7/30/2019 Mobile Netwrok Supported Wireless Sensor Netwroks

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M o b i l e Network S u p p o r t e d W i r e l e s s S e n s o r Network S e r v i c e sS r d j a n K r c o V l a s i o s T s i a t s i s K a t a r i n a M a t u s i k o v aM a t t i a s J o h a n s s o n I v i c a C u b i c R o c h G l i t h o

E r i c s s o nn a m e . s u r n a m e @ , e r i c s s o n . com

1 . I n t r o d u c t i o n E a c h s e n s o r n e t w o r k i s f i r s t o f a l l a s e n s o ri nf o r ma t i on p ro vi de r t h a t o f f e r s s p e c i f i c s e n s o rW i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k i n g r e s e a r c h h a s b e e n i n f o r m a t i o n d e f i n e d b y t h e t y p e o f a v a i l a b l e s e n s o r sm a i n l y f o c u s e d o n i n t e r n a l w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k a n d t h e i r s p a t i a l a n d t e m p o r a l c o n d i t i o n s t o t h ei s s u e s s u c h a s MAC a n d r o u t i n g p r o t o c o l s , e n e r g y i n t e r e s t e d u s e r s . S e c o n d l y , e a c h s e n s o r n e t w o r ks a v i n g , HW d e s i g n a n d t o s o m e e x t e n t o n t h e p r o v i d e s a c t u a t i o n s e r v i c e s t h a t m ay p o t e n t i a l l y a f f e c ta r c h i t e c t u r e o f g a t e w a y s t h a t c o n n e c t a w i r e l e s s s e n s o r t h e i n f o r m a t i o n g a t h e r e d b y i t s s e n s o r s . O b v i o u s l y , i nn e t w o r k w i t h t h e r e s t o f t h e w o r l d [ 1 ] . W i r e l e s s s e n s o r s u c h a n e n v i r o n m e n t , w h e r e many m o b i l e u s e r s a r en e t w o r k s h a v e b e e n s e e n a s d e d i c a t e d t o o n e t a s k b y a c t i n g a s t i n y i n f o r m a t i o n p r o v i d e r s , s e r v i c e d i s c o v e r y ,o n e o w n e r . s e r v i c e c o m p o s i t i o n , s e r v i c e p r o v i s i o n i n g a n d s e r v i c eOn t h e o t h e r h a n d , o u r r e s e a r c h i s f o c u s e d o n a u t h o r i z a t i o n a r e v e r y c h a l l e n g i n g p r o b l e m s . T h e s ei n t e g r a t i o n o f w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s i n t o e x i s t i n g p r o b l e m s a r e a d d r e s s e d i n t h e p r o p o s e d a r c h i t e c t u r e b yn e t w o r k s , p r i m a r i l y m o b i l e o n e s , a n d p r o v i s i o n o f i n t r o d u c i n g a m i d d l e l a y e r t h a t a g g r e g a t e s i n f o r m a t i o ns e n s o r b a s e d a n d / o r e n h a n c e d s e r v i c e s t o r e m o t e u s e r s f r o m a l l s m a l l i n f o r m a t i o n p r o v i d e r s a n d p r o v i d e s[ 2 , 3 , 4 ] . T h e r e f o r e , we h a v e b e e n w o r k i n g o n h i g h e r l e v e l s e r v i c e s t o t h e e n d u s e r s . T h i s l a y e r

