1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA
Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS
REDES CON SENSORES.
Secuencia: 3CM60
Asignatura: Computación Ubicua
INTEGRANTES:
★ ARREOLA ROMERO LESLY GIOVANNA.
★ BARAJAS QUINTERO JAQUELINE.
★ TERREROS SALDIVAR YESICA NAYELY.
★ TORRES ALVARADO CHRISTIAN ALEJANDRO (Coordinador).
Equipo: 3
05/NOVIEMBRE/2013
ÍNDICE:
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★ Definición.
★ Componentes.
★ Características.
★ Áreas de aplicación.
★ Sistemas operativos
★ Las Redes de Sensores y la Ubicuidad.
➔ Caso Práctico.
★ Conclusión.
DEFINICIÓN.
Una red de sensores, es una red de pequeños computadores (nodos) equipados con
sensores que trabajan con un fin en común. Están formadas por un grupo de sensores
con ciertas capacidades sensitivas y de comunicación inalámbrica los cuales permiten
formar redes ad hoc sin infraestructura física preestablecida ni administración central.
Este concepto es relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos con
múltiples aplicaciones en distintos campos como entornos industriales, domótica,
entornos militares, detección ambiental, etc.
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Se caracteriza por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables, pudiendo
convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de encaminamiento
entre nodos sin visión directa, así como registrar datos referentes a los sensores
locales de cada nodo. Otra característica importante es la gestión que realiza con su
propia fuente de energía, la cual le permite disponer de una autonomía de años.
Dicho de otra forma las redes de sensores inalámbricos (WSN Wireless Sensor
Networks) hacen referencia a una clase de sistemas distribuidos caracterizados por la
operación autónoma y totalmente embebida de nodos de bajo consumo y reducido
tamaño que realizan medidas mediante sensores y adquieren datos del entorno que los
rodea, comunicándose de forma inalámbrica entre ellos. Una red de nodos puede estar
constituida desde unos cuantos nodos hasta cientos de éstos, distribuidos por un
edificio o un espacio abierto.
Muchas redes de sensores inalámbricos están basadas en estándares de redes
inalámbricas propietarios, pero la tendencia reciente crece cada vez más hacia la
estandarización de la comunicación inalámbrica de bajo consumo. ZigBee es un claro
ejemplo de esto, ya que ofrece un estándar para la medición y control inalámbricos que
ésta basado en una especificaciones conocidas como la 802.15.4.
COMPONENTES.
● Sensores: De distintos tipos y tecnologías que convierten en señales eléctricas.
● Nodos de Sensores: Tomando los datos del sensor a través de sus puertas de
datos y envían la información a la estación base.
● Gateway: Elementos para la interconexión entre la red de sensores y una red
TCP/IP.
● Estación base: Recolector de datos.
● Red Inalámbrica: Típicamente basada en el estándar 802.15.4 ZigBee.
CARACTERÍSTICAS:
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● Topología Dinámica: En una red de sensores, la topología siempre es cambiante
y éstos tienen que adaptarse para poder comunicar nuevos datos adquiridos.
● Variabilidad del canal: El canal radio es un canal muy variable en el que existen
una serie de fenómenos como pueden ser la atenuación, desvanecimientos
rápidos, desvanecimientos lentos e interferencias que puede producir errores en
los datos.
● No se utiliza infraestructura de red: Una red sensora no tiene necesidad alguna
de infraestructura para poder operar, ya que sus nodos pueden actuar de
emisores, receptores o enrutadores de la información. Sin embargo, hay que
destacar en el concepto de red sensora la figura del nodo recolector (también
denominados sink node), que es el nodo que recolecta la información y por el
cual se recoge la información generada normalmente en tiempo discreto. Esta
información generalmente es adquirida por un ordenador conectado a este nodo
y es sobre el ordenador que recae la posibilidad de transmitir los datos por
tecnologías inalámbricas o cableadas según sea el caso.
