Redes inal

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Redes de sensores inalámbricas- 2007

• Redes inalámbricas
• Redes con infraestructura
• Redes sin infraestructura
• Redes de sensores
• Tipos de aplicaciones
• Medios inalámbricos
• Ventajas y servicios de la red
• Características de las redes de sensores
• Consumo de energía restringido
• Tiempo de vida
• Distintos tipos de funcionamiento
• Algunos protocolos de ruteo

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Redes Inalámbricas

• Las redes inalámbricas (Wireless) pueden
  clasificarse en dos grandes grupos
• Redes con infraestructura
• Redes sin infraestructura (Ad-Hoc)

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Redes con infraestructura
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Redes con infraestructura

• Constan de un número fijo de enlaces cableados
  entre sí. Cada host móvil debe comunicar con uno
  de estos enlaces dentro de su radio de acción. El
  nodo puede moverse libremente pero si sale fuera
  del rango de su enlace, debe conectar con otro
  para asegurar que la información llegue a su
  destino. Un ejemplo de este tipo de redes es la
  red de telefonía móvil formada por numerosas
  estaciones y antenas dispersas por todas las
  ciudades.

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Redes Ad-hoc
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Redes Ad-hoc

• Formadas por hosts móviles y que pueden estar
  conectados entre sí arbitrariamente y de manera
  dinámica. Es decir, no hay ningún elemento fijo y
  la topología de la red puede adoptar múltiples
  formas siendo igual de funcional. En este tipo de
  redes, todos los nodos funcionan como
  encaminadores (routers) y se ven involucrados
  tanto en el descubrimiento como en el
  mantenimiento de rutas.

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Redes de sensores inalámbrica

• Formada por nodos sensores que recolectan
  información del ambiente, procesan los datos y
  los transmiten a una estación base o nodo sink.
  Son un tipo de red ad-hoc
• En general el número de sensores es muy grande.
  Los nodos son fijos.
• La estructura de la red es cambiante.
• Los nodos sensores, en general, no tienen
  identificación.
• Son redes con restricciones en energía y en ancho
  de banda.

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Nodo sensor
IEEE Wireless Communications December 2004
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Estación base

• Es un nodo, que puede ser fijo o móvil, con la
  capacidad de conectar la red de sensores a una
  infraestructura ya existente o a Internet para
  que el usuario final utilice los datos.

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Tipos de aplicaciones

• Niveles de contaminación en cursos hídricos
• Monitoreo de la polución ambiental en sectores
  con alta densidad de tráfico automotor.
• Monitoreo de posibles incendios en bosques
• Monitoreo de silos para acopio de cereales

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Tipos de aplicaciones

• Monitoreo de la evolución del nivel de ríos y
  lluvias.
• Control sanitario del ganado vacuno.
• Monitoreo de personas.
• Aplicaciones militares

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Medios inalámbricos

• Microondas terrestres
• Microondas por satélite
• Espectro infrarrojo (IR)
• Transmisión por ondas de luz
• Ondas de radio

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Ventajas de las redes inalámbricas

• Trabajan en entornos donde no es posible
  realizar cableado.
• La disposición de los nodos puede ser cambiante.
• Los sensores en general son baratos y es habitual
  que existan muchos de ellos en una red.

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Servicios que aporta la red

• Sensar parámetros de interés.
• Supervisión continua del área a estudiar.
• Disponibilidad de datos para estadística.
• Alertas frente a situaciones criticas.

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Características de la red

• Las características de la red de sensores
  dependen fuertemente de la aplicación específica.

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Características de una red de sensores

• Tolerancia a fallas
• Tiempo de vida
• Calidad de servicio
• Escalabilidad
• Amplio rango de densidad de nodos
• Operación eficiente en energía
• Autoconfiguración
• Colaboración entre nodos y procesamiento
  distribuido en la red.
• Ruteo centrado en datos

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Consumo de energía
Energía finita y generalmente no renovable

• Proceso
• Comunicación

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Consumo de energía
Energía finita y generalmente no renovable
Comunicación
Capacidad de proceso distribuida
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Paradigmas de comunicación

• Cualquier nodo a cualquier nodo (redes ad-hoc)
• Varios nodos a uno ( redes sensores)
• Uno a varios nodos

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Distintas posibilidades de funcionamiento de la
red

• La interacción entre el sink y los nodos sensores
  determinan distintos tipos de aplicaciones
• Detección de eventos
• Medición periódica.
• Combinar distintas de estas alternativas

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Distribución de los nodos sensores

• Distribución random
• Distribución fija
• Nodos móviles

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Protocolos de ruteo

• Protocolos de ruteo convencionales no son aptos
  por el problema de limitación de energía.
• Iniciado en la fuente (sink) o en el destino
  (nodos).
• Directo, varios saltos, clusters directo o
  multihop.

