Redes de Sensores Inalámbricas Ampliación de Redes Jesús Serna Sanchis

1. Redes de Sensores InalámbricasAmpliación de RedesJesús Serna Sanchis

2. ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN • Introducción a las Redes Inalámbricas de sensores (WSNs) • Protocolos: MAC, Enrutamiento • Objetivos en el diseño de una WSN • Aplicaciones • Proyectos en la Universidad de Valencia

3. ¿Qué son las redes de sensores? Una red de sensores inalámbrica (WSN) es un grupo de motas que se coordinan para llevar a cabo una aplicación especifica. • Al contrario que las redes tradicionales: • Las motas se comunican en un medio poco fiable y dinámico como es el aire. • Los nodos son independientes, usan baterías para poder ser colocados en cualquier lugar. • Las redes de sensores tendrán más precisión cuanto más denso sea el despliegue y mejor coordinadas estén.

4. Capas y componentes • Como cualquier red tiene su capa física, capa de acceso al medio y capa de enrutamiento. Por encima se ejecuta la aplicación. • Los nodos se comunican entre sí con sus transceivers, envían sus mensajes de enrutamiento y así encuentran un camino a la mota base, actualizando los datos recogidos. • La mota base se conecta a una estación de trabajo en la que se analizarán los datos y se monitorizará la red.

5. Protocolos de MAC y de enrutamiento • Un protocolo de MAC sirve de base para protocolos de más alto nivel • Por encima tenemos el protocolo de enrutamiento, usará las funciones implementadas para enviar y recibir paquetes, etc. • Flexibilidad y eficiencia, son las metas más importantes.

6. Elegir un buen protocolo MAC • Escalabilidad • Predictabilidad del retraso • Adaptabilidad • Eficiencia energética • Fiabilidad

7. Comparación de S-MAC y T-MAC La sincronización, RTS-CTS y los sistemas de acuse de recibo son similares. Pero con T-MAC, en cuanto el nodo detecta que no hay más comunicación que realizar se duerme, ahorrando energía.

8. Interacción con capas superiores • Los mensajes SP que recogen los datos de la MAC son utilizados por el protocolo de enrutamiento. • Conoceremos la potencia de la señal. • Además, calcula la tasa de error, determinando así la calidad del enlace. • Tabla de vecinos. • Envío y recepción de paquetes.

9. Protocolos de enrutamiento Principales objetivos de diseño: • mantener una tabla de enrutamiento razonablemente pequeña • elegir la mejor ruta para un destino dado (ya sea el más rápido, confiable, de mejor capacidad o la ruta de menos coste) • mantener la tabla regularmente para actualizar la caída de nodos, su cambio de posición o su aparición • requerir una pequeña cantidad de mensajes y tiempo para converger

10. Protocolos de enrutamiento • Diagrama ilustrativo de los componentes que usa el protocolo de enrutamiento en las WSN (Alec Woo. Universidad de Berkeley )

11. Protocolos de enrutamiento Modelos (topología): • One-hop model: tenemos una base station desde donde cuelgan todos los nodos, sólo un salto de distancia. • Multihop model: todos los nodos transmiten siguiendo diferentes rutas hasta el nodo base, las diferentes rutas de grado uno cuelgan del nodo base • Cluster-based Hierachical Model: se parte la red en clústeres con diferentes niveles. Los nodo se agrupan alrededor de un nodo cabeza que tiene la responsabilidad de hacer el routing con otros nodos cabeza o con el nodo base. Los datos pasan de las capas inferiores a las superiores.

12. Ejemplo de modelo de topología Red basada en clústeres. Se observan tres motas base, y varios clústeres.

13. Resultados de experiencias con WSN • La mayor parte de energía se gasta en transmitir, tanto en enviar como en recibir. • Se necesitan protocolos MAC especiales para ahorrar energía y funcionar bien en un medio tan cambiante como el inalámbrico. • Activo/Dormido es un buen método a utilizar pero tiene como desventaja la latencia en el envío. • Se podrían utilizar fuentes de energía renovables coma las células fotovoltaicas.

14. Aplicaciones • monitorización de un hábitat (para determinar la población y comportamiento de animales y plantas) • monitorización del medio ambiente, observación del suelo o agua • el mantenimiento de ciertas condiciones físicas (temperatura, luz) • control de parámetros en la agricultura • detección de incendios, terremotos o inundaciones • sensorización de edificios “inteligentes” • control de tráfico

15. Redes de Sensores Inalámbricas en la Universidad Mapa de la red de sensores en la planta Baja del I. Robótica Página Web creada por César Asensio

16. Redes de Sensores Inalámbricas en la Universidad Características Tmote Sky: Transmisor Chipcon 250Kbps 2.4GHz Interactúa con otros dispositivos IEEE 802.15.4 Microcontrolador MSP430 TI 8MHz Antena, sensores de humedad, temperatura y luz Muy bajo consumo Rápido en despertar del sueño (<6 μs) Programación y recogida de datos por USB

17. Trabajo futuro • Desarrollar una red de sensores inalámbrica de mayor envergadura • Experimentar con diferentes algoritmos y parámetros para obtener la mejor solución en cuestión de energía y obtención de datos. • Realizar aplicaciones de alto nivel utilizando toda la gama de sensores.

18. FIN DE LA PRESENTACIÓN