1. SANET
De installatie van draadloze sensor en actuator
netwerken in commerciële, industriële of residentiële
gebouwen biedt talrijke voordelen. Toepassingsdomeinen
zoals verlichting, bewaking, airconditioning,
branddetectie, domotica, enz. hebben baat bij een
draadloos netwerk. Eén van de voordelen is dat er zeer
gemakkelijk een extra sensor of actuator kan bijgeplaatst
worden. Het Ubinet SWU ( Error! Reference source not
found.) netwerk is immers zelfvormend. Zonder
technische interventie of lange (=dure) installaties wordt
de nieuwe sensor of actuator deel van het netwerk en
direct operationeel. De module zal immers automatisch
het netwerk zoeken. Indien een bepaalde module
onbereikbaar is zal dankzij het mesh netwerk toch een Figuur 1 Ubinet Synchronized Wake
route gevonden worden naar de bestemming.
Zeer laag energieverbruik
Ubinet SWU (dit staat voor Synchronized Wake Up) is een unieke mesh netwerk technologie die
huidige standaarden overtreft op gebied van laag energieverbruik.
Gebaseerd op de populaire IEEE 802.15.4 standaard werd er extra functionaliteit aan toegevoegd die
het mogelijk maakt dat een sensor jaren kan werk op slechts enkele batterijen. Het is zelfs mogelijk
dat het toestel werkt op zonne-energie of trillingen uit de omgeving.
Er zijn vier factoren die aan de basis liggen van energie verbruik in sensor netwerken:
Botsingen van pakketten
Luisteren zonder dat er een pakket wordt ontvangen
Afluisteren van andere berichten
Controle pakketten die geen functionele data bevatten
Dankzij het Ubinet SWU protocol wordt er geen energie verspild doordat de radio afgezet wordt
wanneer de node geen data verwacht. Door sporadisch wakker te worden volgens een
gesynchroniseerd schema kunnen de nodes berichten via een mesh netwerk routeren en toch zeer
weinig energie verbruiken.
Gedistribueerde Toekenning van Synchronisatie Slots [Eng.: Distributed Assignment of Sync
Slots (DASS)]
De batterij gevoede routers ( met laag energieverbruik) sturen periodisch (de periode is bepaald door
het beacon interval) een bepaald infomatiebericht (dit is een “beacon”) uit. Dankzij deze beacons
kunnen nieuwe nodes nuttige informatie verzamelen over het bestaande netwerk, worden buren
geïnformeerd en kunnen de nodes zich synchroniseren met het netwerk.
Om zo een beacon te versturen moet een node wakker worden (= dit is de radio aanzetten).
Aangezien de nodes wakker worden volgens een bepaald gesynchroniseerd schema, is het aantal
mogelijke momenten om een beacon te versturen per beacon interval beperkt. Zo een moment,
waarop de nodes wakker worden om een beacon te versturen, noemen we een Synchronisatie Slot.
Het is belangrijk dat een node een goed synchronisatie slot kiest. Met “goed” bedoelen we dat er
geen andere buur hetzelfde synchronisatie slot kiest. Indien twee buren hetzelfde synchronisatie slot
kiezen, zullen ze op hetzelfde moment hun beacon versturen. Het gevolg is dat deze pakketten zullen
botsen, waardoor de informatie en de synchronisatie verloren gaat.
Stel nu dat het aantal synchronisatie slots gelijk is aan 64. Indien we niet weten welke buren een
bepaalde node heeft, kunnen we slechts 64 nodes een botsingsvrij synchronisatie slot toekennen.
Door het bij IBCN ontwikkelde “gedistribueerde toekenning van synchronisatie slots”-algoritme
(DASS) verhelpen we dit en kunnen we veel meer nodes toelaten in het netwerk. Elke node zal nu
informatie versturen (in de beacon) over het eigen gekozen synchronisatie slot en die van de 1-hop
buren. Op die manier kan een nieuwe node een synchronisatie slot kiezen en aan de 1-hop buren
vragen of dit niet botst met een buur van hun. Zo komen we tot een uniek botsingsvrij synchronisatie
slot in de lokale omgeving (2-hops ver) van de nieuwe node.

