LAS TIC

1. REDES DE SENSORES
INALAMBRICAS
T11T11
RUBEN ROSERORUBEN ROSERO
PABLO MÉNDEZPABLO MÉNDEZ
ESCUELA POLITECNICA
NACIONAL
ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

12. MICRO RADIOSMICRO RADIOS
• Los componentes de radios pueden serLos componentes de radios pueden ser
fabricados con tecnología CMOSfabricados con tecnología CMOS
convencionalconvencional
• Radios para WSN consumen alrededor deRadios para WSN consumen alrededor de
20mW, y sus rangos son típicamente20mW, y sus rangos son típicamente
medidos en decenas de metros.medidos en decenas de metros.

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

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.