redes de sensores inalámbricos

WSN (Wireless Sensor Network)Redes de Sensores Inalámbricos

Lucio Marcelo Quispe [email protected]

[email protected]

VIII Aniversario de la Carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones

Ciclo de Conferencias Magistrales

Abril, 2012

mailto:[email protected]




Redes de Sensores Inalámbricos by Lucio Marcelo Quispe Ortega

Agenda

1. Introducción

2. Historia y Evolución

3. Elementos de una WSN

4. Características

5. Estándares

6. Aplicaciones

7. Líneas de Investigación


1. Introducción

Las redes inalámbricas han tenido un rápido desarrollo en los últimos años

Infrarrojos, Bluetooth

Wifi, Wimax

GPRS, 3G, 4G

Redes inalámbricas

Redes con infraestructura

Redes sin infraestructura


1. Introducción

Redes inalámbricas con Infraestructura

Número fijo de enlaces cableados entre sí

Comunicación directa: terminal – estación base

Comunicación sólo dentro del área de cobertura

Ejemplos: Redes WiFI, Telefonía móvil


1. Introducción

Redes inalámbricas sin Infraestructura (Ad-hoc)

Todos los hosts son móviles

Conectados entre sí arbitrariamente y de manera dinámica

Los nodos funcionan como encaminadores (routers), involucradostanto en el descubrimiento como en el mantenimiento de rutas.

Recolectan información del ambiente, procesan los datos y lostransmiten a una estación base o nodo sink.


1. Introducción: WSN y Ad-hoc

El número de sensores es muy grande.

Los nodos pueden o no ser fijos.

La estructura de la red es cambiante.

Los nodos sensores no tienen identificación.

Son redes con restricciones en energía y en ancho de banda.


Agenda

1. Introducción



4. Características

5. Estándares

6. Aplicaciones



2. Historia y evolución

Predecesores

Chain Home (II Guerra Mundial)

SOSUS (Guerra Fría)

NORAD (Guerra Fría)

Años 8Os: Proyecto DSN -> DARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa)

10 tecnologías emergentes que cambiarán el mundo (MIT-2003)


2. Historia y evolución

Ley de Moore: Cada 2 años se duplica el número de transistores en un

circuito integrado


Agenda

1. Introducción



4. Características

5. Estándares

6. Aplicaciones




SENSORES:

Toman del medio la información y la conviertenen señales eléctricas.

NODOS (Motas)

Toman los datos del sensor y envían lainformación a la estación base.

GATEWAY:

Elementos para la interconexión entre la red desensores y una red de datos (TCP/IP).

ESTACIÓN BASE:

Recolector de datos basado en un ordenadorcomún o sistema embebido.

RED INALÁMBRICA:

Típicamente basada en el estándar 802.15.4ZigBee.



Las Motas

Son pequeñas unidades del tamaño de una caja de cerillas y tienen solamente…

unos pocos kilobytes de memoria

un procesador de unos cuantos MHz

Una radio de pocos metros de alcance

Una o dos pilas (tipo AA, AAA o tipo botón)



Componentes de una Mota

Conector para

sensores externos

Antena y radio

Fuente de a

limentación

Microprocesador



Clases de Motas del mercado



Software

Sistema Operativo: TinyOS

Desarrollado en la Universidad de Berkeley

Puede ser aplicado a otros sistemas embebidos

Optimizado para hardware reducido

Comandos (tareas del S.O)

Eventos (Interrupciones)

Funciones (Cálculos no prioritarios)

URLs:

http://www.tinyos.net/download.html

http://www.moteiv.com/software/

http://www.tinyos.net/download.html

http://www.moteiv.com/software/



Software

Lenguaje de Programación NesC

Metalenguaje que deriva de C

Proyecto de código abierto (Open Source)

Componentes (abstracción del hardware) medianteprogramación orientada a objetos (POO).

Modelo de Eventos mediante programación orientada aeventos (POE).

Logicamente divididos en tres partes:

Configuración, Implementación y Módulos.

