7. - Arhitektura senzorskih mreža · Tehnologije Bluetooth • Bluetooth beži čna tehnologija zbog svojih osnovnih karakteristika, malih dimenzija, niske potrošnje i cijene, može

ZAVOD ZA INFORMACIJSKO KOMUNIKACIJSKI PROMET

ARHITEKTURA SENZORSKIH MREŽA

prof. dr. sc. Dragan Perakovićdoc. dr. sc. Marko Perišaprof. dr. sc. Slavko Šarićdr. sc. Ivan Forenbacher

www.fpz.unizg.hr

Sadržaj predavanja

• Ambient Assisted Living - AAL koncept– Definicija– Koncept i arhitektura sustava

• Tehnologije– AIDC– Bluetooth beacon

• Casey study AAL

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptDefinicija i terminologija

• Definicija– Ambient Assisted Living koncept podrazumijeva

razvoj novih inovativnih rješenja (proizvoda, usluga ili sustava) temeljenih na suvremenim IK tehnologijama

– AAL koncept temelji se na AmI - Ambient Intelligencekonceptu, gdje se trenutno dostupna tehnologija pokušava staviti u funkciju pružanja točnih informacija o okruženju

• Ciljevi– Podizanje stupnja kvalitete života osobama smanjene

ili otežane pokretljivosti te osoba s invaliditetom

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptAmI - Ambient Intelligence

• AmI - Ambient Intelligence• Prikupljanje informacija iz okoline s ciljem stvaranja

percepcije okruženja u kojem se korisnik nalazi.• Informacije se prikupljaju senzorskom tehnologijom:

– RFID– NFC– Bluetooth– WiFi (WSN - Wireless sensor network)– Različite verzije senzora (Arduino…)– IoT

• Primjer korištenja su pametne kuće

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptArhitektura sustava

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptArhitektura sustava

• Operacijski sloj – hardware, komunikacija, operativni sustav, baza podataka

• Sloj odlučivanja i inteligencije – logika, ontologija, korisnička baza znanja, multi-agent, ekspertni sustavi…

• Senzori – RFID, mreža senzora, Beacon…• Odaziv sustava – reakcija sustava na identifikaciju

senzora i provedene logike rada• Korisnički zahtjevi• Interakcija korisnika i sustava

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptArhitektura sustava

• AAL sustavi na osnovi prikupljenih informacija koriste visoku razinu razmišljanja i procese donošenja odluka s ciljem pružanja točne informacije krajnjem korisniku.

• IoT – Internet of things• Cloud Computing u konceptu AAL (CCfB koncept)

– Stakeholderi – interesne skupine– Davatelj usluge– Funkcionalnosti– Tehnologije povezivanja (MTU ili Web)– Korisnički zahtjevi

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptArhitektura sustava

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• AIDC tehnologija– Automatska Identifikacija i prikupljanje podataka.– Identifikacija: nedvosmisleno i jednokratno

označavanje proizvoda, pojmova i pojava

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• RFID – Radio Frequency Identification– RFID je tehnologija koja koristi tehniku frekvencijskih

radiovalova za razmjenjivanje podataka • Mogućnost beskontaktne identifikacije• Očitanje u elektromagnetskom polju ili radio valovima.• Podaci su pohranjeni u mikročipu.• Nosioci informacije -Tagovi / aktivni ili pasivni.• Sustav koji koristi razne frekvencije i protokole za slanje

podataka bežično.

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• LF-LowFrequency– 125kHz ili 134 kHz– 1mm do 100mm ,– blizina vode i metala im ne smeta

• HF –HighFrequency– 13,56 MHz,– Kratko polje čitanja– Mogu se koristiti u blizini metala i vode– Dobro definirano polje– Definirani i ustanovljeni standardi– Smart cards, kontrola pristupa, označavanje u proizvodnji

• UHF –Ultrahigh Frequency– 860-960 MHz– Long range do 10 m (sa posebnim tehnologijama i više –200m)– Standardi u razvoju, voda i metal im smetaju ,– Koriste se za palete i ambalažu, te na trgovačkim artiklima

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• Fizikalni prikaz

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• Osnovni princip rada (generički)– Čitač emitira energiju;– Tag odgovara kada primi energiju;– Čitač pretvara radio valove u nule i jedinice;– Mrežom binarni podaci dolaze do middlewarea radi filtracije;– Midleware prosljeđuje podatke aplikativnom softveru.

