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
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
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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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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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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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Agenda
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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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