I m p l e m e n t e d 1 B y t e U S5 C h a n n e l s 1 Byte_U8

T h e p a r a m e t e r s o f t h i s t a b l e a r e d e f i n e d a s f o l l o w s :* STIM N a m e : T h e n a m e o f t h e STIM d e f i n e d b y t h em a n u f a c t u r e r .* STIM I D : I d e n t i f i c a t i o n f i e l d a s s o c i a t e d w i t h t h e S T I M ,w h o s e v a l u e i s g l o b a l l y u n i q u e . I n t h e p r o p o s e d s y s t e m ,t h e MAC a d d r e s s o f B l u e t o o t h m o d e l a t t a c h e d t o t h eSTIM c a n b e e m p l o y e d a s t h e STIM I D .* Maximum D a t a R a t e : D e s c r i b e s t h e m a x i m u m d a t a r a t es u p p o r t e d b y t h e STIM i n t e r f a c e , i n b i t s p e r s e c o n d .* N u m b e r o f I m p l e m e n t e d C h a n n e l s : T h e n u m b e r o ft r a n s d u c e r s a t t a c h e d t o t h e S T I M , u p t o 2 5 5 . A C h a n n e ln u m b e r o f ' 0 ' i s c a l l e d CHANNEL_ZERO a n d a d d r e s s e sa l l t r a n s d u c e r c h a n n e l s w i t h i n a S T I M .

T a b l e 2P a r a m e t e r d e f i n i t i o n o f C h a n n e l - T E D SC h a n n e l TEDSF i e l d D e s c r i p t i o n F i e l d F i e l dg h o y p e [ 9 ]I C h a n n e l TEDS L e n g t h 1 B y t e U8

2 T r a n s d u c e r Name 8 B y t e C 6 43 D e v i c e M a n u f a c t u r e r 8 B y t e C 6 44 T r a n s d u c e r S t a t u s 1 B y t e U85 T r a n s d u c e r P r i o r i t y 1 B y t e U86 G r o u p I D 1 B y t e U87 C h a n n e l T y p e K e y 1 B y t e U88 T e c h n i c a l P a r a m e t e r s N B y t e s

T h e p a r a m e t e r s o f t h i s t a b l e a r e d e f i n e d a s f o l l o w s :* T r a n s d u c e r N a m e : T h e n a m e o f t r a n s d u c e r d e f i n e d b y t h em a n u f a c t u r e r .

* D e v i c e M a n u f a c t u r e r : T e x t s t r i n g i d e n t i f y i n g t h em a n u f a c t u r e r o f t h e t r a n s d u c e r u n i t .* T r a n s d u c e r S t a t u s ( T S ) : T r a n s d u c e r c a n b e r e a d ( T S = 1 )o r w r i t t e n ( T S = 2 ) o r b o t h ( T S = 3 ) .* T r a n s d u c e r P r i o r i t y : T h e v a l u e o f p r i o r i t y i s d e c i d e d b yt h e r e a l - t i m e r e q u i r e m e n t o f t h e t r a n s d u c e r . F o r e x a m p l e ,t h e r e a l t i m e c o n s t r a i n t o n l i g h t s e n s o r s i s t i g h t e r t h a nt e m p e r a t u r e s e n s o r s .* G r o u p I D : STIM n o d e s w i t h t h e c h a n n e l o f s a m e G r o u pI D c a n w o r k t o g e t h e r t o i m p l e m e n t o n e p a r t i c u l a r t a s k .* C h a n n e l T y p e K e y : I t s p e c i f i e s t h e c h a n n e l t r a n s d u c e rt y p e , a s i l l u s t r a t e d i n F i g . 7 .f S /A T y p e N o .

