UT duikt onder water met sensornetwerken
20 juli 2010
De UT neemt deel aan twee projecten om draadloze sensornetwerken in te zetten onder water. Daar krijgen de Twentse onderzoekers niet alleen te maken met kou, hoge druk en veel signaalreflecties, maar ook nog eens met een omgeving waar radiogolven niet werken.
De Pervasive Systems-groep van de Universiteit Twente is gestart met twee projecten om draadloze sensornetwerken onder de zeespiegel te brengen, tot dieptes van vijftienhonderd meter. Seastar krijgt een STW-ondersteuning van 1,2 miljoen euro en partnert met UT-spin-off Microflown. Het Clam-project wordt onder de paraplu van het Zevende Kaderprogramma uitgevoerd samen met (weer) Microflown, drie Italiaanse universiteiten, de Noorse offshorespecialist Kongsberg en Sintef, de Noorse tegenhanger van TNO. Hiervoor is ruim drie miljoen euro beschikbaar.
Volgens UT-hoogleraar Paul Havinga moet er veel pionierswerk worden verricht en is het nog niet helemaal duidelijk wat er uiteindelijk uit zal komen. ‘Het is echt een heel moeilijke omgeving: heel koud, een heel hoge druk, heel veel reflecties van de signalen en je kunt er heel moeilijk bij als er iets kapot gaat. Boven de grond heb je dat natuurlijk ook al wel, maar hier is het nog een stuk extremer. Je moet dus echt naar robuuste zelforganiserende netwerken.’
Bovendien werken radiogolven niet onder water. Communicatie verloopt via akoestische golven met veel lagere frequenties en bandbreedtes en werkt punt-naar-punt. De bestaande apparatuur die de offshore-industrie hiervoor gebruikt, is groot en duur.
Duikbootjes
Een belangrijke poot van de projecten is dan ook om moderne inzichten in radiocommunicatie toe te passen op water als informatiedrager. Dat moet uiteindelijk tot betrouwbaardere communicatie en goedkopere modems leiden. ‘Binnen Seastar is beam forming en beam steering het hoofddoel’, legt Havinga uit. Bij radiocommunicatie kunnen bundels worden gericht door meerdere zendelementen te laten samenwerken. Als die nauwkeurig afgestemd elk de fase iets ten opzichte van elkaar verschuiven, zorgt de interferentie voor een nauw gefocuste bundel. Om dat onder water toe te passen, worden de knooppunten in het Seastar-project in een stertopologie op de zeebodem geplaatst.
De lage frequenties spelen de Twentenaren hier juist in de kaart. ‘Bij bundelvorming moeten de zenders nauwkeurig in tijd gesynchroniseerd zijn en bovendien moet hun precieze locatie bekend zijn. Maar doordat we hele lage frequenties gebruiken, hebben we veel grotere toleranties. Op die manier gebruiken we de nadelen van het systeem’, vertelt Havinga.
Bij het leeuwendeel van het onderzoek naar draadloze sensornetwerken is gedistribueerde verwerking een belangrijk thema. De nodes sturen hierbij elk slechts een klein beetje informatie door, waarbij het volledige netwerk een totaalbeeld geeft van de situatie. De nodes doen daarbij zelf zo veel mogelijk aan dataverwerking zodat de energieslurpende communicatie minder aangesproken hoeft te worden voor het verzenden van ruwe data. Bij de onderwaterprojecten is dit ook weer een belangrijke vereiste, niet alleen vanwege het energieverbruik maar ook vanwege de kleine bandbreedtes.
Waar bij Seastar de transportlaag de hoofdmoot uitmaakt, moet het Clam-project meer inzicht geven in routingprotocollen voor draadloze sensorknooppunten. De topologie is hier dan ook een stuk ingewikkelder. Bij Seastar liggen de sensorknooppunten op de bodem van de zee, bij Clam worden ze op verschillende dieptes in het water gehangen zodat een driedimensionale structuur ontstaat. Bovendien maken hier, naast boeien aan het oppervlakte, ook onbemande duikbootjes en gliders onderdeel uit van het netwerk. Havinga: ‘We hebben heel weinig capaciteit en bandbreedte op onze sensorknooppunten. Die robots zijn vaak uitgerust met camera’s en dienen dan als extra informatiebron. Bovendien kunnen ze worden gebruikt als data mule, om gegevens naar de oppervlakte te transporteren. Dat moeten we meenemen in het routingprotocol.’
Duikcentrum
Binnen het consortium richten de Noren zich vooral op de praktische kant van de technologie, terwijl de Italianen aan de communicatieprotocollen zullen sleutelen. De UT gaat zich ook richten op deze protocollen en op de gedistribueerde verwerking. Microflown draagt zijn expertise bij op het gebied van Mems-druksensoren. ‘Natuurlijk wil je met zo’n sensornetwerk druk kunnen registreren, maar misschien dat die sensor een dubbele functie kan vervullen om de geluidsgolven op te vangen. Dat is echt een onderzoeksthema’, zegt Havinga.
Uiteindelijk denkt hij dat de technologie van nut kan zijn voor de offshore-industrie, die steeds meer met verzonken installaties werkt. Vanuit die hoek is ook de interesse gekomen voor deze projecten. Uiteindelijk zouden de netwerken kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld pijplijnen in de gaten te hoeden door de trillingen te monitoren. Havinga stelt zich voor dat er zo om de twintig tot honderd meter een node nodig is.
Maar zo ver is het nog lang niet. ‘We beginnen hier in Enschede in een duikcentrum, met rond de vijf sensoren’, vertelt de hoogleraar. ‘Daarna willen we naar een fjord gaan. Daar denken we aan vijf tot tien nodes, maar dat kunnen er ook al tientallen worden. En als alles goed gaat, gaan we daarna naar de oceaan. Maar het is een heel avontuurlijk project met veel onbekenden.’
Terug naar nieuws