МирияНед

MyriaNed — это платформа беспроводной сенсорной сети (WSN), разработанная DevLab . Он использует эпидемический стиль общения, основанный на стандартном радиовещании . Этот подход отражает способ взаимодействия людей, который называется сплетнями . ^[1] Сообщения периодически отправляются и принимаются соседними соседями. Каждое сообщение повторяется и дублируется для всех узлов сети; он распространяется как вирус (отсюда и термин «эпидемическая коммуникация»).

Это очень эффективный и надежный ^[2]^[3] протокол, главным образом по двум причинам:

Во-первых, узлам не нужно знать, кто находится в их окрестностях в момент отправки сообщения, нет понятия заранее запланированной маршрутизации , данные просто передаются мгновенно.
Во-вторых, сеть неявно надежна, поскольку сообщения могут идти по разным маршрутам параллельно. Потеря сообщения между двумя узлами не означает, что данные потеряны.

Узлы можно добавлять, удалять или физически перемещать без необходимости перенастройки сети. Протокол GOSSIP представляет собой самонастраивающееся сетевое решение. Сеть может даже быть гетерогенной, где несколько типов узлов одновременно передают друг другу разные фрагменты информации. Это возможно благодаря тому, что не требуется никакой интерпретации содержимого сообщения, чтобы иметь возможность пересылать его другим узлам.

Обмен сообщениями полностью прозрачен, обеспечивая единую коммуникационную платформу, в которую позже можно добавить новые функции без необходимости изменения установленной базы. Кроме того, MyriaNed позволяет обновлять программное обеспечение беспроводных сенсорных узлов посредством беспроводного программирования развернутой сети.

Вдохновение

Традиционно радиосвязь организуется по принципу «господин-подчиненный» . Способ связи двух узлов — « точка-точка» . Команда отправляется сверху вниз , а подтверждение отправляется снизу вверх между двумя иерархическими уровнями.

Однако в биологии это организовано иначе. Например, адреналин в организме человека действует совершенно по-другому. Это сообщение ( гормон и нейротрансмиттер ) посылается различным типам клеток . Каждая клетка знает, что делать с этим сообщением (увеличить частоту сердечных сокращений, сузить сосуды, расширить дыхательные пути) и не отправляет подтверждение. это вдохновение В двух словах для MyriaNed.

Еще одним источником вдохновения является основной принцип радиовещания . Радиостанция с антенной предназначена для отправки и получения сообщений в любом направлении. Неявно он не оптимизирован для выполнения двухточечной связи. Для этого идеально подходят провода, поскольку они всегда связывают два устройства. Что касается беспроводной связи, то ее следует структурировать таким образом, чтобы использовать потенциал радиопередачи.

Третье вдохновение – это человеческие сплетни . Этот термин иногда ассоциируется с распространением дезинформации тривиального характера, но способ распространения информации является одним из старейших и наиболее распространенных в природе. Информация генерируется источником и передается соседям. Они распространяют информацию среди своих соседей, тем самым экспоненциально увеличивая число людей, знакомых с этой информацией.

Вместе эти три источника вдохновения привели к разработке платформы MyriaNed. В сети нет структуры «главный-подчиненный», а каждый узел иерархически равен. MyriaNed использует биологическую маршрутизацию, которая является случайной и независимой от функции узла. Каждый узел решает, что делать с сообщением. Более того, он отправляет сообщение всем своим соседям, используя тем самым основные характеристики радиосвязи.

Технический обзор

Распространение данных

Потенциально полный набор информации (например, значения датчиков, данные управления) доступен каждому узлу в сети. Благодаря использованию интеллектуальной стратегии, называемой общим состоянием, эта информация сохраняется в виде распределенной базы данных в сети. Узлы, недавно добавленные в сеть, могут использовать это общее состояние для мгновенной адаптации и улучшения функциональности сети.

Когда дело доходит до кэширования сообщений, есть два сценария. Первый сценарий: если сообщение является новым для принимающего узла (то есть данные не были получены в предыдущих раундах связи), узел сохранит сообщение в кеше и передаст это сообщение своим соседям. Во-вторых, если сообщение старое (то есть данные уже были получены ранее, т.е. через другого соседа), сообщение отбрасывается. Если кэш заполнен, можно использовать разные стратегии, чтобы освободить место для новых сообщений.

Совместимость

Поскольку в сети не навязывается нисходящая структура и распространение данных прозрачно, сеть естественным образом масштабируется. На уровне связи администрирование идентификации не требуется, и сообщения имеют стандартную структуру. Это делает возможным масштабирование сети MyriaNed далеко за пределы доступных в настоящее время технологий WSN. Также различные функции могут быть интегрированы и реализованы в одной сети.

Потребление энергии

Для снижения энергопотребления узлов в сети рабочий цикл используется . Это означает, что узлы периодически обмениваются данными и большую часть времени переходят в режим ожидания, чтобы сохранить энергию. Для связи узлам необходимо проснуться одновременно, поэтому они имеют встроенный механизм синхронизации.

Радиосвязь

Во время радиосвязи используется TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов). ^[4] Схема используется для преодоления коллизий во время широковещательной связи.Текущие реализации работают на радиочастотах 2,4 ГГц и 868 МГц. Однако концепция MyriaNed не ограничивается этими частотами.

