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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

mailto:[email protected]

PRESENTACION

Presentación

• Duración 60 horas (4 créditos)

• Horarios : Jueves 12:00 a 16:00

• Local: FIUNA – San Lorenzo

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.

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

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

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

CAP. 1 INTRODUCCION

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

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)


“ 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


• 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.

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.).


• 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.


– Logística.

– Telemática.

– Otros ( tratamiento de agua, juguetes inteligentes, detección de

inundaciones, etc).

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.

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

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

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

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.

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

1. Introducción Anexo I – Mas sobre aplicaciones

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

1. Introducción Anexo II – Investigación

CAP. 2 ARQUITECTURA DEL NODO

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