La Red de Sensores Inalámbricos (WSN).pptx

Las Redes de sensores
¿Como funciona?
Tipos de sensores
Diseño de una red de sensores inalámbricos
Señal del sensor
Sensor más utilizado

1. La Red de Sensores Inalámbricos (WSN) Ronald Gamez V-23.541.607 ESPECIALIZACIÓN EN GERENCIA MENCION REDES Y TELECOMUNICACIONES

2. Las Redes de Sensores Inalámbricos (WSN), o en inglés Wireless Sensor Networks, son un conjunto de dispositivos pequeños y de bajo consumo llamados nodos sensores o motes, que trabajan juntos para monitorear un área física o un fenómeno. ¿ Cómo Funciona una WSN? Una WSN funciona en un proceso de tres pasos: Detección ( Sensado ): Los nodos sensores miden una variable física (como temperatura, presión, vibración, etc.) y la convierten en una señal eléctrica. Procesamiento y Transmisión: El microcontrolador dentro del nodo procesa la señal, la digitaliza y el transceptor la envía de forma inalámbrica (a menudo usando protocolos como Zigbee , Wi -Fi o Bluetooth) a otros nodos o directamente a la estación base. Recolección y Análisis: La Estación Base (o Coordinador/Gateway) recibe los datos de toda la red, los agrega y los reenvía a un servidor o a una interfaz de usuario para que sean almacenados y analizados.

3. Tipos de Topologías en Redes de Sensores Inalámbricos: La topología define la forma en que se organizan y comunican los nodos en la red Descripción Ventajas Desventajas Estrella Cada nodo sensor se comunica directamente solo con la Estación Base (Coordinador).  Simple de diseñar y gestionar.  El fallo del Coordinador deshabilita toda la red. Rango de cobertura limitado al alcance directo. Malla ( Mesh )  Los nodos pueden comunicarse entre sí y reenviar datos de otros nodos. Alta redundancia y robustez; si un nodo falla, los datos pueden tomar rutas alternativas. Gran cobertura al usar múltiples saltos. Más compleja de implementar. Mayor consumo de energía por el reenvío de datos. Hibrida (o Arbol ) Combina características, a menudo organizando los nodos en grupos ( clusters ) con un nodo líder ( cluster -head) que se comunica con la Estación Base.  Balance entre eficiencia y alcance; buen manejo del tráfico de datos.  Mayor complejidad de software y gestión.

4. Componentes para Conectar los Sensores a la Red: Para conectar los sensores a la red, se utiliza un dispositivo clave llamado Nodo Sensor (o Mote), que integra todos los elementos necesarios. Componente Definición Función Principal Imagen Sensor/Actuador  El elemento físico que interactúa con el entorno. Detecta la variable física (temperatura, presión, luz) o actúa sobre el medio (abre una válvula). Unidad de Proceso (Microcontrolador) Es el "cerebro" del nodo (ej. Microchip AVR, ARM Cortex ). Procesa la señal del sensor, ejecuta el código de red y gestiona las tareas y la energía. 

5. Componente Definición Función Principal Imagen Transceptor (Módulo de Comunicación)  Es la unidad de radiofrecuencia (RF). Permite la comunicación inalámbrica (envío y recepción de datos) con otros nodos o la Estación Base.  Unidad de Energía  La fuente de alimentación del nodo (batería, celda solar).  Proporciona la energía necesaria para todas las operaciones, crucial para la vida útil de la WSN. ADC (Convertidor Analógico-Digital) Circuito que se encuentra típicamente integrado con la Unidad de Proceso. Digitaliza la señal analógica generada por el sensor para que el microcontrolador la pueda entender.

6. Metodología para el Diseño de una Red de Sensores Inalámbricos (WSN) La implementación de una WSN se basa en un proceso estructurado: Determinar qué se quiere medir o monitorear (ej. temperatura del suelo, vibración de un puente). Evaluar las condiciones físicas (terreno, obstáculos, clima, interferencias electromagnéticas) que afectarán la propagación de la señal y la durabilidad de los nodos. Determinar la ubicación óptima para los nodos y la Estación Base. Diseño de la Arquitectura de Red: Seleccionar la topología de red (estrella, malla). Elegir el hardware (tipo de sensor, microcontrolador, transceptor). Seleccionar los protocolos de comunicación ( Zigbee , LoRaWAN , Wi -Fi, etc.) y los algoritmos de enrutamiento y agregación de datos para la eficiencia energética. Implementación, Pruebas y Mantenimiento: Desplegar físicamente los nodos en el campo. Realizar pruebas rigurosas para verificar la cobertura, la calidad del enlace ( QoS ) y la duración de la batería. Establecer planes para la gestión remota, el reemplazo de baterías y la actualización de software (mantenimiento).

