REDES DE SENSORES INALAMBRICAS

1. ESCUELA POLITECNICA NACIONALELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES REDES DE SENSORES INALAMBRICAS T11 RUBEN ROSERO PABLO MÉNDEZ

2. INTRODUCCION • La tecnología de redes de sensores inalámbricos se encuentra en la vanguardia de la investigación de las redes de cómputo y podría ser el siguiente mercado tecnológico de miles de millones de dólares. • Los dispositivos de sensores inalámbricos pueden detectar cambios en la temperatura, presión, humedad, luz, sonido o magnetismo y un radio inalámbrico que puede reportar los hallazgos. Todo energizado por un par de baterías AA. • Un avance de la tecnología WSN es un software especial de “redes en malla” • El potencial de ahorro en costos sobre los sensores alámbricos tradicionales es enorme, además, cobra interés porque se pueden usar con RFID para identificar a bajo costo y rastrear los productos, la maquinaria o los elementos químicos peligrosos.

3. APLICACIONES DE LAS REDES DE SENSORES Estos pueden ser claramente diferenciados entre: • Monitoreo espacial • Monitoreo de objetos y • Monitoreo de la interacción de objetos entre si, y con el espacio circundante.

4. TELEMETRÍA POR SENSORES • Se pueden encontrar algunos ejemplos claros de valor de negocios en la telemetría por Sensores, en una cantidad de industrias. • Varios factores están convergiendo para que sea éste el momento de adoptar masivamente las tecnologías por sensores y las comunicaciones móviles bi-direccionales • Reducción de costos de tecnología • Avances en tecnología

5. MONITOREO AMBIENTAL Muchas de las redes inalámbricas de sensores han sido instaladas para el monitoreo de habitats • Un ejemplo es el monitoreo de los microclimas para todo el volumen de Secoyas; ayuda el monitoreo de una porción del bosque. • Factores climáticos determinan el grado de la fotosíntesis, transporte de agua, nutrientes y patrones de crecimiento. • Se conoce que existen variaciones substanciales en el grupo completo y en un espécimen individual • El clima alrededor de un árbol, creando efectivamente su propio ambiente, todos estos factores, los habitats dinámicos, existen tanto arriba o bajo el árbol.

6. SENSOR DE MONITOREO AMBIENTAL La figura muestra una moderna WSN usada para monitoreo ambiental

7. SENSOR DE MONITOREO AMBIENTAL (CONT) • En la parte superior, dos sensores de luz incidente miden la radiación solar, específicamente la luz y la radiación activa fotosintética • Un idéntico par de sensores en el fondo, mide la luz radiante • En el fondo existe un sensor de ambiente que monitorea la humedad relativa, presión barométrica y temperatura. • Contiene una pequeña computadora, almacenamiento de datos, y un transmisor de baja potencia; recolecta los datos, los procesa y envía la información hacia los nodos y hacia el mundo exterior • La WSN realizan muestras del clima cada 5 minutos y calculan un promedio para cada punto de elevación.

8. MONITOREO DE ESTRUCTURAS • Una estructura física como un motor, avión, ala, emisiones acústicas o respuesta a una estimulación. • Variaciones de estos comportamientos indican fatiga u otros cambios mecánicos. • El análisis de la respuesta estructural, por ejemplo en puentes, edificios, lugares que en futuros requieran usar datos recolectados en diferentes puntos en análisis espacio temporal. • Los rangos de muestreo son mucho mas altos que en monitoreo ambiental, típicamente alrededor de 100Hz por vibración. • El buffering de los datos requiere de grandes cantidades de almacenamiento, y el sistema potencialmente presenta un extensivo procesamiento local en los datos muestreados intermitentemente.

9. HARDWARE • Una red inalámbrica de sensores (WSN) consiste de un microprocesador, almacenamiento de datos, sensores, conversores Analógico Digitales (ADC), transductores, controladores que permiten el trabajo conjunto de los componentes y una fuente de energía.

10. CONSUMO Y OBTENCIÓN DE ENERGÍA • Operan a potencias cercanas a 1mW con frecuencias de trabajo de 10MHz. • Cuando un dispositivo esta activo durante un porcentaje de tiempo, la potencia promedio esta alrededor de solo pocos micro vatios. • Estos rangos de potencia pueden ser obtenidos de diversas formas • Celdas solares generan alrededor de 10mW por centímetro cuadrado en el exterior y entre 10 y 100 μW por centímetro cuadrado en el interior.

11. MICRO SENSORES • Muchos materiales cambian sus características eléctricas cuando se someten a variaciones de las condiciones del medio. • Los sensores son fabricados para que estos cambios sean predecibles sobre un rango.

12. MICRO RADIOS • Los componentes de radios pueden ser fabricados con tecnología CMOS convencional • Radios para WSN consumen alrededor de 20mW, y sus rangos son típicamente medidos en decenas de metros.

