Μελέτη Αξιοπιστίας Δομημένου Ετερογενούς Ασύρματου Δικτύου Αισθητήρων σε Συστήματα Επιτήρησης Περιοχής

Reliability Analysis of Structured Heterogenous Wireless Sensor Networks in Area Surveillance Systems (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Βούρος, Ανδρέας
  3. Διαχείριση και Τεχνολογία Ποιότητας (ΔΙΠ)
  4. 30 Σεπτεμβρίου 2018 [2018-09-30]
  5. Ελληνικά
  6. 156
  7. Κούτρας, Βασίλειος
  8. Κούτρας , Βασίλειος | Μουλιανίτης, Βασίλειος
  9. Αξιοπιστία | Συστήματα αισθητήρων | WSN | Διαθεσιμότητα | Ρυθμός αποτυχιών | Δρομολόγηση
  10. 13
  11. 55
  12. Περιέχει: πίνακες και σχήματα
  13. Ιωάννης Μπακούρος: Ειδικά Θέματα για την Ποιότητα: Αξιοπιστία και Συντήρηση, εκδόσεις ΕΑΠ, 2002
    • Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (Wireless Sensor Networks – WSN) αποτελούν υποδομές δικτύων που λειτουργούν αυτόνομα και συνήθως δίχως ανθρώπινη επίβλεψη. Κύριος σκοπός της εφαρμογής των συγκεκριμένων δικτύων είναι η επιτήρηση και παρακολούθηση μίας περιοχής ενδιαφέροντος για την επίτευξη έγκαιρης προειδοποίησης σχετικά με την εκδήλωση ενός φαινομένου, καθώς και την παρακολούθηση της εξέλιξης του. Η συλλεγόμενη από το δίκτυο πληροφορία είναι δυνατό να είναι εκμεταλλεύσιμη τοπικά από το χειριστή της εφαρμογής (σταθμός βάσης δικτύου), και συνάμα να είναι προσβάσιμη σε εξωτερικά δίκτυα (π.χ. διαλειτουργικότητα με ένα σύστημα διοίκησης και ελέγχου) μέσω των κόμβων του δικτύου, που επιφορτίζονται με αυτή τη λειτουργία (κόμβοι πύλες – gateways). Σε δομημένα ετερογενή δίκτυα αισθητήρων ανίχνευσης κίνησης πρέπει να εξεταστεί η «ικανοποιητική» κάλυψη της περιοχής με την κατάλληλη ανά περίπτωση εγκατάσταση συσκευών. Η «ικανοποιητική» κάλυψη καθορίζεται ως επί το πλείστον από τις προδιαγραφές του δικτύου και την επιθυμητή ακρίβεια της συλλεγόμενης πληροφορίας (παρακολούθηση κίνησης και θέσης), ενώ οι εγκατεστημένες συσκευές λαμβάνουν διάφορες αρμοδιότητες (π.χ. ανίχνευση, δρομολόγηση, συνάθροιση δεδομένων, έλεγχος δικτύου, διαλειτουργικότητα με επικαλυπτικά ή εξωτερικά δίκτυα, υποστήριξη αισθητήρων πολυμέσων), που συντελούν στην ανάγκη χρήσης συσκευών διαφορετικών υπολογιστικών δυνατοτήτων. Στις εφαρμογές επιτήρησης είναι επιθυμητή πρωτίστως η έγκαιρη προειδοποίηση του χειριστή σχετικά με την ύπαρξη ή/και κίνηση οχημάτων ή/και προσωπικού στην περιοχή ενδιαφέροντος (π.χ. περιοχές με περιορισμούς πρόσβασης κατά μήκος συνοριακών γραμμών ή πλησίον διαβαθμισμένων εγκαταστάσεων) και δευτερευόντως η παρακολούθηση της εξέλιξης της εν λόγω παρείσφρησης. Τα WSN που χρησιμοποιούνται για την επιτήρηση αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις σχετικά με την αξιόπιστη λειτουργία, βάσει των προδιαγραφών που έχουν καθοριστεί από τον χρήστη της εκάστοτε εφαρμογής. Οι συγκεκριμένες προκλήσεις πηγάζουν από τα εν γένει χαρακτηριστικά των WSN (αυτόνομη λειτουργία συσκευών, απομακρυσμένη λειτουργία δίχως ανθρώπινη επίβλεψη, έκθεση σε καιρικές συνθήκες, ασύρματη ζεύξη κόμβων), καθώς και από την πιθανή έκθεση σε κακόβουλες ενέργειες. Η διασφάλιση της αξιοπιστίας και της διαθεσιμότητας ενός WSN επιτυγχάνεται με τεχνικές και μηχανισμούς διαχείρισης και ελέγχου που έχουν αναπτυχθεί σε συμβατότητα με αντίστοιχα πρότυπα επικοινωνίας (π.χ. ZigBee, IEEE 802.15.4 κ.τ.