0 : S e A u o r T r a n s d u c e r T y p e N u m b e rF i g . 7 D e f i n i t i o n o f C h a n n e l T y p e K e y

O O H i s d e f i n e d a s g e n e r a l s e n s o r a n d 8 0 H a s g e n e r a la c t u a t o r .* T e c h n i c a l P a r a m e t e r s : T h e n u m b e r o f p a r a m e t e r s a n df i e l d L e n g t h N b y t e s v a r y w i t h t h e t r a n s d u c e r t y p e .T e c h n i c a l p a r a m e t e r s f o r a t e m p e r a t u r e s e n s o r a r e s h o w ni n T a b l e 3 . T a b l e 3D e f i n i t i o n o f t e c h n i c a l p a r a m e t e r o f a t e m p e r a t u r e s e n s o rF i e l d D pField F i e l d# D e s c r i p t i o n L e n g t h T y p e [ 9 ]8 T e c h n i c a l P a r a m e t e r s 1 1 B y t eM e a s u r i n g R a n g eL o w e r L i m i t 4 B y t e F 3 2U p p e r L i m i t 4 B t e F 3 2M e a s u r i n g A c c u r a c yA c c u r a c y 3 Bte F 2 4B . D e s i g n o f t h e NCAP N o d e s

T h e NCAP m o d u l e i s e q u i p p e d w i t h b o t h B l u e t o o t h a n dE t h e m e t p h y s i c a l l a y e r c o m p o n e n t s , i n o r d e r t o p r o v i d eg a t e w a y f u n c t i o n f o r o n e o r m o r e w i r e l e s s STIM u n i t s .W i r e l e s s STIM u n i t s t r a n s p o r t t h e i r d a t a t o t h e b a c k b o n eLAN ( o n w h i c h t h e m o n i t o r i n g s t a t i o n l i e s ) v i a t h e NCAPm o d u l e . T h e NCAP m o d u l e r e c e i v e s d a t a f r o m STIM u n i t sv i a a B l u e t o o t h r e c e i v e r , t r a n s f o r m s t h e s e B l u e t o o t h p a c k e t st o E t h e m e t p a c k e t s , a n d f o r w a r d s t h e m t o t h e m o n i t o r i n gs t a t i o n .A t t h i s s t a g e , t h e NCAP i s r e a l i z e d b y d e p l o y i n g aT I N I ( T h e T i n y I n t e r N e t I n t e r f a c e ) b o a r d . I n t h e p r o p o s e ds y s t e m , T I N I t a k e s o n t h e r o l e o f a H y p e r T e x t T r a n s f e rP r o t o c o l ( H T T P ) s e r v e r a n d t h e r e f o r e a n y c o m p u t e r o n t h en e t w o r k i s a b l e t o a c c e s s o r c o n t r o l t h e h a r d w a r e w i t h o u tt h e n e e d f o r e x t r a d r i v e r s . T h e b l o c k d i a g r a m s h o w n i n F i g .8 i l l u s t r a t e s h o w t h e h a r d w a r e d e v i c e s i n t e r a c t .

B l u e t o o t h

F i g . 8 R e q u e s t a n d r e s p o n s e o f S e r v l e t a n d A p p l e t

8 4 2


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F i g . 9 S o f t w a r e s t a c k i m p l e m e n t a t i o n s f o r WACNetsWhen t h e u s e r s c o n n e c t t o t h e T I N I b o a r d v i a a w e bb r o w s e r , t h e y a r e p r e s e n t e d w i t h a J a v a a p p l e t p r o v i d i n gt h e m w i t h a G r a p h i c a l U s e r I n t e r f a c e ( G U I ) t o t h e s y s t e m .T h e a p p l e t t h e n u s e s s t a n d a r d HTTP r e q u e s t s t o c a l l t h es e r v l e t i n t h e T I N I b o a r d a n d p r o v i d e s t h e s e r v l e t f u n c t i o n si t r e q u i r e s t o b e e x e c u t e d .C . S t a c k i m p l e m e n t a t i o n o f p r o p o s e d s y s t e m

T h e s t a c k i m p l e m e n t a t i o n f o r v a r i o u s c o m p o n e n t s o fWACNet i s i l l u s t r a t e d i n F i g . 9 [ 1 0 ] , w h i c h v i s u a l l yd e s c r i b e s h o w a p p l i a n c e s i n t e r r e l a t e . M o n i t o r i n g s t a t i o n c a nc o m m u n i c a t e w i t h NCAP v i a E t h e m e t p h y s i c a l l a y e r , a n dSTIM c a n c o m m u n i c a t i o n w i t h o t h e r STIM n o d e s o r NCAPn o d e s v i a B l u e t o o t h M o d u l e .V . S E R V I C E D I S C O V E R Y