7. Tipo de Señal que Genera un Sensor: Un sensor primario, al detectar una variable física, genera típicamente una Señal Analógica (por ejemplo, un voltaje variable o un cambio de resistencia). Señal Analógica: Es una señal continua que varía en función de la variable física medida. Por ejemplo, un termistor (sensor de temperatura) genera una resistencia que varía de forma continua a medida que la temperatura cambia. Esta señal analógica debe ser convertida a una Señal Digital por el ADC (Convertidor Analógico-Digital) del nodo sensor para que pueda ser procesada, almacenada y transmitida por el microcontrolador y el transceptor.

8. El Sensor Más Usado: El sensor de temperatura es, sin duda, uno de los tipos de sensores más usados a nivel global. ¿Por qué?: La temperatura es una variable fundamental y crítica que debe ser monitoreada en casi todos los ámbitos: Industrial: Control de procesos químicos, hornos, maquinaria. Doméstico/Edificios: Sistemas de aire acondicionado (HVAC), termostatos. Medicina: Monitoreo corporal, almacenamiento de vacunas. Ambiental: Monitoreo del clima y ecosistemas. Simplicidad y Costo: Los sensores de temperatura (como termopares o termistores) son relativamente sencillos de fabricar, muy fiables y de muy bajo costo.

9. Métodos de Seguridad en Redes Inalámbricas de Sensores: Debido a que los nodos sensores tienen recursos limitados (poca energía, memoria y capacidad de procesamiento), los métodos de seguridad deben ser ligeros y muy eficientes. Los enfoques principales se centran en la Criptografía y la Gestión de Identidades y Claves: Autenticación y Gestión de Claves Criptográficas: Se utilizan protocolos de autenticación (a menudo basados en identidad o en claves predistribuidas ) que permiten a dos nodos verificar su identidad mutua. El administrador de la WSN actúa como una Entidad de Confianza (TA) que genera y distribuye las claves privadas a cada nodo antes del despliegue. Integridad de Datos: Uso de Códigos de Autenticación de Mensajes (MAC). Un nodo emisor calcula un código MAC basado en el mensaje y la clave de enlace, y lo envía con el mensaje. El receptor recalcula el MAC y verifica que coincida con el recibido. Confidencialidad (Cifrado): Uso de algoritmos de cifrado simétrico (más rápidos y ligeros que los asimétricos, ideales para WSN con recursos limitados) para codificar los datos.

10. Tipos y Aplicaciones de Sensores Inalámbricos (WSN) Las WSN se clasifican por el tipo de variable que miden, y sus aplicaciones se extienden a casi todos los sectores: Tipo de Sensor (Variable)  Aplicación Típica de WSN Temperatura/Humedad  Agricultura de Precisión: Monitoreo de microclimas en invernaderos y campos para optimizar el riego. Presión  Monitoreo Industrial: Medición de presión en tuberías y tanques para detectar anomalías o fugas.  Vibración/Acelerómetro Monitoreo Estructural: Detección de movimientos, deformaciones o vibraciones en puentes, edificios y maquinaria. Movimiento/Presencia (PIR)  Seguridad Doméstica/Detección de Intrusos: Alerta sobre movimientos en áreas restringidas

11. Tipo de Sensor (Variable)  Aplicación Típica de WSN Ópticos/Luz  Ciudades Inteligentes: Control de iluminación pública basado en la luz ambiental.  Gases/Químicos Medio Ambiente/Industrial: Detección temprana de incendios, fugas de gas tóxico (CO, CO2, \ text {H}_2\ text {S}).  GPS/Posicionamiento Logística: Seguimiento de activos, vehículos o ganado. 

12. Muchas Gracias