Codarea de rețea în cadrul rețelelor de senzori

Introducere

Retele de senzori fara fir sunt folosite pentru a masura sau a monitoriza evolutia temporala a unor marimi fizice ce au o distributie spatiala de obicei neuniforma. Aceste retele sunt formate din module autonome care au de obicei in componenta unul sau mai multi senzori de diferite tipuri, un microcontroller, un modul de transmisie-receptie si o sursa de alimentare (baterie). Pe langa aceste module pentru a asigura conexiunea in retea sunt integrate si routere. Informatia de la senzorii de pe teren este stransa intr-un nod principal care are functii de analiza a datelor si de control. Din multimea elementelor unui nod senzor, bateria este elementul care dicteaza o serie de caracteristici ale modulului.

Figura 1 – Exemplu de senzor fara fir

Capacitatea bateriei de a stoca energie este limitata, de aceea senzorii trebuie sa consume foarte putin. Daca marimile fizice pe care le masoara sunt lent variabile in timp senzorii trebuie sa stea foarte mult timp intr-un mod de functionare minimal in care majoritatea componentelor sunt oprite. Acest lucru determina urmatoarea caracteristica : conexiunea intre senzori trebuie sa fie flexibila si sa fie usor stabilita atunci cand senzorii se trezesc pentru a efectua transmisiuni.

De asemena dupa un timp de functionarea este posibil ca senzorii sa se defecteze sau sa ramana fara baterie. Reteaua trebuie sa fie foarte putin afectata de acest lucru si datele de la senzorii din jurul celui stricat sa compenseze informatia lipsa.

Pe langa cele mentionate mai sus trebuie atins si faptul ca modulele de comunicatii consuma cea mai multa energie in cadrul unui nod.

Pornind de la cerintele mentionate in alineatul precedent s-au dezvoltat o serie de tehnici pentru a creste timpul de viata al senzorilor si pentru a trimite informatia catre centrele de prelucrare si interpretare.

Figura 2 – Consumul de current in timpul efectuarii unei

singure transmisiuni in cadrul unui sensor de temperatura

Conceptul – Codare de retea

Codarea de retea este un domeniu nou introdus in cadrul teoriei informatiei si constituie obiect de cercetare pentru din ce in ce mai multi oameni de stiinta.

Codarea de retea este in sine un algoritm ce schimba modul in care se face routarea la ora actuala cu scopul de a utiliza la maxim capacitatea retelei. Acest lucru face ca viteza de transfer a informatiei sa creasca si, in cazul retelelor de senzori transmisiunea sa se efectueze mai rapid si modulele de transmisie-receptie sa stea mai putin pornite astfel consumand mai putina energie. Astfel, un router la ora actuala primeste pachetele de date si le trimite mai departe nemodificate. Daca in schimb se foloseste metoda codarii de retea, routerul primeste pachetele de date si trimite mai departe o combinatie de acele pachete. Scopul final fiind sa se obtina fluxul maxim de informatie in retea.

Metoda codarii de retea a fost introdusa de R. Ahlswede la inceputul deceniului trecut, demonstrand cum codarea de retea poate sa creasca cantitatea de informatie transferata prin retea si sa creasca robustetea retelei. Ideea acestei metode este foarte simpla. Routerele care formeaza nodurile intermediare intr-o retea, combina pachetele primite trimitand o combinatie liniara a acestora si formand o noua reprezentare a pachetului original, care pentru a fi decodat si a receptiona mesajul original intr-un mod in care receptorul doar trebuie sa aiba un numar suficient de combinatii liniare independente pentru acele pachete in asa fel incat sa poata sa le decodeze si sa reconstituie mesajul original indiferent de ce combinatii specifice sunt receptionate (Quintela, 2010).