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Redes de Sensores Inalambricos Wireless Sensor Networks (WSN)
Mario Arzamendia [email protected]
Departamento de Sistemas de Potencia y Control Centro de Innovación Tecnológica (CITEC)
Isla Bogado - Luque 2° semestre/2013
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PRESENTACION
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Presentación
• Duración 60 horas (4 créditos)
• Horarios : Jueves 12:00 a 16:00
• Local: FIUNA – San Lorenzo
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Presentación
• Objetivos
– Presentar al alumno a la tecnología de las redes de sensores
inalámbricos, sus aplicaciones, arquitecturas, estado del arte y
principales desafíos.
– Estudiar el protocolo IEEE802.15.4
– Estudiar el conjunto de protocols Zigbee
– Realizar practicas en laboratorio con un hardware disponible
comercialmente.
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Presentación
• Bibliografia
– “Protocols and architectures for Wireless Sensor Networks”, Hoger Karl y Andreas Willig, John Wiley & Sons, 2005.
– “Fundamentals of Wireless Sensor Networks – Theory and Practice” Waltenegus Dargie and Christian Poellabauer, John Wiley & Sons, 2010.
– “Networking Wireless Sensor Networks”, Bhaskar Krishnamachari, 2005.
– “Wireless Sensor Networks”, Ian F. Akyildiz y Mehmet Can Vuran, John Wiley & Sons, 2010.
– “Wireless Sensor Networks – Technology, Protocols and Applications”, Kazem Sohraby, Daniel Minoli y Taieb Znati, John Wiley & Sons, 2007.
– “Zigbee Wireless Networking”, Drew Gislason, Newnes, 1st edition, 2008.
– “The hands-on Xbee Lab Manual: The experiments that teach you Xbee Wireless Communications”, Jonathan Titus, Newnes, 1st edition, 2012
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Presentación • Contenido
Teoría
1. Introducción
2. Arquitectura del nodo
3. Arquitectura de red
4. Capa física
5. Protocolos MAC
6. Protocolos LLC
7. Denominación y direccionamiento
8. Sincronización de Tiempo
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9. Localización y posición
10.Control de topología
11.Protocolos de enrutamiento
12.Redes basadas en contenidos y datos
13.Capa de transporte y calidad de servicio
14.Soporte de aplicaciones avanzadas
15.Protocolo IEEE802.15.4
16.Estandar Zigbee
Presentaciones
Practicas en laboratorio con módulos X-bee
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CAP. 1 INTRODUCCION
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1. Introducción
Coloca la idea de las WSN en una perspectiva amplia y
presenta un número de escenarios de aplicaciones.
1. La visión de ambiente inteligente
2. Ejemplos de aplicación
3. Tipos de aplicación
4. Desafíos para las WSN
5. Habilitando tecnologías para WSN
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1. Introducción 1.1 La visión de ambiente inteligente
• Procesamiento de información convencional
• Otra clase de aplicaciones se centran en el entorno físico (empotrado)
• Alto impacto en el día a día de sistemas empotrados (98% de todos los
sistemas)
• Tendencia de reducir el tamaño de los equipos embebidos
• El ambiente adquiere las funcionalidades embebidas
• Marc Weiser, padre de la computación ubicua, autor de “The computer
for the twentieth first century” (1991)
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1. Introducción 1.1 La visión de ambiente inteligente
“ Ubiquitous computing names the third wave in computing, just now
beginning. First were mainframes, each shared by lots of people. Now we
are in the personal computing era, person and machine staring uneasily at
each other across the desktop. Next comes ubiquitous computing, or the
age of calm technology, when technology recedes into the background of
our lives”
Mark Weiser
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1. Introducción 1.1 La visión de ambiente inteligente
• Interacción con el ambiente se vuelve mas importante que la simple
manipulación de información.
• Aparte de la computación, la comunicación es otro aspecto clave.
• Cableado versus inalámbrico.
• Costo elevado y dificultad de penetración en el ambiente.
• Redes de sensores inalámbricos (WSN): conjunto de dispositivos
inalámbricos que trabajan de manera colaborativa y con capacidad de
percepción.
• Implícitamente incluyen actuadores.
• Las WSN son interesantes para una amplia gama de aplicaciones.
