Radio Frequency Identification (RFID) technology is an electronic labeling technique.These electronic labels are called tags and read wirelessly. In this thesis a battery and amicroprocessor are connected to the tag. The work consisted of programming themicroprocessor to transfers sensor data into the tags memory. The tags are placed ontrains and data is collected from sensors at the train's axle. That way sensor data can betransmitted from a train to readers stationed along the railroad tracks.The aim of the project is to predict service intervals. There is currently no possibility tosee wear in real time and stop a train before it breaks. At present, there is a form of heatdetectors located along the railroad tracks to measure temperatures of wheels and axlesof passing trains. These are expensive and have the disadvantage of being able to detecterrors that have already occurred, they can not detect errors that do not radiate heat.The thesis aims to provide a solution for this. By programming a microprocessor totransmit sensor data to the tags memory it is possible for an RFID reader to read thesensor data from the tag. Ensuring that data and identity can be read from the tag atspeeds up to 250 km/h, you can get the status of a trains wagon before it breaks.

De senaste åren har drivkraften för forskning inom trådlösa sensornätverk ökat markant. Detta är framförallt på grund av de potentiella fördelar som den nya tekniken tillhandahåller.Vi har efter förfrågan av Ivan Kruzela tagit på oss uppgiften att skapa en laboration som är tänkt att ingå i den andra årskursen för högskoleingenjörerna i Data- och Telekommunikation på Centrum för Teknikstudier (CTS), Malmö Högskola.Laborationen handlar om routing och är den tredje i raden av laborationer med trådlösa sensorer. Protokollet som används heter XMesh och är tillverkat av Crossbow Technology. Ambitionen är att laborationen ska leda till förståelse för hur routing uppstår i trådlösa sensornätverk, med avseende på parametrar och andra faktorer som påverkar nodernas val av rutt.Examensarbetet resulterade i en laborationshandledning med tre tillhörande bilagor. / Over the recent years, research in Wireless Sensor Networks (WSNs) has increased significantly. This is mainly because of the potential advantages that this new technology provides.We have upon request from Ivan Kruzela taken on the task of creating a lab, which is supposed to be included in the second year of the Bachelors’ of Computer and Telecom Engineering at the Centre for Technology Studies (CTS), Malmoe University. The lab deals with routing and the protocol used is named XMesh and is created by Crossbow Technology. The ambition is that the lab will lead to an understanding of how routing occurs in wireless sensor networks, regarding parameters and other factors that affects the routing choices of the nodes.The work resulted in the lab and three associated appendices.

Tillfredsställande inomhusmiljö är idag mycket viktigt eftersom människor spenderar majoriteten av sin tid inomhus. För att fastställa och reglera inomhusmiljön måste denna mätas. Detta sker med olika sensorer och de vanligaste är koldioxid-, kolmonoxid-, temperatur- och luftfuktighetssensorer. Mätsystem som idag mäter inomhusmiljö är dyra att köpa in och att installera. Dessutom varierar de i svårighetgrad att konfigurera. Med hjälp av billig elektronik och trådlösa sensornätverk kan den totala kostnaden, inte minst installationskostnader, reduceras eftersom radiolänkar utnyttjas istället för kabelbunden kommunikation. Trådlösa sensornätverk kan även underlätta konfigurering av mätsystemet om ändringar behöver göras. Denna studie beskriver design och konstruktion av ett trådlöst sensornätverk för mätning av infraljud, koldioxidhalt, temperatur och relativ luftfuktighet. Bristen på mätsystem som mäter inomhusmiljö där infraljud är en av mätparametrarna gör det önskvärt att mäta infraljud istället för en av de andra vanliga mätparametrarna. I studien konstrueras en sensornod, en gateway och PC programvara. Utvärdering och test av konstruerat system utförs och resultaten jämförs mot ett referenssystem. Resultaten visar att mätsystemet i jämförelse med ett referenssystem ger tillfredsställande resultat. Avvikelserna mellan systemen är liten. Resultat från infraljudsmätningarna visar att mätsystemet kan mäta infraljudnivå men behöver filtreras för att återge korrekta signalnivåer.