S e r v i c e d i s c o v e r y r e f e r s t o t h e a b i l i t y o f n e t w o r k d e v i c e s ,a p p l i c a t i o n s , a n d s e r v i c e s t o s e a r c h o u t a n d f i n d o t h e rc o m p l e m e n t a r y n e t w o r k d e v i c e s , a p p l i c a t i o n s , a n d s e r v i c e st h a t a r e n e e d e d t o p r o p e r l y c o m p l e t e s p e c i f i e d t a s k s [ 8 ] .S e r v i c e d i s c o v e r y h a s b e e n f o u n d e s s e n t i a l f o r WACNet i ni m p l e m e n t i n g a u t o m a t i c d i s c o v e r y o f n e t w o r k e d d e v i c e s ,a n d r e m o t e c o n t r o l o f o n e d e v i c e f r o m a n o t h e r .T h e e x i s t i n g S e r v i c e D i s c o v e r y P r o t o c o l s l i k e S L P , J i n ia n d UPnP a r e d e s i g n e d w i t h t r a d i t i o n a l w i r e d n e t w o r k i nm i n d , w h i c h h a v e q u i t e d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s f r o mW A C N e t . T h e B l u e t o o t h S e r v i c e D i s c o v e r y P r o t o c o l i sb a s e d o n c o n n e c t i n g t o a s p e c i f i c n o d e a n d q u e r y i n g a b o u ti t s a v a i l a b l e s e r v i c e s . When t h e n e t w o r k b e c o m e s l a r g e r , t h ep r o t o c o l o f q u e r y i n g e v e r y s i n g l e n o d e i n t h e n e t w o r k a b o u tt h e p o s s i b l y u n a v a i l a b l e s e r v i c e s w a s t e s b o t h t i m e a n dr e s o u r c e s . A p r o t o c o l t o a c h i e v e s e r v i c e d i s c o v e r y s h o u l dt h e r e f o r e b e d e v e l o p e d f o r W A C N e t .T h e a r c h i t e c t u r e o f S e r v i c e D i s c o v e r y P r o t o c o l ( S D P ) i nt h e p r o p o s e d s y s t e m i s a h y b r i d o f c l i e n t - s e r v e r a n d p e e r - t o -p e e r p r o t o c o l s . I n t h e c l u s t e r s , m a s t e r s a r e c o n s i d e r e d a ss e r v e r - l i k e d e v i c e s t h a t r e d u c e c o m m u n i c a t i o n c o s t a ss e a r c h a n d s e r v i c e a d v e r t i s e m e n t m e s s a g e s a r e a d d r e s s e d t op a r t i c u l a r d e v i c e s i n s t e a d o f b r o a d c a s t t o t h e e n t i r e n e t w o r k .T h e S e r v i c e D i s c o v e r y i s i m p l e m e n t e d t h r o u g h a n u m b e r o fs e r v i c e o p e r a t i o n s a s d e s c r i b e d b e l o w .A . S e r v i c e R e g i s t r a t i o nWhen a n e w STIM n o d e e n t e r s i n t o t h e n e t w o r k , i t s e n d s