13. SISTEMA OPERATIVO • Los sistemas operativos usados en este tipo de redes son sistemas pequeños o Tiny OS • Los componentes de más bajo nivel abstraen el nivel físico y reparten interrupciones físicas como eventos asincrónicos. • Involucra un completo stack en el que los niveles mas bajos acceden al canal de radio y del entramado de los datos que los nodos de recepción pueden reconocer. • Estos componentes realizan corrección de errores, y manejo del canal, así como también detectan la llegada de paquetes y los procesan en los buffers de entrada.

14. PLATAFORMAS DE REDES DE SENSORES • Pequeños sistemas operativos son generalmente usados para exploración de sistemas que tratan y utilizan aplicaciones pilotos. • Los microcontroladores proveen una modesta capacidad de RAM y programa almacenado y contienen un ADC interno. • La Intel i Mote en un reciente diseño integrado que ha usado un chip comercial con un poder completo de microprocesadores ARM. • Normalmente los procesadores ARM pueden ser dedicados a manejar Bluetooth y transferir paquetes por el puerto serial. • Corren directamente sobre pequeños sistemas operativos en el procesador ARM proveyendo un sistema de servicios de varios sensores y rutas • Procesan altos niveles de información de tipo ráfaga y manejan el consumo de potencia. • Los diseños enteros ocupan solamente 5 milímetros cuadrados.

15. REDES AUTOORGANIZADAS • Las comunicaciones inalámbricas e instrumentación usan sensores remotos para satélites y telemetría de misiles. • Una red consiste de muchos nodos, cada uno con múltiples enlaces conectando a otros nodos. • En redes inalámbricas de sensores, cada nodo tiene un radio que provee un juego de enlaces de comunicación a nodos cercanos. • Por intercambio de información, nodos vecinos se pueden descubrir y llevar a cabo un algoritmo distribuido a determinar como será la ruta de datos acorde a la aplicación necesitada. • Aunque lugares físicos primarios determinan conectividad, variables como una obstrucción, interferencia, factores ambientales, orientación de antenas y movilidad hacen que la determinada conectividad sea difícil.

16. CONECTIVIDAD • Las redes inalámbricas de sensores están construidas sobre capas. • Cuando un nodo transmite, una colección de otros pueden recibir la señal a menos que esto este confundido por otras transmisiones al mismo tiempo. • Para evitar contenidos del canal de radio, las capas de enlace escuchan al canal y transmiten solamente cuando el canal esta libre. • Cuando no están transmitiendo, los nodos muestrean el canal. • La capa maneja el paquete y los almacena, detectan o corrigen errores, se encarga de paquetes perdidos.

17. DISEMINACION Y COLECCION DE DATOS. • Estos pueden ser archivados por un protocolo inundado en que un nodo raíz difunde un. • Los protocolos inundados usan varias técnicas de prevenir contención y minimizar trasmisiones redundantes. • Las redes usan diseminación a comandos claves, transmisión de alarmas y configuración y tarea de redes. • Estos patrones de comunicación difieren significativamente de otros basados en Internet. • En WSN la comunicación es llevada a cabo en el agregado y los participantes son identificados por tributarios. Este estilo de ruteo ha sido formulado como una difusión directa. • El modelo DTN compara las variables de conectividad de ambientes dinámicos esos resultados necesitan un ciclo de servicio.

18. CONSERVANO PODER Y ANCHO DE BANDA • La mayor energía lleva a cabo la operación del nodo, que tienen que contener una parte del ancho de banda limitado. • Varios accesos son posibles, nodos pueden procesar datos localmente y solamente comunicarse cuando detectan un evento interesante. • Estos accesos son empleados en sistemas de alarma o un sistema de monitoreo ambiental. • En muchos casos primitivos sensores de bajo poder desencadenan aparatos con sensores de alto poder tal como lo son las cámaras. • La compresión y programado también pueden conservar energía a capas bajas. • Las redes pueden implementar la conservación de energía dentro de capas bajas por ejemplo el acceso múltiple por división del tiempo. • Finalmente la red puede rechazar paquetes no interesantes por turnos fuera de radio antes de recibir solamente una porción.

19. PRIVACIDAD • Numerosos instrumentos de acceso en tiempo real y procesamiento en red hacen una diferencia cualitativa en su habilidad de percepción de qué esta pasando por toda la larga estructura física. • Y el proceso de diseminación son transparentes. • Mas detalles tal como sensar un movimiento de ocupación y un nivelado estado futuro amplia propósitos concernientes sobre uso y diseminación. • Estos factores sociales son inherentes en o que concierne a sensores de tecnología de red.

20. COMENTARIOS • Aplicaciones nuevas de redes de sensores introduciendo tecnología de red. • Como una defensa final en contra de potentes detonaciones de aparatos de dispersión radiológicas (RDD). • Detectando y localizando exactamente snifers han sido un gran y escurridizo objetivo de las fuerzas armadas y leyes de Agencias Aplicadas. • Diminutos y baratos sensores acústicos miden la correcta determinación de disparo, localización y trayectoria de bala. • El sistema automáticamente clasifica la medida y elimina resultados erróneos de efectos de múltiple trayectoria. • En una casa muchos pequeños aparatos probablemente serán parte del proceso de manufactura de varios materiales y objetos . • Estos sensores tenderán a operar entre los ambientes de fuentes de energía internos donde serán críticos.