Enabling interoperability between MAC-heterogeneous sensor networks

Datum: 16 september 2020

Locatie: Online - - - - -

Tijdstip: 15 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Informatica

Promovendus: Daniel van den Akker

Promotor: Chris Blondia

Korte beschrijving: ONLINE Doctoraatsverdediging Daniel van den Akker - Faculteit Wetenschappen, Departement Informatica



Abstract

Sensornetwerken bestaan uit kleine, goedkope apparaten die met één of meerdere sensoren zijn uitgerust. Deze zijn meestal door een batterij gevoed en communiceren draadloos met elkaar om een gezamenlijk beeld te geven van de omgeving waarin ze zich bevinden. Vermits de batterijen van deze sensornodes zo lang mogelijk mee moeten gaan, was het voor ontwikkelaars lange tijd standaardprocedure om de gebruikte communicatieprotocollen zo veel mogelijk te optimaliseren voor de specifieke toepassing waarvoor het sensornetwerk nodig was. Bijgevolg is er ook nu meestal geen interoperabiliteit tussen sensornetwerken die zich in dezelfde omgeving bevinden.

Het laatste decennium heeft de opkomst van het `Internet-of-Things’ er echter voor gezorgd dat sensornetwerken steeds meer in staat moeten zijn om met externe netwerken en infrastructuur samen te werken. Dat betekent dat vandaag de dag interoperabiliteit belangrijker dan ooit tevoren is bij het ontwerpen van sensornetwerken.

Deze thesis heeft daarom tot doel om communicatie op linkniveau mogelijk te maken tussen sensornetwerken die gebruik maken van verschillende (incompatibele) MAC-protocollen. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van zogeheten virtuele gateways. Dit zijn normale sensornodes die geconfigureerd worden om meerdere MAC-protocollen tegelijkertijd te gebruiken.

Om de haalbaarheid van deze aanpak na te gaan, wordt éérst onderzocht in hoeverre de performantie van deze MAC-heterogene sensornetwerken beïnvloed wordt door de interferentie die zich tussen deze netwerken voordoet. Het wordt aangetoond dat, behalve in extreme omstandigheden, het effect van deze interferentie klein genoeg is om deze netwerken zonder al te veel problemen naast elkaar te laten werken in dezelfde omgeving.

Vervolgens wordt onderzocht of het haalbaar is om tegelijk meerdere MAC-protocollen op één sensornode te gebruiken. Meer bepaald wordt de software architectuur die hiervoor nodig is geïmplementeerd voor het Tmote Sky sensornode platform. Verder wordt aangetoond dat de voorgestelde architectuur uitbreidbaar genoeg is om een brede waaier aan MAC-protocollen te ondersteunen en dat de performantiekost van de Tmote Sky-implementatie minimaal is.

Tenslotte wordt het probleem van virtuele gateway-selectie onderzocht. Om dit probleem op te lossen wordt het IRVG-algoritme geïntroduceerd. Dit algoritme selecteert de te gebruiken virtuele gateways door éérst alle mogelijke nodes als virtuele gateway te configureren en vervolgens alle onnodige gateways iteratief uit te schakelen. Het wordt aangetoond dat IRVG in staat is om zowel de performantiekost van het gebruik van virtuele gateways te minimaliseren als om een afweging te maken tussen de, mogelijks conflicterende, performantie-vereisten van de verschillende netwerken.



Link: https://euterpe.idlab.uantwerpen.be/~dvdakker/phd/livestream