a J o i n C l u s t e r R e q u e s t m e s s a g e w i t h a l l G r o u p I D s i t h a s i nt h e C h a n n e l _ T E D S s t o a n e a r b y m a s t e r , r e q u e s t i n gp e r m i s s i o n t o j o i n t h e c l u s t e r . T h e m a s t e r r e c e i v i n g t h i sm e s s a g e w i l l c o m p a r e t h e r e c e i v e d G r o u p I D s w i t h i t s ownG r o u p I D s . I f t h e r e i s n o e q u a l G r o u p I D , t h e m a s t e rd i s c o n n e c t s t h e n e w STIM n o d e . F o l l o w i n g t h a t , t h e STIMn o d e w i l l s e n d J o i n C l u s t e r R e q u e s t m e s s a g e s t o o t h e rm a s t e r s . O t h e r w i s e , t h e m a s t e r w i l l r e p l y aS e r v i c e R e g i s t r a t i o n R e q u e s t t o t h i s S T I M , w h i c h w i l lb e c o m e a s l a v e n o d e . T h i s s l a v e w i l l s e n d aS e r v i c e R e g i s t r a t i o n R e p l y c o n t a i n i n g c o r r e s p o n d i n gi n f o n n a t i o n . T h e w h o l e p r o c e s s i s i l l u s t r a t e d i n F i g . 1 0 .E v e r y m a s t e r n o d e k e e p s a s e r v i c e r e c o r d f o r e a c h s l a v ei n t h e c l u s t e r . T h e s e r v i c e r e c o r d s w i l l a l s o b e b a c k e d u p i nt h e b r i d g e n o d e , w h i c h i s e m p l o y e d t o c o n n e c t w i t h o t h e rc l u s t e r s . T h e m a s t e r w i l l t h e n s e n d u p d a t e s t o t h e B a c k u pd e v i c e s w h e n e v e r a c h a n g e o c c u r s i n t h e s e r v i c e r e c o r d s .T h i s p r o c e s s i s i l l u s t r a t e d i n F i g . 1 1 .

M a s t e r( I ) J o i n C l u s t e r R e q u e s t

F i g . 1 0 T h e S e r v i c e o p e r a t i o n s t o j o i n a c l u s t e rS e r v i c e R e c o r dM a s t e r C o p y( 3 ) S e r v i c e BrdeR e c o r d - - A - - o d

( I ) S e r v i c e R e g i s t r a t i o n ( 4 ) S e r v i c e R e c o r dR e q u e s t / / U p d a t eF 1 1 S e r v i c e R e g i s t r a t i o nS l a v e ,/ / R e p l y

T E { D SF i g . I 1 1 S e r v i c e R e g i s t r a t i o nT h e n u m b e r s i n t h e b r a c k e t s s h o w n i n F i g u r e s 1 0 a n d 1 1d e n o t e t h e o r d e r i n w h i c h t h e p a c k e t i s t r a n s f e r r e d .

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6/6

B . S e r v i c e S e a r c hT o d i s c o v e r a n o d e w i t h p a r t i c u l a r s e r v i c e a b i l i t y , t h es l a v e n o d e w i l l f i r s t s e n d a S e r v i c e R e q u e s t m e s s a g e t o t h ec o r r e s p o n d i n g m a s t e r n o d e , a n d t h e m a s t e r n o d e w i l l c h e c ki t s s e r v i c e r e c o r d t a b l e . I f a m a t c h o c c u r s , t h e m a s t e r n o d ew i l l s e n d a S e r v i c e R e p l y m e s s a g e b a c k t o t h e s l a v e n o d e . I f

t h e r e q u e s t e d s e r v i c e i s n o t a v a i l a b l e i n t h e p i c o n e t , t h i sS e r v i c e R e q u e s t m e s s a g e w i l l b e f o r wa r d e d t o t h e b r i d g en o d e i n t h e s a m e p i c o n e t t o c h e c k w h e t h e r t h e r e q u e s t e ds e r v i c e i s a v a i l a b l e i n t h e n e i g h b o r i n g p i c o n e t ( w i t h i n t h es c a t t e m e t ) o r n o t .When a u s e r l o o k s f o r a n o d e w i t h p a r t i c u l a r s e r v i c ea b i l i t y , t h e m o n i t o r i n g s t a t i o n w i l l s e n d a S e r v i c e Q u e s tm e s s a g e w i t h C h a n n e l T y p e K e y t o t h e c o r r e s p o n d i n gNCAP n o d e , a n d t h e NCAP w i l l c h e c k i t s s e r v i c e r e c o r dt a b l e . I f a m a t c h o c c u r s , t h e NCAP n o d e w i l l s e n d aS e r v i c e S e a r c h R e q u e s t m e s s a g e t o t h e c o r r e s p o n d i n g m a s t e rn o d e f i r s t s e a r c h e d . T h e m a s t e r n o d e w i l l s e n d aR e a d T E D S R e q u e s t t o t h e c o r r e s p o n d i n g s l a v e n o d e . A f t e rr e c e i v i n g t h i s m e s s a g e , t h e s l a v e n o d e r e p l i e s w i t h aR e a d T E D S R e p l y m e s s a g e t o t h e m a s t e r n o d e . On r e c e i p t o ft h i s m e s s a g e , t h e m a s t e r n o d e s e n d s a S e r v i c e S e a r c h R e p l ym e s s a g e t o NCAP n o d e s . T h i s i s e v e n t u a l l y s e n t t o t h em o n i t o r s t a t i o n , v i a w h i c h , t h e u s e r w i l l g e t t h e r e q u i r e di n f o r m a t i o n .C . SDP _PDU D a t a U n i t e F o r m a t

