redes de sensores inalámbricos
DESCRIPTION
Las redes de sensores es un concepto relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos con múltiples aplicaciones en distintos campos tales como entornos industriales, domótica, entornos militares, detección ambiental.Esta clase de redes se caracterizan por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables, pudiendo convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de encaminamiento entre nodos sin visión directa, así como registrar datos referentes a los sensores locales de cada nodo. Otra de sus características es su gestión eficiente de la energía, que les permite obtener una alta tasa de autonomía que las hacen plenamente operativas.TRANSCRIPT
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WSN (Wireless Sensor Network)Redes de Sensores Inalámbricos
Lucio Marcelo Quispe [email protected]
VIII Aniversario de la Carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones
Ciclo de Conferencias Magistrales
Abril, 2012
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Elementos de una WSN
4. Características
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Elementos de una WSN
4. Características
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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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
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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
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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.
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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.
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Elementos de una WSN
4. Características
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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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)
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2. Historia y evolución
Ley de Moore: Cada 2 años se duplica el número de transistores en un
circuito integrado
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Elementos de una WSN
4. Características
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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3. Elementos de una WSN
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.
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3. Elementos de una WSN
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)
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3. Elementos de una WSN
Componentes de una Mota
Conector para
sensores externos
Antena y radio
Fuente de a
limentación
Microprocesador
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3. Elementos de una WSN
Clases de Motas del mercado
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3. Elementos de una WSN
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/
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3. Elementos de una WSN
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
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3. Elementos de una WSN
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;}
}
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Elementos de una WSN
4. Características
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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4. Características: Principales
Bajo consumo de energía
Bajo coste
Restricciones de hardware
Autoconfiguración
Seguridad
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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
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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
…..
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4. Características: Topologías de Red
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4. Características: Aplicación típica
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Elementos de una WSN
4. Características
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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5. Estándares
Tecnología ZigBee
Honeywell, Invensys, Mitsubishi, Motorola, Philips, y Samsung
Estándar IEEE 802.15.4
ZigBee
IEEE
802.15.4
Alcance vs Capacidad
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Agenda
1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Características
4. Elementos de una WSN
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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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.
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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.
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6. Aplicaciones:
Aplicaciones médicas :
Telemonitorización de datos fisiológicos en pacientes,
diagnóstico,
administración de medicamentos,
seguimiento de médicos y pacientes en hospitales,
etc.
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6. Aplicaciones:
Aplicaciones en el hogar/edificios
Domótica,
control de electrodomésticos,
entornos inteligentes,
daños de estructuras,
control ambiental, seguridad, etc.
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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.
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6. Aplicaciones: Sistemas de Aparcamiento
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6. Aplicaciones: Google Maps
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6. Aplicaciones: Desastres Naturales
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6. Aplicaciones: Desastres Naturales
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1. Introducción
2. Historia y Evolución
3. Características
4. Elementos de una WSN
5. Estándares
6. Aplicaciones
7. Líneas de Investigación
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7. Líneas de Investigación
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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WSN (Wireless Sensor Network)Redes de Sensores Inalámbricos
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VIII Aniversario de la Carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones
Ciclo de Conferencias Magistrales
Abril, 2012