Métodos de Investigación Científica y Técnica Métodos de Investigación Científica y Técnica Métodos de Investigación Científica y Técnica Métodos de Investigación Científica y Técnica Aplicados a Ingeniería de telecomunicaciónAplicados a Ingeniería de telecomunicación

Ignacio Del Castillo Hernández – Mayo de 2011

ContenidosContenidosContenidosContenidos Introducción Introducción Las redes de sensores

El á d IEEE 802 15 4 El estándar IEEE 802.15.4◦ Descripción◦ Soluciones disponibles◦ Estado del arte◦ Implementaciones

ConclusionesConclusiones Referencias

IntroducciónIntroducciónIntroducciónIntroducción

P bl i Problema existente◦ Adquisición de datos◦ Tratamiento de información◦ Lugares remotos Aislados eléctricamente Aislados radioeléctricamente

Aplicaciones de demanda Industria Militar Ambiental y domótica

Las redes de sensoresLas redes de sensoresLas redes de sensoresLas redes de sensores

Sensor Network Sensor Network◦ Concepto de nodo◦ Funcionamiento o tarea común◦ Autoconfigurabilidadg

Necesidades impulsoras Necesidades impulsoras◦ SOSUS (Sound Surveillance System)◦ DSN (Distributes Sensor Network)

Las redes de sensoresLas redes de sensoresLas redes de sensoresLas redes de sensores

Características Características◦ Topología dinámica◦ Capacidad de variar canal de transmisión◦ Sin infraestructura definida (Coordinador)( )◦ Tolerancia a errores◦ Bajo coste de producción◦ Bajo coste de producción Comunicaciones multisalto

C éti Consumo energético Simplicidad hardware

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4

Descripción Descripción◦ Especificado por el grupo de trabajo IEEE◦ Modelo basado en capas Físico (PHY) Control de acceso al medio (MAC)

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4

Nivel físico Nivel físico◦ Bandas 868/915/2400 MHz (26 Canales)◦ Modulaciones O-QPSK, BPSK, DSSS◦ Acceso al medio CSMA/CA

Nivel MACT l í E t ll t t◦ Topología: Estrella y punto a punto◦ Capacidad funcional: FFD, RFD◦ Direcciones: Extendida y corta

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4 Investigación activa Investigación activa

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4

C d ó Campos de investigación activos◦ Reducción de consumo Diseño de nuevos transceptores energéticamente eficientes Efecto de propiedades del sensor en consumo en WSNs

◦ Mejora en la capa MAC Mecanismos para implementar QoS en WSNs

◦ Estudio y análisis funcional Evaluación de nuevas formas de conectividad de WSNs Estudio de las características topológicas

Campos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activos

1.Nuevos transceptores energéticamente eficientes◦ Los nodos en las WSNs utilizan baterías

L ó d é d l ó d d◦ La mayor porción de éstas es consumida en la transmisión de datos

◦ Mayores prestaciones en la capa física de transceiver IEEE 802.15.4 Cambio estructural para no hacer uso de ADCsCa b o st uctu a pa a o ac uso Cs

Campos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activos

Correlación mediante un contador reversible

“Transmitir 1bit a 100m consume lo mismo que 3000 instrucciones CPU”

Campos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activos

2. Efecto en el consumo debido a la estructura de nodos en WSNs

◦ Importancia de la aplicación de destinoImportancia de la aplicación de destino

◦ Topología de red

◦ Movilidad y disponibilidad geográfica

◦ Radio de distribución de sensores

◦ Periodo de muestreo de datos

Campos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activosCampos de investigación activos

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4 3 Estudio de las características topológicas en WSNs 3. Estudio de las características topológicas en WSNs

complejas◦ Elemento clave en el diseño de redes de sensores Afecta al rango de la misma Afecta al consumo y por tanto a la eficiencia energética Afecta a la fiablidad en la llegada de datosAfecta a la fiablidad en la llegada de datos

