diseÑo, implementaciÓn y validaciÓn de una...

DISEÑO, IMPLEMENTACIÓN Y VALIDACIÓN DE UNA BIBLIOTECA

DE ALGORITMOS DE SINCRONIZACIÓN PARA WSN

Tesista : Javier Verde

Director : Dr. Ing. Ariel Lutenberg

Índice2

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Índice3

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Redes inalámbricas de sensores(WSN)4

� Distribuida geográficamente

� Capacidad de procesamiento y almacenamiento

� Topología dinámica

� Eficiencia energética� Eficiencia energética

� Multi- hop

Redes inalámbricas de sensores (WSN)

� Aplicaciones :

� Monitoreo de estructuras

� Agricultura de precisión

� Detección de catástrofes naturales

� Seguridad

5

� Seguridad

� Hogares inteligentes

� Aplicaciones militares

Índice6

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Algoritmos de sincronización

� Noción general del tiempo de una red:

� Saber en que instante ocurrió un suceso

� Intervalo de tiempo entre sucesos

� Orden relativo de sucesos

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� Orden relativo de sucesos

Algoritmos de sincronización

� Reloj interno de un dispositivo� Pulsos generados por oscilador

� Tiempo : Cp (t) = t,

� Frecuencia : Ca será C´a (t)

� Offset ( apartamiento ) : C (t) – C (t)

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� Offset ( apartamiento ) : Ca(t) – Cb(t)

� Skew ( oblicuidad) : C´a(t) – C´b(t)

� Drift ( resbalamiento) : C´´a(t) – C´´b(t)

Reloj funcionando dentro de su especificación :

Algoritmos de sincronización

¿Por que no aplicar algoritmos tradicionales ?

Ej. : NTP (Network Time Protocol)

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� Eficiencia energética

� Dinámica de la red

Algoritmos de sincronización

� Algoritmos de sincronización en WSN

� Maestro-esclavo ó punto a punto

� Transmisor a receptor ó receptor a receptor

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� Transmisor a receptor ó receptor a receptor

� Sincronización externa ó interna

� Probabilística ó determinsitica

Índice11

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Biblioteca de código embebido

Biblioteca de código

� Simplicidad

� Robustez

� Contenido

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� Contenido

Biblioteca de código embebido

� Portabilidad

� Flexibilidad

Biblioteca de código embebido

� Estructura modular

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Índice14

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Algoritmo implementado : TPSN

� Primera etapa : Formación de la red

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Algoritmo implementado : TPSN

� Segunda etapa : Sincronización

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Algoritmo implementado: TPSN

Desempeño y análisis teórico del error

17

Índice18

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Simulación

Modelización del problema

Errores de un reloj:

� Valor de offset aleatorio

� Skew : ±5ppm

19

� Skew : ±5ppm

Simulación

Implementación del algoritmo

� Empaquetamiento

� acceso

20

� acceso

� Propagación

Resultados de simulación21

Índice22

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Resultados de simulación

� Diferencia de tiempos para distintos niveles

23

Resultados de simulación

Degradación de la sincronización con el paso del tiempo para nodos de nivel 2

1 segundo 2 segundos 3 segundos

24

4 segundos 5 segundos

Resultados de simulación

Varianza y desvío estándar para nodos de nivel 2

Varianza Desvío estándar

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Resultados de simulación

Degradación de la sincronización con el paso del tiempo para nodos de nivel 3

1 segundo 2 segundos 3 segundos

26

4 segundos 5 segundos

Resultados de simulación

Varianza y desvío estándar para nodos de nivel 3

Varianza Desvío estándar

27

Índice28

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Plataforma utilizada

Hardware

29

� Microprocesador : LPC1343

� Transceiver : CC2520

Índice30

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Estándar 802.15.4

� Niveles establecidos : PHY , LLC

31

� Topología :

Índice32

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Implementación

Biblioteca de código embebido

� Banco de algoritmos

� Modulo configuración

33

� Modulo configuración

� Modulo HAL ( capa de abstracción de hardware)

Implementación

� Biblioteca de algoritmos:

� TPSN : Surgen problemas en la implementación

� Variación de TPSN:

34

� Variación de TPSN:

Índice35

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simulador� Desarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

Resultados

� Banco de medición:

36

Resultados

Topologías a evaluar

37

Resultados

TPSN : Ejecución del algoritmo

38

Resultados

TPSN : Error total en diferentes mediciones

39

Resultados

TPSN: No se evalúan el resto de las topologías

� Grandes variaciones de error

� No existe correlación entre mediciones

40

� No existe correlación entre mediciones

� Errores desde 500us a 100 ms

Resultados

Variación TPSN: Ejecución del algoritmo

41

Resultados

� Variación de TPSN : Error total en varias mediciones

42

Resultados

Topología medida

43

Resultados

� Variación de TPSN : Error de sincronización entre dos nodos de un mismo nivel.

44

Resultados

Topología medida

45

Resultados

Variación TPSN : Error de sincronización entre nodo de nivel 3 y nodo nivel 1

46

Resultados

Comparación con otros algoritmos implementados.

Paquetes enviados

Paquetes broadcast Paquetes unicast Total

TPSN 2 1+n 3+n

47

Precisión

Variación de TPSN 2 2+2*n 4+2*n

RBS 0 n n

Error inicial Error al momento de volver a

realizar la sincronización (20

segundos después)

TPSN ~10 ms ~10 ms

Variación de TPSN 60 us 100us

RBS 200us 200us

Índice48

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simuladorDesarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

� Conclusiones

Guía de elección de algoritmo49

Índice50

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simuladorDesarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

� Conclusiones

Mejoras propuestas

� Expansion de la biblioteca:

� Nuevos algoritmos

� Nuevas funcionalidades:

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Nuevas funcionalidades:

� Modulo temporal compatible con RTOS

� Garantizar error máximo

Índice52

� Introducción Teórica� Redes Inalámbricas de sensores (WSN)

� Algoritmos de sincronización

� Biblioteca de código embebido

� Algoritmo implementado: TPSN

� Simulación� Desarrollo del simuladorDesarrollo del simulador

� Resultados de simulación

� Implementación� Plataforma utilizada

� Estándar 802.15.4

� Implementación

� Resultados

� Conclusiones� Guía de selección de algoritmos

� Mejoras propuestas

� Conclusiones

Conclusiones

� Tecnología WSN

� Simulación

53

� Medición

¿Preguntas?

54

Muchas Gracias por su atención.