El concepto de "red de sensores" es un tipo de red de sensores especialmente adecuada para la monitorización medioambiental . [1] [2] [3] La frase "red de sensores" también está asociada con un sistema de detección que utiliza en gran medida la World Wide Web . OGC 's Sensor Web Enablement (SWE) marco define un conjunto de interfaces de servicios Web y protocolos de comunicación de resúmenes de la heterogeneidad de sensor (red) de comunicación. [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 inalámbricos donde las piezas individuales podían 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 enrutadores , lo que la distingue de los esquemas de red más típicos de 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 omnidireccional y bidireccional, donde cada pod envía los datos recopilados a todos los demás pod de la red. Por lo tanto, la arquitectura permite que cada pod sepa qué está pasando con cada uno de los demás pods a lo largo de la red de sensores en cada ciclo de medición. Los pods individuales (nodos) eran todos equivalentes en hardware [1] y la arquitectura de Delin no requería puertas de enlace o enrutamiento especiales para que cada una de las piezas individuales se comunicaran 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 necesariamente requiere 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 pluma, puede ocurrir dentro de la propia red de sensores y el sistema posteriormente reacciona como un todo colectivo coordinado 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 espacialmente disperso.
El término "red de sensores" también se ha transformado en algunas veces asociado con una capa adicional que conecta 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 del sensor al permitir su descubrimiento , acceso y asignación de tareas . como evento y alerta . [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 mediante protocolos estándar e interfaces de programación de aplicaciones . A través de esta abstracción de los detalles del sensor, se facilita su uso en aplicaciones.
Características de la arquitectura web de sensores de Delin
Delin diseñó una red de sensores como una red de pods interconectados. Todos los pods en una red de sensores son equivalentes en hardware (no hay pods especiales de "puerta de enlace" o "esclavos"). Sin embargo, hay funciones adicionales que los pods pueden realizar además de participar en la función general de la web del sensor. 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 celular, conexiones de computadora portátil o incluso un servidor de Internet. En algunos casos, un pod tendrá una unidad de memoria extraíble adjunta (como una memoria USB o una computadora portátil) que almacena los datos recopilados. [13] [14]
El término módulo madre se refiere al módulo que contiene el reloj maestro del sistema web de sensores síncronos. El módulo madre no tiene ningún hardware especial asociado, su designación como madre se basa simplemente en el número de identificación asociado con el módulo. [15] A menudo, el módulo madre sirve como un punto de portal principal a Internet, pero esto se hace solo para la conveniencia de la implementación. Los primeros artículos se referían 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 de RF).
Debido al salto inherente de datos dentro de una red de sensores, un pod sin sensores conectados se puede implementar como un relé con el único propósito de facilitar la comunicación entre los otros pods y expandir el rango de comunicación a un punto final en particular (como una vaina madre). [14] Los sensores se pueden conectar a los módulos de retransmisión en un momento posterior y los relés también pueden servir como módulos de portal.
Cada grupo generalmente contiene: [2]
- uno o más sensores que conducen a uno o más canales de datos,
- una unidad de procesamiento como un microcontrolador o microprocesador ,
- un componente de comunicación bidireccional, como una radio y una antena (los rangos de radio suelen estar limitados por los requisitos de espectro del gobierno; las bandas sin licencia permitirán la comunicación de unos pocos cientos de yardas en áreas sin obstrucciones, aunque la línea de visión no es un requisito),
- una fuente de energía como una batería junto con una celda solar ,
- un paquete para proteger los componentes contra entornos a veces hostiles,
Cada cápsula también suele requerir un soporte, como un poste o un trípode. [14] El número de cápsulas puede variar, con ejemplos de redes de sensores con 12 a 30 cápsulas. [12] La forma de una red de sensores puede afectar su utilidad, por ejemplo, un despliegue particular [14] aseguró que cada cápsula estuviera dentro del alcance para comunicarse con al menos otras dos cápsulas. Los ciclos de medición de la banda de sensores han sido típicamente entre 30 segundos y 15 minutos para los sistemas implementados hasta ahora. [dieciséis]
Se han implementado redes de sensores que consisten en pods que se han extendido por millas y han funcionado continuamente durante años. [17] Las redes de sensores se han colocado en entornos hostiles (incluidos desiertos, montañas nevadas y la Antártida) [18] con fines de ciencia ambiental y también han demostrado ser valiosas en la búsqueda y el rescate urbano y la protección de la infraestructura. [19] La tecnología no solo supervisa el medio ambiente, sino que a veces también controla el medio ambiente mediante la activación de dispositivos. [12]
Ver también
- Observaciones y mediciones
- Consorcio Geoespacial Abierto
- Sensor Grid : la red de sensores se encuentra con la computación en red
- SensorML
Referencias
- ^ a b Delin, Kevin; Shannon Jackson (2000). "Web de sensores para la exploración in situ de biofirmas gaseosas" (PDF) . Conferencia Aeroespacial IEEE .
- ^ a b Delin, Kevin (2005). "Redes de sensores en la naturaleza" (PDF) . Redes de sensores inalámbricos: una perspectiva de sistemas . Casa Artech.
- ^ Torres-Martínez, Eduardo; Granville Paules; Mark Schoeberl; Mike Kalb (agosto-noviembre de 2003). "Una red de sensores: habilitando la visión de las ciencias de la tierra" . Acta Astronautica . 53 (4–10): 423–428. Código bibliográfico : 2003AcAau..53..423T . doi : 10.1016 / S0094-5765 (03) 00133-4 .
- ^ Botts, Mike; George Percivall; Carl Reed; John Davidson (2008). "Habilitación Web del sensor OGC: descripción general y arquitectura de alto nivel". GSN 2006, LNCS, Volumen 4540 . págs. 175-190. Falta o vacío
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- ^ Gibbons, P. (2003). "Irisnet: una arquitectura para una red de sensores en todo el mundo". Computación generalizada IEEE . págs. 22–33. Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ Moodley, Deshendran; Ingo Simonis (2006). "Una nueva arquitectura para la web de sensores: el marco SWAP". Taller de Redes de Sensores Semánticos. Un taller de la 5ta Conferencia Internacional de Web Semántica ISWC 2006, Atenas, Georgia . Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ 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 con semántica mejorada, Internet de las cosas y dispositivos inteligentes; 8 (1) . págs. 64–88. Falta o vacío
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- ^ Bröring, Arne; Johannes Echterhoff; Simon Jirka; Ingo Simonis; Thomas Everding; Christoph Stasch; Steve Liang; Rob Lemmens (2011). "Habilitación Web de sensores de nueva generación" . Sensores, Volumen 11, Número 3 . págs. 2652–2699.
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- ^ The Sensor Web: Detección distribuida para la acción colectiva. Archivado el 11 de marzo de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ The Sensor Web: un sistema de monitoreo inalámbrico distribuido Archivado el 12 de marzo de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ Delin, Kevin; Edward pequeño (2009). "The Sensor Web: tecnología avanzada para el conocimiento de la situación" (PDF) . Wiley Handbook of Science and Technology for Homeland Security . John Wiley e hijos.
Otras lecturas
- Sensor Webs, KA Delin, SP Jackson y RR Algunos informes técnicos de la NASA 1999, 23, 90 [1] publicación de acceso abierto .
- The Sensor Web: Detección distribuida para la acción colectiva, Kevin A. Delin Sensors Online julio de 2006, 18 [2] publicación de acceso abierto .
- The Sensor Web: A Distributed, Wireless Monitoring System, Kevin A. Delin Sensors Online April 2004, 21 [3] publicación de acceso abierto .
- Habilitación web de sensores de nueva generación, Arne Bröring, Johannes Echterhoff, Simon Jirka, Ingo Simonis, Thomas Everding, Christoph Stasch, Steve Liang, Rob Lemmens Sensors 2011, Volumen 11, Número 3, 2652-2699 [4] publicación de acceso abierto .
- Estudios ambientales con la red de sensores: principios y práctica, Kevin A. Delin, Shannon P. Jackson, David W. Johnson, Scott C. Burleigh, Richard R. Woodrow, J. Michael McAuley, James M. Dohm, Felipe Ip, Ty PA Ferré, Dale F. Rucker, Victor R. Baker Sensors 2005, 5, 103-117 [5] publicación de acceso abierto .
- Habilitación web de sensores OGC: descripción general y arquitectura de alto nivel, Botts, Percivall, Reed y Davidson [6] Informe técnico de OGC, publicación de acceso abierto de julio de 2006 .
