Aplicaciones de Redes de Sensores Inalámbricos y Dispositivos Móviles Agustín J. González...
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Aplicaciones de Redes de Sensores Inalámbricos y
Dispositivos Móviles
Agustín J. GonzálezDepartamento de Electrónica
Universidad Técnica Federico Santa María
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2
Contenidos Redes móviles y multi-hops Redes de Sensores Inalámbricos
Hardware y estándares Aplicaciones
Agricultura de precisión Monitorización de camiones mineros
Dispositivos Móviles Hardware
Aplicaciones Monitorización del aprendizaje en salas de clases Asistente de compras Asistente médico en cirugías al cráneo
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3
Redes Móviles Redes Móviles (Mobile ad hoc networks,
MANET): en este modelo dispositivos móviles se auto organizan para crear una red aprovechando sus interfaces inalámbricas, sin un requerimiento de infraestructura pre-instalada.
Éstas asumen el uso de redes en aplicaciones para gran número de clientes y que los nodos estarán en todas partes (densos y activos)
Esto no ha ocurrido aún.
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4
Redes Multihops Las redes Multihop hacen referencia a un
modelo de comunicación extremo a extremo. Aquí los paquetes son re-enviados con ayuda de los nodos de la red hasta llegar al destino.
Dispositivos no directamente conectados se pueden comunicar re-enviando su tráfico vía una secuencia de dispositivos intermedios.
Esta idea ha sido usada en varias soluciones comerciales.
Ejemplos: Redes oportunistas, vehiculares, y de sensores.
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5
Redes de Sensores Inalámbricos (WSN)
La idea es monitorizar, estudiar, y controlar eventos y fenómenos.
Un número de nodos sensores son puestos de manera densa y posiblemente aleatoria dentro de un área.
Información recolectada por sensores es enviada a un nodo sumidero y a través de éste llevada a Internet.
Tecnología habilitadora: MOTE
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6
WSN y Motes: Hardware
Avances en redes e integración de la electrónica permiten crear nodos pequeños, flexibles, de bajo costo que interactúan con su ambiente a través de sensores, actuadores y comunicación => Motes
Meta en consumo energético => un año de operación desatendida o más.
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 7
Una plataforma: Tmote Sky
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elo.utfsm.cl 8
Otra plataforma: SUN SpotSmall Programmable Object Technology
Acelerómetro de 2G/6G 3-ejes (x,y,z)
512K RAM, 4M Flash Sensores: temperatura y
luz J2ME
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elo.utfsm.cl 9
Estándares
Capas física y MAC: IEEE 802.15.4, Optimizadas para bajo costo, baja potencia y desempeño inalámbrico robusto.
ZigBee (2004) construido sobre 802.15.4 e incluye un stack de protocolo de red completo para WSN orientado a redes de sensores y control.
ZigBee Pro (dic. 2007) mejora algoritmos de direccionamiento y ruteo
250 kb/s 2.4 GHz
40 kb/s and 20 kb/s 900 and 868 MHz
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 10
Agricultura de Precisión:El problema
Recolección manualde datos
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Agricultura de Precisión: Soluciones
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
NodoNodo
Nodo
GTW
Nodo
Estación meteorológica
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Dificultades abordadas Aplicación debe responder a las
variaciones de su entorno. Recursos limitados (memoria, energía) Confiabilidad (nodos desatendida) Requerimientos de tiempo real Propagación e interferencia de señales
de RF
Plataforma Mote
Tiny OS NesC
Aplicación
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Resultado
Memoria de José Ulloa Aplicación adquisidora
de datos
En colaboracióncon Wiseconn
Producto: WiseField
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Arquitectura General
Node n
Sensor 3Sensor 2
Sensor 1
Node 1
Sensor 3Sensor 2
Sensor 1
Internet
LAN Monitor/control/alarms
DBAcquisition
system
Gateway
Oficinas
Remote Monitor 1
Remote Monitor n
Nodos autónomos (meses/años)
WSN/Ethernet
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Nuevo requerimiento de clientes¿Qué pasa si un cliente tiene
varios campos disjuntos?
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Agricultura de Precisión:Extensión
Usamos un gateway WSN-GPRS
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Arquitectura
Usamos un modem GSM/GPRS
RS-232
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Resultado
Memoria de César León Versión mejorada de
WiseField Principales problemas: confiabilidad
del enlace GPRS=> Tuvo de superar el rechazo de conexiones y límites en tamaños de paquetes.
En colaboración con Wiseconn
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Necesidad de Gateway WSN/Ethernet
Escenario 1:
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
Nodo
NodoNodo
Nodo
GTW
Nodo
¿Cómo hacer estaconexión más larga?
USB
Interior
Exterior
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Necesidad de Gateway WSN/Ethernet
Escenario 2:
Field A
Field B Oficinas
Internet
Red vista como uncampo más grande
GatewaysPara hacertúnel
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Solución:Gateway WSN/Ethernet:
Memoria de Guillermo Bustos
Gateway Ethernet/SerialSistema OEM implementamodelo cliente servidorOriginal Equipment Manufacturer
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Monitorización de Temperatura y Presión de Neumáticos de Camiones Mineros
Memoria de Alejandro Alviña Neumáticos entre los suministros más caros. Él integró hardware e implementó protocolo
• Sensores: OEM de Freescale• Microcontrolador TI• RF Module OEM de Aerocomm
Wireless linkTambién es una
Red de Sensores Inalámbricos
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Aplicaciones usando Dispositivos Móviles
Agustín J. GonzálezDepartamento de Electrónica
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Potencial de los dispositivos móviles
Nuestra visión:Equipo electrónico portátil y programable, con sistema de visualización y periféricos de entrada como teclado, cámara y otros.
