Диссертация (1137248), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Оно основано на использованииактивных или пассивных меток, располагаемых на движущихся объектах иодной или многих камер для их фиксации. Примерами активных меток явля­ются светодиоды видимого или инфракрасного спектра. Пассивными метка­ми могут быть надписи и изображения специального формата, облегчающе­го их выделение и распознавание, например штрих-коды или QR-коды [45].Существенным недостатком метода является то, что его можно применятьтолько в ограниченных по размеру помещениях, которые необходимо зара­нее оборудовать устройствами регистрации меток.Если подвижные элементы оснащены модулем беспроводной связи, появ­ляется ряд дополнительных возможностей для позиционирования [48]. Необ­ходимым условием является наличие стационарного окружения, элементыкоторого имеют заранее известные и неизмяемые со временем координаты.Они служат так называемыми якорями (anchors) или опорными точками, от­носительно которых измеряется расстояние до мобильного элемента.Все методы, использующие радиосигнал, делятся на два класса по ти­пу базового алгоритма - основанные на времени распространения сигнала(ToF, Time of Flight) и основанные на силе сигнала (RSSI - Receivedsignal strength indicator).

Согласно приводимым в литературе характери­стикам [13], первый класс методов обеспечивает точное позиционированиелибо на больших расстояниях, либо при очень точных часах (способных из­мерять наносекунды) как на опорных элементах, так и на мобильных устрой­ствах. Именно по такому принципу работает спутниковая навигация [56]. Присоблюдении обоих условий возможно достаточно точное позиционирование до нескольких метров на расстоянии в несколько километров между беспро­водными устройствами.91Методы на базе RSSI [10] характеризуются низкой устойчивостью к по­мехам, внешним шумам, динамическим препятствиям и прочим паразитнымфакторам. Точность позиционирования очень небольшая и составляет 1-2метра на расстоянии в несколько десятков метров. Как следствие, в чистомвиде RSSI применяется редко. Несколько лучшие результаты дают методы спредварительным составлением карты местности или помещения - т.н.

фин­герпринтинг (от англ. fingerprinting) [11].Обзор аппаратных платформ в области БСС показал, что в настоящиймомент полноценный натурный эксперимент сильно затруднен по несколь­ким причинам. Промышленные решения, выпускаемые в массовом масштабев виде беспроводных модулей, ориентированы под конкретный стандарт (какправило, IEEE 802.15.4) и содержат минимальное количество возможностейдля модификации протоколов нижнего уровня. В то же время исследователь­ские платформы зарубежных университетов по ряду причин недоступны нароссийском рынке.

Также открытой остается проблема интеграции одного изспособов позиционирования мобильного узла, что в целом является отдель­ной исследовательской и технической задачей.4.3. Имитационное моделированиеНеобходимость проведения имитационного моделирования для исследо­вания методов динамической реконфигурации БСС с помощью мобильногостока обусловлена следующими факторами:∙ Отсутствие аналитической модели, связывающей положения узлов впространстве, которые в общем случае задаются только своими коор­динатами, с топологией сети, формируемой при ее запуске. Следуетнапомнить, что методика расчета потребляемой мощности, времени ав­тономной работы, приведенная во второй главе диссертации, требует92точного знания формируемых сетевых топологий.∙ Сложность проведения точного натурного эксперимента, показанная впредыдущем разделе.

На настоящем этапе исследования важным яв­ляется принципиальная оценка целесообразности применения предла­гаемых моделей и методов. В натурном эксперименте, проводимом безточного оборудования, есть целый набор внешних факторов, которыемогут внести в итоговый результат нежелательные погрешности.4.3.1. Обзор специализированных сред имитационногомоделирования для беспроводных сетейOPNETOPNET Modeler [90] – среда имитационного моделирования дискретныхсобытий и состояний для компьютерных сетей. Она включает множество биб­лиотек сетевых технологий и протоколов связи, таких как TCP/IP, протоколпередачи гипертекста (HTTP), технология асинхронного режима передачи(ATM) и FrameRelay, IP-QoS, 802.11 (Wi-Fi), ZigBee и др [15]. Эти библио­теки предлагают блоки для построения моделей сетей.

Одним из множествамодулей, доступных в OPNET Modeler, является оконечный узел сети. С ис­пользованием этого модуля расширяется функциональность среды для ими­тационного моделирования и анализа беспроводных сетей.В версию OPNET Modeler 15.0 добавлена модель сетевого протоколаZigBee [36], разработанная в рамках самого симулятора. При этом исходныйкод модели сетевого уровня и уровня приложения скрыт от пользователей.Доступен только код модели нижнего уровня IEEE 802.15.4. Модель поддер­живает следующие сетевые топологии: звезда, дерево, ячеистая сеть. Модельсодержит три типа узлов в соответствии со спецификацией ZigBee: централь­ное устройство сети (Coordinator); маршрутизатор (Router); оконечный узел93(End Device).Структура узла-сенсора, использованная в модели, представлена четырь­мя функциональными блоками:1.