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Directo vs varios saltos
Routing and Clustering Xing Zheng
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Clusters

• Es un grupo de sensores que se comunican con un
  nodo, llamado cabecera de cluster, que es el que
  procesa y realiza la agregación de los mensajes
  recibidos.

Hierarchical-Battery Aware Routing in
Wireless Sensor Networks Ravi Musunuri Jorge A.
Cobb
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Algunos protocolos de ruteo

• Spin
• Difusion dirigida
• Leach

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Protocolos basados en la negociación

• SPIN (Sensor Protocols for Information via
  Negotiation)
• Usan descriptores de información para
  negociación, antes de transmitir los datos.
• Existe toda una familia de protocolos SPIN.

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Tipos de mensajes
ADV Cuando un nodo SPIN tiene algún dato para
transmitir, envía un mensaje ADV a sus vecinos
conteniendo descriptores del dato. REQ Cuando
un nodo SPIN desea recibir datos, envía un
mensaje REQ. DATA Es el mensaje de datos
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Difusión dirigida

• Es un protocolo de diseminación de datos
  reactivo, donde las rutas se calculan cuando son
  necesarias. La comunicación la inicia el nodo
  sink.
• Se propaga un interés por la red, a partir del
  sink. Aquellos que satisfacen el interés envían
  datos hacia ese nodo.

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Difusión dirigida

• Todos los nodos tienen una cache de intereses.
  Cada interés contiene distintos campos, además
  del propio interés
• Timestamptiempo en que se recibió el interés
• Gradientvaloración de los datos dada por cada
  vecino y dirección
• Duration tiempo de vida del interés

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Difusión dirigida

• Cuando un nodo recibe un interes
• Busca en su cache si existe uno que haga
  matching
• Si no existe lo guarda, colocandole un gradiente
  (valoración y sentido), asi como timestamp y
  duración.
• Si existe le actualiza timestamp y duración

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Difusión dirigida

• Un nodo que recibe un interés de un vecino lo
  puede reenviar, estableciéndose la difusión en la
  red.
• Cuando un nodo detecta un evento, busca en su
  cache de interés para ver si tiene algún interés
  que haga matching, si lo encuentra comienza a
  transmitir a sus vecinos hasta que el sink
  determine cual es la mejor ruta a seguir.

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Leach

• Trabaja con clusters.
• La selección del cabecera de cluster se realiza
  en forma dinámica mediante algún algoritmo basado
  en randomizacion de forma que el drenaje de
  energía sea lo más uniforme posible.
• Existe un número optimo de cluster a seleccionar
  que tiene relación con la cantidad total de nodos
  de la red. (5)
• Utiliza agregación de datos.

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Agregación

• La agregación es una técnica que permite ahorrar
  energía en una red de sensores. Es una función
  que debe realizar el cabecera de clusters antes
  de enviar hacia el sink el mensaje consolidado

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Tiempo de vida de la red
35
Aplicaciones
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Aplicaciones en desarrollo

• Great Duck Island. Environmental monitoring. Red
  de sensores para observar el comportamiento de
  una especie de aves. Berkeley University
• SSIM (artificial retina) 19 Health Image
  identification, 100 sensors per retina. Michigan
  University
• Object tracking .Military Collaborative. Zurich
  University
• Smart kindergarten sensor-based wireless
  networks for smart developmental problem-solving
  enviroments. Universidad de los Angeles

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Referencias

• A taxonomy of wireless micro-sensor networks.
  Tilak S, Ghazaleh A Heinzelman W.
• A Survey on Routing Protocols for Wireless Sensor
  Networks. Kemal Akkaya and Mohamed Younis
• A Survey of Application Distribution in Wireless
  Sensor Networks. EURASIP Journal onWireless
  Communications and Networking 20055, 774788.
  2005 Mauri Kuorilehto et al.
• A short survey of wireless sensor networks.
  Holger Karl, Andreas Willig
• Hierarchical-Battery Aware Routing in Wireless
  Sensor Networks. Ravi Musunuri Jorge A. Cobb
• Wireless sensor networks a survey. I.F.
  Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, E.
  Cayirci