Today energy resources are becoming scarcer and therefore more valuable. In conjunction with the population growth over last century, the need for finding new, more efficient, and sustainable methods of agricultural cultivation and food production has become more critical. To facilitate this process, we are designing, building, and evaluating a system for precision agriculture which provides farmers with useful data about the soil, the water supply, and the general condition of their fields in a user friendly, easily accessible manner. Our system aims to make cultivation and irrigation more efficient as the farmer is able to make better informed decisions and thus save time and resources. The diversity of location and climatic effects upon agricultural cultivation, along with other environmental parameters over time makes the farmer’s decision-making process more complicated and requires additional empirical knowledge. Applying wireless sensor networks for monitoring environmental parameters and combining this information with a user-customized web service may enable farmers to exploit their knowledge in an efficient way in order to extract the best results from their agricultural cultivation. The system can scale based on each farmer’s demands and the resulting ensemble of collected information may represent a valuable resource for future use, in addition to its use for real-time decision making. The design of the precision agriculture system contains a prototype solution regarding the sensor platform and a customizable service that can be utilized in different ways and by several entities. / Idag när energiresurser blir allt knappare och knappare blir de även mer värdefulla. I samband med befolkningstillväxten under förra århundradet har behovet av att hitta nya, mer effektiva och hållbara metoder inom jordbruket och livsmedelsproduktion blivit av allt större vikt. . För att underlätta denna process har vi designat, byggt och utvärderat ett system för precisionsjordbruk som ger bönder mer användbara data om jorden, vattenförsörjning och det allmänna tillståndet i sina områden på ett användarvänligt och lättillgängligt sätt. Vårt system syftar till att göra odling och bevattning effektivare då bonden kan fatta bättre underbyggda beslut och därmed spara tid och resurser. Mångfalden av läget och jordbrukets klimatpåverkan, tillsammans med andra miljöparametrar över tiden gör bondens beslutsprocess mer komplicerad än tidigare och kräver ytterligare empirisk kunskap. Att tillämpa trådlösa sensornätverk för övervakning av dessa parametrar och att presentera? denna information med en användarvänlig skräddarsydd webbtjänst kan göra det möjligt för jordbrukare att utnyttja på ett effektivt sätt nåde bästa resultaten från sitt jordbruk. Systemet kan skala utifrån varje bondes krav och den insamlade data kan utgöra en värdefull resurs för ett framtida jordbruk, utöver dess användning för dagens bondes beslut. Utformningen av systemet för precisionsjordbruk innehåller en prototyplösning avseende sensorplattformen och en anpassningsbar tjänst som kan användas på olika sätt och av flera enheter.

As the use of Internet of Things (IoT) devices increases, so does the number of available hardware platforms. Today there exists a broad range of hardware components that could be used to develop an IoT product and selecting the right ones is a difficult task. This thesis addresses this issue by conducting a case study where a communication controller is designed and implemented for the ArtEmis project. ArtEmis is a collaboration between universities around Europe that aims to examine the relationship between rising radon levels in ground water and the probability of forthcoming earthquakes. The case study consists of a theoretical pre-study where a survey of the current literature is conducted and establishes a set of requirements. Then, a set of hardware components are selected and used to implement a prototype. The result of the case study is a list of important parameters and potential problems which can be used to guide the development of similar systems. Two platforms based on the IoT-boards Radio sensors node model S2 and Raspberry Pi 4 model B were recommended. / I och med att antalet IoT-enheter ökar ökar också antalet tillgängliga hårdvaruplattformar. Idag finns det en mängd hårdvarukomponenter som kan användas för att utveckla IoT-produkter och det är svårt att avgöra vilka av dem som är lämpliga för varje produkt. Denna uppsats behandlar detta problem genom att utföra en fallstudie där en kommunikationskontroller designas och implementeras till ArtEmis. ArtEmis är ett samarbete mellan europeiska universitet vars syfte är att utreda sambandet mellan stigande radonnivåer i grundvattnet och sannolikheten för en framtida jordbävning. Fallstudien består av en teoretisk förstudie där en överblick av det nuvarande litteraturen ges och en kravlista för plattformen sammanställs. Sedan väljs en uppsättning hårdvarukomponenter, vilka används för att implementera en prototyp. Resultatet av fallstudien är en lista av viktiga parametrar och potentiella problem som kan användas för att vägleda utvecklingen av liknande system. Två plattformar baserade på IoT-korten Radio sensors node model S2 och Raspberry Pi 4 model B rekommenderades.