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1. Introducción 1.2 Ejemplos de aplicación
• Varia desde gran número de nodos de bajo costo y precisión hasta
pequeño número de nodos con alta precisión.
• La comprensión de las WSN ayudan a describir el ultimo trecho del control
total del ambiente ( potencialidades y requerimientos).
• Facilitarán existentes y crearán otras nuevas.
• Aparte de los costos bajos, facilidad de programación y comunicación, la
percepción del nodo es crucial para desarrollar aplicaciones.
• Existen diferentes sensores que ya pueden ser integrados (Ej.:
Temperatura, humedad, luminosidad, vibración, presión, químicos,
ultrasonido, magnéticos, etc.).
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1. Introducción 1.2 Ejemplos de aplicación
• Los potenciales actuadores son menos polifacéticos.
• Aplicaciones
– Minimización de desastres naturales.
– Control ambiental y mapeo de biodiversidad.
– Edificios inteligentes.
– Gerenciamiento de instalaciones.
– Mantenimiento preventivo y supervisión de máquinas.
– Agricultura de precisión.
– Cuidado de salud.
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1. Introducción 1.2 Ejemplos de aplicación
– Logística.
– Telemática.
– Otros ( tratamiento de agua, juguetes inteligentes, detección de
inundaciones, etc).
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1. Introducción 1.3 Tipos de aplicación
• Fuentes y sumideros.
• Parámetros de interacción.
– Detección de eventos.
– Mediciones periódicas.
– Función de aproximación y detección.
– Seguimiento.
• Las interacciones son en base a pedidos del sumidero o estáticas.
• Despliegue de los nodos (fijo o aleatorio).
• Opciones de mantenimiento.
• Abastecimiento de energía.
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1. Introducción 1.4 Desafíos para las WSNs
• 1.4.1 Requisitos característicos
– Tipo de servicio
– Calidad de servicio
– Tolerancia a fallas
– Tiempo de vida
– Densidad
– Programabilidad
– Capacidad de mantenimiento
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1. Introducción 1.4 Desafíos para las WSNs
• 1.4.2 Mecanismos requeridos
– Comunicación inalámbrica por multisalto
– Operación energéticamente eficiente
– Autoconfiguración
– Colaboración y procesamiento en la red
– Centrado a datos
– Local
– Trueques
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1. Introducción 1.5 Por que son diferentes las WSNs
• 1.5.1 WSNs y MANET (Mobile Ad Hoc Networks)
– Definición de MANET
– Ejemplos
– Desafíos de MANET (reorganización y alcance de la señal de
comunicación)
– Diferencias con las WSNs:
• Aplicación y equipos
• Especifico a la aplicación
• Interacción con el ambiente
• Autoconfiguración
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1. Introducción 1.5 Por que son diferentes las WSNs
• Dependencia y QoS
• Centrado a datos
• Simplicidad y limitación de recursos
• Movilidad
• 1.5.2 WSNs y Fieldbus
Fieldbuses se utilizan para control con restricción de tiempo.
Poseen capas física, enlace de datos y aplicación.
Ejemplos: Profibus, IEEE 802.4 Token Bus, CAN.
Normalmente cableado, pero existen intentos de implementar
inalámbrico.
Similitud con WSN en control del ambiente.
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1. Introducción 1.6 Habilitando tecnologías para WSN
• Miniaturización del hardware
• Reducción de tamaño y consumo energético
• Percepción es el tercer aspecto relevante
• Baterías de alta capacidad
• Recolección de energía (Ej. Solar y vibración)
• Software – división de tareas y funcionalidades en el nodo.
• Debe extenderse a nivel de red
• Diseñar protocolos de comunicación apropiados
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1. Introducción Anexo I – Mas sobre aplicaciones
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1. Introducción Anexo I – Mas sobre aplicaciones
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1. Introducción Anexo I – Mas sobre aplicaciones
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1. Introducción Anexo I – Mas sobre aplicaciones
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1. Introducción Anexo I – Mas sobre aplicaciones
• Smart Dust
– Financiado por DARPA
– Desplegar una red donde es peligroso para los humanos
– Tareas: recolectar información sobre el desplazamiento del enemigo,
quimicos y estabilidad de infraestructuras.
• SniperDetection
Destinado a detección de francotiradores
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1. Introducción Anexo II – Investigación
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CAP. 2 ARQUITECTURA DEL NODO