Estudio de Consumo en Redes de Sensores Corporales Inalámbricos para la detección de ondas característcas en ECG Laura Gutiérrez Muñoz Profesores de Proyecto: David Atienza y Marcos Sánchez-Elez Colaboradores: Francisco J. Rincón Curso 2007/2008 Facultad Informática UCM

Introducción Redes de Sensores Inalámbricas (WSN) Redes formadas por nodos Nodos o dispositivos pequeños que miden algún parámetro fisiológico Se comunican entre ellos y con la estación base

Motivación La vida de los nodos es limitada debido al consumo de energía (baterías pequeñas) El mayor consumo se registra en la Radio Objetivo: Disminuir el consumo de la radio, disminuyendo las transmisiones Dotar de cierta “inteligencia y control” a los nodos

Arquitectura Hardware de los Nodos WSBN Partes del nodo WSBN: Sensor de 25-canales ultra-low-power ASIC Microprocesador TI MSP430 (2kB RAM, 60 kB ROM, 8 MHz, varios modos consumo) Radio Nordic nRF2401, comunicación inalámbrica con la estación base Explicar aquí los modos de trabajo del procesador

Arquitectura Software de los Nodos WBNS TinyOS Sistema operativo WSN Basado en eventos Lenguaje NesC Simulador TOSSIM Mediciones del consumo de energía con PowerTOSSIM Mica2 model  not accurate enough Packets reach the destination without errors Overhearing: all the packets are sent to the microcontroller Protocolo MAC especifico

Novel energy modeling framework Radio, we model: Collisions  CRC performed by the radio We consider that there can be errors in the transmision of a packet Overhearing  Packets not directed to the node are discarded by the radio, but they are computed in the power consumption Control packet overhead ACKs, synchronization packets, etc. CPU Computed the time the CPU is in each working mode (active, low-power, off, etc.).

Validation. TDMA MAC protocols WSN for medical applications ECG/EEG sensors Realistic number of nodes (5 to 10) Star topology

Validation. Proposed TDMA MACs Static TDMA Improvement: dynamic TDMA Base station SB R R SB R R R SB R R R Node 1 RB RB SSR RB S Node 2 RB RB RB Node 3 RB SSR RB S RB S Base station SB ES SB ES SB ES R SB ES R R Node 1 RB RB RB RB Node 2 RB RB SSR RB S RB S Node 3 RB RB RB SSR RB S

Validation. Experimental setup MAC protocols Static TDMA (with 5 nodes, changing the TDMA cycle length) Dynamic TDMA (with a 10-ms slot length, changing the number of nodes) ECG streaming application: all sensors’ information sent to the base station, which processes it Experiments run for 60s

Optimizaciones sobre el Algoritmo Tiempo max slot (ms) Descripción Streaming 7 Envía todos los datos de la señal recogidos por el sensor. Versión 1 50 Envía siempre cuando se ha hecho una detección. Versión 2 150 Envía al detectar una cardiopatía que se ha detectado ya varias veces, y que no sea el mismo fallo enviado la ultima vez. Registro de Historia de resultados. Versión 3 200 Envía cuando detecta 4 latidos indicando solo el instante de detección de los Rpeaks y la validación de cada uno. Versión 4 850 Envía cuando detecta 17 latidos indicando solo la validación de cada detección y la frecuencia cardiaca.

Resultados Comparación entre las versiones desarrolladas y el funcionamiento original sin el algoritmo: Red de 4 nodos y 1 BS, con MAC dinámico Ahorro de energía > 85,56% Consumo Radio (mJ) Streaming 421.78 Versión 1 60.89 Versión 2 19.78 Versión 3 15.65 Versión 4 3.74

Conclusiones Se pretendía: Partiendo de: Se ha conseguido: Minimizar el consumo de energia. Tiempo de vida de los nodos máximo posible. Partiendo de: Analisis de ECG en tiempo real, optimizado para escasos recursos de procesamiento. Se ha conseguido: Reducción del consumo en la Radio hasta un 99,11% Disminuir la comunicación, minimiza el consumo. “Dotar de inteligencia al nodo”

Preguntas Dudas, preguntas,…