Τι είναι τα δίκτυα αισθητήρων:
Τα Δίκτυα Αισθητήρων (Wireless Sensor Networks, WSN) αποτελούν μια
πρόσφατη, ραγδαία ανερχόμενη δικτυακή τεχνολογία. Τα δίκτυα αυτά
αποτελούνται από μεγάλο πλήθος (ακόμα και χιλιάδες) μικροσκοπικών
συσκευών (στη διάσταση του κυβικού εκατοστού), που ενσωματώνουν
δυνατότητες υπολογισμού, ασύρματης επικοινωνίας, περιορισμένη μνήμη,
ενώ λειτουργούν με μικρή μπαταρία και φέρουν ποικιλία αισθητήρων για
μέτρηση της θερμοκρασίας, του επιπέδου του φωτός, της υγρασίας, κίνησης
κλπ.
Το ορατό μέλλον (αριστερά) και το παρόν (δεξιά)
Το όραμα
Ενώ κάθε μια συσκευή αυτή καθαυτή έχει μικρές δυνατότητες και υπόκειται
σε αυστηρούς περιορισμούς (π.χ. πολύ περιορισμένη ενέργεια, τοπική
γνώση), η κατανεμημένη αυτό-οργάνωση των συσκευών σε ένα αδόμητο δίκτυο
και η αποδοτική και ευσταθής συνεργατική τους λειτουργία μπορεί να
πραγματοποιήσει μεγάλες κλίμακας ανιχνεύσεις.
Η τυπική αποστολή ενός WSN είναι ο εντοπισμός ενός
τοπικού φαινόμενου: ένας αισθητήρας ανιχνεύει τοπικά μια μεταβολή (π.χ.
μια πυρκαγιά σε ένα δάσος). Στη συνέχεια, μεταδίδει σχετική πληροφορία,
με τη συνεργασία των υπόλοιπων αισθητήρων, προς ένα κέντρο αναφοράς.
Ακολουθεί μια γραφική αναπαράσταση:
Ένα σύννεφο έξυπνης σκόνης (smart dust cloud)
Τα WSN έχουν πολυάριθμες, σημαντικές εφαρμογές:
περιβαλλοντικές, κατά την απομακρυσμένη παρακολούθηση μιας περιοχής
ενδιαφέροντος (π.χ. εντοπισμός πυρκαγιών, πλημμυρών, σεισμικής και
ηφαιστειακής δραστηριότητας), εφαρμογές στην οικονομία και βιομηχανία
(π.χ. στη γεωργία ακριβείας, στη χρόνια παρακολούθηση της επιβάρυνσης
και φθοράς ενός κτιρίου), εφαρμογές στην περιβάλλουσα νοημοσύνη (π.χ.
στα λεγόμενα «έξυπνα» σπίτια, στα «έξυπνα ρούχα»), στην υγεία
(τηλε-παρακολούθηση ασθενών, βοήθεια σε άτομα με ειδικές ανάγκες),
εφαρμογές ασφάλειας και άλλες πολλές εφαρμογές.
Επίσης, τα δίκτυα αισθητήρων είναι βασική τεχνολογία για μείζονα τεχνολογικά οράματα όπως είναι το Διαδίκτυο των Αντικειμένων (Internet of Things, IoT). Τέλος, μία σημαντική τεχνολογική τάση που διασταυρώνει τα δίκτυα αισθητήρων με κινητές συσκευές είναι ο πληθοπορισμός (crowdsourcing), και ειδικότερα το crowdsensing. Δείτε ενδεικτικά το ευρωπαϊκό έργο IoT-Lab στο οποίο συμμετέχει το ΙΤΥΕ.
Που εστιάζει το μάθημα:
Λόγω των υψηλών απαιτήσεων απόδοσης των σχετικών εφαρμογών
υπό συνθήκες σημαντικών περιορισμών των συσκευών, είναι απαραίτητη η
ανάπτυξη εγγυημένα αποδοτικών (γρήγορων, ενεργειακά φθηνών, απλών,
τοπικών) και ευσταθών (ανθεκτικών σε λάθη, δυναμικές μεταβολές και
επιθέσεις) αλγορίθμων.
Το μάθημα εστιάζει ακριβώς στη μελέτη αφαιρετικών (abstract)
μοντέλων για δίκτυα αισθητήρων (χωρο-χρονικά μοντέλα ανάπτυξης των
αισθητήρων και τοπολογίες, αλληλεπιδράσεις, μοντέλα ενέργειας, μοντέλα
κίνησης κλπ) και στο σχεδιασμό και την ανάλυση αλγορίθμων για σημαντικά
προβλήματα (διαδρόμιση δεδομένων, ελαχιστοποίηση ενέργειας, εντοπισμός
θέσης και κινούμενων οντοτήτων, αποφυγή εμποδίων κλπ). Αξίζει να
σημειωθεί ότι οι ιδιαιτερότητες των WSN δημιουργούν μείζονες προκλήσεις
για τον κατανεμημένο υπολογισμό και απαιτείται η ανάπτυξη νέων
πρωτοκόλλων, μοντέλων και αλγοριθμικών τεχνικών, αφού οι διαφορές με τα
άλλα κατανεμημένα συστήματα (ακόμα και με τα «συγγενή» αδόμητα κινητά
δίκτυα) είναι μεγάλες.
Λόγω της ισχυρά τεχνολογικής φύσης των δικτύων αυτών,
συμπληρωματικά θα μελετηθούν πειραματικές υλοποιήσεις αλγορίθμων,
θέματα προσομοίωσης και περιβάλλοντα ανάπτυξης εφαρμογών.