Rome University “La Sapienza”
Dipartimento di Informatica
Gruppo di Reti
Dott.ssa Chiara Petrioli
Energy efficient sensor networks
Il gruppo reti presso il DI alla “Sapienza”
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Strutturati: Giancarlo Bongiovanni, Chiara Petrioli,
Novella Bartolini (+ 5-6 laureati/dottorandi)
 Competenze: progetto e valutazione delle prestazioni
(analisi/sim. di rete/test-beds) di protocolli per reti:
– Next generation Internet, Content Delivery Networks
– Sistemi per pervasive e Ubiquitous computing; Bluetooth; Reti di
sensori; Protocolli a basso consumo energetico per reti radio
mobili; Reti Ad Hoc; Call admission in reti cellulari.
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Campi principali di attività in corso:
– Content Delivery Networks: soluzioni per piazzamento dinamico
delle repliche e per la ridirezione delle richieste verso ‘la
migliore replica’
– Pervasive/Ubiquitous computing: soluzioni per la formazione di
reti di nodi Bluetooth; individuazione e implementazione di uno
stack protocollare per reti di sensori, middleware per ubiquitous
computing.
Ubiquitous/Pervasive Computing
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Il paradigma dell“Ubiquitous Computing” è stato introdotto da
Mark Weiser nel 1988 per descrivere “The calm technology
that recedes into the background of our lives”
Vision: interconnettere tutti i dispositivi intorno a noi,
introdurre capacità di calcolo e comunicazione nei dispositivi
che ci circondano senza cambiare le modalità di interazione
con i medesimi creando degli ambienti intelligenti che
aumentino comfort, sicurezza, servizi a cui l’utente può
accedere.
 Interconnessione di laptops, cell phones, PDAs, headsets,
smart watch etc.) nella nostra ‘personal bubble’
 Home Networking
 Smart spaces, reti di sensori
Vincoli:Numero di dispositivi elevato, basso costo, bassa
potenza trasmissiva
Bluetooth
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E’ il primo standard che risponde alle
esigenze del paradigma di
ubiquitous/pervasive computing!
Stato della standardizzazione:
 E’ recentemente uscito BT v1.2 (limita
le interferenze con altri dispositivi in
Banda ISM, ad esempio dispositivi
WiFi)
 Allo studio BT v2.0 che, basandosi su
BT v1.1 e BT v1.2, consente quando
necessario di metter su collegamenti
con data rate più elevato.
Bluetooth Basics
I dispositivi BT sono organizzati in piconets, clusters composti da :
Un master
+ slaves (non più di 7 possono essere attivi/comunicare
contemporaneamente)
BT usa Frequency Hopping Spread Spectrum, ISM Band;
Tutti i nodi di una piconet usano la stessa sequenza di FH
calcolata un base a master ID e clock
Comunicazione Master (M) – Slave (S)
Le Piconet sono interconnesse tramite nodi che svolgono più
ruoli (parte del tempo in una piconet, parte in un’altra)
master/slave
additional piconet
Per interconnettere
Slave vicini
Slave comune
Scatternet Formation
Perche’ serve?
Anche in reti di
dimensione limitata è
necessario per 1) limite 7
slave attivi 2) offrire a
ciascun utente un data rate
soddisfacente
Tre fasi:
Device Discovery
Piconet Formation
Piconet Interconnection
Scatternet formation
Un buon protocollo di scatternet formation deve:
Essere totalmente distribuito, basarsi su info locali
Generare scatternet connesse
Generare scatternet con piconet di dim. limitate (<=7)
Limitare il numero di gateway intermedi, evitare l’uso di
interconnessioni tra piconet master-master, limitare il numero di
ruoli per nodo
Selezionare i master in base alle risorse residue dei nodi
Generare scatternet fortemente magliate (per robustezza)
Essere self-healing
Metriche: tempo di formazione della scatternet, numero di
piconet, lunghezza delle rotte, numero di schiavi, numero di ruoli,
overhead
Scatternet formation in Bluetooth Networks, Basagni, Bruno, Petrioli
Wiley IEEE Press, book on Ad Hoc Networks, in press.
