Was ist beim Aufbau eines drahtlosen Sensornetzwerks zu beachten?

Diese Frage stammt aus einer Frage zu einem bestimmten Detail beim Aufbau drahtloser Sensornetzwerke . Bei der Beantwortung der Frage wollte ich einige allgemeine Richtlinien für den Planungsprozess eines drahtlosen Sensornetzwerks mitteilen.

Betrachten wir also, wir möchten eine neue Bereitstellung eines drahtlosen Sensornetzwerks erstellen. Was ist der beste Ansatz, um häufige Fallstricke und Fehler zu vermeiden, die andere zuvor gemacht haben?

Bitte verschwenden Sie nicht Ihre Zeit und machen Sie den gleichen Fehler wie Hunderte von Forschungsgruppen (einschließlich unserer), die seit Jahrzehnten gemacht wurden, und werfen Sie einfach einige unspezifische Sensoren in die Wildnis, ohne zu wissen, was Sie am Ende wirklich wollen!

Es gibt ein schönes Papier aus dem Jahr 2006 (!), In dem Erfahrungen aus einer realen Bereitstellung ausgetauscht werden.

Langendoen, Koen, Aline Baggio und Otto Visser. " Murphy liebt Kartoffeln: Erfahrungen aus einem Pilot-Sensornetzwerk in der Präzisionslandwirtschaft. " 20. Internationales Symposium für parallele und verteilte Verarbeitung (IPDPS) 2006.

Seien Sie auf diese und viele andere Probleme vorbereitet und planen Sie voraus und konzentrieren Sie sich auf Ihr Ziel!

Sie sollten sich folgende Frage stellen: Warum möchte ich die Bereitstellung erstellen? Sind es wirklich die Daten selbst, die ich sammeln möchte, möchte ich Netzwerkprotokolle auswerten und entwickeln oder möchte ich neue Hardware entwickeln und testen? Die Antwort führt zu sehr unterschiedlichen Pfaden:

Ich möchte die Daten erhalten!

Versuchen Sie in diesem Fall, sich so weit wie möglich auf bewährte Praktiken zu verlassen. Kaufen Sie Standardhardware, verwenden Sie Gehäuse in Industriequalität, stellen Sie viel mehr Batterien bereit, als Sie für Ihre Hardware benötigen, und überwachen Sie diese! Verwenden Sie bereits vorhandene und bewährte Software und erstellen Sie nicht alles von Grund auf neu! Denken Sie sogar an Folgendes: Brauche ich wirklich drahtlose Verbindungen?

Natürlich gibt es viele Anwendungen, in denen Sie wirklich Hunderte von Energiegewinnungs-, drahtlosen, selbstorganisierenden und winzigen Geräten benötigen. Aber nur diese Techniken zu verwenden, weil sie cool sind, ist eine Verschwendung von Geld und Zeit.

Wenn Sie die Daten wirklich abrufen möchten, ist nichts frustrierender, als zu bemerken, dass nur für den interessantesten Tag keine Daten verfügbar sind, da sich Wasser in Ihren Geräten angesammelt hat (dort gewesen ...).

Ich möchte Protokolle für drahtlose Sensornetzwerke verbessern!

Konzentrieren Sie sich in diesem Fall wirklich auf den Kern. Ich spreche hier über Netzwerkprotokolle, aber dies gilt auch für alle anderen Verfahren und Algorithmen im IoT-Kontext.

