Μελέτη, σχεδίαση και προσομοίωση ασύρματου δικτύου εσωτερικού χώρου και χαμηλής ενέργειας

Abstract

Το Industrial Internet of Things (IIoT), ή αλλιώς η Έξυπνη Βιομηχανική Ολοκλήρωση, αναφέρεται στην ένταξη των δικτύων και των συσκευών μεταξύ τους στον βιομηχανικό τομέα. Το IIoT αξιοποιεί τη συνδεσιμότητα, την ανάλυση δεδομένων, την τεχνητή νοημοσύνη και τη μηχανική μάθηση για να βελτιστοποιήσει τις διαδικασίες και την απόδοση των βιομηχανικών εγκαταστάσεων. Από την αισθητήρια παρακολούθηση και τον έλεγχο των μηχανών έως την αναλυτική πρόβλεψη συντήρησης και την αυτοματοποίηση της παραγωγής, το IIoT έχει μεταμορφώσει τον τρόπο λειτουργίας των βιομηχανικών κλάδων. Παράλληλα με το IIoT η έννοια των Δικτύων Έξυπνων Οικιακών Συσκευών (Smart Home Area Networks) έχει επίσης εμφανίσει μια νέα εποχή στον κόσμο της οικιακής αυτοματισμένης τεχνολογίας. Οι έξυπνες οικίες τώρα μπορούν να συνδέσουν και να ελέγχουν ένα ευρύ φάσμα συσκευών, όπως φωτισμός, θερμοστάτες, κάμερες ασφαλείας, ηλεκτρικές συσκευές και ακόμα και συστήματα ασφαλείας, μέσω μιας κεντρικής πλατφόρμας διαχείρισης. Αυτό δίνει στους κατοίκους πλήρη έλεγχο και πρόσβαση στο σπίτι τους από απόσταση, επιτρέποντάς τους να προσαρμόσουν και να διαμορφώσουν το περιβάλλον τους κατάλληλα προς τις προτιμήσεις τους. Τα Smart Home Area Networks επιτρέπουν επίσης τη δημιουργία έξυπνων ενεργειακών συστημάτων, με την ολοκλήρωση των ηλεκτρικών συσκευών, των φωτοβολταϊκών πάνελ και των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας. Αυτό επιτρέπει την αυτόματη παρακολούθηση και διαχείριση της ενεργειακής κατανάλωσης, με στόχο τη μείωση των ενεργειακών απωλειών και τη βελτίωση της αποδοτικότητας. Στη διατριβή αυτή, εξετάζουμε τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που μπορούν να υποστηρίξουν την υλοποίηση ενός έξυπνου οικιακού δικτύου. Περιγράφουμε το Bluetooth Low Energy, τα χαρακτηριστικά του, τις δυνατότητες διαμόρφωσής του και κατά πόσο μπορεί να προσφέρει στις λειτουργίες έξυπνης διαχείρισης φωτισμού. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις οπτικές επικοινωνίες – VLC και στα χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου IEEE-802.15.7 Το Li-Fi χρησιμοποιεί ως κόμβους τις φωτιστικές πηγές του Smart Lighting System και παρέχει υψηλές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων σε downlink συνδέσεις. Το εργαλείο που χρησιμοποιείται για την προσομοίωση των διαφόρων σεναρίων είναι το OMNeT++ στην έκδοση 6.0.1 στο οποίο έχει εγκατασταθεί το πακέτο INET. Το τελευταίο είναι αυτό που μας έδωσε τη δυνατότητα σχετικά γρήγορα και χωρίς να γράψουμε καινούριο κώδικα να υλοποιήσουμε το MAC επίπεδο του 802.15.7 τροποποιώντας το πρωτόκολλο 802.15.4 που βρίσκεται ενσωματωμένο σε αυτό.