Low-Power Pıc-Based Sensor Node Devıce Desıgn And Theoretıcal Analysıs Of Energy Consumptıon In Wıreless Sensor Networks

Teknolojinin ilerlemesi, daha enerji verimli ve daha ucuz elektronik bileşenlerinin daha küçük üretilmesini sağlamıştır. Bu nedenle, daha önce mevcut birçok bilgisayar ve elektronik bilim-mühendislik fikirleri uygulanabilir hale gelmiştir. Bunlardan birisi de kablosuz sensör ağları teknolojisidir. Kablosuz algılayıcı ağlar, düşük enerji tüketimi ve gerekli teknik gereksinimlerin gerçekleşmesi ile uygulanabilir hale gelmiştir. Ayrıca, Kablosuz algılayıcı ağlarının tasarımında iletişim algoritmaları, enerji tasarruf protokolleri ve yenilenebilir enerji teknolojileri gibi diğer bilimsel çalışmalar zorunlu hale gelmiştir. Bu tez, mikroelektronik sistemler, kablosuz iletişim ve dijital elektronik teknolojisinin ilerlemesiyle uygulanabilir hale gelmiş sensör ağları teknolojisini kapsamaktadır. Birincisi, algılama görevleri ve potansiyel algılayıcı ağ uygulamaları araştırılmış ve algılayıcı ağlarının tasarımını etkileyen faktörlerin gözden geçirilmesi sağlanmıştır. Ardından sensör ağları için iletişim mimarisi ana hatlarıyla belirtilmiştir. Ayrıca, tek bir düğümün WLAN ile iletişim kurabilmesi için yeni donanım mimarisi tasarlanmış ve düğümlerde yenilenebilir enerji kaynakları kullanılmıştır. Bu tezde WSN, analitik bilim ve uygulamalı bilim açısından incelenmiştir. Düşük enerji tüketimi ve iletişim protokolleri arasındaki ilişki değerlendirilmiş ve bilimsel sonuçlara varılmıştır. Teorik analizler bilimsel uygulamalarla desteklenmiştir. Çalışmalar, düşük enerji ve maksimum verimlilik prensibinin gerçekleştirilmesine dayalı kablosuz sensör ağları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kablosuz sensör ağlari sistemi tasarlandıktan sonra; sensör düğümlerinin enerji tüketimi ve kablosuz ağdaki davranışları test ve analiz edilmiştir. Düşük enerji tüketimi ile sensör düğümleri arasındaki ilişki detaylı olarak değerlendirilmiştir. PIC Tabanlı mikro denetleyiciler sensör düğümlerinin tasarımında kullanılmış ve çok düşük maliyetli tasarım için ultra düşük güçte, nanoWatt teknolojisi ile desteklenen sensör düğümleri tasarlanmıştır. İşleme birimi, bellek birimi ve kablosuz iletişim birimi sensör viii düğümlerine entegre edilmiştir. Tasarlanan sensör düğümünün işletim sistemi PIC C dili ile yazılmıştır ve PIC işletim sistemi nem, sıcaklık, ışığa duyarlılık ve duman sensörü gibi farklı özelliklerin ölçülmesine izin vermiştir. Sensörlerden gelen verilerin merkezi bir konumdan kaydedilmesi ve izlenebilmesi için, C# programlama dili ile bilgisayar yazılımı geliştirilmiştir. Gelişmiş algılayıcı düğümler tarafından alınan kararların uygulanması için yazılım algoritması ve donanım modüllerini içeren karar verme sistemi tasarlanmıştır. Gelişmiş PIC Tabanlı sensör düğümleri, enerji üretimi ve enerji tasarrufu için, güneş enerjisi paneli, şarj edilebilir pil ve süper kapasitör gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile benzersiz bir PIC Kontrollü voltaj birimi ile desteklenmiştir. Geliştirilmiş kablosuz sensör ağları sistemi, endüstri uygulamaları, akıllı fabrikalar ve akıllı evler gibi günlük hayat uygulamaları için de kullanılabilecektir. Kablosuz algılayıcı ağlar geniş bir aralıkta kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Tezin sonuçları, özellikle yenilenebilir enerji kaynakları ile WSN'nin geliştirilmesine yardımcı olmayı amaçlamaktadır