● Tolerancia a errores: Un dispositivo sensor dentro de una red sensora tiene que
ser capaz de seguir funcionando a pesar de tener errores en el sistema propio.
● Comunicaciones multisalto o broadcast: En aplicaciones sensoras siempre es
característico el uso de algún protocolo que permita comunicaciones.
● Consumo energético: Es uno de los factores más sensibles debido a que tienen
que conjugar autonomía con capacidad de proceso, ya que actualmente cuentan
con una unidad de energía limitada. Un nodo sensor tiene que contar con un
procesador de consumo ultra bajo así como de un transceptor radio con la
misma característica, a esto hay que agregar un software que también conjugue
esta característica haciendo el consumo aún más restrictivo.
● Limitaciones hardware: Para poder conseguir un consumo ajustado, se hace
indispensable que el hardware sea lo más sencillo posible, así como su
transceptor radio, esto nos deja una capacidad de proceso limitada.
● Costos de producción: Dada que la naturaleza de una red de sensores tiene que
ser en número muy elevada, para poder obtener datos con fiabilidad, los nodos
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sensores una vez definida su aplicación, son económicos de hacer si son
fabricados en grandes cantidades.
ÁREAS DE APLICACIÓN
● Entornos de alta seguridad: Existen lugares que requieren altos niveles de
seguridad para evitar ataques terroristas, tales como centrales nucleares,
aeropuertos, edificios del gobierno de paso restringido. Aquí gracias a una red
de sensores se pueden detectar situaciones que con una simple cámara sería
imposible.
● Sensores ambientales: El control ambiental de vastas áreas de bosque o de
océano, sería imposible sin las redes de sensores. El control de múltiples
variables, como temperatura, humedad, fuego, actividad sísmica así como otras.
También ayudan a expertos a diagnosticar o prevenir un problema o urgencia y
además minimiza el impacto ambiental de presencia humana.
● Sensores industriales: Dentro de fábricas existen complejos sistemas de control
de calidad, el tamaño de estos sensores les permite estar allí donde se requiera.
●
Automoción: Las redes de sensores son el complemento ideal a las cámaras de
tráfico, ya que pueden informar de la situación del tráfico en ángulos muertos
que no cubren las cámaras y también pueden informar a conductores de la
situación, en caso de atasco o accidente, con lo que estos tienen capacidad de
reacción para tomar rutas alternativas.
● Medicina: Es otro campo bastante prometedor. Con la reducción de tamaño que
están sufriendo los nodos sensores, la calidad de vida de pacientes que tengan
que tener controlada sus constantes vitales (pulsaciones, presión, nivel de
azúcar en sangre, etc), podrá mejorar sustancialmente.
● Domótica: Su tamaño, economía y velocidad de despliegue, lo hacen una
tecnología ideal para domotizar el hogar.
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SISTEMAS OPERATIVOS
● Bertha (pushpin computing platform) Una plataforma de software diseñada e
implementada para modelar, testear y desplegar una red de sensores distribuida
de muchos nodos idénticos. Sus principales funciones se dividen en los
siguientes subsistemas:
- Administración de procesos
- Manejo las estructuras de datos
- Organización de los vecinos
- Interfaz de Red
● Nut/OS: Es un pequeño sistema operative para aplicaciones en tiempo real, que
trabaja con CPUs de 8 bits. Tiene las siguientes funciones:
- Multihilo
- Mecanismos de sincronización
- Administración de memoria dinámica
- Temporizadores asíncronos
- Puertos serie de Entrada/Salida
Está diseñado para procesadores con los siguientes recursos:
- 0.5 kBytes RAM
- 8 kBytes ROM
- velocidad de 1 MIPS CPU
● Contiki: Es un Sistema Operativo de libre distribución para usar en un limitado
tipo de computadoras, desde los 8 bits a sistemas embebidos en
microcontroladores, incluidas motas de redes inalámbricas.