BluePleiades e BlueStars
Idea:
(in collaborazione con gruppo Prof. Panconesi)
Device discovery (scoprire i vicini) estremamente costosa, non
tutti i vicini possono essere scoperti in tempo utile (non bastano
20s!!)
E’ sufficiente scoprire ‘abbastanza vicini’ in modo da avere una
topologia connessa (su cui far girare l’algoritmo di scatternet
formation -BlueStars)
Tramite modelli teorici si sono derivate regole locali per
individuare quando si sono scoperti sufficienti vicini in modo che
tale proprietà sia soddisfatta. Tali regole garantiscono anche che
il numero di tali vicini sia <=7.
Nuova device discovery (Blue Pleiades) porta in poco tempo (
circa 6s) a scoprire <=7 vicini tali che la topologia risultante sia
connessa
Facendo girare un semplice protocollo di scatternet formation
(BlueStars) in circa 2s si ha una rete multi-hop Bluetooth.
BlueStars velocizzato dal fatto che BluePleiades produce una
topologia sparsa.
Risultati: confronto prestazionale
Tempi ragionevoli di formazione della scatternet
Protocollo semplice
Buone caratteristiche della scatternet risultante (lunghezza delle
rotte, numero e tipo di ruoli dei nodi, numero di piconet, numero
di schiavi per piconet)
Basso overhead
Migliore delle soluzioni finora proposte per multi-hop scatternet
formation
Valutazione delle prestazioni tramite estensione Bluetooth the
simulatore di rete ns2 da noi sviluppata
Sviluppi…
Soluzione integrata scatternet formation/scheduling/routing
Situazioni dinamiche
Ottimizzazioni inter-livello dei protocolli
 Progetto MAGELLAN
Progetti nazionali/internazionali
Progetti internazionali
EEC ITEA MAGELLAN (Multimedia Application Gateways for Enterprise
Level Lans).
EEC ITEA BARTENDER
EEC STREP Secure, Internet-able Mobile Platforms Leading Citizens
Toward Simplicity (SIMPLICITY)
EEC IST EYES (EnergY Efficient Sensor networks)
EEC ITEA POLLENS (Platform for Open, Light,Legible, & Efficient
Network Services)
EEC ITEA RTIPA (Real time Internet Platform Architectures)
Progetti nazionali
conclusi
FIRB Virtual Immersive COMmunications (VICOM).
COFIN Protocolli e Strategie Interlivello Energicamente Efficienti per
Reti Riconfigurabili, Ad Hoc e di Sensori (PATTERN).
FIRB WEBMINDS
EYES
Obiettivo: sviluppare uno stack protocollare per reti di sensori
Possibili applicazioni: monitoraggio ambientale (incendi,
inquinamento, agricoltura di precisione, fenomeni sismici), edifici
intelligenti, sistemi di sicurezza, applicazioni militari,..
Sistemi a bassissimo consumo energetico, con altissimo numero
di nodi con risorse estremamente limitate
Unità di Roma si occupa di: Routing, MAC, localizzazione,
sicurezza
Collaborazioni con industrie
Soprattutto in ambito internazionale …
DoCoMo, Siemens, Infineon, Nedap, Alcatel, Philips, Thales,
Thompson,…
Telecom Italia, Altran
Esperienze in ambito di test-bed prototipi,
qualche esempio:
Soluzione per QoS su IP introdotta in gatekeeper H323 prototipale di
Philips
Soluzione per ridirezione trasparente delle repliche implementata su
router prototipali 6Wind/Alcatel
In corso: implementazione di protocolli su nodi sensori Infineon/Nedap
Per maggiori informazioni
[email protected]