d e s i g n i n g a n a r c h i t e c t u r e t h a t u t i l i z e s t h e e x i s t i n g p r o v i d e s t h e m e a n s t o q u i c k l y a d d o r r e m o v e s e n s o r s ,i n f r a s t r u c t u r e t o i n t e r c o n n e c t i n d e p e n d e n t w i r e l e s s a c t u a t o r s , s e n s o r n e t w o r k s , s e n s o r n e t w o r k p r o v i d e r s ,s e n s o r n e t w o r k s a n d t o p r o v i d e d a t a a g g r e g a t i o n a n d t o m o d i f y a n d e n h a n c e t h e e x i s t i n g o r a d d c o m p l e t e l ya c t u a t o r c o n t r o l s e r v i c e s . I n t h e p r o p o s e d a r c h i t e c t u r e , n e w s e r v i c e s u t i l i z i n g t h e u n d e r l y i n g i n f r a s t r u c t u r e . I ts e n s o r n e t w o r k s ( s m a l l o r l a r g e , d e p l o y e d f o r a n y c o u l d b e t h o u g h t o f a s a " p l u g - a n d - p l a y " f u n c t i o n a l i t yp u r p o s e a n d b y a n y o n e ) r e p r e s e n t e d b y t h e i r g a t e w a y s f o r : a ) i n t e r c o n n e c t i n g d i f f e r e n t e x i s t i n g s e n s o ra r e t r e a t e d a s l e a f n o d e s h a n g i n g o f f a m o b i l e o r f i x e d n e t w o r k s , b ) a d d i n g n e w s e n s o r n e t w o r k s w h i c hn e t w o r k t h a t u s e t h e s e n e t w o r k s t o i n t e r a c t w i t h r e m o t e f a c i l i t a t e t h e e x p a n s i o n o f t h e e n t i r e s y s t e m , a n d c )a n d l o c a l u s e r s . E a c h g a t e w a y e x p o s e s t h e c a p a b i l i t i e s e x p a n d i n g t h e c a p a b i l i t y o f i n d i v i d u a l s e n s o ro f i t s s e n s o r s , a c t u a t o r s a n d t h e s e n s o r n e t w o r k a s a n e t w o r k s .w h o l e . T hi s i n f o r m a t i o n i s u s e d b y s e n s o r s e r v i c e sm i d d l e w a r e t o q u e r y / c o m m a n d s e n s o r e c o s y s t e m s o n 2 . A r c h i t e c t u r e o v e r v i e wb e h a l f o f a p p l i c a t i o n s a n d r e m o t e u s e r s i n t e r e s t e d i ns e n s o r m e a s u r e m e n t s o r a c t u a t o r c o n t r o l . T h e d e t a i l s o f T h e o b j e c t i v e o f t h e d e m o i s t o p r e s e n t c o n c e p t st h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e g a t e w a y s a n d i t s a n d s o l u t i o n s p r o p o s e d i n t h e ne w a r c h i t e c t u r e a s w e l ls e n s o r s / a c t u a t o r s a r e o f n o i n t e r e s t t o t h e r e m o t e u s e r s . a s t o h i g h l i g h t t h e f l e x i b i l i t y a n d p o t e n t i a l o f o u rF u r t h e r , w e c o n s i d e r t h e w h o l e w i r e l e s s s e n s o r p r o p o s a l u s i n g r e a l d e v i c e s a n d s c e n a r i o s . I n a d d i t i o n ,n e t w o r k i n g l a n d s c a p e a s a n o p e n m a r k e t w h e r e t h e t h e e x p e r i e n c e g a i n e d f r o m a r e a l i m p l e m e n t a t i o n i su n d e r l y i n g m o b i l e a n d f i x e d n e t w o r k s f a c i l i t a t e t h e u s e d t o p r o v i d e f e e d b a c k t o a r c h i t e c t u r e d e s i g n .i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e s e n s o r n e t w o r k s a n d t h e A h i g h l e v e l v i e w o f t h e a r c h i t e c t u r e c o m p o n e n t sc o n s u m e r s o f t h e i n f o r m a t i o n t h e y p r o d u c e . a n d s u b s y s t e m s i s s h o w n i n F i g u r e 1 .An e x a m p l e o f a s c e n a r i o t h a t c o u l d t a k e a d v a n t a g eo f o u r a r c h i t e c t u r e i s s u p p o r t i n g m e d i c a l p e r s o n n e l i n1 - 4 2 4 4 - 1 4 5 5 - 5 0 7 $ 2 5 . 0 0 2 0 0 7 IEEE p r o v i d i n g h e l p t o i n j u r e d p e o p l e i n e m e r g e n c y

