Slimme draadloze netwerken

dr. Raluca Marin-Perianu

technologiestichting STW

Marin-Perianu, in 1978 geboren in Boekarest, werkte in Roemenië naast haar studie informatica al in IT-bedrijven. Ze werd specialiste op het gebied van internettelefonie, en leerde zo de details van computernetwerken kennen. Nadat ze bij de nationale wiskundewedstrijd de eerste prijs had gewonnen, stond voor haar vast, dat ze meer met haar kennis wilde doen. De promotieplaats in Twente leek haar het meest interessant.

In het eerste jaar in Twente ontwikkelden de dingen zich maar langzaam. De eerste opgave was, om via literatuurstudie uit te vinden, waar er een gat in het onderzoeksgebied zou zijn. “Mijn promotieonderzoek was ingebed in een heel groot project: smart surroundings. Ik hield me in het begin vooral bezig met de vraag hoe mobiele apparaatjes kunnen ontdekken welke draadloze diensten er dicht in de buurt zitten.”

Het bleek dat er veel fundamenteel onderzoek nodig was bij de technische organisatie van een draadloos netwerk. Marin-Perianu: “In een draadloos mobiel netwerk is alles in beweging. Ieder van de apparaten heeft weer eigen eigenschappen, zoals verschillende soorten rekenkracht, energievoorraden en sterkte van de radiozender.”

Activiteitsherkenning en stimulering met meerdere draadloze bewegingssensoren.

technologiestichting STW

Zuinige apparaatjes

In de eerste twee jaar kwamen er maar twee wetenschappelijke publicaties uit Marin- Perianu’s handen. Maar ondertussen deed ze haar grootste ontdekkingen. Ze bedacht de wiskunde waarmee mobiele apparaatjes goed in een netwerk met elkaar kunnen samenwerken. Ze hoeven daarvoor niet van tevoren te weten hoe zo’n netwerk precies is opgebouwd: de apparaatjes ontdekken zelf welke apparatuur binnen zendbereik ligt, en hoe ze daar op een intelligente manier een structuur in aan kunnen brengen.

Het resultaat was een zichzelf organiserend netwerk. Marin-Perianu: “Zo’n dynamisch netwerk heeft drie belangrijke voordelen: ten eerste kan het zichzelf aanpassen, al naar gelang hoeveel apparaatjes binnen zendbereik liggen. Je kunt zoveel nodes toevoegen als je wilt; het netwerk zoekt zelf uit hoe ze in clusters verdeeld kunnen worden. Bovendien gaat mijn intelligent netwerk erg zuinig om met energie. Er worden zo min mogelijk boodschappen heen en weer gestuurd. Dat wil je ook, omdat het versturen van gegevens via de radiozender veel stroom verbruikt. Tot slot zorgt het netwerk ervoor, dat zo min mogelijk verstoppingen ontstaan. Dit komt omdat apparaten die meer rekenwerk kunnen doen, automatisch meer taken krijgen.”

Nadat de wiskunde van de dynamische netwerken sluitend was gemaakt, ging Marin-Perianu de theorie uitproberen met een netwerk van zo’n twee dozijn mobiele apparaatjes. Nauwelijks groter dan een lucifersdoosje, hebben ze een batterij, een microprocessor, geheugen, een radiozender en sensoren aan boord die allerlei fysieke eigenschappen van de omgeving kunnen waarnemen.

Marin-Perianu: “De apparaatjes waren zo nieuw, dat er nog geen goede ontwikkelomgeving voor beschikbaar was. Dat maakte het erg lastig om ze te programmeren. Je hebt niet, zoals bij een smartphone, een beeldscherm tot je beschikking waarop je de resultaten kunt bekijken. Op het apparaatje zelf is alleen maar een indicatielampje beschikbaar. Als het je al lukt om een enkele node te observeren, dan nog is het extreem lastig om te meten wat er in het netwerk als geheel gebeurt.”

Gecoördineerde autonome besturing van voertuigen.

technologiestichting STW

Intelligente sensoren

Met zogenoemde packet sniffers lukte het uiteindelijk, om precies te meten hoe de nodes informatiepakketjes onderling uitwisselen, en zichzelf daarbij in clusters organiseren. Die metingen lieten zien dat de theorie uitstekend werkte.

Daarna kwam het onderzoek in een stroomversnelling terecht. Marin-Perianu ging voor een paar maanden naar de ETH in Zürich, om daar op het lab voor wearable computing te werken. Daar werkte ze met honderden intelligente sensoren, die ten opzichte van elkaar voortdurend in beweging zijn. De onderzoeksvraag was: kun je de sensoren zo slim maken, dat ze zelf weten op welke persoon ze zijn aangebracht? Ze slaagde erin om haar algoritmen zo aan te passen, dat de sensoren zichzelf in clusters kunnen organiseren, op basis van hun positie in de ruimte.

Marin-Perianu: “Dat is in de logistiek van groot belang. Neem bijvoorbeeld een sensor die van snijbloemen de vochtigheid kan meten. In ieder boeketje zit zo’n sensor. Als een vracht bloemen op één pallet wordt verplaatst, dan moeten de sensoren zichzelf zo binnen het netwerk kunnen organiseren, dat ze weten dat ze bij een en dezelfde vracht horen. Op die manier kun je veel beter controleren of alle bloemen in een bepaalde vrachtauto terecht zijn gekomen, en of ze er nog goed bijstaan.”

ProMove: de draadloze bewegingssensor van Inertia Technology.

technologiestichting STW

In het laatste jaar van haar promotie richtte Marin-Perianu samen met haar man het bedrijf Inertia Technology op, dat intelligente-sensornetwerken ontwerpt. Vastgeplakt op dingen, mensen of dieren, kunnen deze netwerken in ziekenhuizen of in de sport tot nieuwe toepassingen leiden. Marin-Perianu: “We werken bijvoorbeeld samen met ziekenhuizen in Nederland, Noorwegen, Engeland en Roemenië. Doel is om een systeem te ontwikkelen waarmee de arts de gezondheidstoestand van patiënten via een draadloos netwerk in de gaten kan houden. Ook voor wielrenners ontwikkelen we een systeem; ze krijgen dan meerdere kleine sensoren opgeplakt, die samen een netwerk vormen, dat een compleet beeld kan geven van de fysieke toestand van de wielrenner.”

Inmiddels werkt Marin-Perianu als postdoc aan de Universiteit Twente, en tegelijk aan het opbouwen van het eigen bedrijf: “Ik vind het fantastisch om een nieuwe technologie zowel theoretisch als praktisch vooruit te stuwen.”

Het promotieonderzoek van Raluca Marin-Perianu is gefinancierd binnen Programme for Research on Embedded Systems & Software II.