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(Teléfonos móviles, PDAs, Pocket PC, Tablet PC)
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Dispositivos móviles en el tiempo: “Ayer”
Celular PDA
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Dispositivos móviles en el tiempo: “Hoy”
No podemos distinguir diferencia entre ellos
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Celulares disponibles...
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Samsung i900
Nokia N95Nokia N98
iPhone
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El Futuro
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Un “juego” de Nokia...
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Desarrollo vertiginoso
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Pantallas flexible de Sony
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Accesorios láser: teclado virtual
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Accesorios: proyector láser incorporado
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El dispositivo móvil estándar futuro
Sistema de visualización de alta resolución (pantallas, mini proyectores)
Sistemas avanzados de entrada (teclados, pantallas táctiles, reconocimiento de voz y de señas, etc.)
Sistemas de comunicación digital (datos, voz y video) bajo múltiples estándares.
Periféricos de alto rendimiento (cámara, lector de códigos de barra, sensores, etc.)
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...todas estas capacidades generan una cantidad ilimitada de nuevas
aplicaciones...
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elo.utfsm.cl 34
Muchos recursos disponibles
Ustedes los pueden programar … Pueden usar Java J2ME, C, C++,
C#.
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elo.utfsm.cl 35
Monitorización del aprendizaje en Clases
Memoria de Bruno Mundaca Medición “In-situ” del aprendizaje
usando dispositivos móviles Escenario: profesores normalmente
hacen preguntas de respuesta corta. Usemos la tecnología.
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elo.utfsm.cl 36
Arquitectura
En el servidor: API Bluecove API para
Windows OS API Avetana para Linux
OS
En el lado del alumno usamos:
Java 2 MicroEdition Se requiere soporte Java
y bluetooth
Estudiantes Profesor
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elo.utfsm.cl 37
Resultado
“Pregunta al aire”Respuestas
Teacher ve estadística
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elo.utfsm.cl 38
Asistente en negocio
SmartShopping: Sistema de HP(Mayo 2007)
Lista de compras
Mapa con localización de productos
Precios basados enregistro del clientes
Usemos los celulares
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elo.utfsm.cl 39
Nuestro Asistente de Compras
Red instalada en tienda/supermercado. Celular se conecta e intercambia
información, e.g. productos previos. Casos de uso:
El cliente puede consultar precios a partir del código de barras.
Lista de compras ordenada para minimizar recorrido
Demostrar código de barras
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 40
Otra Aplicación: Telemonitoreo de pacientes
GSM/GPRS
INTERNET
Proveedor de Servicio MóvilCentro de
salud
SENSOR
Circuito de Captura
Dispositivo Móvil-Adquisisción
-Procesamiento-Transmisión
Pablo Roncagliolo:Estudiante Ph.D.
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elo.utfsm.cl 41
Primer Prototipo
Circuito de Adaptación
Sensor
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 42
Sistema prototipo
SonyEricsson637
Nokia 6620
IPAQ 3715
Nokia 6670
Probado en varios teléfonos
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elo.utfsm.cl 43
Resultados Captura y despliegue del pulso
Señal en celular
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3G
“La primera hora después del accidente puede hacer la diferencia
entre la vida y la muerte.”
ERPHA
ERPHA propone un sistema integro de información instantánea disponible en el centro hospitalario desde el primer momento, utilizando tecnologías de punta.
Emergency Remote Pre-Hospital Assistance
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elo.utfsm.cl 45
Realidad aumentada con Dispositivos móviles
Realidad Aumentada: agregar información a lo que ya vemos a través de una cámara.
Ejemplos:
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 46
Ahora con dispositivos móviles
2000
2004 Austria
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elo.utfsm.cl 47
Aplicaciones de realidad aumentada
Restos de una Iglesia Antigua Pueden ser vistos así
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elo.utfsm.cl 48
Museos
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elo.utfsm.cl 49
Museos
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elo.utfsm.cl 50
Juegos
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elo.utfsm.cl 51
Aplicación en entrenamiento
Control de Escala de VoltajeControl de Escala de Voltaje
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elo.utfsm.cl 52Möhring 2004, Bauhaus University
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 53
Henrysson 2005, Linköping University, Suecia
J2ME based Nokia 6600 Bluetooth
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elo.utfsm.cl 54
Nuestra aplicación: Cirugía al Cráneo
Objetivo: Ayudar al cirujano a encontrar el punto de ataque
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elo.utfsm.cl 55
Sistema propuesto
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elo.utfsm.cl 56
Escenario de uso
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 57
Resultado esperado
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 58
Algunos resultados: proyección de Imagen sobre patrón 2D
Quieren verlo funcionando….
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elo.utfsm.cl 59
Ahora proyección3D
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Abril 2009 elo.utfsm.cl 61
Gracias por vuestra atenciónAgustín J. González