Bei den meisten Protokollen ist es egal, ob sie reale Daten oder nur pseudozufälliges Rauschen transportieren. Warum also nicht den einfachen Weg gehen, Ihre Sensoren wegwerfen und einfach zufällige Daten generieren? Ich empfehle das folgende Verfahren:

1. Überlegen Sie, welches Problem Sie lösen möchten. Was ist Ihre Forschungsfrage?
2. Lesen! Viele Dinge wurden bereits getan. Viele Konzepte haben sich als gut erwiesen, viele andere nicht. Es ist nur Zeitverschwendung, mit Netzwerkprotokollen von Grund auf neu zu beginnen.
3. Machen Sie einige theoretische Bewertungen. Ist es wirklich möglich, ein bestimmtes Protokoll zu verbessern, oder befindet es sich bereits an einer Hauptgrenze? Shannon lässt sich nicht täuschen!
4. Simulationen durchführen. Ich schlage das OMNeT ++ / INET-Framework vor, aber es gibt viele Frameworks. Aber bitte nicht von vorne anfangen. Die meisten Komponenten sind bereits vorhanden. Testen Sie, ob Ihre Ideen in der kontrollierten Umgebung eines Simulators funktionieren.
5. Arbeiten Sie an der Hardware-Implementierung. Funktioniert Ihre Implementierung zumindest auf Ihrem Schreibtisch?
6. Testen Sie es in einem bereits vorhandenen Prüfstand. Ein Beispiel ist das FIT IoT-LAB . Auf diese Weise können Sie Ihre Implementierung mit realer Hardware testen, ohne alle Probleme zu verursachen, die sich aus selbst erstellten Testumgebungen ergeben.
7. Jetzt können Sie endlich Ihre reale Bereitstellung planen und sie an das spezifische Problem anpassen, das Sie angehen möchten. Bis jetzt sollten Sie eine gute Vorstellung davon haben, wie dicht Ihr Netzwerk sein muss, wie viele Geräte sinnvoll sind, wie sie verteilt werden sollten, welche Art von Daten bereitgestellt werden müssen und so weiter. Gehen Sie dann zu "Ich möchte die Daten erhalten!", Aber diesmal sind Ihre Daten das Leistungsmaß, das Sie testen möchten.

Ja, das ist ein langer Weg, aber es gibt Studenten, die dies während einer sechsmonatigen Masterarbeit tun. Es ist also machbar und definitiv die Mühe wert! In diesem Bereich gibt es bereits so viele Forschungsergebnisse, dass sich das Überspringen eines Schritts am Ende nicht auszahlt.

Ich möchte coole Hardware bauen!

Wenn Sie hauptsächlich daran interessiert sind, coole Hardware zu entwickeln, beginnen Sie mit dem Herumspielen mit vorhandener Hardware. Überlegen Sie dann, was dieser Hardware fehlt und was verbessert werden könnte. Vielleicht möchten Sie einfach nur ein schönes und wasserdichtes Gehäuse erstellen und sehen, wie es in der Praxis funktioniert.

Sie benötigen ohnehin mehrere Iterationen. Beginnen Sie also mit etwas Übergroßem (z. B. RAM oder beständigem Speicher) und entfernen Sie in zukünftigen Iterationen unnötige Teile. Dies ist viel zufriedenstellender, als zu erkennen, dass die Software, die Sie verwenden möchten, nach der Produktion nur 1 KB zu groß ist. Bieten Sie auch gute Möglichkeiten zum Debuggen und Bewerten Ihrer Hardware.

Selbst wenn Sie für die endgültige Anwendung keine serielle oder USB-Schnittstelle benötigen, beschleunigt dies die Entwicklung erheblich. Wenn Sie tatsächlich ein Gehäuse bauen, schließen Sie einen Feuchtigkeitssensor an und überwachen Sie ihn ständig, anstatt nur manuell zu warten und zu prüfen. Wenn Sie einen Energy Harvester integrieren, überwachen Sie die Energieflüsse, auch wenn ein präziser Leistungsmess-IC für eine endgültige Anwendung möglicherweise zu groß ist.

Verlassen Sie sich beim Software-Teil auf vorhandene Komponenten! Wenn Sie ein Testbed bauen, weil Sie gerne Hardware bauen und nicht wirklich wissen, was Sie damit machen sollen, veröffentlichen Sie es! Es gibt viele Menschen (siehe oben), die davon träumen, Zugriff auf eine reale Bereitstellung zu haben, sodass sie gerne Software bereitstellen.