Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (Internet of Things) αποτελεί την νέα αναδυόμενη τεχνολογία των τελευταίων χρόνων, η οποία έχει την δύναμη να αλλάξει το μέλλον της τεχνολογίας. Το συγκεκριμένο δίκτυο αποτελείται από μια συλλογή από έξυπνες συσκευές που είναι συνδεδεμένοι σε έναν σταθμό βάσης. Το δίκτυο των πραγμάτων ορίζει ως «πράγματα» τις συσκευές που έχουν την ικανότητα να συνδεθούν με το Διαδίκτυο. Ένα σύνολο έξυπνων συσκευών που είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους, έχουν ένα σημείο αναφοράς, τον σταθμό βάσης. Η βάση αυτή λειτουργεί ως σημείο πρόσβασης και συνδέεται επίσης μέσω Διαδικτύου με έναν τελικό χρήστη. Η σύνδεση στο Διαδίκτυο επιτρέπει τους χρήστες να έχουν άμεση πρόσβαση στο δίκτυο των πραγμάτων, εφόσον ο χρήστης είναι συνδεδεμένος με το Διαδίκτυο για να ελέγχει την κατάσταση του περιβάλλοντος που βρίσκετε το δίκτυο καθώς και τις ίδιες τις έξυπνες συσκευές.
Το οικοσύστημα του δικτύου των πραγμάτων αποτελείται από μια ευρεία ποικιλία από διαφορετικές έξυπνες συσκευές με δυνατότητα δικτύωσης που επιτυγχάνεται από ενσωματωμένους επεξεργαστές, αισθητήρες και υλικό επικοινωνίας με απώτερο σκοπό την συλλογή, αποστολή και ανάλυση δεδομένων που αποκτούνται από το περιβάλλον τους. Έξυπνες συσκευές αποτελούν μεταξύ άλλων τα έξυπνα τηλέφωνα, έξυπνα ρολόγια και πολλά άλλα. Πολλές έξυπνες συσκευές μαζί αποτελούν ένα πιο μεγάλο περιβάλλον δημιουργώντας τα έξυπνα σπίτια και τα έξυπνα αυτοκίνητα, τα οποία στο σύνολο μπορούν να γενικευτούν στις έξυπνες πόλεις.
Ένας τύπος έξυπνων συσκευών που χρησιμοποιείται στα συγκεκριμένα δίκτυα, όπου η φυσική ανθρώπινη παρουσία μπορεί να είναι περιορισμένη ή ακόμη και αδύνατη, είναι οι ασύρματοι κόμβοι αισθητήρων χαμηλής ισχύος. Παραδείγματα τέτοιων περιπτώσεων είναι η δασική έκθεση, οι εκρήξεις ηφαιστείων, ο πόλεμος και άλλα, όπου οι αισθητήρες τοποθετούνται στο περιβάλλον που θέλει επίβλεψη και καταγράφουν δεδομένα με απώτερο σκοπό να αποσταλούν στη βάση για καταγραφή τυχόν προβλημάτων που μπορεί να προκύψουν, όπως για παράδειγμα η έκταση μιας φωτιάς στο δάσος. Οι ασύρματοι κόμβοι αισθητήρων έχουν την δυνατότητα ανίχνευσης, υπολογισμού και επικοινωνίας με σκοπό τον σχηματισμό δικτύου για αποστολή δεδομένων προς τη βάση. Ανάλογα με την εφαρμογή, ο τρόπος μετάδοσής των δεδομένων προς τη βάση μπορεί να γίνει είτε μεταδίδοντας περιοδικά τα δεδομένα ή να ενεργοποιείται από κάποιο συμβάν που εκδηλώθηκε στο δίκτυο. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν συνοδεύονται και από σημαντικούς περιορισμούς, όπως ενέργεια, μνήμη και υπολογιστική ισχύ. Λόγω της αυξημένης ζήτησης επισκεψιμότητας σε εφαρμογές, πολλά προβλήματα προκύπτουν από την μέθοδο επικοινωνίας των κόμβων καθώς και την περιορισμένη ενεργειακή ισχύ. Ως αποτέλεσμα, το δίκτυο μπορεί να υποφέρει από ενεργειακές τρύπες ή hot-spot σημεία, τα οποία έχουν ως αποτέλεσμα τη συμφόρηση και την αποσύνδεση του δικτύου.
