aplicaciones de redes de sensores inalámbricos y...
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Aplicaciones de Redes de Sensores Inalámbricos
Agustín J. GonzálezDepartamento de Electrónica
Universidad Técnica Federico Santa María
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Contenidos Redes móviles y multi-hops Redes de Sensores Inalámbricos
Hardware y estándares Aplicaciones
Dispositivos Móviles Hardware
Aplicaciones Agricultura de precisión Monitorización de camiones mineros Monitorización de signos vitales en pacientes
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Redes Móviles Redes Móviles (Mobile ad hoc networks,
MANET): en este modelo, dispositivos móviles se auto organizan para crear una red aprovechando sus interfaces inalámbricas, sin un requerimiento de infraestructura pre-instalada.
Éstas suponen un gran número de clientes y que los nodos estarán en todas partes (densos y activos)
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Redes Multihops Las redes Multihop hacen referencia a un
modelo de comunicación extremo a extremo donde los paquetes son re-enviados con ayuda de los mismos nodos intermedios de la red hasta llegar al destino. Ej. Redes ad-hoc.
Dispositivos no directamente conectados se pueden comunicar re-enviando su tráfico vía una secuencia de dispositivos intermedios.
Esta idea ha sido usada en varias soluciones comerciales.
Ejemplos: Redes oportunistas, vehiculares, y de sensores.
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Redes de Sensores Inalámbricos (WSN)
La idea es monitorizar, estudiar, y controlar eventos y fenómenos.
Un número de nodos sensores son puestos de manera densa y posiblemente aleatoria dentro de un área.
Información recolectada por sensores es enviada a un nodo sumidero y a través de éste llevada a Internet.
Tecnología habilitadora: MOTE
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WSN y Motes: Hardware
Avances en redes e integración de la electrónica permiten crear nodos pequeños, flexibles, de bajo costo que interactúan con su ambiente a través de sensores, actuadores y comunicación => Motes (nombre en USA)
Meta en consumo energético => un año o más de operación desatendida.
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7Abril 2009 elo.utfsm.cl 7
Una plataforma: Tmote Sky
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Otra plataforma: SUN SpotSmall Programmable Object Technology
Acelerómetro de 2G/6G 3-ejes (x,y,z)
512K RAM, 4M Flash Sensores: temperatura y
luz J2ME 2007 Sun Microsystems, luego de su
paso a Oracle, se discontinúa
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Estándares Capas física y MAC: IEEE 802.15.4,
Optimizadas para bajo costo, baja potencia y desempeño inalámbrico robusto.
ZigBee (2004) construido sobre 802.15.4, incluye un stack de protocolo de red completo para WSN orientado a redes de sensores y control.
ZigBee Pro (dic. 2007) mejora algoritmos de direccionamiento y ruteo
250 kb/s 2.4 GHz
40 kb/s and 20 kb/s 900 and 868 MHz
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Aplicaciones
Monitoreo de ambientes (domótica, agricultura, puentes, sismos, etc)
Automatización Industrial Aplicaciones médicas (voz, estado
de salud, accidentes) Seguimiento de inventarios
(trazabilidad) Operaciones militares Ver links en página del curso
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11Abril 2009 11
Agricultura de Precisión:El problema
Recolección manualde datos
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Agricultura de Precisión: Soluciones
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
NodoNodo
Nodo
GTW
Nodo
Estación meteorológica
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Dificultades abordadas Aplicación debe responder a las
variaciones de su entorno. Recursos limitados (memoria, energía) Confiabilidad (nodos desatendida) Requerimientos de tiempo real Propagación e interferencia de señales
de RF
Plataforma MoteAplicación
Tiny OS NesC
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Resultado
Memoria de José Ulloa (2006)
Aplicación adquisidorade datos
En colaboracióncon Wiseconn
Producto: WiseField
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Arquitectura General
Node n
Sensor 3Sensor 2
Sensor 1
Node 1
Sensor 3Sensor 2
Sensor 1
Internet
LAN Monitor/control/alarms
DBAcquisition
system
Gateway
Oficinas
Remote Monitor 1
Remote Monitor n
Nodos autónomos (meses/años)
WSN/Ethernet
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Nuevo requerimiento de clientes¿Qué pasa si un cliente tiene
varios campos disjuntos?
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Agricultura de Precisión:Extensión
Usamos un gateway WSN-GPRS
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Arquitectura
Usamos un modem GSM/GPRS
RS-232
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1919
Resultado
Memoria de César León (2007)
Versión mejorada deWiseField
Principales problemas: confiabilidad del enlace GPRS=> Tuvo de superar el rechazo de conexiones y límites en tamaños de paquetes.
En colaboración con Wiseconn
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2020
Necesidad de Gateway WSN/Ethernet
Escenario 1:
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
NodoNodo
Nodo
GTW
Nodo
¿Cómo hacer estaconexión más larga?
USB
Interior
Exterior
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Necesidad de Gateway WSN/Ethernet
Escenario 2:
Field A
Field B Oficinas
Internet
Red vista como uncampo más grande
GatewaysPara hacertúnel
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2222
Solución:Gateway WSN/Ethernet:
Memoria de Guillermo Bustos (2010)
Gateway Ethernet/SerialSistema OEM implementamodelo cliente servidorOriginal Equipment Manufacturer
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Monitorización de Temperatura y Presión de Neumáticos de Camiones Mineros
Memoria de Alejandro Alviña (2008)
Neumáticos entre los suministros más caros. Él integró hardware e implementó protocolo
• Sensores: OEM de Freescale• Microcontrolador TI• RF Module OEM de Aerocomm
Wireless linkTambién es una
Red de Sensores Inalámbricos
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3G
“La primera hora después del accidente puede hacer la
diferencia entre la vida y la muerte.”
ERPHA
ERPHA propone un sistema íntegro de información instantánea disponible en el centro hospitalario desde el primer momento, utilizando tecnologías de punta.
Emergency Remote Pre-Hospital Assistance
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Resultado: Sensadoo, comunicación, almacenamiento y monitoreo
Pulse oximetry
Blood pressure
ERPHAWEB view
ERPHAServer
Remotemonitoring