E v e r y SDP_PDU c o n s i s t s o f a PDU h e a d e r f o l l o w e d b yPDU s p e c i f i c p a r a m e t e r s . T h e h e a d e r c o n t a i n s t h r e e f i e l d s :a P D U _ I D , a t r a n s a c t i o n I D a n d a P a r a m e t e r L e n g t h , w h i c hi s i l l u s t r a t e d i n F i g . 1 2 .PDU H e a d e r :

P D U _ I D T r a n s a c t i o n I D P a r a m e t e r L e n g t h.. ~ ~ ~ 1I b y t e 2 b y t e 2 b y t e

P D U _ s p e c i f i c p a r a m e t e r s :P a r a m e t e r l P a r a m e t e r 2 P a r a m e t e r N

P a r a m e t e r s L e n g t h b y t e sT r a n s a c t i o n I D : S i z e : 2 B y t e sV a l u e P a r a m e t e r D e s c r i p t i o nN T r a n s a c t i o n I D f i e l d u n i q u e l y i d e n t i f i e s r e q u e s t PDUsa n d i s u s e d t o m a t c h r e s p o n s e PDUs t o r e q u e s t P D U s .P a r a m e t e r L e n g t h : S i z e : 2 B y t e sV a l u e P a r a m e t e r D e s c r i p t i o nN T h e p a r a m e t e r L e n g t h f i e l d s p e c i f i e s t h e l e n g t h ( i nb y t e ) o f a l l p a r a m e t e r s c o n t a i n e d i n t h e P D U .

F i g . 1 2 SDP _ P D U D a t a U n i t e F o r m a tV I . C O N C L U S I O N AND F U T U R E WORK

A n o v e l a r c h i t e c t u r e f o r t h e n e w g e n e r a t i o n o f d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m c a l l e d w i r e l e s s a d - h o c c o n t r o l n e t w o r k s( W A C N e t s ) i s p r o p o s e d . I n t h i s p a p e r , t h e c o n c e p t i si n t r o d u c e d , a n d i t s a r c h i t e c t u r e a n d d e s i g n a r e d e s c r i b e d .F o l l o w i n g t h a t , s e r v i c e d i s c o v e r y p r o t o c o l d e v e l o p e d f o r t h es y s t e m i s p r e s e n t e d .

