Redes de sensores inalámbricos y sus aplicaciones

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En los últimos años, el diseño eficiente de una red de sensores inalámbricos se ha convertido en un área de investigación líder. Un sensor es un dispositivo que responde y detecta algún tipo de entrada de las condiciones físicas o ambientales, como presión, calor, luz, etc. La salida del sensor es generalmente una señal eléctrica que se transmite a un controlador para su posterior procesamiento. .

Redes de sensores inalámbricos (WSN)

Una red de sensores inalámbricos se puede definir como una red de dispositivos que pueden comunicar la información recopilada de un campo monitoreado a través de enlaces inalámbricos. Los datos se reenvían a través de varios nodos y, con una puerta de enlace, los datos se conectan a otras redes como Ethernet inalámbrico .




Sensor de redes inalámbricas

Sensor de redes inalámbricas

WSN es una red inalámbrica que consta de estaciones base y una cantidad de nodos (sensores inalámbricos). Estas redes se utilizan para monitorear las condiciones físicas o ambientales como el sonido, la presión, la temperatura y pasar datos de manera cooperativa a través de la red a la ubicación principal como se muestra en la figura.



Topologías de red WSN

Para las redes de comunicación por radio, la estructura de una WSN incluye varias topologías como las que se indican a continuación.

Topología de red de sensores inalámbricos

Topologías de redes de sensores inalámbricos

Topologías en estrella

La topología en estrella es una topología de comunicación, donde cada nodo se conecta directamente a una puerta de enlace. Una sola puerta de enlace puede enviar o recibir un mensaje a varios nodos remotos. Topologías de instalación, los nodos no pueden enviarse mensajes entre sí. Esto permite comunicaciones de baja latencia entre el nodo remoto y la puerta de enlace (estación base).

Debido a su dependencia de un solo nodo para administrar la red, la puerta de enlace debe estar dentro del rango de transmisión de radio de todos los nodos individuales. La ventaja incluye la capacidad de mantener el consumo de energía de los nodos remotos al mínimo y simplemente bajo control. El tamaño de la red depende del número de conexiones realizadas al concentrador.


Topologías de árboles

La topología de árbol también se denomina topología en estrella en cascada. En las topologías de árbol, cada nodo se conecta a un nodo que se coloca más alto en el árbol y luego a la puerta de enlace. La principal ventaja de la topología de árbol es que la expansión de una red puede ser fácilmente posible y también la detección de errores se vuelve fácil. La desventaja de esta red es que depende en gran medida del cable de bus si se rompe, toda la red colapsará.

Topologías de malla

Las topologías Mesh permiten la transmisión de datos de un nodo a otro, que está dentro de su rango de transmisión de radio. Si un nodo desea enviar un mensaje a otro nodo, que está fuera del rango de comunicación por radio, necesita un nodo intermedio para reenviar el mensaje al nodo deseado. La ventaja de esta topología de malla incluye un fácil aislamiento y detección de fallas en la red. La desventaja es que la red es grande y requiere una gran inversión.

Tipos de WSN (redes de sensores inalámbricos)

Dependiendo del entorno, la tipos de redes se deciden para que puedan desplegarse bajo el agua, bajo tierra, en tierra, etc. Los diferentes tipos de WSN incluyen:

  1. WSN terrestres
  2. WSN subterráneos
  3. WSN submarinos
  4. WSN multimedia
  5. WSN móviles

1. WSN terrestres

Los WSN terrestres son capaces de comunicarse con las estaciones base de manera eficiente y constan de cientos o miles de nodos de sensores inalámbricos implementados de manera no estructurada (ad hoc) o estructurada (planificada previamente). En un modo no estructurado, los nodos del sensor se distribuyen aleatoriamente dentro del área objetivo que se deja caer desde un plano fijo. El modo preplanificado o estructurado considera la ubicación óptima, la ubicación de la cuadrícula y los modelos de ubicación 2D y 3D.

En esta WSN, el Potencia de la batería Sin embargo, es limitada, la batería está equipada con células solares como fuente de energía secundaria. La conservación de energía de estos WSN se logra mediante el uso de operaciones de ciclo de trabajo bajo, minimizando retrasos y enrutamiento óptimo, etc.

2. WSN subterráneos

Las redes de sensores inalámbricos subterráneos son más caras que las WSN terrestres en términos de implementación, mantenimiento, consideraciones de costos de equipos y planificación cuidadosa. Las redes de WSN consisten en varios nodos de sensores que están ocultos en el suelo para monitorear las condiciones subterráneas. Para transmitir información desde los nodos sensores a la estación base, hay nodos sumideros adicionales por encima del suelo.