◦ Análisis de topología ‘mesh’ en WSNsDi ib ió l i Distribución aleatoria

Alta fiabilidad debido a cobertura Diversos Caminos

M ó d l d d d Minimización de longitud de caminos medios

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4

Cuestiones: 1. Complejidad en implementación de protocolosp j p p2. Coste no mínimizado, nodos redundantes3. Enrutamiento de datos » mayor coste computacional

“Análisis y simulación de topologías para nuevas estrategias”

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4 4 Evaluación de nuevas formas de conectividad para WSNs 4. Evaluación de nuevas formas de conectividad para WSNs Análisis de prestaciones en desarrollo de capas superiores

Interoperabilidad con redes IP

Estudio de soluciones prácticas existentes

IETF 6LoWPAN working group

Puertas de enlace hacia otras estructuras Puertas de enlace hacia otras estructuras

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4 6LoWPAN 6LoWPAN◦ Protocolo de interoperabilidad◦ No orientado a conexión permanentep

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4

Mecanismos para implementar QoS en WSNs◦ Inicialmente las WSNs no fueron pensadas para QoS◦ Inicialmente las WSNs no fueron pensadas para QoS◦ Creciente demanda de aplicaciones de medida Salud industria militar medio ambiente Salud, industria, militar, medio ambiente

◦ Implementación en protocolos de QoSU d i id d d j d◦ Uso de prioridades de mensajes y nodos Simulaciones de retardos y tiempos de entrega

El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802 15 4El estándar IEEE 802.15.4El estándar IEEE 802.15.4

ConclusionesConclusionesConclusionesConclusiones

Multitud de líneas de investigación activas◦ Estudio y mejora de arquitecturas existentes◦ Estudio y mejora de arquitecturas existentes◦ Minimización del consumo

A i fí i Arquitectura física Protocolo

T l í Topología

◦ Protocolos mas eficientes ◦ Nuevas formas de interoperabilidad

ReferenciasReferenciasReferenciasReferencias[1] Effects of Sensor Properties on Power consumption in Wireless Sensor Network Ahmed S [1] Effects of Sensor Properties on Power consumption in Wireless Sensor Network,Ahmed S. Altaan,Computer and Information Engineering Department, College of Electronics Engineering, Mosul University, Iraq[2] A Simple Energy Efficient Transceiver for IEEE 802.15.4, Chen WANG, QinyeYIN, WenjieWANG Jingjing ZHANG Haixia LIU Ministry of Education Key Lab for Intelligent Networks and WANG, Jingjing ZHANG, Haixia LIU Ministry of Education Key Lab for Intelligent Networks and Network Security Xi'an Jiaotong Uinversity Xi'an, P. R. China[3] A Study on Topological Characteristics of Wireless Sensor Network Based on Complex Network, RenYueqing, Xu Lixin School of Mechatronical Engineering Beijing Institute of Technology Beijing ChinaTechnology Beijing, China[4] Towards fully IP-enabled IEEE 802.15.4 LR-WPANs Francesca Lo Piccolo, Donato Battaglino, Lorenzo Bracciale, Marco Di Filippo, Andrea Bragagnini, Maura Santina Turolla, Nicola BlefariMelazzi , DIE Universit´a di Roma “Tor Vergata”, Rome, Italy[5] Priority and adaptive QoS mechanism for Wireless Networked Control Systems using IEEE [5] Priority and adaptive QoS mechanism for Wireless Networked Control Systems using IEEE 802.15.4 Najet Boughanmi, Ye-Qiong Song, Eric Rondeau, LORIA and INPL, 615 rue du Jardinbotanique-CS 20101 54603 Villers-l`es-Nancy Cedex, France, CRAN Universit´e Henri Poincar´e Vandoeuvre-l`es-Nancy Cedex[6] A study on sensor nodes attestation protocol in a Wireless Sensor Network Yong-Sik Choi [6] A study on sensor nodes attestation protocol in a Wireless Sensor Network Yong-Sik Choi, Young-Jun Jeon, Sang-Hyun Park Dept. of Computer Science & Engineering, University of Incheon, 12-1 SongDo-Dong, Yeons-Gu, Incheon, South Korea