Efficient Range-Free Monte-Carlo-Localization for Mobile Wireless Sensor Networks

Das Hauptproblem von Lokalisierungsalgorithmen für WSNs basierend auf Ankerknoten ist die Abhängigkeit von diesen. Mobilität im Netzwerk kann zu Topologien führen, in denen einzelne Knoten oder ganze Teile des Netzwerks temporär von allen Ankerknoten isoliert werden. In diesen Fällen ist keine weitere Lokalisierung möglich. Dies wirkt sich primär auf den Lokalisierungsfehler aus, der in diesen Fällen stark ansteigt. Des weiteren haben Betreiber von Sensornetzwerken Interesse daran, die Anzahl der kosten- und wartungsintensiveren Ankerknoten auf ein Minimum zu reduzieren. Dies verstärkt zusätzlich das Problem von nicht verfügbaren Ankerknoten während des Netzwerkbetriebs. In dieser Arbeit werden zunächst die Vor- und Nachteile der beiden großen Hauptkategorien von Lokalisierungsalgorithmen (range-based und range-free Verfahren) diskutiert und eine Studie eines oft für range-based Lokalisierung genutzten Distanzbestimmungsverfahren mit Hilfe des RSSI vorgestellt. Danach werden zwei neue Varianten für ein bekanntes range-free Lokalisierungsverfahren mit Namen MCL eingeführt. Beide haben zum Ziel das Problem der temporär nicht verfügbaren Ankerknoten zu lösen, bedienen sich dabei aber unterschiedlicher Mittel. SA-MCL nutzt ein dead reckoning Verfahren, um die Positionsschätzung vom letzten bekannten Standort weiter zu führen. Dies geschieht mit Hilfe von zusätzlichen Sensorinformationen, die von einem elektronischen Kompass und einem Beschleunigungsmesser zur Verfügung gestellt werden. PO-MCL hingegen nutzt das Mobilitätsverhalten von einigen Anwendungen in Sensornetzwerken aus, bei denen sich alle Knoten primär auf einer festen Anzahl von Pfaden bewegen, um den Lokalisierungsprozess zu verbessern. Beide Methoden werden durch detaillierte Netzwerksimulationen evaluiert. Im Fall von SA-MCL wird außerdem eine Implementierung auf echter Hardware vorgestellt und eine Feldstudie in einem mobilen Sensornetzwerk durchgeführt. Aus den Ergebnissen ist zu sehen, dass der Lokalisierungsfehler in Situationen mit niedriger Ankerknotendichte im Fall von SA-MCL um bis zu 60% reduziert werden kann, beziehungsweise um bis zu 50% im Fall von PO-MCL.

Un système de collecte sécurisé et de gestion des données pour les réseaux de capteurs sans fils

