Redes inalmbricasRedes con infraestructuraRedes sin infraestructuraRedes de sensoresTipos de aplicacionesMedios inalmbricosVentajas y servicios de la redCaractersticas de las redes de sensoresConsumo de energa restringidoTiempo de vidaDistintos tipos de funcionamientoAlgunos protocolos de ruteo

Redes de sensores inalmbricas- 2007

Redes InalmbricasLas redes inalmbricas (Wireless) pueden clasificarse en dos grandes grupos:

Redes con infraestructuraRedes sin infraestructura (Ad-Hoc)

Redes con infraestructura

Redes con infraestructura:

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

Redes Ad-hoc

Redes Ad-hocFormadas por hosts mviles y que pueden estar conectados entre s arbitrariamente y de manera dinmica. Es decir, no hay ningn elemento fijo y la topologa de la red puede adoptar mltiples 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.

Redes de sensores inalmbricaFormada por nodos sensores que recolectan informacin del ambiente, procesan los datos y los transmiten a una estacin base o nodo sink. Son un tipo de red ad-hocEn general el nmero de sensores es muy grande. Los nodos son fijos.La estructura de la red es cambiante.Los nodos sensores, en general, no tienen identificacin.Son redes con restricciones en energa y en ancho de banda.

Nodo sensorIEEE Wireless Communications December 2004

Estacin base Es un nodo, que puede ser fijo o mvil, 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.

Tipos de aplicacionesNiveles de contaminacin en cursos hdricos

Monitoreo de la polucin ambiental en sectores con alta densidad de trfico automotor.

Monitoreo de posibles incendios en bosques

Monitoreo de silos para acopio de cereales

Tipos de aplicacionesMonitoreo de la evolucin del nivel de ros y lluvias.

Control sanitario del ganado vacuno.

Monitoreo de personas.

Aplicaciones militares

Medios inalmbricosMicroondas terrestresMicroondas por satliteEspectro infrarrojo (IR)Transmisin por ondas de luzOndas de radio

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

Servicios que aporta la redSensar parmetros de inters.Supervisin continua del rea a estudiar.Disponibilidad de datos para estadstica.Alertas frente a situaciones criticas.

Caractersticas de la redLas caractersticas de la red de sensores dependen fuertemente de la aplicacin especfica.

Caractersticas de una red de sensoresTolerancia a fallasTiempo de vidaCalidad de servicioEscalabilidad Amplio rango de densidad de nodosOperacin eficiente en energaAutoconfiguracin Colaboracin entre nodos y procesamiento distribuido en la red.Ruteo centrado en datos

Consumo de energaProcesoComunicacin

Energa finita y generalmente no renovable

Consumo de energaEnerga finita y generalmente no renovableComunicacinCapacidad de proceso distribuida

Paradigmas de comunicacinCualquier nodo a cualquier nodo (redes ad-hoc)Varios nodos a uno ( redes sensores)Uno a varios nodos

Distintas posibilidades de funcionamiento de la redLa interaccin entre el sink y los nodos sensores determinan distintos tipos de aplicaciones: Deteccin de eventosMedicin peridica.Combinar distintas de estas alternativas

Distribucin de los nodos sensoresDistribucin randomDistribucin fijaNodos mviles

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

Directo vs varios saltosRouting and ClusteringXing Zheng

Conventional Approaches

Directional vs. multi-hop Short system lifetime

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

Hierarchical-Battery Aware Routing in WirelessSensor NetworksRavi Musunuri Jorge A. Cobb

Algunos protocolos de ruteoSpinDifusion dirigidaLeach

Protocolos basados en la negociacinSPIN (Sensor Protocols for Information via Negotiation)Usan descriptores de informacin para negociacin, antes de transmitir los datos. Existe toda una familia de protocolos SPIN.

Tipos de mensajesADV : Cuando un nodo SPIN tiene algn dato para transmitir, enva un mensaje ADV a sus vecinos conteniendo descriptores del dato.REQ : Cuando un nodo SPIN desea recibir datos, enva un mensaje REQ.DATA : Es el mensaje de datos

Difusin dirigidaEs un protocolo de diseminacin de datos reactivo, donde las rutas se calculan cuando son necesarias. La comunicacin la inicia el nodo sink.Se propaga un inters por la red, a partir del sink. Aquellos que satisfacen el inters envan datos hacia ese nodo.

Difusin dirigidaTodos los nodos tienen una cache de intereses. Cada inters contiene distintos campos, adems del propio inters:Timestamp:tiempo en que se recibi el intersGradient:valoracin de los datos dada por cada vecino y direccinDuration: tiempo de vida del inters

Difusin dirigidaCuando un nodo recibe un interes:Busca en su cache si existe uno que haga matching:Si no existe lo guarda, colocandole un gradiente (valoracin y sentido), asi como timestamp y duracin.

Si existe le actualiza timestamp y duracin

Difusin dirigidaUn nodo que recibe un inters de un vecino lo puede reenviar, establecindose la difusin en la red.

Cuando un nodo detecta un evento, busca en su cache de inters para ver si tiene algn inters que haga matching, si lo encuentra comienza a transmitir a sus vecinos hasta que el sink determine cual es la mejor ruta a seguir.

LeachTrabaja con clusters.La seleccin del cabecera de cluster se realiza en forma dinmica mediante algn algoritmo basado en randomizacion de forma que el drenaje de energa sea lo ms uniforme posible.Existe un nmero optimo de cluster a seleccionar que tiene relacin con la cantidad total de nodos de la red. (5%)Utiliza agregacin de datos.

AgregacinLa agregacin es una tcnica que permite ahorrar energa en una red de sensores. Es una funcin que debe realizar el cabecera de clusters antes de enviar hacia el sink el mensaje consolidado

Tiempo de vida de la red

Strengths

Dynamic cluster distributionExtend system lifetime

Aplicaciones

Aplicaciones en desarrolloGreat Duck Island. Environmental monitoring. Red de sensores para observar el comportamiento de una especie de aves. Berkeley UniversitySSIM (artificial retina) [19] Health Image identification, 100 sensors per retina. Michigan UniversityObject tracking .Military Collaborative. Zurich UniversitySmart kindergarten:sensor-based wireless networks for smart developmental problem-solving enviroments. Universidad de los Angeles

ReferenciasA 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 YounisA Survey of Application Distribution in Wireless Sensor Networks. EURASIP Journal onWireless Communications and Networking 2005:5, 774788. 2005 Mauri Kuorilehto et al.A short survey of wireless sensor networks. Holger Karl, Andreas WilligHierarchical-Battery Aware Routing in Wireless Sensor Networks. Ravi Musunuri Jorge A. CobbWireless sensor networks: a survey. I.F. Akyildiz, W. Su*, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci