CapÃtulo 1 : Red de sensores inalámbricos
Las redes de sensores inalámbricos, también conocidas como WSN, son redes que constan de sensores que están dispersos geográficamente y dedicados. Estos sensores monitorean y registran las condiciones ambientales y luego transmiten los datos que han recopilado a un punto centralizado. Las WSN tienen la capacidad de monitorear aspectos del medio ambiente, incluida la temperatura, el sonido, los niveles de contaminación, la humedad y el viento. Estas redes se utilizan en una variedad de aplicaciones comerciales e industriales, como el monitoreo y control de procesos industriales y el monitoreo de la salud de las máquinas.
Una red de sensores inalámbricos (WSN) se compone de "nodos", cuyo número puede variar desde unos pocos hasta cientos o miles. Cada nodo de la red está vinculado a otros sensores. Cada uno de estos nodos suele constar de varios componentes, incluyendo un transceptor de radio con una antena interna o una conexión a una antena externa, un microcontrolador, un circuito electrónico para interactuar con los sensores y una fuente de energía, que suele ser una batería o alguna forma de recolección de energía que está integrada en el nodo. Un nodo sensor puede ser tan grande como una caja de zapatos o tan pequeño como una partícula de polvo (al menos en teoría), pero las dimensiones microscópicas aún no se han alcanzado en la práctica. Del mismo modo, el costo de un nodo sensor puede oscilar entre unos pocos dólares y cientos de dólares, dependiendo del nivel de complejidad del nodo. La disponibilidad de recursos como la energía, la memoria, la velocidad de procesamiento y el ancho de banda de las comunicaciones puede estar limitada debido a los límites de tamaño y costo. La topología de una WSN puede variar desde una simple red en estrella hasta una compleja red de malla inalámbrica de múltiples saltos. Ambas topologías son ejemplos de WSN. Tanto el enrutamiento como la inundación son opciones viables para la propagación.
Las WSN se utilizan a menudo con el propósito de monitorear el área. En el proceso de monitoreo de área, un WSN se estaciona a lo largo de un área que está siendo observada para un determinado fenómeno. Un ejemplo de geofencing en la vida civil es el cerramiento de gasoductos o oleoductos, mientras que un ejemplo de su uso en el ejército sería la instalación de sensores para detectar la presencia de fuerzas hostiles.
Las redes de sensores implantadas, portátiles e integradas en el entorno son las tres categorías principales de redes de sensores que se utilizan en aplicaciones médicas. El término "dispositivos médicos implantables" se refiere a aquellos que están diseñados para ser colocados dentro de un paciente vivo. La tecnología portátil es cualquier tipo de equipo electrónico que está destinado a ser usado o transportado por el usuario del dispositivo. Los sensores que ya están presentes en el entorno son utilizados por sistemas integrados en el entorno. La medición de la posición del cuerpo, la localización de los individuos y el seguimiento exhaustivo de los pacientes enfermos en el hogar y en los hospitales son todos usos potenciales de esta tecnología. Los datos recopilados por una red de cámaras de profundidad, un piso de detección u otros dispositivos que son funcionalmente equivalentes son utilizados como entrada por los dispositivos que se implantan en el entorno. Estos dispositivos monitorizan el estado fisiológico de una persona con el fin de proporcionar un diagnóstico de salud continuo. La información sobre la salud, la condición física y la cantidad de energía gastada de una persona se puede recopilar a través de redes de área corporal.
A partir del despliegue de Great Duck Island, se han utilizado redes de sensores inalámbricos para monitorear una amplia variedad de animales y ecosistemas. Estas especies y hábitats incluyen marmotas, sapos de caña en Australia y cebras en Kenia.
Existen varias aplicaciones en el campo de la monitorización de parámetros ambientales; A continuación se muestran algunos ejemplos de estas aplicaciones. Todos ellos se enfrentan a las dificultades adicionales de un entorno severo y suministros de energía limitados.
Los experimentos han demostrado que la exposición de una persona a la contaminación del aire en áreas urbanas puede variar mucho de una persona a otra.
Es posible identificar el inicio de un incendio en un bosque instalando una red de nodos sensores en toda la zona. Los nodos tienen la capacidad de estar equipados con sensores para medir la temperatura, la humedad y los gases que se crean por los incendios en los árboles o plantas. La detección temprana es esencial para una respuesta efectiva por parte del departamento de bomberos; Con el uso de redes de sensores inalámbricos, el departamento de bomberos podrá determinar cuándo se inició un incendio y cómo se está propagando.
