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Red de sensores

La red de sensores es un tipo de red de sensores que utiliza intensamente la World Wide Web y es especialmente adecuada para el monitoreo ambiental . [1] [2] [3] El marco de trabajo Sensor Web Enablement (SWE) de OGC define un conjunto de interfaces de servicios web y protocolos de comunicación que se abstraen de la heterogeneidad de la comunicación de sensores (red). [4]

Definición

El término "red de sensores" fue utilizado por primera vez por Kevin Delin de la NASA en 1997, [5] para describir una nueva arquitectura de red de sensores inalámbrica donde las piezas individuales podrían actuar y coordinarse como un todo. En este sentido, el término describe un tipo específico de red de sensores : una red amorfa de plataformas de sensores distribuidas espacialmente ( pods ) que se comunican de forma inalámbrica entre sí. Esta arquitectura amorfa es única ya que es sincrónica y sin enrutador , lo que la hace distinta de los esquemas de red más típicos de tipo TCP/IP . Un pod como plataforma física para un sensor puede ser orbital o terrestre, fijo o móvil e incluso puede tener accesibilidad en tiempo real a través de Internet . La comunicación de pod a pod es tanto omnidireccional como bidireccional, donde cada pod envía datos recopilados a todos los demás pods de la red. Por lo tanto, la arquitectura permite que cada pod sepa qué está sucediendo con todos los demás pods a lo largo de la red de sensores en cada ciclo de medición. Los módulos individuales (nodos) eran todos equivalentes en términos de hardware [1] y la arquitectura de Delin no requería de puertas de enlace o enrutamiento especiales para que cada una de las piezas individuales se comunicara entre sí o con un usuario final. La definición de Delin de una red de sensores era una entidad de detección autónoma e independiente (capaz de interpretar y reaccionar a los datos medidos) que no requiere necesariamente la presencia de la World Wide Web para funcionar . [6] Como resultado, la fusión de datos sobre la marcha, como la identificación de falsos positivos y el seguimiento de la columna de humo, puede ocurrir dentro de la propia red de sensores y, posteriormente, el sistema reacciona como un todo coordinado y colectivo al flujo de datos entrante. Por ejemplo, en lugar de tener detectores de humo descoordinados, una red de sensores puede reaccionar como un único localizador de incendios disperso espacialmente.

El término "red de sensores" también se ha transformado y a veces se asocia con una capa adicional que conecta los sensores a la World Wide Web . [7] [8] [9] [10] La iniciativa Sensor Web Enablement (SWE) del Open Geospatial Consortium (OGC) define interfaces de servicio que permiten un uso interoperable de los recursos de sensores al permitir su descubrimiento , acceso , asignación de tareas , así como eventos y alertas . [11] Al definir interfaces de servicio estandarizadas, una red de sensores basada en servicios SWE oculta la heterogeneidad de una red de sensores subyacente, sus detalles de comunicación y varios componentes de hardware, de las aplicaciones construidas sobre ella. [5] La iniciativa SWE de OGC define el término "red de sensores" como una infraestructura que permite el acceso a redes de sensores y datos de sensores archivados que se pueden descubrir y acceder utilizando protocolos estándar e interfaces de programación de aplicaciones . A través de esta abstracción de los detalles de los sensores, se facilita su uso en aplicaciones.

Características de Delinred de sensoresarquitectura

Delin diseñó una red de sensores como una red de módulos interconectados. Todos los módulos de una red de sensores son equivalentes en hardware (no hay módulos "de puerta de enlace" o "esclavos" especiales). Sin embargo, hay funciones adicionales que los módulos pueden realizar además de participar en la función general de la red de sensores. Cualquier módulo de una red de sensores puede ser un módulo de portal y proporciona a los usuarios acceso a la red de sensores (tanto de entrada como de salida). [12] El acceso se puede proporcionar mediante un módem de RF, conexiones de teléfono móvil, conexiones de ordenador portátil o incluso un servidor de Internet. En algunos casos, un módulo tendrá una unidad de memoria extraíble adjunta (como una memoria USB o un ordenador portátil) que almacena los datos recopilados. [13] [14]

El término " núcleo madre" se refiere al módulo que contiene el reloj maestro del sistema de red de sensores sincrónicos. El módulo madre no tiene ningún hardware especial asociado a él, su designación como madre se basa simplemente en el número de identificación asociado con el módulo. [15] A menudo, el módulo madre sirve como punto de acceso principal a Internet, pero esto se hace solo por conveniencia de implementación. Los primeros artículos hacían referencia al módulo madre como "un nodo principal" si además contenía hardware especial para un tipo particular de dispositivo de entrada/salida (por ejemplo, un módem RF).

Debido al salto inherente de datos dentro de una red de sensores, un módulo sin sensores conectados se puede implementar como un relé con el único propósito de facilitar la comunicación entre los otros módulos y expandir el rango de comunicación a un punto final particular (como un módulo madre). [14] Los sensores se pueden conectar a módulos de relé en un momento posterior y los relés también pueden servir como módulos de portal.