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s i t u a t i o n s , f o r e x a m p l e a f t e r a m a j o r d i s a s t e r l i k e a n i n p u t s a n d f o r w a r d s a r e s p o n s e t o t h e M2M S y s t e m .e a r t h q u a k e . I n t h i s c a s e , b e f o r e t h e m e d i c a l p e r s o n n e l T h e M2M S y s t e m a g g r e g a t e s r e s p o n s e s f r o m a l la r r i v a l a t t h e s c e n e t h e y d o n o t h a v e a n y a p r i o r i g a t e w a y s i nv o lv e d i n t h e o n g o i n g t a s k a n d p r o v i d e s ak n o w l e d g e o f t h e l o c a t i o n s o r h e a l t h s t a t u s o f t h e r e s p o n s e t o t h e u s e r a p p l i c a t i o n .i n j u r e d p e o p l e . T o f i n d o u t t h i s c o n t e x t i n f o r m a t i o n( l o c a t i o n o f i n j u r e d p e o p l e d i s p l a y e d o n a map o f t h e ll o c a l a r e a , t h e i r p h y s i o l o g i c a l d a t a , e t c . ) , c r u c i a l f o r t h e As u c c e s s o f t h e i r e f f o r t , t h e y i n t e r a c t w i t h t h e . . . . . . . . . . . . . i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H i g h I e v e l A P Im i d d l e w a r e l a y e r ( M a c h i n e t o M a c h i n e o r s i m p l y M 2 M S y s t e m lM2M S y s t e m ) v i a t h e i r m o b i l e d e v i c e s . _T h e M2M S y s t e m a n a l y z e s h i g h l e v e l a p p l i c a t i o n S e i c e C o n t r o q u e sF u n c t i o n ( S C F ) A n a l y z e r ( R A )r e q u e s t s ( f o r e x a m p l e : W h i c h z o n e a r e t h e p e o p l e l _w i t h i n t h e m o s t c r i t i c a l s t a t e l o c a t e d i n ? ; W h a t i s t h e i r e' . . . ~ ~ ~ ~ S 6 r v i e I P u 3 b l i c a t i o n ;sericcic u r r e n t h e a l t h s t a t u s ? ) a n d i d e n t i f i e s t h e i n f o r m a t i o n i titnction SF | | g i s t r y S Rh a s t o r e c e i v e f r o m t h e s e n s o r s i n o r d e r t o p r o v i d e a n ____a p p r o p r i a t e r e s p o n s e . B a s e d o n t h e r e q u i r e d L o l e v e l A P Ii n f o r m a t i o n , t h e M2M S y s t e m s e l e c t s t h e a p p r o p r i a t e WSN WSNs e n s o r n et w or k s b a s e d o n t h e i n f o r m a t i o n t h e s e s e n s o r G a t e w a y G a t e W a y G e w a yn e t w o r k s p u b l i s h a b o ut t h e m se l v es ( f o r e x a m p l e t y p eo f s e n s o r s , l o c a t i o n , a c c u r a c y e t c . P r i c e o f p r o v i d e di n f o r m a t i o n c a n b e a n i m p o r t a n t v a r i a b l e i n s o m e 0 S e r O r sc a s e s , a l t h o u g h n o t i n t h e m e n t i o n e d d i s a s t e r s c e n a r i o . )a n d i s s u e s q u e r i e s t o t h e m . T h e M2M S y s t e m c a n i n F i g u r e 1 : P r o t o t y p e a r c h i t e c t u r e .t h i s c a s e b e s e e n a s a v i r t u a l s e n s o r g r o u p t h a t c o l l e c t si n f o r m a t i o n f r o m a l l a v a i l a b l e s e n s o r s a n d p r o v i d e s T h e a p p l i c a t i o n , s u c h a s t h e m e d i c a l a p p l i c a t i o nr e s p o n s e s t o t h e r e q u e s t s r e c e i v e d f r o m t h e m e d i c a l d e s c r i b e d i n t h e s c e n a r i o a b o v e , u s e s r e c e i v e dp e r s o n n e l . B a s e d o n t h e g a t h e r e d r e s p o n s e s , t h e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e p e o p l e ' s o r s o m e i m p o r t a n tm e d ic a l p e rs on ne l c a n d e c i d e w h i c h p e o p l e t o a t t e n d o b j e c t ' s l o c a t i o n a n d h e a l t h s t a t u s a s a n i n p u t t o t h ef i r s t ( t h o s e i n t h e m o s t c r i t i c a l s t a t e ) a n d w h i c h t o a p p l i c a t i o n s p e c i f i c l o