O que deve ser considerado ao criar uma rede de sensores sem fio?

Esta pergunta se origina de uma pergunta sobre um detalhe específico sobre a construção de redes de sensores sem fio . Enquanto respondia à pergunta, queria compartilhar algumas diretrizes gerais para o processo de planejamento de uma rede de sensores sem fio.

Então, vamos considerar que queremos criar uma nova implantação de rede de sensores sem fio. Qual é a melhor abordagem para evitar armadilhas e erros comuns cometidos anteriormente?

Por favor, não perca seu tempo e cometa o mesmo erro que centenas de grupos de pesquisa (incluindo o nosso) cometidos anteriormente por décadas e apenas jogue alguns sensores inespecíficos na natureza sem saber o que realmente deseja obter no final!

Há um bom artigo de 2006 (!) Que compartilha experiências de uma implantação no mundo real.

Langendoen, Koen, Aline Baggio e Otto Visser. " Murphy adora batatas: experiências com a implantação de uma rede de sensores piloto na agricultura de precisão. " 20º Simpósio Internacional de Processamento Paralelo e Distribuído (IPDPS) 2006.

Esteja preparado para aqueles e muitos outros problemas que possam surgir, planeje com antecedência e foque no seu alvo!

Você deve se perguntar: Por que eu quero construir a implantação? São realmente os dados que eu quero coletar, quero avaliar e desenvolver protocolos de rede ou quero desenvolver e testar novo hardware? A resposta resulta em caminhos muito distintos:

Eu quero pegar os dados!

Nesse caso, tente confiar nas práticas comprovadas o máximo possível. Compre hardware padrão, use caixas de classe industrial, forneça muito mais baterias do que você pensa que seu hardware exige e monitore-as! Use software já existente e bem testado e não crie tudo do zero! Pense no seguinte: Eu realmente preciso de conexões sem fio?

Obviamente, existem muitas aplicações em que você realmente precisa de centenas de dispositivos para captação de energia, sem fio, auto-organizados e minúsculos. Mas apenas usar essas técnicas porque são legais é um desperdício de dinheiro e tempo.

Se você realmente deseja obter os dados, nada é mais frustrante do que perceber que apenas para o dia mais interessante, nenhum dado está disponível porque a água se acumulou em seus dispositivos (esteve lá ...).

Quero melhorar os protocolos para redes de sensores sem fio!

Nesse caso, concentre-se realmente no núcleo. Eu falo sobre protocolos de rede aqui, mas isso vale para todos os outros procedimentos e algoritmos no contexto da IoT.

Para a maioria dos protocolos, não importa se eles transportam dados do mundo real ou apenas algum ruído pseudo-aleatório. Então, por que não seguir o caminho mais fácil, jogar fora seus sensores e gerar apenas alguns dados aleatórios? Eu recomendo o seguinte procedimento:

1. Pense em qual problema você deseja resolver. Qual é a sua pergunta de pesquisa?
2. Ler! Muitas coisas já foram feitas. Muitos conceitos demonstraram ser bons, muitos outros não. Começar com os protocolos de rede do zero é apenas uma perda de tempo.
3. Faça algumas avaliações teóricas. É realmente possível melhorar um determinado protocolo ou já está em um limite de princípio? Shannon não pode ser enganado!
4. Faça simulações. Sugiro a estrutura OMNeT ++ / INET, mas existem muitas estruturas por aí. Mas, por favor, não comece do zero. A maioria dos componentes já existe para sua conveniência. Teste se suas idéias funcionam no ambiente controlado de um simulador.
5. Trabalhe na implementação de hardware. Sua implementação funciona pelo menos na sua mesa?
6. Teste-o em uma plataforma de testes já existente. Um exemplo é o FIT IoT-LAB . Isso permite que você teste sua implementação com hardware do mundo real, sem o ônus de todos os problemas decorrentes de bancos de teste criados por eles mesmos.
7. Agora você pode finalmente planejar sua implantação no mundo real e adaptá-la ao problema específico que deseja resolver. Até agora, você deve ter uma boa idéia de quão densa sua rede deve ser, quantos dispositivos são significativos, como eles devem ser distribuídos, que tipo de dados deve ser fornecido e assim por diante. Em seguida, vá para "Quero obter os dados!", Mas desta vez seus dados são a medida de desempenho que você deseja testar.

Sim, este é um longo caminho, mas há estudantes fazendo isso durante uma tese de mestrado de seis meses, por isso é viável e definitivamente vale o esforço! Já existem tantas pesquisas nessa área que pular um passo não compensa no final.

Eu quero construir hardware legal!

Se você está interessado principalmente na construção de hardware interessante, comece a brincar com o hardware existente. Em seguida, pense no que falta nesse hardware e no que poderia ser melhorado. Talvez você queira apenas criar uma caixa agradável e à prova d'água e ver como ela funciona na prática.

De qualquer maneira, você precisará de várias iterações; portanto, comece com algo superdimensionado (por exemplo, em termos de RAM ou memória persistente) e remova partes desnecessárias em futuras iterações. Isso é muito mais satisfatório do que reconhecer que o software que você deseja usar é apenas 1 KB muito grande após a produção. Além disso, forneça boas possibilidades para depurar e avaliar seu hardware.

Mesmo que você não precise de uma interface serial ou USB para o aplicativo final, isso acelera bastante o desenvolvimento. Se você estiver realmente construindo um alojamento, conecte um sensor de umidade e monitore-o constantemente, em vez de apenas esperar e verificar manualmente. Se você integrar um coletor de energia, monitore os fluxos de energia, mesmo que um IC preciso de medição de potência possa ser superdimensionado para uma aplicação final.

Para a parte do software, conte com os componentes existentes! Se você está construindo uma plataforma de teste porque gosta de construir hardware e realmente não sabe o que fazer com ela, publique-a! Há muitas pessoas (veja acima) que sonham em ter acesso a uma implantação no mundo real, para que elas possam fornecer o software com prazer.