Proiect tehnici de Rutare în Reţelele de Senzori Wireless

1.3 Tipuri de aplicaţii în care se pot folosi reţelele de senzori

Multe din aplicaţiile în care se utilizează sistemele de senzori fără fir au în comun o serie de caracteristici. De cele mai multe ori există o diferenţiere clară între sursele de informaţii – nodurile care captează informaţia şi centrele de colectare – nodurile unde informaţiile trebuie livrate pentru colectare/procesare. Aceste centre fac uneori parte din reţeaua de senzori, dar există situaţii în care centrele de colectare sunt clar în afara reţelei de senzori propriu-zisă (în toate situaţiile în care există riscuri pentru operatorii umani – de exemplu pompierul echipat cu PDA ce îi oferă acces la informaţiile oferite de o reţea dintr-o cladire incendiată). De cele mai multe ori (dar nu întotdeauna), sunt mai multe surse decât centre de colectare, iar originea informaţiei este transparentă pentru centrul de colectare (sau centrul nu este interesat de originea informatiei), datele oferite fiind mult mai importante decât identitatea sursei.

Modelele de interacţiune între surse şi centre prezintă unele similitudini. Cele mai relevante sunt:

• 
  Detecţia evenimentelor: nodurile senzor trebuie să comunice centrului de colectare în momentul detectării unui eveniment specific.
  

Evenimentele simple pot fi detectate local de un singur nod izolat (de exemplu dacă se depăşeşte un prag termic); evenimente mai complicate necesită colaborarea nodurilor de senzori învecinaţi, şi câteodată chiar distanţi, pentru a decide dacă un eveniment complex a avut loc ( de exemplu dacă un gradient de temperatură a devenit prea abrupt). Dacă este posibilă recepţionarea mai multor tipuri de evenimente, se pune problema clasificării evenimentelor.

• 
  Măsurători periodice:
  

Senzorii pot avea sarcina de a raporta periodic valorile măsurate. Deseori, rapoartele pot fi declanşate de detecţia unui eveniment, aşa că perioada de raportare este dependentă de aplicaţia în care funcţionează reţeaua de senzori.

• 
  Aproximarea funcţiilor şi detecţia de extreme:
  

Felul în care o dimensiune fizică (ca temperatura, de exemplu), variază dintr-un loc în altul poate fi privit ca o funcţie de locaţie. O reţea de senzori fără fir poate fi utilizată pentru a aproxima această funcţie necunoscută (să-i extragă caracteristicile spaţiale), utilizând un număr limitat de eşantioane prelevate de fiecare nod senzor. Această evaluare aproximativă trebuie diseminată centrelor de colectare. Cum şi când se face reactualizarea evaluării depinde de necesităţile aplicaţiei, deasemenea precizia evaluării şi inerentele scăderi ale performanţei teoretice pentru a minimiza consumul de energie.

În mod similar, o problemă importantă o reprezintă identificarea unor zone sau puncte care au aceeaşi valoare (de exemplu punctele izoterme într-un incendiu forestier, pentru a se putea identifica conturul incendiului). Această problema poate fi generalizată la a gasi “marginile” acestor funcţii, sau transmiterea de mesaje pe conturul unor modele în spaţiu şi/sau timp.

• 
  Urmărire:
  

Sursa unui eveniment specific poate fi mobilă ( de exemplu un intrus într-un scenariu de detecţie intruşi). Reţeaua de senzori poate fi utilizată să actualizeze poziţia sursei evenimentului către centrul de colectare, eventual şi cu estimări ale vitezei de deplasare şi direcţiei. Pentru a realiza aceste obiective, nodurile senzor trebuie să coopereze înainte ca reactualizări să fie transmise centrului.

Aceste interacţiuni pot fi urmărite şi temporal şi spaţial (raportarea de evenimente numai dintr-un interval temporal stabilit, numai dintr-o arie stabilită etc.). Cerinţele pot varia dinamic, deci centrele de colectare trebuie să dispună de mijloace de a informa nodurile senzor de cerinţele actuale. În plus, interacţiunile pot avea loc atât pentru o singură cerere a unui centru (interogările unice), sau pot fi de lungă durată între mai multe noduri şi mai multe centre.

Exemplele prezentate mai sus scot în evidenţă o largă diversitate de moduri de plasare a sistemelor. Acestea pot fi: în poziţii bine determinate (de exemplu în aplicaţiile de control), sau aleator (de exemplu în cazul paraşutării unui număr mare de noduri din avion în mijlocul unui incendiu forestier). Nodurile senzor pot fi mobile în unele cazuri pentru a compensa unele probleme apărute în procesul de amplasare, mutându-se în poziţii în care pot sa-şi îndeplinească mai bine funcţia. Pot fi amplasate pe ţinte mobile (în aplicaţiile de logistică şi/sau supraveghere) şi reţeaua trebuie să se adapteze la poziţia modificabilă a nodurilor.

Tipul aplicaţiei în care sunt utilizate reţelele fără fir influenţează posibilităţile de mentenanţă. Se pune problema dacă este fezabilă şi practică întreţinerea nodurilor, chiar şi în cazurile în care se efectuează reparaţii pe dispozitive conexe. De multe ori, este irelevantă problema mentenanţei, cum este în cazul reţelelor puse în folosinţă pe o durată strict predeterminată (scurtă), cum ar fi cazul controlului catastrofelor. Deasemenea este posibilă situaţia ca senzorii să trebuiască să funcţioneze o perioadă foarte lungă de timp fără interacţiune directă cu un operator uman, care ar putea efectua şi operaţii de întreţinere.

În foarte strânsă legătură cu opţiunile de întreţinere este problema sursei de alimentare. În cazul în care aplicaţia permite alimentarea nodurilor senzor de la o sursă continuă de energie, această problemă nu există. Pentru noduri autonome, depinzând de tipul şi timpul alocat misiunii, problema sursei de energie poate varia de la foarte simplă (în cazul misiunilor cu durate de ordinul zilelor), până la probleme delicate de cercetare, în special când întreţinerea nodurilor nu este posibilă şi aceştia trebuie să funcţioneze pe o durată îndelungată ( de ordinul anilor). Un factor important în aceste aplicaţii îl reprezintă preţul/dimensiunea per nod de senzor (determină alegerea unei soluţii în defavoarea alteia).