λ.), καθώς και με την εφαρμογή τεχνικών πλεονασμού κατά τη φάση δρομολόγησης της πληροφορίας. Για την επίτευξη του επιθυμητού επιπέδου αξιοπιστίας ιδιαίτερο ρόλο διαδραματίζει το επίπεδο κάλυψης της περιοχής ενδιαφέροντος κατά τη φάση της σχεδίασης του δικτύου WSN. Τέλος, για την εξασφάλιση των λειτουργιών του δικτύου σε περιπτώσεις εκδήλωσης κακόβουλων ενεργειών (ασφάλεια δικτύου) είναι επιθυμητή η λήψη αντιμέτρων (countermeasures). Η παρούσα μελέτη αξιοπιστίας επικεντρώνεται στη φάση σχεδίασης ενός δομημένου, ετερογενούς δικτύου WSN, δίνοντας έμφαση στην εξέταση της αξιοπιστίας του, σε συνάρτηση με το επίπεδο κάλυψης της περιοχής ενδιαφέροντος, καθώς και με το επίπεδο πλεονασμού κατά τη διάρκεια της δρομολόγησης πακέτων πληροφορίας, από το σημείο ανίχνευσης μέχρι τον τελικό χρήστη της εφαρμογής.
    • Wireless Sensor Networks are network structures, which function autonomously and usually without supervision. The main purpose of the WSN’s application is the surveillance of an area, in order to achieve an early warning, in terms of the existence of a suspicious event, and the observation of this evolution. The collected data can be exploited by the operator (base station), but also accessible from external networks (e.g. interoperability with a command and control system) through nodes, which function as gateways. In the case of structured heterogeneous WSN, which is responsible for motion detection, “sufficient” area coverage should be taken into account, in compatibility with the appropriate devices placement. The “sufficient” coverage is determined by the network specifications and the desirable collected data accuracy (motion and position observation) and various activities (e.g. detection, routing, data aggregation, network control, interoperability with interacting or external networks, compatibility with multimedia sensors) are assigned the installed devices, that cause the necessity of the usage of different types of them (variation of processing capability). In the case of surveillance is desirable to achieve firstly the early warning related to the existence or/and motion of vehicles or/and pedestrians (e.g. restricted area along borders or classified structures) and secondly the observation of the possible intrusion. WSN with this usage face significant challenges related to their reliable function, in compliance with the specifications determined by the end users. These challenges come from the features of WSN (autonomous and remote function without supervision, exposure to weather influence, wireless channel) and the possible exposure to malicious activities. The reliability and availability assurance in WSN is achieved using management and control techniques and mechanisms, which have been developed in compatibility with communication standards (e.g. ZigBee, IEEE 802.15.4 etc) and using redundancy techniques during data routing. The area coverage level is a significant factor, which should be taken into consideration during the network planning, in order achieve reliability at a desired level. Finally, any countermeasure is desirable, in order to be assured any network function (network security). This reliability survey focuses on the phase of structured and heterogeneous WSN planning, emphasizing in reliability assessment, in correlation with the area coverage and the routing redundancy levels.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.