Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

1. Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica • Gordon Pico Mario Emiliano • Vásquez Castro Bryan Sebastián • Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones

2. Introducción Agenda • Marco Teórico • Métodos y Materiales • Pruebas y Mediciones • Análisis de Resultados • Discusión

3. Agenda • Introducción • Antecedentes • Justificación e Importancia • Alcance del Proyecto • Objetivos

4. Antecedentes • Redes de Sensores Inalámbricos (WSN) • Simulación del Funcionamiento de las WSN • Monitorización Volcánica utilizando sensores Memsic IRIS (Crossbow) Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

5. Justificación • Pérdida de vidas humanas, la destrucción de medios de subsistencia y la devastación de áreas naturales • Acceso a la información es esencial en todas las fases derivadas de un desastre natural. • Comparación del desempeño teórico y práctico de los equipos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

6. Alcance Un estudio que permita conocer las funcionalidades y desempeño en laboratorio de las WSN para monitorización volcánica en tiempo real. Un análisis de la situación actual de la monitorización volcánica mediante WSN. Pretendiendo determinar los elementos que faltan desarrollar en este campo. Se analizaron varias topologías desarrolladas en las WSN, para determinar un modelo orientado a este tipo de aplicación. Se realizó un estudio para determinar cual es la herramienta que nos ofrece las mejores características para simular WSN, al igual que el programa que nos permita graficar los resultados obtenidos. Se realizó la simulación del modelo a implementar, de manera que se determinó el desempeño teórico de la red en conformancia con el estándar IEEE 802.15.4. Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

7. Alcance Mediante un estudio se definió el rango óptimo de sensores que maximizen el desempeño de la red con el retardo mínimo necesario para monitorización en tiempo real. Se implementó la topología estudiada en ambiente de laboratorio con los tipos de sensores disponibles en el Laboratorio de Investigación y Desarrollo con el fin de determinar cuál tiene un mejor desempeño. Basados en los resultados obtenidos, se realizaó una comparación del modelo teórico simulado y el implementado con el fin de determinar sus diferencias. Con este proyecto se espera plantar la base de estudio en el país para su posterior implementación en ambientes reales, lo cual permitirá alertar a la población de una manera más eficaz y reducir el número de pérdidas humanas y económicas en caso de existir un desastre natural. Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

8. Objetivos General Analizar el desempeño de redes de sensores inalámbricas en tiempo real para aplicarlas en monitorización volcánica. Específicos Investigar la situación actual de la monitorización volcánica mediante WSN. Determinar el marco conceptual y teórico en el que se basa su funcionamiento. Analizar las topologías en WSN para determinar un modelo orientado a la monitorización volcánica e investigar el software y hardware que ofrezca las mejores prestaciones. Modelar y simular una WSN aplicada a la monitorización volcánica, que permita determinar que la monitorización sea considerada en tiempo real. Comparar los resultados obtenidos de la implementación y simulación. Analizar las experiencias suscitadas durante el desarrollo del proyecto con el fin de generar propuestas de mejoramiento para estudios e implementaciones futuras. Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

9. Introducción Agenda • Marco Teórico • Métodos y Materiales • Pruebas y Mediciones • Análisis de Resultados • Discusión

10. Agenda • Marco Teórico • Redes de Sensores Inalámbricos • Relación entre ZigBee y el estándar IEEE802.15.4 

11. Redes de Microsensores Autónomos con enlaces de Comunicación Óptica Origen Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

12. Origen Microsensor inalámbrico de 100 milímetros cúbicos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

13. Origen Primer Micro Sensor con Interfaz RF Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

14. Origen WSN un negocio bastante lucrativo y con infinidad de aplicaciones Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

15. Origen Problema, poca confiabilidad que se tenía en el producto al ser inalámbrico Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

16. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

17. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

18. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

19. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

20. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

21. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

22. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

23. Protocolo de Red de Tiempo Sincronizado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

24. Enrutamiento Multi - Salto Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

25. Relación entre ZigBee y el estándar IEEE 802.15.4 • Cada capa es responsable de ofrecer servicios para las capas superiores. Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