• Vrste tagova:– Aktivni

• vlastito napajanje (baterija)– Polu-aktivni

• baterija pogoni samo čip (ne i komunikaciju!)– Pasivni

• koriste isključivo energiju čitača/antena

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• RTLS sustav – kombinacija RFID i WiFi

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• Primjer korištenja za usmjeravanje korisnika

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• Standardizacija RFID oznaka

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• NFC tehnologija - Near field (NF) i Far Field (FF)• Near Field

– Low Frequency (LF) i High Frequency (HF)– zona čitanja mala , ali dobro definirana– Čitanje u zoni je konzistentno– Dobra penetracija signala kroz materijale– Otporno na vodu i vlagu

• Far Field– Ultra High Frequency (UHF)– tag se napaja energijom čitača– antene u tagovima obično veće –moraju uhvatiti čim više

energije! • Near Field je magnetske, a Far Field je elektromagnetske prirode

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• NFC radi na frekvenciji 13.56 Mhz uz protok podataka od 424 kbps.

• Rad se zasniva na principu magnetske indukcije koja se stvara među dvije antene uređaja. Između te dvije antene se stvara prethodno spomenuto inducirano polje kroz koje se mogu slati električni impulsi, odnosno podaci.

• Dva su tipa čipa – prijamnik i predajnik. Prijamnik je pasivni, dakle ne treba napajanje, dok ga predajnik mora imati.

• NFC prijamnici zbog toga mogu biti izvedeni kao naljepnice ili tanki sloj plastike što ga čini iznimno fleksibilnim za ugradnju u razne uređaje.

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije AIDC

• Postoje tri vrste uređaja koji mogu sudjelovati u prijenosu podataka putem NFC tehnologije, a to su:– NFC čitač se koristi kao inicijator u NFC komunikaciji.– NFC mobilni telefon može biti i aktivan i pasivan uređaj u zavisnosti od

potreba aplikacije u kojoj se koristi.– NFC tag je pasivan uređaj koji može komunicirati sa aktivnim uređajem.

• 3 načina funkcioniranja: – Peer-to-peer komunikacija predstavlja način komunikacije između NFC

uređaja. Ovaj način ne podržava bez kontaktnu API komunikaciju.– Read/Write način rada omogućava aplikativnu razmjenu poruka koje su

definirane u okviru standarda NFC Foruma. Ovaj dio komunikacije ima sigurnosne nedostatke i kao takav predstavlja način koji se aplikativno može nadograđivati ponajviše u pogledu sigurnosti. Ovaj način podržava bez kontaktnu API komunikaciju.

– NFC Card emulacija je način koji omogućava NFC mobilnim terminalnim uređajima da se ponašaju kao standardne smart kartice. Ovaj dio komunikacije je siguran i podržan od strane bez kontaktne API komunikacije.

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije Bluetooth

• Bluetooth je bežični protokol za razmjenu podataka na kratkim udaljenostima između fiksnih i/ili mobilnih uređaja (v.1,2,3), v4.0 i veće pokrivanje.

• Bluetooth uređaji rade u frekvencijskom pojasu od 2.4GHz

• Verzije Bluetooth tehnologije i njene karakteristike.

Verzija Max data rate

v1.0, v1.0b, v1.1 768kbps

v1.2 1Mbps

v2.0 i v2.1+EDR (Enhanced dana rate) 3Mbps

v3.0 24Mbps

Smart v4.0. i v4.1 24Mbps

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije Bluetooth

• Verzija 4.0 Bluetooth tehnologije– prvi komercijalni uređaj Appleov iPhone 4S krajem 2011. godine.– BLE – Bluetooth low energy, jako mali izvor napajanja.– U svrhu lociranja i informiranja mogu se koristiti Beacon i

iBeacon uređaji

• Beacon tehnologija– Omogućavaju interakciju s korisnicima u realnom vremenu,

identificiraju njihove želje, navike i omiljene lokacije te im pružaju točnu i pravovremenu informaciju.

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije Bluetooth

• Beacon uređaj se napaja baterijom i preko Bluetooth Low Energy tehnologije emitira signal.

• Signal identificira MTU (Android ili iOS operativnim sustavom) te se putem aplikativnog rješenja informira korisnika

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije Bluetooth

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptTehnologije Bluetooth

• Bluetooth bežična tehnologija zbog svojih osnovnih karakteristika, malih dimenzija, niske potrošnje i cijene, može postati sveprisutna u malim elektroničkim uređajima kao što je to danas infracrvena tehnologija.

• Zbog svojih specifičnosti Bluetooth bežična tehnologija nije izravan konkurent već postojećim i dobro usvojenim tehnologijama.

• Bluetooth je komplementaran mobilnim mrežama druge i treće generacije i WLAN mrežama.

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptCase study

• Beacon mreže u prometu

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptCase study

• Beacon mreže u prometu – arhitektura sustava

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptCase study

• AAL koncept u zatvorenim prostorima

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptCase study

• NFC u zatvorenim prostorima

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptCase study

• NFC u zatvorenim prostorima

www.fpz.unizg.hr

AAL konceptCase study

• Arduino narukvica - SAforA