Street lighting mesh network protocol

Abstract

The digital revolution of the 21st century contributed to stem the Internet of Things (IoT). Trillions of embedded devices using the Internet Protocol (IP), also called smart objects, will be an integral part of the Internet. In order to support such an extremely large address space, a new Internet Protocol, called Internet Protocol Version 6 (IPv6) is being adopted. The IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN) has accelerated the integration of WSNs into the Internet. At the same time, the Constrained Application Protocol (CoAP) has made it possible to provide resource constrained devices with RESTful Web services functionalities. This work builds upon previous experience in street lighting networks, for which a proprietary protocol, devised by the Lighting Living Lab, was implemented and used for several years. The proprietary protocol runs on a broad range of lighting control boards. In order to support heterogeneous applications with more demanding communication requirements and to improve the application development process, it was decided to port the Contiki OS to the four channel LED driver (4LD) board from Globaltronic. This thesis describes the work done to adapt the Contiki OS to support the Microchip TM PIC24FJ128GA308 microprocessor and presents an IP based solution to integrate sensors and actuators in smart lighting applications. Besides detailing the system’s architecture and implementation, this thesis presents multiple results showing that the performance of CoAP based resource retrievals in constrained nodes is adequate for supporting networking services in street lighting networks.

A revolução digital do século 21 contribuiu para o surgimento da Internet das Coisas (IoT). Em breve triliões de dispositivos embutidos usando o Internet Protocol (IP) serão parte integrante da Internet. De modo a suportar tal gama de endereços, um novo protocolo de Internet, chamado Internet Protocol versão 6 (IPv6) está a ser adoptado. O IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN) acelerou a integração das redes sem-fios de sensores na Internet. Ao mesmo tempo, o Constrained Application Protocol (CoAP) tornou possível fornecer funcionalidades de serviços Web RESTful a dispositivos com recursos limitados. Este trabalho baseia-se em experiências anteriores em redes de iluminação pública, para os quais um protocolo proprietário, elaborado pelo Lighting Living Lab, foi implementado e usado durante vários anos. O protocolo proprietário tem sido utilizado numa ampla gama de placas de controlo de iluminação. De modo a suportar aplicações heterogéneas com requisitos de comunicação mais exigentes além de melhorar o processo de desenvolvimento de aplicações, adaptou-se o Contiki OS à placa LED driver de 4 canais (4LD) da Globaltronic. Esta dissertação descreve o trabalho conduzido para adaptar o Contiki OS ao microprocessador Microchip TM PIC24FJ128GA308 e apresenta uma solução baseada em IP para integrar sensores e atuadores em aplicações de iluminação inteligentes. Além da descrição da arquitetura e da implementação do sistema, este trabalho apresenta vários resultados que mostram que o desempenho do protocolo CoAP na placa 4LD é adequado para suportar serviços Web em redes de iluminação pública.