g i c .e s t a b l i s h c o n t a c t w i t h ( t h o s e n o t c r i t i c a l l y i n j u r e d ) .T h i s p r o x y r o l e o f t h e M2M S y s t e m e n a b l e s t h e 3 . D e m o i m p l e m e n t a t i o na p p l i c a t i o n u s e d b y t h e m e d i c a l p e r s o n n e l t o b e w r i t t e ni n d e p e n d e n t l y o f t h e s e n s o r n e t w o r k s a n d s t i l l t o b e T h e i m p l e m e n t a t i o n d e t a i l s o f t h e d e m o a r e s h o w na b l e t o i n t e r a c t w i t h a n d o b t a i n i n f o r m a t i o n f r o m a i n F i g u r e 2 . Two w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s a r e u s e d t om u l t i t u d e o f s e n s o r n e t w o r k i m p l e m e n t a t i o n s . p r o v i d e l o c a t i o n i n f o r m a t i o n . T h e s e a r e b o t h b a s e d o nT h e s e n s o r n e t w o r k s a r e r e p r e s e n t e d b y t h e i r T m o t e s c o m m u n i c a t i n g o v e r 8 0 2 . 1 5 . 4 m u l t i - h o pg a t e w a y s . When a s e n s o r n e t w o r k i s d e p l o y e d , t h e n et w or k s a n d t h e p o s i t i o n i n g i s b a s e d o n p r o x i m i t y .g a t e w a y g a t h e r s i n f o r m a t i o n a b o u t a l l a v a i l a b l e G a t e w a y s f o r b o t h n e t w o r k s a r e i m p l e m e n t e d o ns e n s o r s i n i t s n e t w o r k . T h e g a t e w a y t h e n a g g r e g a t e s l a p t o p s a s S I P u s e r a g e n t s ( S I P U A ) . T h e s e g a t e w a y st h a t i n f o r m a t i o n a n d p u b l i s h e s i t , i . e . , f o r w a r d s a c o m m u n i c a t e w i t h t h e M2M S y s t e m u s i n g t h e S I Pd e s c r i p t i o n o f t h e s e n s o r n e t w o r k c a p a b i l i t i e s t o t h e p r o t o c o l w i t h t h e SIMPLE [ 5 ] [ 5 ] e x t e n s i o n sM2M S y s t e m . T h e M2M S y s t e m s t o r e s t h i s f r a m e w o r k f o r i n s t a n t m e s s a g i n g a n d p r e s e n c ei n f o r m a t i o n a n d u s e s i t t o s e l e c t s e n s o r n e t w o r k s t h a t i n f o r m a t i o n a n d GEOPRIV [ 6 ] f o r l o c a l i z a t i o n a n ds h o u l d b e q u e r i e d t o p r o v i d e r e s p o n s e s t o u s e r s ' p o s i t i o n i n g i n f o r m a t i o n . S I P r u n s o n t o p o f a T C P / I Pr e q u e s t s . c o n n e c t i o n .I n t h e p r o t o t y p e d e s c r i b e d i n t h i s p a p e r , t w o t y p e s A 3 - l e a d c u s t o m b u i l t d e v i c e w i t h a B l u e t o o t ho f s e n s o r n e t w o r k s a r e u s e d : o n e p r o v i d i n g l o c a t i o n i n t e r f a c e i s u s e d t o c a p t u r e E CG d a t a o f a u s e r [ 7 ] . T h ei n f o r m a t i o n a n d t h e o t h e r o n e p r o v i d i n g g a t e w a y f u n c t i o n a l i t y i s i m p l e m e n t e d o n a m o b i l ee l e c t r o c a r d i o g r a m ( E C G ) m e a s u r e m e n t s o f a p l a y e r . p h o n e a s a J2ME M I D l e t . C o m m u n i c a t i o n b e t w e e nWhen a s e n s o r n e t w o r k g a t e w a y r e c e i v e s a q u e r y i t t h i s g a t e w a y a n d t h e M2M S y s t e m i s b a s e d o n w e ba n a l y z e s i t , m a p s i t i n t o o n e o r m o r e n e w q u e r i e s i n t h e s e r v i c e s ( u s i n g J S R 1 7 2 A P I ) . B l u e t o o t h i s u s e d f o rf o r m a t u s e d b y t h e u n d e r l y i n g s e n s o r n et w or k a n d c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e g a t e w a y a n d t h e E C Gf o r w a r d s t h e s e t o t h e s e n s o r s . O n c e t h e s e n s o r s d e v i c e u s i n g a n XMLb a s e d p r o t o c o l .r e s p o n d , t h e g a t e w a y p r o c e s s e s a n d a g g r e g a t e s t h e