- Open Sensor Web Architecture: Core Services, Xingchen Chu, Tom Kobialka, Bohdan Durnota y Rajkumar Buyya, Actas de la 4ta Conferencia Internacional sobre Detección Inteligente y Procesamiento de Información (ICISIP 2006, IEEE Press, Piscataway, Nueva Jersey, EE. UU., ISBN 1-4244-0611-0 , 98-103pp), 15-18 de diciembre de 2006, Bangalore, India. [7] publicación de acceso abierto .
- Un software intermedio SensorWeb con servicios de estado para redes de sensores heterogéneos, Tom Kobialka, Rajkumar Buyya, Christopher Leckie y Rao Kotagiri, Actas de la 3a Conferencia internacional sobre sensores inteligentes, redes de sensores y procesamiento de información (ISSNIP 2007, IEEE Press, Piscataway, Nueva Jersey , EE. UU.), 3-6 de diciembre de 2007, Melbourne, Australia. [8] publicación de acceso abierto .
enlaces externos
- SensorWare Systems : la empresa se separó de la NASA para comercializar la tecnología web de sensores.
- Sensor Web Alliance : una organización que está desarrollando una plataforma de investigación colaborativa llamada Sensor Web Alliance (SWA). El objetivo es unir recursos en la SWA, coordinar la investigación y permitir que las organizaciones participantes compartan la propiedad intelectual, lo que distribuirá el riesgo y reducirá el costo de entrada.
- Proyecto SenseWeb : un proyecto de investigación de Microsoft que permite a los usuarios visualizar y consultar datos en tiempo real utilizando una interfaz geográfica como Windows Live Local y permite a los propietarios de datos publicar fácilmente sus datos en vivo utilizando una interfaz de servicio web.
- GeoSensor Web Lab, Universidad de Calgary : un laboratorio de investigación universitario que está desarrollando una infraestructura GIS para Sensor Web y sus aplicaciones. Se han desarrollado e implementado varias aplicaciones web de sensores para aplicaciones ambientales y agrícolas. La información del proyecto, las publicaciones y los videos de demostración se pueden encontrar en este sitio.
- 52 ° Norte : una organización de asociación abierta que interopera los servicios web y los modelos de codificación de datos, que constituyen los bloques de construcción técnicos de las Infraestructuras de datos espaciales (IDE).
- SWSL en el Instituto de Geoinformática (IFGI) de la Universidad de Muenster - La web S ensor, el geoprocesamiento basado en W eb y S imulation L ab (SWSL) es un laboratorio universitario que trabaja en los componentes básicos de la red de geosensores para hacer diferentes tipos de sensores detectables, accesibles y aptos para tareas de manera interoperable.
- OGC SWE - Desde 2002, el Consorcio Geoespacial Abierto (OGC) ha tenido una actividad de Habilitación Web de Sensores (SWE) enfocada. Desde la perspectiva de OGC, una red de sensores se refiere a redes de sensores accesibles a través de la web y datos de sensores archivados que se pueden descubrir y acceder mediante protocolos estándar e interfaces de programas de aplicación (API).
- Proyecto de arquitectura abierta de SensorWeb : el proyecto se centra en el desarrollo de middleware orientado a servicios para SensorWeb que integra redes de sensores y entornos informáticos distribuidos, como redes computacionales.
- Laboratorio de investigación Sensorweb : un laboratorio de investigación en la Universidad Estatal de Georgia, que desarrolla sistemas web de sensores y los aplica a aplicaciones científicas y sociales, como monitoreo ambiental, entornos inteligentes y aplicaciones de redes inteligentes.
- Proyecto SEPS: el concepto del Sistema de predicción de la tierra autoadaptativa (SEPS) combina los modelos del sistema terrestre (ESM) y las observaciones de la Tierra (EO) en un sistema a través de servicios web estándar. Este es un proyecto colaborativo que consiste en científicos del Centro de Ciencia y Sistemas de Información Espacial (CSISS) de la Universidad George Mason , NASA GSFC y UMBC.
- Web de sensores semánticos : el proyecto SSW es un intento de anotar los datos de los sensores con metadatos semánticos para proporcionar información contextual esencial para el conocimiento de la situación. En particular, es un enfoque para anotar datos de sensores con metadatos semánticos espaciales, temporales y temáticos.