2. Quality of Service (QoS)
Tegenwoordig kan een sensor en actuator netwerk verschillende applicaties ondersteunen. In een
residentiële omgeving zal het SANET onder meer gebruikt worden voor het aanschakelen van
verlichting, het monitoren van de temperatuur (thermostaat), het versturen van alarmen ( bv. Een
brand alarm, of glasbreuk); enz. .Elke applicatie heeft zijn eigen vereisten wat betreft maximale
vertraging, vereiste betrouwbaarheid, beveiligingsniveau,… . Het is onwaarschijnlijk dat er één
bepaalde oplossing is die goed is voor al deze verschillende vereisten. We moeten dus dit onderscheid
mogelijk maken. Hiervoor introduceren we de door IBCN ontwikkelde QoS oplossing. We bieden de
applicatieschrijvers 8 verschillende QoS-klassen aan. Elke klasse heeft zijn eigen unieke kenmerken
over gegarandeerde maximum vetraging, betrouwbaarheid of beveiliging. Door een uitbreiding van
de IEEE 802.15.4 standaard ondersteunen we dit in het netwerk.
Gateway
Het is de taak van de gateway om een brug te maken tussen het SANET en het Draadloos Mesh
Netwerk (WMN). De info die in het SANET verzameld wordt moet immers in de controle kamer
geraken en omgekeerd. In die controle kamer is er een gebouw beheer systeem (BMS) aanwezig dat
info nodig heeft over de verschillende sensoren en acties kan sturen naar de actuatoren.
IBCN heeft een algoritme ontwikkeld waardoor het mogelijk is om meerdere gateways te
ondersteunen in het SANET. Indien we slechts 1 gateway hebben wordt de afstand tussen de nodes
en de gateway te groot indien het netwerk almaar groeit. Dit heeft een directe invloed op de
vertraging bij het versturen van info van node naar gateway en omgekeerd. Door een nieuwe
gateway toe te voegen, die zichzelf via de beacons adverteert, kunnen de nodes een gateway kiezen
die het goedkoopst (meestal minst aantal hops) te bereiken is. Bovendien is op die manier het
netwerk redundanter indien er een bepaalde gateway zou uitvallen.
Beveiliging
Aangezien het eenvoudig is om ongemerkt draadloze sensor netwerken af te luisteren, is het
vanzelfsprekend dat dergelijke netwerken voorzien moeten worden van afdoende
beveiligingsmechanismen. Doordat deze netwerken typisch bestaan uit batterijgevoede toestellen
met beperkte rekencapaciteit, moeten de beveiligingstechnieken zo efficiënt mogelijk zijn, en dure
cryptografische operaties, zoals publieke sleutel vercijfering of digitale handtekeningen, zoveel
mogelijk vermijden. De SANET beveiligingsarchitectuur, die ontworpen is voor het IBBT-WBA project
binnen COSIC, beschrijft hoe knopen in een sensor netwerk een sessiesleutel kunnen afspreken, die
dan gebruikt kan worden om op een veilige manier te communiceren. Allereerst worden de knopen in
het sensor netwerk op een veilige manier geïntializeerd in de controlekamer, een veilige omgeving
die volledig onder je controle staat. Na deze initialisatie procedure kan de sensor automatisch in het
netwerk geplaatst worden. Daar zal het op een symmetrische manier sessie sleutels afspreken met
zijn buren. Het resultaat is een gedeelde 128-bit sessiesleutel, die gegenereerd is door het centrale
management systeem van het gebouw en op een veilige manier naar beide knopen gestuurd wordt.
Deze symmetrische sleutel wordt als input gebruikt voor het AES algoritme, een symmetrisch
blokcijfer dat ontwikkeld werd in COSIC. Het AES algoritme wordt gebruikt om de confidentialiteit en
de integriteit van de data in het sensor netwerk te waarborgen.
Ubinet Z
Een ander netwerkprotocol is Ubinet Z. Dit is geschikt voor nodes die gevoed worden via het net (en
niet via batterijen). Dit protocol beschikt niet over de eigenschap dat het weinig energie verbruikt
(zoals bij Ubinet SWU), maar berichten zullen sneller de bestemming bereiken omdat de radio van de
nodes altijd aan staat. Afhankelijk van de al da niet beschikbare netvoeding en de vereiste maximum
vetraging kan men de keuze maken tussen Ubinet Z en Ubinet SWU.
Andere algemene eigenschappen van sensor en actuator netwerken zijn:
Zelf herstellend en zelf organiserend zodat een betrouwbaar netwerk ontstaat zonder
ingewikkelde en dure installatie
Beveiligde data transfer door gebruik van 128 bit AES encryptie
Pro-actief route herstel
Robust, onder meer dankzij de ‘Hot Channel SwappingTM –technologie
Zeer schaalbaar