Cada cápsula suele contener: [2]

Cada módulo normalmente también requiere un soporte, como un poste o un trípode. [14] La cantidad de módulos puede variar, con ejemplos de redes de sensores con 12 a 30 módulos. [12] La forma de una red de sensores puede afectar su utilidad, por ejemplo, una implementación particular [14] se aseguró de que cada módulo estuviera dentro del alcance para comunicarse con al menos otros dos módulos. Los ciclos de medición de la red de sensores han sido típicamente de entre 30 segundos y 15 minutos para los sistemas implementados hasta ahora. [16]

Se han desplegado redes de sensores que consisten en cápsulas que se han extendido por kilómetros y han funcionado de forma continua durante años. [17] Las redes de sensores se han utilizado en entornos hostiles (incluidos desiertos, mantos de nieve de las montañas y la Antártida) [18] con fines de ciencia ambiental y también han demostrado ser valiosas en la búsqueda y rescate urbano y la protección de infraestructuras. [19] La tecnología no solo monitorea el medio ambiente, sino que a veces también lo controla mediante dispositivos de accionamiento. [12]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Delin, Kevin; Shannon Jackson (2000). "Red de sensores para la exploración in situ de biofirmas gaseosas" (PDF) . Conferencia aeroespacial del IEEE .
  2. ^ ab Delin, Kevin (2005). "Redes de sensores en la naturaleza" (PDF) . Redes de sensores inalámbricos: una perspectiva de sistemas . Artech House.
  3. ^ Torres-Martínez, Eduardo; Granville Paules; Mark Schoeberl; Mike Kalb (agosto-noviembre de 2003). "Una red de sensores: posibilitando la visión de las ciencias de la Tierra". Acta Astronautica . 53 (4-10): 423-428. Bibcode :2003AcAau..53..423T. doi :10.1016/S0094-5765(03)00133-4.
  4. ^ Botts, Mike; George Percivall; Carl Reed; John Davidson (2008). "Habilitación de sensores web OGC: descripción general y arquitectura de alto nivel". GSN 2006, LNCS, volumen 4540. págs. 175–190. {{cite web}}: Falta o está vacío |url=( ayuda )
  5. ^ ab Botts, Mike; Alex Robin (octubre de 2007). "Uniendo la red de sensores". Geociencias . págs. 46–53.
  6. ^ Delin, Kevin; Shannon Jackson (2001). "La red de sensores: un nuevo concepto de instrumento" (PDF) . Simposio de SPIE sobre óptica integrada .
  7. ^ Gibbons, P. (2003). "Irisnet: una arquitectura para una red mundial de sensores". IEEE Pervasive Computing . págs. 22–33. {{cite web}}: Falta o está vacío |url=( ayuda )
  8. ^ Moodley, Deshendran; Ingo Simonis (2006). "Una nueva arquitectura para la Web de sensores: el marco SWAP". Taller sobre redes de sensores semánticos. Taller de la 5.ª Conferencia Internacional sobre Web Semántica ISWC 2006, Atenas, Georgia . {{cite web}}: Falta o está vacío |url=( ayuda )
  9. ^ Moodley, Deshendran; Ingo Simonis; Jules Tapamo (2012). "Una arquitectura para gestionar el conocimiento y el dinamismo del sistema en la Web de sensores mundial". Revista internacional de Web semántica y sistemas de información: número especial sobre redes de sensores mejoradas con semántica, Internet de las cosas y dispositivos inteligentes; 8 (1) . págs. 64–88. {{cite web}}: Falta o está vacío |url=( ayuda )
  10. ^ Nittel, Silvia (2009). "Un estudio de redes de geosensores: avances en el monitoreo ambiental dinámico". Sensores . 9 (7): 5664–5678. Bibcode :2009Senso...9.5664N. doi : 10.3390/s90705664 . PMC 3274151 . PMID  22346721.  
  11. ^ Bröring, Arne; Johannes Echterhoff; Simon Jirka; Ingo Simonis; Thomas Everding; Christoph Stasch; Steve Liang; Rob Lemmens (2011). "Habilitación de sensores web de nueva generación". Sensores . 11 (3): 2652–2699. Bibcode :2011Senso..11.2652B. doi : 10.3390/s110302652 . PMC 3231615 . PMID  22163760. 
  12. ^ abc La NASA crea sensores de radiofrecuencia pensantes
  13. ^ "La red de sensores: detección distribuida para la acción colectiva - Sensores". Archivado desde el original el 26 de febrero de 2009. Consultado el 31 de marzo de 2009 .
  14. ^ abcd Red de sensores en la Antártida: desarrollo de una plataforma inteligente y autónoma para localizar floraciones biológicas en entornos criogénicos
  15. ^ "La red de sensores: detección distribuida para la acción colectiva - La red de sensores, un macroinstrumento de elementos de detección individuales que pueden actuar como un todo colectivo, ya se ha implementado en una serie de entornos desafiantes. Aquí se muestra cómo sus propiedades únicas entran en juego en aplicaciones del mundo real. - Sensores". Archivado desde el original el 11 de marzo de 2007. Consultado el 25 de julio de 2006 .
  16. ^ Jardín Botánico de Huntington – Sensor Web 5.0
  17. ^ La red de sensores: detección distribuida para la acción colectiva Archivado el 11 de marzo de 2007 en Wayback Machine
  18. ^ La red de sensores: un sistema de monitoreo inalámbrico y distribuido Archivado el 12 de marzo de 2007 en Wayback Machine
  19. ^ Delin, Kevin; Edward Small (2009). "La red de sensores: tecnología avanzada para el conocimiento de la situación" (PDF) . Manual de ciencia y tecnología para la seguridad nacional de Wiley . John Wiley & Sons.

Lectura adicional

Enlaces externos