Ένας από τους πιο απαιτητικούς περιορισμούς αυτών των δικτύων είναι η ενέργεια. Η κύρια πηγή ενέργειας των ασύρματων κόμβων είναι η μπαταρία. Λόγω της περιορισμένης ισχύος της μπαταρίας και την συνεχώς κατανάλωση της κατά την εκτέλεση εργασιών, η ενεργειακή εξάντληση του κόμβου θα οδηγήσει σε κατάρρευση, που σημαίνει ότι δεν θα μπορεί να είναι ξανά διαθέσιμος. Συμπεραίνουμε ότι η διάρκεια ζωής ενός κόμβου είναι περιορισμένη, με αποτέλεσμα να επηρεάζεται η διάρκεια ζωής ολόκληρου του δικτύου. Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, στόχος των ερευνητών είναι η μεγιστοποίηση της διάρκειας ζωής του δικτύου με την εισαγωγή της κινητικότητας.
Η κινητικότητα αναφέρεται σε κόμβους που έχουν τη δυνατότητα να αλλάξουν τη θέση τους μετά την αρχική τοποθέτηση τους. Οι αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί υλοποιούνται με βάση δυο προσεγγίσεις, την χρήση κινητών βάσεων και την χρήση κινητών κόμβων. Η πρώτη προσέγγιση αναφέρεται σε βάσεις που έχουν την δυνατότητα να περιφέρονται στο δίκτυο και να συλλέγουν τις πληροφορίες από τους στατικούς κόμβους. Σκοπός αυτής της προσέγγισης είναι να μετριάσει το πρόβλημα της αποσύνδεσης του δικτύου λόγω της κατανάλωσης της ενέργειας. Η δεύτερη προσέγγιση αναφέρεται σε κανονικούς κόμβους που έχουν επιπρόσθετο χαρακτηριστικό την δυνατότητα να κινούνται μέσα στο δίκτυο για υποστήριξη των στατικών κόμβων. Κύριος στόχος τους είναι να χρησιμοποιηθούν στο δίκτυο ως επιπλέον πόροι με απώτερους σκοπούς την αντικατάσταση κόμβων που κατέρρευσαν για να επανασυνδεθεί το δίκτυο και την υποστήριξη των στατικών κόμβων του δικτύου για αποφόρτιση μιας υπερφορτωμένης περιοχής.
Η διδακτορική μου έρευνα βασίζεται στην περιοχή της χρήσης ασύρματων κινητών κόμβων στο δίκτυο των πραγμάτων. Στόχος είναι η χρήση και επαναχρησιμοποίηση κινητών κόμβων στο δίκτυο των πραγμάτων για επίλυση ενός προβλήματος δικτύου. Τα στάδια για επίτευξη του στόχου είναι η σχεδίαση, η υλοποίηση και η αξιολόγηση ενός αλγόριθμου. Η κύρια ιδέα είναι η χρήση κινητών κόμβων στο δίκτυο για την επίλυση ενός προβλήματος δικτύου και η επαναχρησιμοποίηση τους, αν αυτό είναι εφικτό, σε μελλοντικά προβλήματα. H όλη διαδικασία εκτελείται στην βάση του δικτύου, η οποία είναι υπεύθυνη για την ενεργοποίηση των κινητών κόμβων, οι οποίοι μετακινούνται στο δίκτυο με στόχο μια συγκεκριμένη υπολογιζόμενη θέση για την ενίσχυσης της επηρεαζόμενης περιοχής. Κάθε κινητός κόμβος που βρίσκεται εντός του δικτύου αποτελεί υποψήφιος για επαναχρησιμοποίηση σε ένα επόμενη πρόβλημα αν του το επιτρέπει η ενέργεια του και το υπάρχον πρόβλημα έχει επιλυθεί. Σε περίπτωση που η ενέργεια του φτάσει σε πολύ χαμηλά επίπεδα τότε ο κινητός κόμβος μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του θέση για επαναφόρτισή, αν η παρουσία του εκεί κρίνεται ακόμη απαραίτητη τότε πριν αποχωρήσει ζητάει αντικατάσταση από την βάση. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος μπορεί να συμβάλλει στην επίλυση του προβλήματος της συμφόρησης, καθώς επίσης και η χρήση του σε άλλους τύπους προβλημάτων στα δίκτυα.
Νάταλη Τεμενέ
Υποψήφια διδάκτορας του Τμήματος Πληροφορικής Πανεπιστήμιο Κύπρου