¿Cómo empezar?

http://nescc.sourceforge.net

http://nescc.sourceforge.net/



Software

Blink.nc

configuration Blink {

}

implementation {

components Main, BlinkM, SingleTimer, LedsC;

Main.StdControl -> SingleTimer.StdControl;

Main.StdControl -> BlinkM.StdControl;

BlinkM.Timer -> SingleTimer.Timer;

BlinkM.Leds -> LedsC;

}

BlinkM.nc

module BlinkM {

provides {

interface StdControl;}

uses {

interface Timer;

interface Leds;}

}

implementation {

command result_t StdControl.init() {

call Leds.init();

return SUCCESS;}

command result_t StdControl.start() {

return call Timer.start(TIMER_REPEAT, 1000);}

command result_t StdControl.stop() {

return call Timer.stop();}

event result_t Timer.fired(){

call Leds.redToggle();

return SUCCESS;}

}


Agenda

1. Introducción



4. Características

5. Estándares

6. Aplicaciones



4. Características: Principales

Bajo consumo de energía

Bajo coste

Restricciones de hardware

Autoconfiguración

Seguridad


4. Características: Otras

Facilidad de despliegue

No se utiliza infraestructura de red:

encaminamiento entre nodos sin visión directa concomunicaciones multisalto

Topología dinámica:

nodos autoconfigurables, tolerancia a fallos

Utilización de broadcast

Operación sin mantenimiento durante varios meses o años

Integración con otras tecnologías:

agricultura, biología, medicina, etc.

Científicos e investigadores de gran renombre se han subido al tren de las WSN


4. Características: Consumo de Energía

La energía es un recurso muy escaso

Hay que gestionar eficientemente la energía consumida

A nivel físico

A nivel de enlace

A nivel de red

A nivel de transporte

A nivel de aplicación

A nivel de sistema operativo

…..


4. Características: Topologías de Red


4. Características: Aplicación típica


Agenda

1. Introducción



4. Características

5. Estándares

6. Aplicaciones



5. Estándares

Tecnología ZigBee

Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola, Philips, y Samsung

Estándar IEEE 802.15.4

ZigBee

IEEE

802.15.4

Alcance vs Capacidad


Agenda

1. Introducción


3. Características


5. Estándares

6. Aplicaciones



6. Aplicaciones:

Aplicaciones militares:

Monitorización de fuerzas y equipos enemigos

Vigilancia en el campo de batalla

Control y seguimiento de soldados y equipos militares

Reconocimiento del terreno

Detección de ataques biológicos, químicos o nucleares, etc.


6. Aplicaciones:

Aplicaciones medioambientales :

Seguimiento de animales,

Monitorización de las condiciones ambientales en cultivos, riego,

Detección de incendios forestales, inundaciones,

Estudios de contaminación, sísmicos,

Prevención de desastres, etc.


6. Aplicaciones:

Aplicaciones médicas :

Telemonitorización de datos fisiológicos en pacientes,

diagnóstico,

administración de medicamentos,

seguimiento de médicos y pacientes en hospitales,

etc.


6. Aplicaciones:

Aplicaciones en el hogar/edificios

Domótica,

control de electrodomésticos,

entornos inteligentes,

daños de estructuras,

control ambiental, seguridad, etc.


6. Aplicaciones:

Aplicaciones industriales:

Seguimiento de vehículos, control de flota, control de inventarios, etc.

Aplicaciones turísticas:

Interactividad en museos y espacios turísticos, control de acceso, etc.


6. Aplicaciones: Sistemas de Aparcamiento


6. Aplicaciones: Google Maps


6. Aplicaciones: Desastres Naturales


Agenda

1. Introducción


3. Características


5. Estándares

6. Aplicaciones




Protocolos de Ruteo

SPIN, Difusión dirigida, Leach, etc.

Heterogeneidad

Cálculos y operaciones en motas

Tiempo de vida de la Red

Optimización del consumo de energía

Seguridad

Encriptación y cifrado de datos

Protocolos de autenticación

Y otros más…..


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