With the rapid development of the Internet of Things, Wireless Sensor Networks (WSNs) are deployed increasingly all over the world, providing data that can help increase sustainable development. Currently in Uppsala, Sweden, the GreenIoT project monitors air pollution by using WSNs. The resource constrained nature of WSNs demand that special care is taken in the design of communication models and communication protocols. The publish-subscribe (pub/sub) model suits WSNs very well since it puts an intermediary the broker server between sensor nodes and clients, thus alleviating the workload of the sensor nodes. The IETF (Internet Engineering Task Force) is currently in the process of standardizing a pub/sub extension to the Constrained Application Protocol (CoAP). Since the extension is such a recent addition to CoAP and not yet standardized, there are very few actual implementations of it and little is known of how it would work in practice. The GreenIoT project is considering replacement of their current pub/sub broker with the CoAP pub/sub broker since its underlying implementation is likely to be more energy efficient and the standardizing organization behind CoAP is the well-esteemed IETF. On a general level, this report offers an investigation of the problems and challenges faced when implementing the CoAP pub/sub extension with respect to design choices, implementation and protocol ambiguities. More specifically, a CoAP pub/sub broker is implemented for the GreenIoT project. By means of carefully analyzing the CoAP protocol and CoAP pub/sub draft as well as other necessary protocols, then proceeding to make decisions of what programming language to use as well as what existing CoAP library to use, a broker server was implemented and tested iteratively as the work proceeded. The implementation gave rise to several questions regarding the pub/sub draft which are also discussed in the report. / Den hastiga utvecklingen av Sakernas Internet över hela världen har medfört ett ökat användande av trådlösa sensornätverk vars datainsamling kan bidra till en mer hållbar utveckling. För närvarande använder sig GreenIoT-projektet i Uppsala av trådlösa sensornätverk för att övervaka halterna av luftföroreningar. Resursbegränsningarna för dylika nätverk medför att särskild hänsyn måste tas vid design av såväl kommunikationsmodeller som kommunikationsprotokoll. Modellen Publicera-Prenumerera (pub/pre) passar ypperligt för trådlösa sensornätverk då en mellanhand placeras mellan klient och server en s.k. broker vilket får den positiva effekten att att sensornoderna avlastas. För närvarande är IETF (Internet Engineering Task Force) i färd med att standardisera en pub/pre-utvidgning av det redan standardiserade CoAP (Constrained Application Protocol). Eftersom att utvidgningen är så pass ny finns ytterst få implementationer av den och man vet därmed väldigt lite om hur den faktiskt fungerar i praktiken. GreenIoT-projektet överväger att ersätta sin nuvarande pub/pre-broker med en CoAP pub/pre-broker eftersom att energianvändningen kan antas bli lägre samt att standardiseringsorganisationen bakom CoAP är det välrenommerade IETF. Sett ur ett större perspektiv erbjuder denna rapport en undersökning av de problem och utmaningar man ställs inför vid implementation av CoAP pub/pre-utvidgningen med avseende på designval, implementationsval, och protokolltvetydigheter. Mer konkret implementeras en CoAP pub/pre-broker åt GreenIoT-projektet. Genom att först noggrant analysera CoAP-protokollet, CoAP pub/pre-utkastet, liksom andra nödvändiga protokoll, för att därefter bestämma vilket programmeringsspråk och vilket existerande CoAP-bibliotek som skulle användas, implementerades en broker server som testades iterativt under processens gång. Ett flertal frågor som uppstod rörande pub/pre-utkastet presenteras och diskuteras i rapporten.

