Wireless Sensor Network

¿Qué es Wireless Sensor Network?
Wireless Sensor Network o redes de sensores inalámbricos, son redes de sensores sin cable de nano aparatos autónomos capaces de una comunicación sin cable y suponen uno de los avances tecnológicos más investigados en la actualidad, es decir, que es una red inalámbrica que consiste en dispositivos distribuidos espaciados autónomos utilizando sensores para monitorear condiciones físicas o ambientales. Un sistema WSN incorpora un gateway que provee conectividad inalámbrica de regreso al mundo de cables y nodos distribuidos. A través de redes de sensores, se puede integrar funcionalidades que antes eran independientes unas de otras, con el fin de lograr máxima eficiencia sobre todo en los campos de consumo y gestión de energía.

Las redes de sensores es un concepto relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos con múltiples aplicaciones en distintos campos tales como entornos industriales, domótica, entornos militares, detección ambiental.

Esta clase de redes se caracterizan por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables, pudiendo convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de encaminamiento entre nodos sin visión directa, así como registrar datos referentes a los sensores locales de cada nodo. Otra de sus características es su gestión eficiente de la energía, que les permite obtener una alta tasa de autonomía que las hacen plenamente operativas. Además de los requerimientos de larga duración, debe considerar el tamaño, peso y disponibilidad de las baterías, así como estándares internacionales para envíos de baterías. El bajo costo y la amplia disponibilidad de las baterías de zinc-carbono y alcalinas las hace una opción muy común. Las técnicas para recolección de energía también se están volviendo más frecuentes en redes de sensores inalámbricas. Con dispositivos que utilizan celdas solares o colectan calor del ambiente, usted puede reducir o hasta eliminar la necesidad de usar baterías.

Topologías de Red WSN

Los nodos WSN están típicamente organizados en uno de tres tipos de topologías de red. Topología de estrella, cada nodo se conecta directamente al gateway. Topología de árbol, cada nodo se conecta a un nodo de mayor jerarquía en el árbol y después al gateway, los datos son ruteados desde el nodo de menor jerarquía en el árbol hasta el gateway. Finalmente, para ofrecer mayor confiabilidad, las redes tipo malla, la característica de esta topología es que los nodos se pueden conectar a múltiples nodos en el sistema y pasar los datos por el camino disponible de mayor confiabilidad.
• Características de una red sensora
• Topología Dinámica: En una red de sensores, la topología siempre es cambiante y éstos tienen que adaptarse para poder comunicar nuevos datos adquiridos.
• Variabilidad del canal: El canal radio es un canal muy variable en el que existen una serie de fenómenos como pueden ser la atenuación, desvanecimientos rápidos, desvanecimientos lentos e interferencias que puede producir errores en los datos.
• No se utiliza infraestructura de red: Una red sensora no tiene necesidad alguna de infraestructura para poder operar, ya que sus nodos pueden actuar de emisores, receptores o enrutadores de la información. Sin embargo, hay que destacar en el concepto de red sensora la figura del nodo recolector (también denominados sink node), que es el nodo que recolecta la información y por el cual se recoge la información generada normalmente en tiempo discreto. Esta información generalmente es adquirida por un ordenador conectado a este nodo y es sobre el ordenador que recae la posibilidad de transmitir los datos por tecnologías inalámbricas o cableadas según sea el caso.
• Tolerancia a errores: Un dispositivo sensor dentro de una red sensora tiene que ser capaz de seguir funcionando a pesar de tener errores en el sistema propio.
• Comunicaciones multisalto o broadcast: En aplicaciones sensoras siempre es característico el uso de algún protocolo que permita comunicaciones multi-hop, léase AODV, DSDV, EWMA u otras, aunque también es muy común utilizar mensajería basada en broadcast.
• Consumo energético: Es uno de los factores más sensibles debido a que tienen que conjugar autonomía con capacidad de proceso, ya que actualmente cuentan con una unidad de energía limitada. Un nodo sensor tiene que contar con un procesador de consumo ultra bajo así como de un transceptor radio con la misma característica, a esto hay que agregar un software que también conjugue esta característica haciendo el consumo aún más restrictivo.
• Limitaciones hardware: Para poder conseguir un consumo ajustado, se hace indispensable que el hardware sea lo más sencillo posible, así como su transceptor radio, esto nos deja una capacidad de proceso limitada.
• Costes de producción: Dada que la naturaleza de una red de sensores tiene que ser en número muy elevada, para poder obtener datos con fiabilidad, los nodos sensores una vez definida su aplicación, son económicos de hacer si son fabricados en grandes cantidades.

Las Ventajas de las Redes de Sensores Inalámbricas

Con la plataforma WSN de National Instruments WSN, usted puede personalizar y mejorar una arquitectura WSN típica para crear un sistema completo de medida cableado e inalámbrico para su aplicación. La integración con software ofrece la flexibilidad de escoger un controlador principal basado en Windows para su sistema WSN o un controlador en tiempo real como NI CompactRIO, brindándole la habilidad de integrar E/S reconfigurable con sus medidas inalámbricas. Con el controlador principal, usted puede usar LabVIEW y el software NI-WSN con la integración del proyecto de LabVIEW y programación de clic y arrastre para configurar fácilmente su sistema WSN, extraer datos de medida de alta calidad, realizar análisis y presentar sus datos.

Además, la integración con LabVIEW ofrece la habilidad de estrechar la comunicación de su WSN desde nivel empresarial y de base de datos a través del Internet hasta los dispositivos de clientes finales, como un iPhone o laptop. Usted puede usar esta completa arquitectura del sistema para adquirir datos desde cualquier lugar de manera virtual con una red de sensores inalámbrica, procesar y almacenar esos datos en un servidor y después tener acceso a los datos de manera remota desde un dispositivo inteligente inalámbrico.

Areas de Aplicación

Algunas areas de aplicación son:
• Sensores industriales: Dentro de fábricas existen complejos sistemas de control de calidad, el tamaño de estos sensores les permite estar allí donde se requiera.
• Automoción: Las redes de sensores son el complemento ideal a las cámaras de tráfico, ya que pueden informar de la situación del tráfico en ángulos muertos que no cubren las cámaras y también pueden informar a conductores de la situación, en caso de atasco o accidente, con lo que estos tienen capacidad de reacción para tomar rutas alternativas.
• Medicina: Es otro campo bastante prometedor. Con la reducción de tamaño que están sufriendo los nodos sensores, la calidad de vida de pacientes que tengan que tener controlada sus constantes vitales (pulsaciones, presión, nivel de azúcar en sangre, etc), podrá mejorar sustancialmente.
• Domótica: Su tamaño, economía y velocidad de despliegue, lo hacen una tecnología ideal para domotizar el hogar a un precio asequible.