ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Aplicaciones de Redes de Sensores  Grupo 12  Integrantes: Kléver Ganchala Armando Romero.

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1 ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Aplicaciones de Redes de Sensores  Grupo 12  Integrantes: Kléver Ganchala Armando Romero

2  Introducción  Ambientes  Arquitectura  Glacsweb Redes de Sensores

3 Introducción  Una red de sensores puede ser útil para monitorear nuestro alrededor en lugares remotos y peligrosos, con la particularidad de que muchos de estos procesos deben ser estudiados en lugares inaccesibles.  El desarrollo de la tecnología de redes inalámbricas y miniaturización de los elementos ha hecho posible que se tenga un monitoreo relista de los procesos. Las redes incorporan tecnologías de tres diferentes áreas de investigación: sensores, comunicación y computación.

4 Ambientes de Redes de Sensores  Centro de investigación CORIE realiza una observación medioambiental modelo para el Río Columbia. Integra a una red de sensor de tiempo real, un sistema de dirección de datos y modelos numéricos avanzados. En general esta observación medio ambiental, esta dirigida a problemas que combinan el hábitat del salmón y otros peces, mejoras de la navegación y restauración del hábitat.

5 Ambientes de Redes de Sensores  (UCLA's) Fundación dedicada a la investigación, enseñanza, y el servicio al público, realiza la investigación de redes que mide la población de pájaros y otras especies  El Centro Envisense organiza la investigación y el desarrollo de proyectos que aplica las tecnologías de la informática penetrantes en el medioambiente: Glacsweb, sensores de red inteligente para prever inundaciones, redes para monitorear la erosión de las costas

6 Arquitectura  Una red de sensores esta estructurada básicamente de la siguiente manera Los nodos sensor recogen los datos autónomamente y la red pasa estos datos a una o mas estaciones base, quienes se encargan de transportar los datos hasta llegar hacia el servidor de red de sensores (SNS) Los nodos sensor recogen los datos autónomamente y la red pasa estos datos a una o mas estaciones base, quienes se encargan de transportar los datos hasta llegar hacia el servidor de red de sensores (SNS)

7 La Figura1 muestra un simple esquema de red de sensores

8 GLACSWEB  Glacsweb describe “Ambientes de redes de sensores” enfocándose a la deformación subglacial.  Los proyectos Glacsweb desarrollan un sistema de monitoreo para un ambiente glacial, que podría ser transferible a otras localidades remotas en la tierra y en el espacio. El monitoreo de las capas de hielo y glaciares proveen información acerca del calentamiento global y el cambio de clima.

9 GLACSWEB  Tiene como objetivo conocer los movimientos de tierra y sedimentos bajo el hielo.  El sistema Glacsweb consiste de sensores insertados en el glaciar, una estación base y una estación de referencia que filtre los datos del (SNS), la información debe ser entregada diariamente. La mayoría de los sensores ubicados están en una capa de sedimento de hielo de 50 – 80m de profundidad

10  Figura 2 Apreciación global del glacsweb. El sistema consiste en nueve sensores insertados en el glaciar, una estación base en la superficie del glaciar y una estación de referencia que revela los datos al servidor (SNS). (Southampton, Inglaterra).

11  La estación base es como un filtro de comunicación entre los sensores y la estación de referencia y realiza el control de operación autónomo. Esta incluye un medidor de temperatura, un medidor de nieve, una webcam y un sistema de posicionamiento global (GPS) para seguir los movimientos del hielo, antenas de corto y largo alcance un dGPS (diferencial de GPS de mayor presición); para sobrevivir por un año la mayoría de sistemas usa relojes de tiempo real (RTC) para dar poder entre lecturas. Estación Base

12  Figura 3 Diagrama del sistema de la estación base. La estación base sirve como un comunicador entre los sensores y la estación de referencia y como el controlador para el funcionamiento autónomo.

13 SENSORES  Cada una de los sensores tienen 100psi de presión, una temperatura de sensor para el control y la reprogramación remota, dos PIC microcontroladores de lectura del sensor de datos y una memoria ROM para el almacenamiento de la información. Los Pics pueden recibir e interpretar comandos incluyendo la reprogramación y el cambio de horarios de tiempo.

14 SENSORES  Se realiza la comunicación con la estación base vía transmisor utilizando una antena de corto alcance.  Los sensores tiene dos estados en transmisión y en espera. En espera los sensores solo consumen 10 micro amperios para bajas temperaturas los sensores consumen 3.6-V-Ah son de lithium / thionyl chloride, AA.