Физический уровень состоит из радио передатчика (wireless_tx) и при­ёмника (wireless_rx), которые в соответствии со спецификацией IEEE802.15.4-2003 могут работать на частотах 868МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц.Физические характеристики сети задаются на координаторе. Мощностьпередатчика установлена в 5мВт.2. Уровень доступа к среде реализует алгоритм CSMA/CA без фиксиро­ванных временных слотов ожидания передачи в соответствии со стан­дартом IEEE 802.15.4.3. Сетевой уровень реализует функции в соответствии со спецификациейZigBee.4. Уровень приложения реализует функции в соответствии со специфика­цией ZigBee.Моделью не поддерживаются следующие функции:∙ Многоадресный трафик.∙ Безопасность.∙ CSMA/CA с временными слотами ожидания передачи.∙ Мониторинг состояния батареи.∙ Контролируемая мобильность узлов.Учитывая закрытые исходные коды модели сетевого уровня и отсутствиевозможности интеграции со сторонними компонентами, симулятор OPNET не94может быть использован для моделирования методов динамической реконфи­гурации сети, рассматриваемых в настоящей диссертационной работе.Для эмулятора OPNET были также разработаны модели с открытымисходным кодом с целью моделирования протоколов сенсорных сетей.

Такмодель open-ZB [91] эмулирует работу узлов сети на физическом и каналь­ном уровнях согласно стандарту IEEE 802.15.4-2003. Текущая версия моделиподдерживает только топологию звезда, где коммуникации происходят меж­ду конечными устройствами через координатор сети.В модели есть два типа узлов:1. wpan_analyzer_node - узел, который собирает глобальные для частнойсети статистические данные.2. wpan_sensor_node – узел-сенсор, который реализует протоколы связистандарта IEEE 802.15.4-2003.Виртульный узел-сенсор, использованный в модели, состоит из четырехфункциональных блоков.1. Физический уровень состоит из радиопередатчика (tx) и приёмника(rx), которые в соответствии со спецификацией IEEE 802.15.4-2003 рабо­тают на частоте 2,4 ГГц со скоростью обмена данными 250 Кбит/с.

Мощ­ность передатчика установлена в 1мВт с модуляцией QPSK (QuadraturePhase Shift Keying).2. Уровень доступа к среде реализует алгоритм CSMA/CA с фиксирован­ными временными слотами ожидания передачи (slotted CSMA/CA) имеханизм гарантированных временных слотов (GTS). Трафик GTS (т.е.трафик, чувствительный к скорости доставки), приходящий от уровняприложения, сохраняется в буфере определенной ёмкости и передается95в сеть, когда соответствующий временной слот активен. Нечувствитель­ные к времени доставки кадры данных сохраняются в неограниченномбуфере и передаются в сеть в течение периода активной конкуренции, всоответствии с алгоритмом CSMA/CA с фиксированными временнымислотами ожидания передачи. Этот уровень также может генерироватькадры-маркеры для синхронизации устройств в сети, если узел работаетв режиме координатора.3.

Уровень приложения – состоит из двух генераторов трафика (TrafficSource и GTS Traffic Source) и одного получателя (Traffic Sink). Ис­точник обычного трафика (Traffic Source) генерирует кадры данных сфлагом подтверждения доставки и без, которые передаются в течениепериода конкурентного доступа (CAP).

Источник трафика (GTS TrafficSource) с гарантированными временными слотами, может использовать­ся для создания кадров данных с флагом подтверждения доставки ибез, которые чувствительны к задержкам в сети. Модуль получателяпринимает кадры от нижних уровней и считает сетевую статистику.4. Уровень батареи – вычисляет потребляемый и оставшийся уровень энер­гии. Значения по умолчанию для модели установлены в соответствиисо спецификацией MICAz.В последней версии модели, разработанной для эмулятора OPNET вер­сии 15.0, реализован сетевой уровень ZigBee, однако как и в проприетарноймодели, в нем отсутствует поддержка необходимых функций по управляемоймобильности узлов, а также по переводу всей сети в режим пониженногоэнергопотребления.96OMNeT++OMNeT++ [92] является средой имитационного моделирования дискрет­ных событий и состояний с открытым исходным кодом, основанной на компо­нентах. Основная область применения – моделирование сетей передачи дан­ных, систем в области информационных технологий и бизнес процессов.

Характеристики

Список файлов диссертации