Varje dag kopplas tusentals godsvagnar om på de olika rangerbangårdarna i Sverige. För att kunna automatiskt bromsa vagnarna tillräckligt mycket är det nödvändigt att veta deras hastigheter. En teknik som har blivit populär på sistone är Light Detection and Ranging (LiDAR) som använder ljus för att mäta avstånd till objekt. Den här rapporten diskuterar design- och implementationsprocessen av ett trådlöst sensornätverk bestående av en LiDARutrustad sensornod. Designprocessen gav en insikt i hur LiDAR-sensorer bör placeras för att täcka en så stor yta som möjligt. Sensornoden var programmerad att bestämma avståndet av objekt genom att använda Random Sample Consensus (RANSAC) för att ta bort outliers och sen linjär regression på de inliers som detekterats. Implementationen utvärderades genom att bygga ett litet spår med en låda som kunde glida fram och tillbaka över spåret. LiDAR- sensorn placerades med en vinkel vid sidan om spåret. Resultaten visade att implementationen både kunde detektera objekt på spåret och också hastigheten av objekten. En simulation gjordes också med hjälp av en 3D-modell av en tågvagn för att se hur väl algoritmen hanterade ojämna ytor. LiDAR-sensorn i simuleringen hade en strålavvikelse på 0_. 30% av de simulerade mätvärdena gjordes om till outliers för att replikera dåliga väderförhållanden. Resultaten visade att RANSAC effektivt kunde ta bort outliers men att de ojämna ytorna på tåget ledde till felaktiga hastighetsmätningar. En slutsats var att en sensor med en divergerande stråle möjligtvis skulle leda till bättre resultat. Framtida arbete inkluderar att utvärdera implementationen på en riktig bangård, hitta optimala parametrar för algoritmen samt evaluera algoritmer som kan filtrera data från ojämn geometri. / Every day, thousands of train wagons are coupled on the multiple classification yards in Sweden. To be able to automatically brake the wagons a sufficient amount, it is a necessity to determine the speed of the wagons. A technology that has been on the rise recently is Light Detection and Ranging (LiDAR) that emits light to determine the distance to objects. This report discusses the design and implementation of a wireless sensor network consisting of a LiDAR-equipped sensor node. The design process provided insight into how LiDAR sensors may be placed for maximum utilization. The sensor node was programmed to determine the speed of an object by first using Random Sample Consensus (RANSAC) for outlier removal and then linear regression on the inliers. The implementation was evaluated by building a small track with an object sliding over it and placing the sensor node at an angle to the side of the track. The results showed that the implementation could both detect objects on the track and also track the speed of the objects. A simulation was also made using a 3D model of a wagon to see how the algorithm performs on non-smooth surfaces. The simulated LiDAR sensor had a beam divergence of 0_. 30% of the simulated measurements were turned into outliers to replicate bad weather conditions. The results showed that RANSAC was efficient at removing the outliers but that the rough surface of the wagon resulted in some incorrect speed measurements. A conclusion was made that a sensor with some beam divergence could be beneficial. Future work includes testing the implementation in real-world scenarios, finding optimal parameters for the proposed algorithm, and to evaluate algorithms that can filter rough geometry data.