WSN subterráneos

WSN subterráneos

Las redes de sensores inalámbricos subterráneos desplegadas en el suelo son difíciles de recargar. Los nodos de batería del sensor equipados con una batería limitada son difíciles de recargar. Además de esto, el entorno subterráneo hace que la comunicación inalámbrica sea un desafío debido al alto nivel de atenuación y pérdida de señal.

3. WSN bajo el agua

Más del 70% de la tierra está ocupada por agua. Estas redes constan de varios nodos de sensores y vehículos desplegados bajo el agua. Se utilizan vehículos submarinos autónomos para recopilar datos de estos nodos de sensores. Un desafío de la comunicación submarina es un retraso de propagación prolongado y fallas de ancho de banda y sensores.

WSN bajo el agua

WSN bajo el agua

Bajo el agua, los WSN están equipados con una batería limitada que no se puede recargar ni reemplazar. La cuestión de la conservación de la energía para las redes de comunicación submarinas submarinas implica el desarrollo de técnicas de comunicación y redes submarinas.

4. WSN multimedia

Se han propuesto redes de sensores inalámbricos multimedia para permitir el seguimiento y seguimiento de eventos en forma de multimedia, como imágenes, vídeo y audio. Estas redes consisten en nodos de sensores de bajo costo equipados con micrófonos y cámaras. Estos nodos están interconectados entre sí a través de una conexión inalámbrica para la compresión, recuperación y correlación de datos.

WSN multimedia

WSN multimedia

Los desafíos con la WSN multimedia incluyen un alto consumo de energía, altos requisitos de ancho de banda, procesamiento de datos y técnicas de compresión. Además de esto, los contenidos multimedia requieren un gran ancho de banda para que los contenidos se entreguen de forma adecuada y sencilla.

5. WSN móviles

Estas redes consisten en una colección de nodos sensores que se pueden mover por sí mismos y se pueden interactuar con el entorno físico. Los nodos móviles pueden calcular el sentido y comunicarse.

Las redes de sensores inalámbricos móviles son mucho más versátiles que las redes de sensores estáticos. Las ventajas de MWSN sobre las redes de sensores inalámbricos estáticos incluyen una cobertura mejor y mejorada, una mejor eficiencia energética, una capacidad de canal superior, etc.

Limitaciones de las redes de sensores inalámbricos

  1. Posee muy poca capacidad de almacenamiento: unos cientos de kilobytes
  2. Posee una potencia de procesamiento modesta: 8 MHz
  3. Funciona en un rango de comunicación corto: consume mucha energía
  4. Requiere energía mínima - restringe los protocolos
  5. Tener baterías con una vida útil limitada
  6. Los dispositivos pasivos proporcionan poca energía

Aplicaciones de redes de sensores inalámbricos

Aplicaciones de redes de sensores inalámbricos

Aplicaciones de redes de sensores inalámbricos

  • Estas redes se utilizan en seguimientos ambientales, como detección de bosques, seguimiento de animales, detección de inundaciones, predicción y predicción meteorológica, y también en aplicaciones comerciales como predicción y seguimiento de actividad sísmica.
  • Aplicaciones militares , como las aplicaciones de vigilancia de seguimiento y monitoreo ambiental, utilizan estas redes. Los nodos de sensores de las redes de sensores se colocan en el campo de interés y son controlados de forma remota por un usuario. El rastreo de enemigos y las detecciones de seguridad también se realizan mediante el uso de estas redes.
  • Las aplicaciones de salud, como el seguimiento y la monitorización de pacientes y médicos, utilizan estas redes.
  • Las aplicaciones de redes de sensores inalámbricos más utilizadas en el campo de los sistemas de transporte, como la monitorización del tráfico, la gestión dinámica de rutas y la monitorización de aparcamientos, etc., utilizan estas redes.
  • Respuesta de emergencia rápida, monitoreo de procesos industriales , control climático automatizado de edificios, monitoreo de ecosistemas y hábitats, monitoreo de salud estructural civil, etc., utilizan estas redes.

Se trata de las redes de sensores inalámbricos y sus aplicaciones. Creemos que la información sobre los diferentes tipos de redes le ayudará a conocerlas mejor para sus necesidades prácticas. Aparte de esto, para obtener información adicional sobre SCADA inalámbrico , consultas y dudas sobre este tema o proyectos eléctricos y electrónicos , y cualquier sugerencia, por favor comente o escríbanos en la sección de comentarios a continuación.

Créditos fotográficos

  • Redes de sensores inalámbricas por dolcera
  • Topologías de redes de sensores inalámbricos por ni
  • WSN subterráneos de amrita
  • WSN bajo el agua por Jurdak
  • WSN multimedia de intangible