7/30/2019 Mobile Netwrok Supported Wireless Sensor Netwroks

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T h e M2M S y s t e m i s b u i l t o n t o p o f t h e SDS 4 . Demo r e q u i r e m e n t s( E r i c s s o n S e r v i c e D e v e l o p m e n t S t u d i o ) e n v i r o n m e n t[ 8 ] a n d i s c om pl e t e l y S I P b a s e d . T h e M2M w e b T h e f o l l o w i n g a r e t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s f o r as e r v i c e s e x t e n s i o n m a p s i n f o r m a t i o n b e t w e e n t h e S I P d e m o s e t u p :a n d w e b s e r v i c e s d o m a i n s . T h e M2M S y s t e m m a p s * A c c e s s t o a GPRS/3G n e t w o r k f o rq u e r i e s r e c e i v e d f r o m t h e a p p l i c a t i o n i n t o a s e t o f c o m m u n i c a t i o n w i t h t h e p h y s i o l o g i c a l s e n s o r sa p p r o p r i a t e c o m m a n d s a n d f o r w a r d t h e m t o r e l e v a n t * A c c e s s t o I n t e r n e t v i a a W i F i a c c e s s p o i n t f o rs e n s o r n e t w o r k s . a c c e s s t o M2M S y s t e m ( i n s t a l l e d o n a s e r v e rWe w i l l s h o w t w o a p p l i c a t i o n s . T h e f i r s t w i l l i n o u r p r e m i s e s )d e m o n s t r a t e t h e p o s i t i o n i n g f u n c t i o n a l i t y b y d i s p l a y i n g * Tw o r o o m s w h e r e l o c a t i o n s e n s o r s ( T M o t e s )t h e u s e r i n d i f f e r e n t l o c a t i o n s i n d i f f e r e n t r o o m s . I n c a n b e p o s i t i o n e d .t h i s a p p l i c a t i o n , t h e a p p l i c a t i o n s h o w i n g t h e p o s i t i o n i f I n t e r n e t a c c e s s i s n o t a v a i l a b l e , i t i s p o s s i b l e t ow i l l b e u n a w a r e o f t h e f a c t t h a t t w o s e n s o r n e t w o r k s s e t u p t h e M2M S y s t e m on a l a p t o p a n d a c c e s s i t u s i n ga r e p r o v i d i n g d a t a t o i t . T h e o t h e r a p p l i c a t i o n w i l l a l o c a l a r e a n e t w o r k .a l l o w t h e u s e r t o s c h e d u l e p h o n e c a l l s b a s e d o n s e n s o rd a t a i n p u t . I f a p u l s e i s t o o h i g h , a n E C G s e n s o r s h o w s 5 . R e f e r e n c e ss o m e o t h e r k i n d o f i r r e g u l a r i t y , o r i f t h e c a l l e r i s i n as p e c i f i c p l a c e , c a l l s w i l l b e s e t u p . T h i s a p p l i c a t i o n i s [ 1 ] P . J . M a r r o n , D . M i n d e r , " E m b e d d e d W i S e N t sa l s o u n a w a r e o f t h e a c t u a l s e n s o r n e t w o r k s p r o v i d i n g R e s e a r c h R o a d m a p , " L o g o s V e r l a g B e r l i n , N o v . 2 0 0 6t h i s i n f o r m a t i o n . e w w e m b e d d e d -w i s e n t s A o r g / d i s s e m i n a t i o r o a d m p h