Топология

Из предыдущих характеристик MyriaNed можно сделать вывод, что он использует настоящую ячеистую топологию. Преимуществом такой топологии является надежность и мобильность из-за резервных путей связи в сети.

Настраивать

Установка и настройка сведены к минимуму благодаря восходящему подходу, используемому в самоорганизующейся сети. , здесь не существует понятия координатора или сетевого менеджера В отличие от таких технологий, как Zigbee или WirelessHART . Это сокращает усилия, затрачиваемые на настройку и обслуживание.

Автономия

Когда MyriaNed используется для конкретных приложений, конечная реализация основана на большом наборе автономных устройств, которые принимают свои собственные автономные решения (например, управляют исполнительными механизмами) на основе доступной информации, которая проходит через сеть путем распространения сплетен. Сумма всех индивидуальных поведений сетевых узлов отражает возникающее поведение системы в целом, которая является системным приложением.

Затраты

MyriaNed имеет чрезвычайно маленький стек, использует низкую вычислительную мощность и не требует большого количества энергии. Следовательно, его можно запустить на простом микроконтроллере и батарее небольшого размера. Это делает затраты на один узел очень низкими.

Члены DevLab работают с единым чипом, в котором радиомодуль и микроконтроллер интегрированы . Этот чип с прикрепленной батареей меньше монеты достоинством 2 евро.

Установка и расширение сетей с использованием протокола MyriaNed также очень экономичны. Нет необходимости в адресации, и информация в сети со временем синхронизируется с добавленными узлами. Таким образом, для установки или расширения сети не требуется никаких дополнительных затрат (например, на шлюзы/настройку/мосты).

Приложения

Благодаря структуре MyriaNed нет необходимости использовать разные профили для рыночных приложений. Различные приложения могут работать рядом друг с другом, не мешая друг другу. Вместо этого они будут только помогать друг другу, увеличивая плотность сети. Каждый участник DevLab может свободно использовать MyriaNed на любом рынке по своему усмотрению. Это привело к появлению множества совместимых устройств в совершенно разных приложениях.

Область применения	Пример
Автоматизация зданий	Управление светодиодами беспроводное [1] Система контроля тепла [2]
Транспорт	Беспроводной велосипедный тормоз [3] , Система бронирования мест в поезде [4]
Уход за пожилыми людьми	Окружающая жизнь со встроенными сетями [5]
Событие	Soundgadget [6] , Социальный WSN [7]
Сельское хозяйство	Наблюдение за садоводством в теплицах [8] [9]

Существующие реализации

Chess Wise, одна из компаний, стоящих за DEVLAB, использовала технологию MyriaNED в качестве ранней основы для Mymesh, своего сетевого протокола. Эта технология используется для одновременного подключения, управления и анализа тысяч устройств в сложных условиях. ^[5]

См. также

Ссылки

^ Анемает, Питер (2008). Распределенный G-MAC: гибкий протокол MAC для обслуживания алгоритмов сплетен (магистерская диссертация). Технический университет Делфта , Нидерланды.
^ Благоевич, М.; Наби, М.; Гейлен, М.; Бастен, Т.; Хендрикс, Т.; Стайн, М. (28 июля 2011 г.). Вероятностный механизм подтверждения для беспроводных сенсорных сетей (PDF) . 6-я Международная конференция IEEE по сетям, архитектуре и системам хранения данных (NAS) . Проверено 11 января 2012 г.
^ Наби, Маджид; Бастен, Тван; Гейлен, Марк; Благоевич, Милош; Хендрикс, Теун (10 сентября 2010 г.). Надежный стек протоколов для многоскачковых беспроводных сетей тела с адаптацией мощности передачи (PDF) . 5-я ежегодная международная конференция ICST по сетям областей тела (BodyNets), 2010 г.
^ Асегей, Фасика (2008). Децентрализованная кадровая синхронизация беспроводной сенсорной сети на основе TDMA (магистерская диссертация). Технический университет Эйндховена, Нидерланды.
^ «Журнал LED — Chess выпускает контроллер освещения Micro BLC» .

Внешние ссылки

Заявка EP 2301302 , ван дер Ватерен, Фриц, «Распределенная беспроводная сеть только для вещания», опубликована 22 июня 2009 г., передана CHESS.

[1] Анемает, Питер (2008). Распределенный G-MAC: гибкий протокол MAC для обслуживания алгоритмов сплетен (магистерская диссертация). Технический университет Делфта , Нидерланды.

[2] Благоевич, М.; Наби, М.; Гейлен, М.; Бастен, Т.; Хендрикс, Т.; Стайн, М. (28 июля 2011 г.). Вероятностный механизм подтверждения для беспроводных сенсорных сетей (PDF) . 6-я Международная конференция IEEE по сетям, архитектуре и системам хранения данных (NAS) . Проверено 11 января 2012 г.

[3] Наби, Маджид; Бастен, Тван; Гейлен, Марк; Благоевич, Милош; Хендрикс, Теун (10 сентября 2010 г.). Надежный стек протоколов для многоскачковых беспроводных сетей тела с адаптацией мощности передачи (PDF) . 5-я ежегодная международная конференция ICST по сетям областей тела (BodyNets), 2010 г.

[4] Асегей, Фасика (2008). Децентрализованная кадровая синхронизация беспроводной сенсорной сети на основе TDMA (магистерская диссертация). Технический университет Эйндховена, Нидерланды.

[5] «Журнал LED — Chess выпускает контроллер освещения Micro BLC» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]