Wireless Sensor & Actuator Networks

1. Wireless Sensor &Actuator Networks Michele Zorzi

2. sensor node BASESTATION Cosa sono le WSAN ? • Dispositivi dotati di • Controllore, Memoria • Wireless radio • Sensori e attuatori • Batterie • Economici • Comunicazione multi-hop • Programmabili (miniPC)

3. Possibili applicazioni Great Duck Island (Berkeley) • monitoraggio ambientale • sorveglianza • controllo ambientale • automazione industriale • beni culturali Macroscope in Redwoods (Berkeley) SF Bridge Smart Kindergarden (UCLA) CodeBlue (Harvard)

4. Contesto internazionale • Centri interdisciplinari world-wide: • CHESS (UC Berkeley): 20 docenti • WSAN, WSL (Stanford): interdisciplinare • CENS (UCLA): 50 docenti, interdipartimentale • CSNC (BU, Maryland, Harvard): Interuniversitario • Convergence Lab (Urbana) • WCGWCL (EPFL) • CoopNets (KTH) • Gruppi di ricerca specifici in grosse aziende • INTEL, MICROSOFT, Terminodes (consorzio svizzero univ+industria) • trend internazionale verso interdisciplinareita’

5. Stato dell’arte ( e limiti): aspetti scientifici-metodologici • Molti problemi ancora aperti (vedi WiSeNts, rapporto UE su WSANs e rapporto di ON World su WSANs) • connettivita’ • Instradamento pacchetti • Elaborazione distribuita segnali • Modelizzazione • Progettazione dispositivi elettronici a basso consumo • Sfruttamento fonti alternative di energia • Sicurezza • …..

6. Stato dell’arte ( e limiti): aspetti tecnologici-implementativi • Pochi laboratori al mondo possiedono testbed stabili con piu’ di qualche decina di nodi • Rare applicazioni commerciali, per la maggior parte demo sviluppati in ambito accademico • Molte start-up e interesse di grosse aziende…ma pochi prodotti • Ancora forti difficolta’ implementative in termini di scalabilita’ e robustezza

7. Gruppi\aree DEI interessate • Calibration and Data Validation • Data Management Algorithms • Adaptive Systems • System Integration • Scalability • Energy Efficiency • Security • Quality of Service • Embedded software design

8. Gruppi promotori del progetto Dispositivi a basso consumo e lunga autonomia Algoritmi intelligenti e adattivi di stima e controllo Calibrazione Modellizzazione e Certificazione WSANs Protocolli ed algoritmi di rete

9. Obiettivi del Progetto • Lungo termine: • centro di eccellenza richiede arco temporale 5-10 anni • Assunzione di personale strutturato • Breve-medio termine • Idee concrete, obiettivi verificabili entro 3-5 anni

10. Obiettivi a lungo termine • Creare presso il DEI un Centro di Eccellenza interdisciplinare su WSAN • Sviluppare e mantenere uno o piu’ testbed a livello di dipartimento • Offerta didattica • Corsi per LS e Ph.d. • Argomenti di tesi • Creare ambiente favorevole al trasferimento tecnologico e alla creazione d’impresa

11. Obiettivi lungo termine: (I) scientifici e metodologici • Ricerca multisciplinare ed “olistica” • Fonti energetiche alternative per WSANs • Modellizzazione, caratterizzazione e certificazione • Algoritmi intelligenti di comunicazione, stima e controllo • Protocolli di rete • Elaborazione distribuita dei dati • Numerose problematiche scientifiche legate in particolare a scalabilita’, complessita’ ed efficenza energetica

12. Obiettivi del progetto (lungo termine):(II) tecnologici • Sviluppo di applicazioni concrete come stimolo per la ricerca piu’ metodologica • Ambient intelligence: • Monitoraggio e controllo di edifici o aree di interesse • Misure e controlli periodici, basso consumo energetico • Security and Surveillance: • Individuazione, riconoscimento ed inseguimento di persone od oggetti (aereoporti, ospedali, fabbriche..) • Misure e controlli ad evento, limitati ritardi, alta robustezza e affidabilita’

13. Obiettivi del progetto (lungo termine): (III) educativi • Creazione di corsi specifici su WSANs • Creazione di corsi per progettazione di sistemi piuttosto di singoli elementi del sistema • Creazione di corsi con forte contenuto tecnologico ed applicativo

