Υλοποίηση MAC πρωτοκόλλου 802.15.4 για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την υλοποίηση των υπηρεσιών του υποεπιπέδου ελέγχου πρόσβασης στο μέσο (Medium Access Control - MAC), όπως αυτό περιγράφεται από το πρωτόκολλου IEEE 802.15.4, προκειμένου να ελεγχθεί η χρησιμότητα του στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Στο πρωτόκολλο 802.15.4 αναφέρονται όλες οι προδιαγραφές που θα πρέπει να έχουν τα ασύρματα δίκτυα προσωπικής περιοχής και χαμηλού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων (Low-rate Wireless Personal Area Networks ή LR-WPANs). Σκοπός της εργασίας είναι η επέκταση του προγράμματος SENSASIM, τo οποίο προσομοιώνει τη λειτουργία ενός εικονικού ασυρμάτου δικτύου αισθητήρων, προσθέτοντας τις απαραίτητες υπηρεσίες του υποεπιπέδου MAC. Αρχικά αναφέρονται για ποιο λόγο χρησιμοποιούμε τα δίκτυα PAN. Διασαφηνίζονται τι ακριβώς είναι ένα δίκτυο αισθητήρων, από τι αποτελείται και ποιες οι εφαρμογές του στη καθημερινή ζωή του ανθρώπου. Στη συνέχεια αναπτύσσονται οι βασικές υλοποιήσεις και αρχιτεκτονικές που χρησιμοποιεί το πρόγραμμα SENSASIM ώστε να διαπιστωθούν ευκολότερα στη συνέχεια τα όποια προβλήματα ενσωμάτωσης του υποεπιπέδου MAC. To επόμενο βήμα είναι η επακριβής ανάλυση και λειτουργία του πρωτοκόλλου 802.15.4, καθώς και η αναφορά των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων του. Ακολουθεί μια ενδεικτική αναφορά στα απαιτούμενα interfaces που πρέπει να υλοποιηθούν ενώ παράλληλα αναφέρονται όλες οι οντότητες, οι αναγκαίες μέθοδοι και τα μηνύματα που ανταλλάσουν οι υπηρεσίες των επιπέδων PHY (φυσικό επίπεδο) και ΜAC. Σημαντική είναι και η προσομοίωση ενός ασυρμάτου δικτύου αισθητήρων με το πρόγραμμα NS2. Το πρόγραμμα αυτό ενσωματώνει ήδη αρκετές λειτουργίες του 802.15.4 και είναι χρήσιμο εργαλείο για την κατεύθυνση που θα πρέπει να έχει η ανάπτυξη της εφαρμογής. Στη συνέχεια ακολουθεί η ανάπτυξη της εφαρμογής. Η γλώσσα που χρησιμοποιείται είναι η Java και περιλαμβάνει είτε προσθήκες και μετατροπές σε ήδη υπάρχοντα κώδικα, είτε καινούριες κλάσεις.