With the coming growth in Internet of Things (IoT) applications, we can expect environ-ments with many independent networks operating in nearby locations. Wireless Sensor Networks (WSN), which have become popular during the last few years, are the main type of networks used in IoT. The IEEE 802.15.4 protocol designed for low-rate wireless personal area networks has been widely adopted for this kind of network. Together with ZigBee, this protocol is gaining increasing interest from the industry, as they are con-sidered a universal solution for low-cost, low-power, wireless connected monitoring and control devices. Internetwork interference issues in IEEE 802.15.4 networks can be a ma-jor problem because of the extensive use of wireless channels. In this thesis, an in-depth simulation study of the internetwork interferences is performed using Castalia, a widely used network simulator. We focus on the beacon collision problem, as it has been proved to be the main cause of performance degradation for coexisting networks. We carry out a prestudy of the main node simulation parameters to setup the different scenarios. Then, we evaluate how the overlap of the active periods and the location of the nodes affect the network performance. We continue with a network coexistence analysis to study the inter-action of two networks of two nodes and their performance regarding the beacon reception rate. We show that there are significantly different operation regions, depending on the network location. Following this, a probabilistic analysis is carried out in order to obtain an average beacon reception rate depending on the size of the area considered. Finally, we discuss available beacon collisions avoidance methods, taking into account the detailed simulation results. Our conclusions have theoretical and practical implications for the design of wireless sensor networks, and for the evaluation of beacon collisions avoidance schemes. / Med den kommande tillväxten i sakernas Internet (IoT) applikationer är miljöer med många oberoende nätverk som verkar på närliggande ställen väntat. Trådlösa sensornätverk (WSN), som har blivit populära under de senaste åren, är den vanligaste typen av nät som används i sakernas Internet. IEEE 802.15.4 protokollen, konstruerad för låghastighet trådlösa personlig area nätverk, har fått stor spridning för WSNs. Tillsammans med ZigBee, får de en snabb ökat intresse från industrin, eftersom de betraktas som en universallösning för låg kostnad låg energi trådlös anslutning för övervaknings- och kontrollinstrument. Internätverk interferens i IEEE 802.15.4 nätverk kan vara ett stort problem på grund av den omfattande användningen av trådlösa kanaler. I denna avhandling är en djupgående simulation studie utfört med hjälp av Castalia, ett utbrett använt nätverk simulator. Vi fokuserar på beacon kollisionsproblem, eftersom det har visat sig vara den främsta orsaken till prestandaförsämring för samexisterande nätverk. Vi utför en förstudie av den viktigaste simulation parametrarna för att bestemma de olika scenarierna. Sedan utvärderar vi hur överlappningen av de aktiva perioderna och placeringen av noderna påverkar nätverkets prestanda. Vi fortsätter med en nätverksamexistens analys för att studera interaktionen mellan två nätverk av två noder, och deras prestanda avseende beacon mottagnings kvot. Vi visar att det finns betydligt olika operationsområdena, beroende på nätverksens placering. Därefter är en sannolikhetsanalys utfört för att erhålla en genomsnittlig beacon mottagnings kvot, beroende på storleken på betraktade områden. Slutligen diskuterar vi tillgängliga metoder för att undvika beacon kollision, med hänsyn till de detaljerade simuleringsresultaten. Våra slutsatser har teoretiska och praktiska kon-sekvenser för utformningen av trådlösa sensornätverk, och för utvärderingen a metoder för att undvika beacon kollision.

Wireless sensor networks (WSN) are one of the most rapidly evolving technical areas right now. They can be used in a lot of different applications, environmental monitoring and health applications being two examples. The sensors can be placed in hazardous and remote environments since there is no need for cabling or manual maintenance. One of the biggest problems and constraints of today's WSNs is the limited energy capacity of the sensor nodes. Eventually they will be power-depleted, and the network will be dead. A solution to this can be wireless energy transfer technology which makes it possible to recharge sensor nodes with the help of a mobile charger and prolong the lifetime of networks.  This thesis aims to investigate how the charging completion time can be reduced by considering that the charger can charge while moving and by controlling its velocity. The charging completion time is the time from when the charger starts charging the first node until it returns to that starting point.  