26. Estándar IEEE 802.15.4 Capa Física • Modulación • Interferencia Capa de Enlace de Datos • Tipos de Dispositivos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

27. Estándar IEEE 802.15.4 Capa Física • Modulación • Interferencia Capa de Enlace de Datos • Tipos de Dispositivos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

28. Estándar IEEE 802.15.4 Capa Física • Modulación • Interferencia Capa de Enlace de Datos • Tipos de Dispositivos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

29. Estándar IEEE 802.15.4 Capa Física • Modulación • Interferencia Capa de Enlace de Datos • Tipos de Dispositivos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

30. Estándar IEEE 802.15.4 Capa Física • Interferencia • Modulación Capa de Enlace de Datos • Tipos de Dispositivos Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

31. Estándar IEEE 802.15.4 Capa de Enlace de Datos Capa Física • Modulación • Interferencia Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

32. Estándar IEEE 802.15.4 Capa de Enlace de Datos Capa Física • Tipos de Dispositivos • Modulación • Interferencia Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

33. Estándar IEEE 802.15.4 Capa de Enlace de Datos Capa Física • Tipos de Dispositivos • Modulación • Interferencia Según el papel en la red: • Coordinador ZigBee (ZC) • Router ZigBee (ZR) • Dispositivo final (ZED) Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

34. Estándar IEEE 802.15.4 Capa de Enlace de Datos Capa Física • Tipos de Dispositivos • Modulación • Interferencia Según el papel en la red: • Coordinador ZigBee (ZC) • Router ZigBee (ZR) • Dispositivo final (ZED) Según su funcionalidad: • Dispositivo de funcionalidad completa (FFD) • Dispositivo de funcionalidad reducida (RFD) Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

35. Estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. Tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. • ZigBee Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

36. Estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. Tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. Capa de Red • Une o separa dispositivos a través del controlador de red, implementa seguridad, y encamina tramas a sus respectivos destinos. • Soporta múltiples configuraciones de red dependiendo la aplicación. • ZigBee Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

37. Estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. Tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. Capa de Red • Une o separa dispositivos a través del controlador de red, implementa seguridad, y encamina tramas a sus respectivos destinos. • Soporta múltiples configuraciones de red dependiendo la aplicación. Capa de Aplicación • Es el ambiente en el cual se encuentran los objetos de aplicación, mismos que envían y reciben datos a través de un ente de datos por medio de un servicio de acceso de punto. • ZigBee Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

38. Introducción Agenda • Marco Teórico • Métodos y Materiales • Pruebas y Mediciones • Análisis de Resultados • Discusión

39. Agenda • Métodos y Materiales • Hardware  • Software de Simulación  • Diseño de la topología de red

40. Estudio de Mercado Dust Networks Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

41. Estudio de Mercado Crossbow, MEMSIC Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

42. Estudio de Mercado National Instruments Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

43. Estudio de Mercado Libelium Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

44. Estudio de Mercado Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

45. Características Equipos MEMSIC Escalabilidad Bajo consumo de Potencia Comunicación Bidireccional Confiabilidad Rango / Alcance Facilidades de Uso Sensibilidad Pequeño módulo de factor de forma Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

46. Protocolo de Enrutamiento XMesh 1. Una o mas Motas que participan en la red 2. Una estación base, MICAz 3. Una computadora u otro tipo de cliente Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

47. Protocolo de Enrutamiento XMesh 1. Nivel de Mota 2. Nivel de Servidor 3. Nivel de Cliente Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

48. Protocolo de Enrutamiento XMesh Características Calidad de Servicio (QoS) Servicio de Redes TrueXmesh Varios Modos de Potencia Configurable Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

49. Protocolo de Enrutamiento XMesh Modos de Potencia Alta Potencia (HP High Power) Baja Potencia (LP Low Power) Baja potencia Extendida (Extended Low Power ELP) Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica

50. Protocolo de Enrutamiento XMesh Modos de Potencia Baja Potencia (LP Low Power) Alta Potencia (HP High Power) Baja potencia Extendida (Extended Low Power ELP) Análisis de Desempeño de Redes de Sensores Inalámbricas Aplicadas a Monitorización Volcánica