Τα τελευταια χρόνια ειμαστε μαρτυρες ενός εντυπωσιακού παραδόξου στο χώρο της τεχνολογίας. Ενώ όλη η ανθρωπότητα αναζητά το κάτι παραπάνω σε υπολογιστική ισχύ, σε χώρο αποθήκευσης και σε ταχύτητα, μικρές αυτόνομες συσκευές έρχονται να κατακτήσουν όλο και περισσότερους τομείς της καθημερινότητάς μας. Μονάδες με την ικανότητα της επεξεργασίας και της αποθήκευσης δεδομένων, της αίσθησης του περιβάλλοντος αλλά και της επικοινωνίας μεταξύ τους, ενσωματώνονται σχεδόν σε όλους τους τομείς δραστηριοποίησης του ανθρώπου. Ο τρόπος αυτό-οργάνωσης αυτών των κόμβων - μονάδων στα πλαίσια μεγάλων ασύρματων δικτύων αισθητήρων, και η συλλογή δεδομένων από μια ευρεία περιοχή, τους δίνει τη δυνατότητα λήψης αποφάσεων, πολλές φορές κρίσιμων, ανάλογα με τις επικρατούμενες συνθήκες. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων, σε συνδυασμό με τις υπηρεσίες της υψηλής και καθιερωμένης τεχνολογίας του συστήματος GPS (Global Positioning System) μπορούν να δημιουργήσουν έναν εκρηκτικό συνδυασμό και ερευνητικές ιδέες για ανάπτυξη αστικών εφαρμογών αυτοματισμού, στο πλαίσιο των λεγόμενων «έξυπνων πόλεων». Μέσα σε ένα απέραντο δίκτυο ασυρμάτων αισθητήρων, αποτελούμενο από χιλιάδες οντότητες, η ικανότητα του κάθε κόμβου να εντοπίζει την θέση του και να την μοιράζεται με τους υπόλοιπους, κερδίζει ολοένα και περισσότερο έδαφος ειδικά σε θέματα δρομολόγησης. Η χρήση της τεχνολογίας GPS από έναν κόμβο, αντικείμενο που μελετάμε στη παρούσα εργασία, μπορεί να οδηγήσει από την επιτυχή εφαρμογή του Geographical Routing σε ένα WSN, μέχρι την υλοποίηση απαιτητικών εφαρμογών για αντιγραφή κίνησης αλλά και δημιουργίας «έξυπνων αυτοκινητόδρομων» μέσα στους οποίους θα γίνεται αυτόματη πλοήγηση των κινητών υπό την επίβλεψη ενός μεγάλου WSN με κόμβους που συνεργάζονται με το σύστημα δορυφορικού εντοπισμού θέσης αλλά και μεταξύ τους. Όπως γίνεται άμεσα αντιληπτό, η παρούσα εργασία, που πραγματεύεται την σωστή συνεργασία και επικοινωνία ενός δικτύου ασυρμάτων αισθητήρων με την τεχνολογία GPS για την ιχνηλάτηση της πορείας ενός κινητού, μπορεί να δώσει μελλοντική τροφή για ενασχόληση σε πολλαπλά ερευνητικά επίπεδα. Η εργασία μας χωρίστηκε σε τρείς θεματικές ενότητες. Η πρώτη αφορά τον τομέα του WSN και του προγραμματισμού των κόμβων, για επικοινωνία με τους δορυφόρους, με τον υπολογιστή αλλά και μεταξύ τους, με τις απαραίτητες λειτουργικές εφαρμογές που κληθήκαμε να υλοποιήσουμε. Η δεύτερη αναφέρεται στην εργασία μας από την πλευρά του υπολογιστή, που λειτουργεί σαν συλλέκτης των δεδομένων του δικτύου, και τη σύνδεση του συστήματός μας με την πρότυπη εφαρμογή Google EarthTM για απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της τροχιάς που ακολουθεί ένα κινητό. Η τρίτη ενότητα περιλαμβάνει εκτέλεση πειραμάτων χρήσης του συστήματος που σχεδιάσαμε και παράθεση οπτικοποιημένων αποτελεσμάτων, για την εύκολη εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων όσον αφορά στη λειτουργικότητά του. / The last few years we witness a striking paradox in the field of technology. While all humanity is seeking for more computing power, more storage capabilities and more proccessing speed, small autonomous devices have appeared to occupy more and more areas of our lives in the daily routine. Units with the capabilities of data proccessing, data storage, enviromental sensing and communication with each other, are incorporated in almost all areas of human activity. The way in which these nodes are self-organized into large Wireless Sensor Networks and their ability to collect data from a wide area, enables them in taking decisions, critical ones sometimes, according to the prevailing conditions. The above characteristics of the components of wireless sensor networks, combined with the services of the established and standard technology of the GPS (Global Positioning System) can create ideas for research and development of urban applications of automation in the so-called “smart cities”. In a vast network of wireless sensors, consisting of thousands of entities, the ability of each node to detect its position and share it with others, is gaining more and more ground especially in routing topics. The use of GPS technology from a node, which is one of the subjects we study in this thesis, could lead from the successful implementation of the Geographical Routing, to the implementation of more demanding applications for motion replication but also to creating “smart highways” through which mobiles will execute an automatic navigation, supervised by a large WSN consisting of nodes cooperating with the satellite