A p p l i c a t i o n [ 2 ] J . S h n e i d m a n , P . P i e t z u c h , J . L e d l i e , M .R o u s s o p o u l o s , M . S e l t z e r , M . W e l s h , " H o u r g l a s s : AnH i g h l e v e l A P I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S U P L E I G E O P R I V I n f r a s t r u c t u r e f o r C o n n e c t i n g S e n s o r N e t w o r k s a n dA p p l i c a t i o n s " , H a r v a r d T e c h n i c a l R e p o r t T R - 2 1 - 0 4 ,M2 M S y s t e m h t t p a / / w w w . e c s . h a r v a r d . e d u / s y r a h / h o u r g l a s s / i n d x . s h t m l- S e r v l e t w i t h i n a S I P c o n t a i n e r X- " w i r i n g " b e t w e e n h i g h a n d l o w Ch a n d l i n g ~ C [ 3 ] h t t p : H / w w w . s e n s o r p l a n e t . o r g / i n d e x . h t m 1e v e l A P w I s 0 X- m u l t i p l e GW h a n d l i n g w

[ 4 ] S h a n e B . E i s e n m a n , G a h n g - S e o p A h n , N i c h o l a s D .eIW L a n e , E m i l i a n o M i l u z z o , R o n a l d A . P e t e r s o n , Andrew T .C a m p b e l l , " M e t r o S e n s e P r o j e c t : P e o p l e - C e n t r i c S e n s i n g a t

L o w l e v e l A P i s . N P I M P L E / ' W e b S c a l e " , W o r l d - S e n s o r W e b , 2 0 0 6 , B o u ld e r, C o l or a d o .GEOPRIV s e r v i c e s , [ 5 ] I E T F SIMPLE W o r k i n g G r o u p :W V S N G W V WSN GW WSN GW h t t p : / H w w w . i e t f o r g / h t m l . c h a r t e r s / s i m p l e - c h a r t e r . h t m I( S I P U A ) ( S I P U A ) (WS C l i e n t__ o[6] I E T F GEOPRIV W o r k i n g G r o u p :O hsooia h t t p : / / w w w . i e t f o r g / h t m l . c h a r t e r s / g e o p r i v - c h a r t e r . h t m IU ) P h y s i l o l g i c a l0 0 s e n s o r ( E C G ~ [ 7 ] S . K r c o , S . K o s t i c , D . S a k a c , Z . L u k i c , " m S e n s -L o c a t i o n L o c a t i o n M o b i l e H e a l t h M o n i t o r i n g S y s t e m " , P r o c e e d i n g s o f t h e IEEEs e n s o r s s e n s o r s E u r o c o n , B e l g r a d e , S e r b i a , November 2 0 0 5( s c a t e r w e b ) ( C r i c k e t )

[ 8 ]F i g u r e 2 : P r o t o t y p e im p l e m e n t a t i o n . h t t p / w w . e r i c s s o n . c o m / p r o d u c t s / h p / I M S S t u d i o b s . s h t m l