For this, a two-dimensional WSN was defined that contains sensor nodes and a mobile charger. Anchor nodes, which the charger travels between were defined by choosing the nodes with most neighbors within a defined charging radius. The traveling salesman problem were used to find a path that the charger travels along. A simulation environment was developed in Python to execute tests.  The results show that the charging while moving approach with controlled velocity could reduce the charging completion time with up to 20%. It was also ascertained that this approach works better in dense networks than in sparse. / Trådlösa sensornätverk är ett av de snabbast växande tekniska områdena just nu. De har många olika användningsområden, miljöövervakning och olika hälsotillämpningar är två exempel. Sensorerna kan placeras i farliga och avlägsna miljöer eftersom det inte finns något behov av kablar eller manuellt underhåll. Ett av de största problemen och begränsningarna på dagens trådlösa nätverk är den begränsade energikapaciteten hos sensornoderna. Slutligen kommer de att bli tömda på ström och nätverket kommer att dö. En lösning på detta kan vara trådlös strömöverföring vilket gör det möjligt att ladda sensorerna med hjälp av en mobil laddare och därmed förlänga livstiden på nätverket.  Syftet med detta examensarbete är att undersöka hur slutförandetiden för laddningen kan reduceras i betraktande av att laddaren kan ladda när den rör sig samt att reglera laddaren hastighet. Slutförandetiden för laddningen är den tid det tar från att laddaren börjar ladda den första sensor-noden tills att den kommer tillbaka till punkten den startade på.  För att göra detta definierades ett två-dimensionellt trådlöst sensornätverk som bestod av sensornoder och en mobil laddare. Ankarnoder, vilka laddaren rörde sig emellan, definierades genom att hitta de noder med flest antal grannar inom en bestämd laddningsradie. Handelsresandeproblemet användes för att bestämma rutten som laddaren färdas längs. En simuleringsmiljö utvecklades i Python för att utföra testerna i.  Resultaten visar att med laddaren som laddade när den rörde på sig samt hade reglerad hastighet kunde slutförande-tiden för laddning reduceras med upp till 20%. Det kunde även konstateras att detta tillvägagångssätt fungerar bättre i täta nätverk än i glesa.

Distributed networks, meaning a network in which several agents work together unanimously to perform some task in order to reach goals has become a field with a wide range of applications. One such applications may exist in the form of drones with a purpose of observing and detecting forest fires. In such applications it can be of paramount importance to be able to agree over some opinions or values between the agents. This value could be something such as event detection or a general direction to fly in. However in such a network there might not exist a central hub and it would not be possible for all drones to communicate directly with each other. In order for such a network to be able to reach consensus or agreement, values have to be exchanged between the agents. This thesis focuses on a subset of this problem known as distributed averaging. In the thesis it is investigated how a networks ability to detect forest fires and communicate both efficiently and quickly can change when the number of agents are adjusted in the network. The results showed that, when operating in a fixed area, for a small network of drones the increasing effective energy cost per drone were higher, than that of a larger network. It was also discovered that the speed at which a network could reach an agreement was not necessarily affected by the size of the network. But as the field area being observed was increased, adverse effects were observed in terms of communication and event detection. / Distribuerade nätverk bestående av flera agenter som har som uppgift att tillsammans nå gemensamma resultat har blivit allt mer populärt. Ett sådant användningsområde är hur drönare kan användas för att observera och upptäcka skogsbränder över en given yta. I en sådan tillämpning är det av stor vikt att drönarnätverket kan kommunicera och kongruera över värden nätverket delar med varandra. Dessa värden kan representera händelser som nätverket har som uppgift att upptäcka eller en riktning för drönarna att flyga i. Det är inte alltid garanterat att det finns en central kommunikationscentral för sådana nätverk, utan blir beroende på att kommunicera med varandra för att utbyta och kongruera över värden. Den här rapporten fokuserar på en avgränsad del av det ovanstående problemet som kallas för distribuerat konsensusvärde (eng. distributed averaging). Rapporten undersöker hur ett sådant nätverks konvergeringsförmåga, totala energikostnad samt täckning påverkas när fler drönare tillförs till nätverket. När arbetsytan var satt till statisk storlek visade resultaten att den tillförda energikostnaden per drönare var högre för små nätverk än för större nätverk. Det visades också att hastigheten som nätverket når ett kongruerande värde inte nödvändigtvis påverkas av storleken av nätverket. När arbetsytan ökade i takt med storleken på nätverket observerades däremot motsatt effekt för energikostnad och hastigheten för att nå ett konsensusvärde.