positioning system and with each other. As is readily apparent, the present thesis which is dealing with the good cooperation and communication of a wireless sensor network with the GPS technology in order to trace the path of a mobile, can provide room for future involvement in multiple levels of research. Our work was divided into three thematic sections. The first concerns the field of WSN and node programming so that they can be able to communicate with satellites, with the computer and with each other, by installing them with the necessary functional applications that we had to implement. The second section refers to our work on the computer side, which acts as a network data collector, and the link of our system with the standard Google EarthTM application to display the path of a mobile in real – time. The third section includes conducting experiments using the system we designed. The results are visualised and listed for an easy extraction of usefull conclusions regarding the functionality of our system.

The localization of the sensor nodes is a fundamental issue in the area of wireless sensor networks (WSNs). An attractive way for estimating the location of mobile or static wireless objects is by using the received signal strength (RSS) attenuation with the distance, which does not require any additional hardware. This is possible due to the fact that in most sensor nodes radios the received signal strength indicator (RSSI) is a standard feature and can be obtained automatically by the received messages. On the other hand the RSS is known for being noisy, unstable, variable and difficult to use in practice. For achieving a better understanding of the nature of these difficulties and limitations, and for identifying the range of applicability of the RSS in localization and tracking scenarios, a thorough study about the RSS and its dependence on the various factors and environmental conditions is essential. The present doctoral dissertation investigates the feasibility of sensor node localization and target tracking with the resources of the WSN technology, when using only the RSS of the exchanged messages. Moreover, it offers experimental support to the hypothesis that proper modeling of the RSS behavior and appropriate selection of the topology parameters are essential for the applicability of WSN in real world conditions. In brief, the present doctoral dissertation concerns with: (i) identifying the main factors that influence the accuracy, the variability and the reliability of the obtained RSS, (ii) modeling the RF signal propagation in the context of WSNs, and (iii)defining the basic deployment constraints and evaluation of the topology parameters that can guarantee successful localization and tracking. For assessing the practical value of various RF-models, experiments using Tmote Sky and TelosB sensor nodes in real-field outdoor environment were carried out. The impact of a number of factors, such as the operating frequency of the radio, the transmitter–receiver distance, the variation of transceivers hardware due to manufacturing tolerances, the antenna orientation, and the environmental conditions, on the RSS was investigated. The influence of the various factors that affect the RF signal propagation and some constraints imposed by the WSN nature was accounted in order to design practical models, suitable for outdoor unobstructed and outdoor tree-obstructed environments. A pre-deployment simulation framework has been introduced and in its context a RF signal propagation-based connectivity strategy (RFCS) has been developed to fulfill three deployment provisions: (i) discovering the most appropriate height from the ground and distances for the sensor nodes, (ii) reducing the transmission power, and (iii) minimizing the interference from non-neighbor nodes. The RFCS uses a RF signal propagation model to predict the RSS in order to identify the most appropriate communication-based deployment parameters, i.e. T-R distance, height from the ground and transmission power. The localization and tracking considerations, by means of localization and tracking techniques, topology parameters and factors influencing the localization and tracking accuracy, are combined in illustrative simulation examples to evaluate their significance concerning the performance of the localization and tracking task. Furthermore, the propagation model and the topology parameters being identified were validated in real outdoor sensor node localization and target tracking tests. / -