Abstract
Denne rapporten gir en gjennomgang av den trådløse sensornettverkstandarden WirelessHART, samt implementeringen av det fysiske laget og store deler av datalinklaget på mikrokontrollerbrikken AVR RAVEN fra Atmel.
Sensornettverk har vært i bruk i industrien i mange år som trådbaserte løsninger, men å etablere nye trådbaserte løsninger kan være en kostbar affære og hemmer fleksibiliteten i plasseringen av sensorene. Mye spenning har derfor vært knyttet til om nye trådløse standarder for sensornettverk, som ZigBee, WirelessHART og ISA100, når opp til kravene industrien stiller. WirelessHART ser ut til å være en god kandidat til å lykkes, og en fungerende implementering utført av Dust Networks, samt en hel del utstyr basert på denne, har vært på markedet en stund allerede. Det er imidlertid ønskelig at flere implementeringer kommer på markedet, og denne rapporten, sammen med vår implementering av WirelessHART, gir en innføring i hvordan WirelessHART kan implementeres på en brikke som er utviklet primært for ZigBee.
Rapporten gir en innføring i trådløse sensornettverk generelt, og ser på noen av de mest sentrale teknikkene og standardene som benyttes til dette. Leseren får dermed et innblikk i et fagområde som må sies å være relativt ferskt. Deretter gir vi en grundig gjennomgang og tolkning av WirelessHART-standarden spesielt. Med unntak av standarden i seg selv finnes det lite litteratur om denne fra før. Derfor, i kombinasjon med at en god forståelse av standarden er helt avgjørende for implementeringsarbeidet, har vi lagt mye vekt på denne delen. Vi har sett på de ulike algoritmene, teknikkene og konseptene som standarden legger frem, og beskrevet dem på en, i våre øyne, oversiktlig og forståelig måte.
En annen, sentral del av rapporten er implementeringsarbeidet vi har gjort, og vi åpner dette med å gi en gjennomgang av utviklingsmiljøet vi har forholdt oss til. Både for å dokumentere at brikken vi jobber på egner seg til utvikling av WirelessHART, og for å legge til rette for at andre enkelt kan føre utviklingen videre. Deretter gir vi en gjennomgang av vår implementering, med beskrivelse og diskusjon rundt mange av de sentrale delene av vår egen arkitektur og design, herunder noen foreslåtte algoritmer i pseudokode.
Avslutningsvis legger vi frem en evaluering av de delene av protokollen vi har implementert, der vi viser at vår implementering tilfredsstiller de kravene standarden stiller, samtidig som vi diskuterer noen fremtidige utfordringer som kan dukke opp i en videre implementering.
This report looks into the standard for wireless sensor networks called WirelessHART. It also shows an implementation of the physical layer as well as most of the datalink layer on a chip containing a microcontroller from Atmel (the AVR RAVEN chip).
Sensor networks has long been in use as wired solutions in the industry sector, but this can be costly and lacks the flexibility of the wireless networks. Therefor lots of people are looking forward to the wireless solutions to establish themselves. The solutions that are compeeting to make ground is ZigBee, WirelessHART and ISA100, and the question is: are these standards going to make the requirements from the industry?
WirelessHART seems like a good choice and some equipment based on this standard is already in use. This equipment is solely based on the microcontroller from Dust Networks, and the entrance of more suppliers are needed, both in order to keep prices down and to make available differences in features, enabling the buyers to choose nodes based on their needs.
The report describes wireless sensor networks in general and looks into some of the most important techniques and standards used in these networks, giving the reader an overwiev of a domain that is very young. We then discuss the WirelessHART standard more thoroughly, as well as describe some of the literature and early work on the standard in order to see what we may make use of.
Finally, we look into our implementation of WirelessHART. We first explains the development environment before we dive into what we have covered of the standard. The report describes an evaluation of the implementation followed by a conclution and some thoughts on future work.