Una red de sensores inalámbricos es utilizada por un sistema de detección de deslizamientos de tierra con el fin de detectar los movimientos menores del suelo y los cambios en diferentes parámetros que pueden ocurrir antes o durante un deslizamiento de tierra. Estos movimientos y cambios pueden ocurrir en cualquier momento. Es probable que, mediante el análisis de los datos recopilados, sea posible predecir el inicio de los deslizamientos de tierra con mucha antelación a cuándo se producirían realmente.
El monitoreo de la calidad del agua incluye la realización de análisis de las características físicas del agua que se encuentra en reservas de agua subterránea, presas, ríos, lagos y océanos. El uso de un gran número de sensores distribuidos de forma inalámbrica permite generar un mapa del estado del agua más preciso. También allana el camino para la instalación permanente de estaciones de monitoreo en áreas de difícil acceso, eliminando la necesidad de recuperación manual de datos.
Las redes de sensores inalámbricos tienen el potencial de ser una herramienta eficiente para mitigar los efectos destructivos de catástrofes naturales como las inundaciones. Los ríos, que necesitan un monitoreo en tiempo real de los niveles de agua fluctuantes, han sido equipados con nodos inalámbricos, que se han implementado con éxito.
Con el fin de realizar el mantenimiento basado en el estado de la maquinaria (también conocido como CBM), se han creado redes de sensores inalámbricos porque permiten una funcionalidad adicional y proporcionan una reducción de costes considerable.
Con un sistema cableado, puede ser difícil o incluso imposible llegar a algunas áreas, como equipos giratorios y vehículos sin ataduras. Sin embargo, los sensores inalámbricos no tienen esta limitación.
La recopilación de datos para el seguimiento de la información ambiental también puede llevarse a cabo mediante el despliegue de redes inalámbricas de sensores. Vigilar cosas como la temperatura de un refrigerador o la cantidad de agua en un tanque de desbordamiento en una planta de energía nuclear podrían considerarse ejemplos de esto. Después de eso, uno puede utilizar los datos estadísticos para demostrar qué tan bien han estado funcionando los sistemas. La capacidad de las WSN para proporcionar fuentes de datos "en vivo" es una de las muchas formas en que sobresalen por encima de los registradores tradicionales.
El monitoreo de la calidad y el nivel del agua incluye muchas actividades, como el control de la calidad de las aguas subterráneas o superficiales y la garantía de la infraestructura hídrica de un país en beneficio tanto humano como animal.
Es posible utilizarlo para evitar el desperdicio de agua.
Mediante el uso de sensores correctamente interconectados y redes de sensores inalámbricas, es posible monitorear el estado de la infraestructura civil y los procesos geofísicos asociados casi en tiempo real, así como durante períodos prolongados de tiempo mediante el registro de datos.
Las redes de sensores inalámbricos se utilizan tanto en el viñedo como en la bodega de la bodega para controlar la producción de vino.
El Sistema de Seguimiento de Área Amplia, a veces conocido como WATS, es un prototipo de red que fue diseñado para detectar dispositivos nucleares terrestres. En la Dirección de No Proliferación, Control de Armas y Seguridad Internacional (NAI) del Laboratorio Nacional de Los Álamos (LLNL), uno de los principales focos de investigación en curso es la creación de sensores más eficaces.
Durante una audiencia sobre el terrorismo nuclear y las contramedidas que tuvo lugar el 1 de octubre de 1997 ante el Subcomité de Investigación y Desarrollo Militar de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos, se hizo una presentación sobre el WATS.
Ha habido estudios que sugieren que el uso de sensores para el monitoreo de incidentes hace una mejora significativa en la forma en que los departamentos de bomberos y los departamentos de policía reaccionan ante eventos imprevistos.
Las características más distintivas de una WSN son las siguientes:
Límites en la cantidad de energía que pueden utilizar los nodos que dependen de baterías o de la recolección de energía. Entre los proveedores se encuentran nombres como ReVibe Energy.
Capacidad para hacer frente a la falla de nodos individuales (resiliencia)
Hay algo de movimiento en los nodos (para nodos altamente móviles, consulte MWSN)
Heterogeneidad de nodos
Homogeneidad de los nodos
Capacidad de escalar verticalmente a una implementación muy grande
Capacidad para resistir las circunstancias severas impuestas por el medio ambiente
Facilidad de uso
Optimización de las capas cruzadas Además...
