Dumma mätnät blir snålare än smarta

Ett trådlöst sensornät består av små enheter som är sensor, dator och radiosändare i ett. Frågan är hur de bäst överför information med så låg energiförbrukning som möjligt.

Det lönar sig att vara dum. Åtminstone i trådlösa sensornät, den nya tekniken som samlar in mätvärden av olika slag med hjälp av små enheter som är sensor, dator och radio i ett.

Hittills har forskarna arbetat på att göra trådlösa sensornät så intelligenta som möjligt, men en forskare i Uppsala, Erik Björnemo, drar motsatt slutsats. Dumma nät är bättre – i varje fall om man vill att batterierna ska räcka länge.

– En poäng är att man inte behöver göra en avvägning mellan placeringen av sensorn och bästa plats för optimal kommunikation, säger Erik Björnemo.

Trådlösa sensornät är en lovande teknik för att övervaka allt från ventilationssystem till vattenföroreningar och småfågelbon.

Eftersom det inte behövs några ledningar är det lätt att placera ut sensorerna. Och de trådlösa sensorerna fungerar som ett självkonfigurerande nätverk, där alla enheter hjälps åt att slussa informationen till en server.

Informationen från de mest avlägsna sensorerna hoppar från sensor till sensor tills den når målet.

Det här är vad som kallas för meshnät efter det engelska ordet för ett oregelbundet nät. Sådana nätverk är i princip enkla att hantera. Man kan lägga till och ta bort noder utan krångel. Varje nod kommunicerar med sina närmaste grannar, som i sin tur kommunicerar med sina grannar.

Mycket forskning har satsats på att lära de trådlösa sensorerna att nätverka på ett så effektivt sätt som möjligt. Helst ska de sova större delen av tiden. Det kan betyda att sova 950 millisekunder och jobba 50 millisekunder. Sedan ska mätdata skickas den kortaste, eller minst energikrävande, vägen genom sensornätet.

Eftersom det trådlösa sensornätverket är självkonfigurerande ska det själv räkna ut bästa vägen från varje enskild sensor. Om någon sensor krånglar ska nätverket kunna hitta nya vägar runt den.

Det är som internet i liten skala.

Men enligt Erik Björnemo, som nyss har försvarat sin doktorsavhandling i Uppsala, är det slöseri med batterikraft. Hans avhandling, ”Energy constrained wireless sensor networks”, handlar om det.

Han anser att ett ”dummare” nätverk kräver mindre energi.

Varje sensor ska alltså vara inställd på att kommunicera med en bestämd, överordnad nod i nätverket. Meddelandena får gärna ta flera hopp på vägen, men det ska vara en förutbestämd väg som inte behöver räknas fram.

– Man behöver inte heller placera ut sensorer bara för kommunikations skull.

Sensorernas radiosändare behöver då ingen intelligens. De behöver inte fundera på vilken annan nod som de ska prata med.

Intelligensen i nätverket finns på en högre nivå.

Det kan verka uppenbart, men all tidigare forskning och utveckling av trådlösa sensornät har haft en annan hypotes.

Hypotesen är att det smarta nätverket är mer energieffektivt eftersom det kan hitta den bästa vägen i varje situation. Det minskar den rörliga energikostnaden.

– Men, säger Erik Björnemo, den rörliga energikostnaden för kommunikationen är oftast mindre betydelsefull än man tror.

Hans resultat tyder på att den
rörliga energikostnaden har överskattats tidigare. Kostnaden för att låta sensorns processor räkna ut den mest energieffektiva vägen blir oftast högre än besparingen. Erik Björnemo har utgått från nätverkets huvuduppgift, nämligen att leverera mätresultat.

Vad händer om nätverket behöver leverera många mätresultat under en kort period? Mätningarna kräver också energi, vilket påverkar nätverkets förmåga att samtidigt räkna ut bästa vägen att skicka mätresultaten.

Slutsatsen är att i de flesta fall blir energikostnaden per mätresultat bäst i ett enkelt, hierarkiskt trådlöst nätverk.