14. Obiettivi del progetto (lungo termine): (IV) implementativi e sperimentali • Attualmente: piccole reti di sensori dispositivi presenti nei nostri lab (~10-40 nodi) • Creazione di un apparato sperimentale di ~100-400 nodi eterogenei) accessibile non solo a ricercatori ma anche a studenti ed eventualmente dall’esterno • Fondi per acquisizione HW disponibili attraverso progetto CARIPARO recentemente approvato

15. Obiettivi del progetto (lungo termine): (V) imprenditoriali • Attualmente molto interesse su WSANs ma pochi prodotti commerciali (moltissimi evaluation-kits da differenti aziende) • Tecnologia radicalmente diversa e quindi diffidenza • Mancanza di conoscenze specifiche nell’industria (non solo locale) • Grosse opportunita’ per trasferimento di tecnologia, start-ups/spin-offs, inserimento degli studenti con elevate competenze specifiche • Disponibilita’ di finanziamento (UE e industria)

16. Obiettivi del progetto (breve termine): modelizzazione sensori e reti di sensori • Caratterizzazione di sensori e reti di sensori • Interferenza, calibrazione, misure di QoS, sensor fusion, validazione, certificazione • Efficienza e gestione energetica • Cross-layer design, elettronica a basso consumo, MAC e routing energy-aware, sorgenti alternative • Algoritmi e protocolli intelligenti per la gestione dati • Stima e controllo distribuiti, consensus, network coding, localizzazione e tracking, routing intelligente • Integrazione del sistema e dimostratori • Campagne di misure, demo, testbed semipermanente

17. Benefici per il dipartimento • Creazione di un gruppo di eccellenza su WSANs e conseguente visibilita’ internazionale • Attrazione di studenti e realta’ imprenditoriali non solo locali ma nazionali ed internazionali • Trarre beneficio da attivita’ su WSANs gia’ avviate in alcuni gruppi proponenti, ma di carattere settoriale • Cofinanziamento nuovo personale docente fondamentale per creare il necessario collegamento tra i gruppi (differenziazione con realta’ attuali) • Maggiore facilita’ ad attrarre finanziamento dalla UE e industria

18. Fattibilita’ del progetto • Alcune competenze gia’ disponibili al DEI • Fondi per acquisto HW disponibili • Contatti con centri di eccelleza internazionali gia’ avviati • Forte entusiasmo e motivazione dei proponenti al successo del progetto

19. Proponenti • Responsabile progetto: • Michele Zorzi • Responsabili settori disciplinari • Michele Zorzi, Sandro Zampieri, Giorgio Spiazzi, Claudio Narduzzi • Altri partecipanti: • Docenti: A. Zanella, M. Rossi, L. Schenato, A. Beghi, M.E. Valcher, R. Frezza, L. Rossetto, L. Benettazzo, M. Bertocco, A. Sona (+P. Mattavelli e S. Buso da Vi) • Dottorandi ed assegnisti: P. Cesari, E. Fasolo, F. Zorzi, S. DelFavero, R. Carli, L. Corradini, E. Orietti, G. Giorgi, P. Zanchetta, G. Gamba

20. Punti Budget Richiesti • Ricercatore ING-INF/01 • Ricercatore ING-INF/03 • Ricercatore ING-INF/04 • Ricercatore ING-INF/07 • Tutti i posti cofinanziati per il 50% dai gruppi di ricerca e per il 50% dal dipartimento

21. Obiettivi e metriche di valutazione • Produzione scienfica data da pubblicazioni con autori di aree di ricerca differenti • Evidenza che approccio multisciplinare porta dei vantaggi • Produzione di ricerca non solo strettamente metodologica, ma anche sperimentale e di progettazione • Programmi di scambio con prestigiose centri di ricerca internazionali per Ph.D, pubblicazioni congiunte • Presentazione di proposte finanziamento interdisciplicare a UE • Creazione Centro di Eccellenza: • Creazione e mantenimento sito web in cui esporre risultati ma anche creare delle risorse per chi interessato a WSANs • Creazione di serie di seminari aperti al dipartimento Industrial and Open-Lab Days aperti all’esterno per pubblicizzare ricerca ed attrarre indistria e la societa’ civile • Creazione di 1 corso per Ph.D. e 1 per Laurea Specialistica • Creazione e mantenimento di testbedsu grande scala (~100-400 nodi su 500x500metri) per raccolta dati e test scientifici • Sostegno alla creazione di eventuali start-up fornendo supporto tecnico e auito amministrativo

22. Domande e discussione