15  Figura 4 Diagrama del sensor. Cada sonda se diseña para resistir temperaturas muy frías y las interrupciones de comunicación larga

16  Figura 5 primeros sensores tipo v2 se exhibe la nueva electrónica. El agujero en la izquierda es para enviar la información al de ambiente exterior (sobre todo si es el agua líquida)

17 COMUNICACIONES. El ambiente glacial impone demandas de comunicación ciertamente incluyendo:  Poder de alta omnidireccionalidad de las bases, alto rango de comunicación entre la estación base y la estación de referencia  Taza baja de datos  Detección de errores y corrección  Respaldo de canales

18 Porque la comunicación puede fallar en cualquier punto, el Glacsweb usa un mecanismo de transferencia. Las estaciones bases usan un buffer anillo similar al de las estaciones para asegurar que los datos fluyan cuando los canales de comunicación estén disponibles los enlaces del sistema en largo rango (2.5Km), 500mw, 466 MHz radio MODEM con manejo de corrección de errores 9.6Kbps Si es que esto falla la estación base usa un respaldo global del sistema para comunicaciones de telefonía móvil para enviar datos directamente al SNS.

19 COMPUTACION. Para crear una red de sensor, Glacsweb puede incorporar un rango de diferentes sistemas de computación de software:  Micro controladores por nodos de sensor.  Un pequeño sistema operativo por nodo sensor  Bajo poder del sistema para la estación base  Capacidad de enrutamiento y paso de mensajes  Un servidor para el SNS  Software para publicar y visualizar los servicios.

20 Los microcontroladores muy simples usan sistemas operativos estándares. Dando a la memoria pequeña disponible en un PIC. En este proyecto no se opto usar un sistema operativo. Muchas inalámbricas emplean redes sensor como lo es TinyOS, el cual debería ser menos complejo y mas fácil para mantener, pero los límites de capacidad de almacenamiento de esos sistemas hacen dificultoso implementar algoritmos complejos.

21 RESULTADOS PRELIMINARES En la instalación de un sistema prototipo en Noruega en Agosto del 2003. Antes de que se introdujera un radar dentro de la tierra para monitorear los ríos que están bajo el hielo, se hicieron los huecos modificándolos con alta precisión. Las estaciones base usaron un tipo de trípode sitiado en el hielo para colocar las antenas en el caso de que la nieve las cubra en el invierno.

22 La figura 5 muestra lecturas de presión recibidas de la estación 8 por siete días Figura 5 Lecturas de presión de la sonda 8, la sonda dejo de transmitir los datos después de 7 de agosto probablemente se resbalo en el agua

23 La figura 6 ilustra los voltajes de batería y los resultados de temperatura obtenidos desde la estación base. La figura 6 ilustra los voltajes de batería y los resultados de temperatura obtenidos desde la estación base. Figura 6. Resultados de la estación base. 2003. a) el voltaje de la batería aumento durante el verano 10 vatios debido al panel solar. b) La estación base se movió durante los periodos calurosos pero era bastante estable en un declive de 15 grados.

24 DESAFIOS DE LA RED DE SENSORES Extraer los datos por los nodos del sensor en las situaciones remotas involucra algunos únicos desafíos El proyecto Glacsweb ha solucionado muchos de estos problemas mientras contribuye a dar un mejor entendimiento y soluciones.  Miniaturización.  Administración de potencia.  Comunicaciones de radio.  Escalabilidad.  Manejo Remoto.  Utilidad.  Estandarización.  Seguridad.

25 Miniaturización Porque la red sensor se despliega a menudo en los espacios confinados, la miniaturización puede asegurar que ellos sean discretos. El tamaño de la antena puede ser un problema para las radios de frecuencias bajas. Se usa antenas de dieléctrico que miden solo 5 * 7 * 0.5mm para ahorrar el espacio así como para sus otras propiedades.

26 Administración de potencia El funcionamiento a largo plazo de las redes de sensores como un GlasWeb requiere manejo económico de potencia. Se usa un horario de tiempo para el consumo mínimo de potencia y emplear una alta eficiencia, regulado el suministro de potencia en modo conmutado.

27 Comunicaciones de radio. Las situaciones de vientos y lluvias a menudo impiden comunicaciones de radio confiables. Se encuentra que algunos cálculos teóricos de pérdidas de radio en el glacial de hielo era una pobre guía para el desempeño real. Y esto es probablemente que sea verdad para los factores imprevisibles en otro ambiente

28 Fotografía de una estación base

29 Escalabilidad. Es necesario agregar grupos de sensores regularmente así como maneja potencialmente sistemas de números grandes. La topología de la red inicial permitió a 256 únicos dispositivos conectarse a una estación base.

30 Manejo Remoto. Porque investigadores no pueden regularmente visitar sistemas en posiciones aisladas, el acceso remoto es necesario para reparar de bichos, cierre de subsistemas, cambio de horario y así sucesivamente.

31 Utilidad. Para ser práctico, los sensores medioambientales de trabajo en red deben primeramente consistir los componentes fuera del estante, esos son relativamente fáciles para desplegar

32 Estandarización Un desafió a futuro será estandarizar interfaces y incluso algunos implementos de radio conectados a una red de computadoras para permitir la interoperabilidad entre productos de diferentes vendedores de redes de sensores.

33 Seguridad. Todos los niveles de red de sensor deben tener en cuenta seguridad. Los sistemas deben mezclarse en el ambiente y, cuando es apropiado, lleva advertencias, alarmas, y otra información. Algunas redes pueden cubrir con la pérdida de uno o más nodos debido a daño.