Le développement des réseaux de capteurs sans fil fait que chaque utilisateur ou organisation est déjà connecté à un nombre important de nœuds. Ces nœuds génèrent une quantité importante de données, rendant la gestion de ces données non évident. De plus, ces données peuvent contenir des informations concernant la vie privée. Les travaux de la thèse attaquent ces problématiques. Premièrement, nous avons conçu un middleware qui communique avec les capteurs physiques pour collecter, stocker, traduire, indexer, analyser et générer des alertes sur les données des capteurs. Ce middleware est basé sur la notion de composants et de composites. Chaque nœud physique communique avec un composite du middleware via une interface RESTFul. Ce middleware a été testé et utilisé dans le cadre du projet Européen Mobesens dans le but de gérer les données d'un réseau de capteurs pour la surveillance de la qualité de l'eau. Deuxièmement, nous avons conçu un protocole hybride d'authentification et d'établissement de clés de paires et de groupes. Considérant qu'il existe une différence de performance entre les noeuds capteur, la passerelle et le middleware, nous avons utilisé l'authentification basé sur la cryptographie basée sur les identités entre la passerelle et le serveur de stockage et une cryptographie symétrique entre les capteurs et les deux autres parties. Ensuite, le middleware a été généralisé dans la troisième partie de la thèse pour que chaque organisation ou individu puisse avoir son propre espace pour gérer les données de ses capteurs en utilisant le cloud computing. Ensuite, nous avons portail social sécurisé pour le partage des données des réseaux de capteursNowadays, each user or organization is already connected to a large number of sensor nodes which generate a substantial amount of data, making their management not an obvious issue. In addition, these data can be confidential. For these reasons, developing a secure system managing the data from heterogeneous sensor nodes is a real need. In the first part, we developed a composite-based middleware for wireless sensor networks to communicate with the physical sensors for storing, processing, indexing, analyzing and generating alerts on those sensors data. Each composite is connected to a physical node or used to aggregate data from different composites. Each physical node communicating with the middleware is setup as a composite. The middleware has been used in the context of the European project Mobesens in order to manage data from a sensor network for monitoring water quality. In the second part of the thesis, we proposed a new hybrid authentication and key establishment scheme between senor nodes (SN), gateways (MN) and the middleware (SS). It is based on two protocols. The first protocol intent is the mutual authentication between SS and MN, on providing an asymmetric pair of keys for MN, and on establishing a pairwise key between them. The second protocol aims at authenticating them, and establishing a group key and pairwise keys between SN and the two others. The middleware has been generalized in the third part in order to provide a private space for multi-organization or -user to manage his sensors data using cloud computing. Next, we expanded the composite with gadgets to share securely sensor data in order to provide a secure social sensor networkEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

Model Driven Development of Sensor Web Networks Architecture

Primjena Internet protokola u uređajima sa ograničenim resursima, dovodi do radikalne promjene Interneta i pojave potpuno novog koncepta pod nazivom Internet stvâri – Internet of Things (IoT), čiji je jedan od osnovnih gradivnih elemenata Senzor Web (SW) čvor. SW čvor predstavlja elementarni “resurs” u SW mreži koja se po svojoj prirodi može posmatrati kao nestrukturirana kolekcija gradivnih elemenata koji se mogu dinamički orkestrirati u virtuelne klastere, odnosno u arhi-tekturu. Cilj disertacije predstavlja unapređenje procesa razvoja arhitekture sistema baziranih na SW mrežama uz oslonac na dinamičko generisanje servisnog sloja u svrhu povećanja produktivnosti, održivosti i smanjenja troškova razvoja. Pod unapređenjem procesa razvoja arhitekture smatra se analiza, integracija i prilagođavanje postojećih sistema i pristupa projektovanja arhitekture senzorskih mreža, kao i sistema baziranih na IoT konceptima. U tu svrhu definisana je arhitektura SW mreža, kreiran domenski specifičan jezik, interaktivni grafički editor i alat za automatsku transforma-ciju modela u implementacione klase. U sklopu teze izvršena je i eksperimentalna verifikacija predloženog modela i razvojnog okruženja, čime je dokazana njhova praktična primjena.The use of Internet protocols in limited resources devices contributes to radical changes in the Internet and the emergence of an entirely new concept called the Internet of Things (IoT), consisted of the Sensor Web (SW) nodes as one of the basic building blocks. SW node is the elementary "resource" in the SW Network, which by their nature can be seen as an unstructured collection of blocks that can be dynamically orchestrated into the virtual cluster, or in the architecture. The aim of this thesis is to improve the process of developing a system archite-cture based on SW networks, relying on the dynamic generation of the service layer in order to increase productivity, sustainability and cost of development. The improvement of the architecture development process includes analysis, integration and adaptation of existing systems and sensor network architecture design approaches, as well as systems based on the IoT concepts. For this purpose, the archite-cture of the SW Network is defined, a domain-specific language has been created as well as interactive graphics editor and a tool for automatic transformation of models into the implementation class. As part of the dissertation, the experimental verification of the proposed model and the development environment were carried out demonstra-ting their practical application