Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων

Abstract

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της χρήσης των ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Για το λόγο αυτό, αρχικά δίνεται ο ορισμός του όρου «δίκτυο αισθητήρων», δίνονται τα χαρακτηριστικά του και αναλύονται ορισμένοι τύποι αισθητήρων. Έπειτα μελετώνται οι ιδιαιτερότητες που έχουν τα Sensor Networks στα ζητήματα ασφάλειας καθώς και οι διάφορες προτάσεις και συζητήσεις που υπάρχουν στον τομέα αυτό.

Στη συνέχεια, αναλύονται τα χαρακτηριστικά του ZigBee και του IEEE 802.15.4 τα οποία βασίζονται σε πρότυπα πρωτόκολλα. Παρουσιάζονται επίσης η δομή τους, οι τοπολογίες και οι συνδέσεις που χρησιμοποιούν τα δίκτυα ZigBee. Επιπλέον, γίνεται λεπτομερής περιγραφή του ZigBee protocol Stack και των ζωνών συχνοτήτων που χρησιμοποιούν αυτά τα ασύρματα πρότυπα. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στην ασφάλεια ZigBee και στα ιδιωτικά απόρρητα θέματα τα οποία μας προβληματίζουν ακόμα και σήμερα.

Προκειμένου να δούμε στην πράξη, λοιπόν, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων πραγματοποιούμε μετρήσεις τηλεπικοινωνιακής κίνησης μεταξύ των ασύρματων κόμβων αισθητήρων. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν θερμοκρασίας και επιταχυνσιόμετρο οι οποίοι ήταν ενσωματωμένοι πάνω στην Waspmote πλακέτα της Libelium η οποία και έφερε και τον μικροελεγκτή ATmega 1281 των 8 bits, τεχνολογίας CMOS χαμηλής ισχύος. Όσον αφορά τον coordinator (συντονιστής), χρησιμοποιήθηκε η μονάδα XBee Module - ZB Series 2. Για τον προγραμματισμό κάθε κόμβου, χρησιμοποιήσαμε το ελεύθερο λογισμικό X-CTU, το οποίο παρέχεται από την Digi International, ενώ για την εμφάνιση των αποτελεσμάτων δημιουργήσαμε ένα δικό μας Serial Monitor (σειριακή οθόνη) σε γλώσσα προγραμματισμού C# μέσω του Visual Studio. Τέλος, οι μετρήσεις αυτές αναλύονται, ερμηνεύονται και αξιολογούνται.

The aim of this thesis is to investigate the use of wireless sensor networks. For this reason, initially is given the definition of the term "sensor network", its characteristics and analyze certain types of sensors. Then we study the peculiarities that have Sensor Networks in security issues and the various proposals and discussions that exist in this area.

Then we analyzed the characteristics of ZigBee and IEEE 802.15.4, which are based on standard protocols. It also presents the structure, topologies and connections that ZigBee networks use. In addition, is given a detailed description of the ZigBee protocol Stack and the bands of frequencies which wireless standards use. Particular reference is made to the ZigBee security secrets and private matters that trouble us even today.

To see in practice, therefore, WSNs performs telecommunication traffic measurements between wireless sensor nodes. The sensors which used were temperature and accelerometer which were incorporated on the board of Waspmote Libelium and which brought on it the microcontroller ATmega 1281 of 8 bits, low-power CMOS technology. Regarding the coordinator, the unit which used was XBee Module - ZB Series 2. To schedule each node, we used the free software X-CTU, which is supplied by Digi International, while displaying the results we created our own Serial Monitor on the programming language C # through Visual Studio. Finally, these measurements are analyzed, interpreted and evaluated.