● CORMOS: A Communication Oriented Runtime System for Sensor Networks,
específico para redes de sensores inalámbricas como su nombre indica.
● eCos: (embedded Configurable operating system) es un sistema operativo
gratuito, en tiempo real, diseñado para aplicaciones y sistemas embebidos que
sólo necesitan un proceso. Se pueden configurar muchas opciones y puede ser
personalizado para cumplir cualquier requisito, ofreciendo la mejor ejecución en
tiempo real y minimizando las necesidades de hardware.
● EYESOS: se define como un entorno para escritorio basado en Web, permite
monitorizar y acceder a un sistema remoto mediante un sencillo buscador.
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● MagnetOS: Es un sistema operativo distribuido para redes de sensores, cuyo
objetivo es ejecutar aplicaciones de red que requieran bajo consumo de energía,
adaptativas y fáciles de implementar.
● MANTIS (MultimodAl NeTworks In-situ Sensors)
● TinyOS: Es un sistema operativo “event-driven”, quiere decir que funciona a
partir de eventos producidos que llamarán a funciones. Ha sido desarrollado
para redes de sensores con recursos limitados. El entorno de desarrollo de
TinyOS soporta directamente la programación de diferentes microprocesadores
y permite programar cada tipo con un único identificador para diferenciarlo, o lo
que es lo mismo se puede compilar en diferentes plataformas cambiando el
atributo.
● t-Kernel: es un sistema operativo que acepta las aplicaciones como imágenes de
ejecutables en instrucciones básicas. Por ello, no importará si está escrito en
C++ o lenguaje ensamblador.
● LiteOS: Sistema operativo desarrollado en principio para calculadoras, pero que
ha sido también utilizado para redes de sensores.
LAS REDES DE SENSORES Y LA UBICUIDAD
Caso Práctico
Redes de sensores inalámbricas para el control de industrias y
localización de personas
La empresa Nebusens, instalada en el Parque Científico de la Universidad de
Salamanca, ha desarrollado una plataforma de redes de sensores inalámbricas que se
puede implantar en múltiples entornos.
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n-Core es una potente plataforma hardware y software que permite desarrollar, integrar
y desplegar, de manera fácil y rápida, una amplia variedad de aplicaciones sobre redes
inalámbricas de sensores basadas en el estándar IEEE 802.15.4/ZigBee.
ZigBee, un protocolo de comunicaciones que es similar a Bluetooth, que presenta
algunas ventajas, ya que consume poca energía y permite construir redes de
comunicación inalámbrica más complejas y con mayor facilidad.
Con un sensor de Zigbee puedes ver por dónde está una persona y a su paso se
pueden encender y apagar las luces; o se puede activar una alarma porque la persona
no debería estar en un determinado lugar o porque ha salido del lugar que le
corresponde.
Utilidad
1. Localización: localización y seguimiento de personas, activos y animales,
control de accesos, detección de fugas, sistemas de alerta y petición de
ayuda, control de perímetros de seguridad, optimización de recursos.
2. Telemonitorización y automatismos: control de gasto energético,
seguimiento de patrones de consumo, monitorización y control de equipos
eléctricos y electrónicos, monitorización de datos medioambientales, control
de iluminación y climatización, automatización de escenas, sensorización y
automatización industrial y doméstica.
El sensor ZigBee consiste en un pequeño dispositivo que se puede adherir a cualquier
aparato, de manera que también constituye un elemento de seguridad. "Si te lo roban e
incluso si logran desmontar el dispositivo localizador, se puede emitir una alarma
cuando se trata de desconectar o destruir el sensor”.
Conclusión
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Las redes de sensores tienen un amplio campo de aplicación, debido a esto, varias
empresas están desarrollando cada día nuevas tecnologías para el mejor
aprovechamiento de este tipo de redes. Actualmente, el principal reto es reducir el
tamaño de los sensores al de un grano de arena o una partícula de polvo.
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