W h i l e WACNet p r o v i d e s a f l e x i b l e a n d r o b u s t a p p r o a c hf o r c o n t r o l s y s t e m s , i t c r e a t e s s o m e c h a l l e n g e s w h i c h s h o u l db e a d d r e s s e d t o i m p r o v e t h e e f f e c t i v e n e s s o f s u c h s y s t e m s .F o r e x a m p l e , t h e common p r o b l e m s a s s o c i a t e d w i t h aw i r e l e s s n e t w o r k s u c h a s l i m i t e d b a n d w i d t h a n d e n e r g yc o n s t r a i n t s s h o u l d b e t a k e n i n t o a c c o u n t . T h e t h r o u g h p u t o ft h e n e t w o r k m a y p r o v e i n s u f f i c i e n t t o t r a n s m i t a l l t h en e c e s s a r y m e a s u r e m e n t s a n d c o n t r o l s i g n a l s . F r e q u e n tt r a n s m i s s i o n s a l s o c o n s u m e t h e r e s e r v e d e n e r g y o f t h en o d e s m o r e q u i c k l y .I d e a l l y , t h e d a t a t r a n s f e r o v e r t h e c o m m u n i c a t i o n l i n k ss h o u l d b e a c c u r a t e , t i m e l y a n d r e l i a b l e . H o w e v e r , a n yc o m m u n i c a t i o n n e t wo r k i n e v i t a b l y i n t r o d u c e s r a n d o m d e l a ya n d p a c k e t l o s s e s . T h e p r o b l e m i s m o r e p r o n o u n c e d i nw i r e l e s s n e t w o r k s d u e t o t h e l i m i t e d s p e c t r u m , t i m e - v a r y i n gc h a n n e l g a i n s a n d i n t e r f e r e n c e . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h em a n y c o m p l e x i t i e s i n v o l v e d i n a n u n d e r t a k i n g t h a t r e q u i r e st h a t t h e f i e l d s o f c o m m u n i c a t i o n , c o m p u t i n g , a n d c o n t r o l s t oc o m e t o g e t h e r s e a m l e s s l y .REFERENCE[ I ] F u l l d e t a i l s a r e p r o v i d e d a t h t t p : / / w w w . n e t s i l i c o n . c o m / ,l a s t a c c e s s e d : 1 5 F e b . 2 0 0 3 .[ 2 ] F u l l d e t a i l s a r e p r o v i d e d a t h t t p : / / w w w . e c h e l o n . c o m / ,l a s t a c c e s s e d : 1 5 F e b . 2 0 0 3 .[ 3 ] H . S h a h n a s s e r , Q . W a n g , " c o n t r o l l i n g i n d u s t r i a l d e v i c e so v e r T C P / I P b y u s i n g L o n W o r k s , " P r o c . I E E E G l o b a lT e l e c o m m u n i c a t i o n s C o n f e r e n c e , V o l u m e 2 , p p . 1 3 0 4 -1 3 1 4 , 1 9 9 8 .[ 4 ] M . F e l s e r , " T h e F i e l d b u s W a r : H i s t o r y o r S h o r t B r e a kb e t w e e n B a t t l e s , " 4 h IEEE I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p o nF a c t o r y C o m m u n i c a t i o n S y s t e m s , p p . 7 3 - 8 0 , 2 0 0 2 .

[ 5 ] W . E l m e n r e i c h , " S m a r t T r a n s d u c e r s - P r i n c i p l e s ,C o m m u n i c a t i o n s , a n d C o n f i g u r a t i o n , " P r o c e e d i n g s o ft h e 7 t h IEEE I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n tE n g i n e e r i n g S y s t e m s ( I N E S ) , p p . 5 1 0 - 5 1 5 , 2 0 0 3 .[ 6 ] F . - L . L i a n , J . R . M o y n e , a n d P . M . T i l b u r y . P e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n o f c o n t r o l n e t w o r k s : E t h e m e t , C o n t r o l N e t ,a n d D e v i c e N e t . IEEE C o n t r o l S y s t e m s . F e b r u a r y 2 0 0 1 .[ 7 ] A . L i m , , " S u p p o r t f o r r e l i a b i l i t y i n s e l f - o r g a n i s i n gs e n s o r n e t w o r k s , " P r o c . F i f t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c eo n I n f o r m a t i o n f u s i o n , p p . 9 7 3 - 9 8 0 , V o l . 2 , 2 0 0 2 .[ 8 ] J o h n s o n , R o b e r t N . " I E E E - 1 4 5 1 . 2 U p d a t e " ,h t t p : / / w w w . s e n s o r s m a g . c o m / a r t i c l e s / 0 I 0 0 / I 7 / m a i n . s h tm l l a s t a c c e s s e d : 1 7 t h M a r c h 2 0 0 2 .[ 9 ] I E E E 1 4 5 1 . 2 s t a n d a r d[ 1 0 ] S p e c i f i c a t i o n f o r t h e B l u e t o o t h S y s t e m

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