Red de sensores

La red de sensores es un tipo de red de sensores que utiliza intensivamente la World Wide Web y es especialmente adecuada para la monitorización 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 abstraen la heterogeneidad de la comunicación de sensores (red). ^{[ 4 ]}

El término "red de sensores" fue utilizado por primera vez por Kevin Delin de la NASA en 1997 ^{[ 5 ]} para describir una novedosa 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 entre sí de forma inalámbrica. Esta arquitectura amorfa es única, ya que es síncrona y no requiere enrutador , lo que la distingue de los esquemas de red TCP/IP más típicos . Un pod, como plataforma física para un sensor, puede ser orbital o terrestre, fijo o móvil, e incluso puede tener acceso en tiempo real a través de Internet . La comunicación entre pods es omnidireccional y bidireccional, donde cada pod envía los datos recopilados a todos los demás pods de la red. Por lo tanto, la arquitectura permite que cada pod sepa lo que sucede con todos los demás pods en 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 pasarelas 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 necesariamente requiere la presencia de la World Wide Web para funcionar . ^{[ 6 ]} Como resultado, la fusión de datos en tiempo real , como la identificación de falsos positivos y el seguimiento de columnas de humo, puede ocurrir dentro de la propia red de sensores y el sistema posteriormente reacciona como un todo coordinado y colectivo al flujo de datos entrante. Por ejemplo, en lugar de tener detectores de humo no coordinados, una red de sensores puede reaccionar como un único localizador de incendios espacialmente disperso.

El término "web de sensores" también se ha transformado en una asociación ocasional 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 de los sensores al permitir su descubrimiento , acceso , tareas , así como eventos y alertas . ^{[ 11 ]} Al definir interfaces de servicio estandarizadas, una web 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 "web de sensores" como una infraestructura que permite el acceso a redes de sensores y datos de sensores archivados que pueden descubrirse y accederse 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.

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 "esclavo"). Sin embargo, existen funciones adicionales que los pods pueden realizar además de participar en la función general de la red de sensores. Cualquier pod de una red de sensores puede ser un pod portal y proporciona a los usuarios acceso a la red de sensores (tanto entrada como salida). ^{[ 12 ]} El acceso puede proporcionarse mediante módem 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 conectada (como una memoria USB o una computadora portátil) que almacena los datos recopilados. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

El término « pod madre» se refiere al pod que contiene el reloj maestro del sistema de red de sensores síncronos. El pod madre no tiene hardware especial asociado; su designación como tal se basa simplemente en el número de identificación asociado al pod. ^{[ 15 ]} A menudo, el pod madre sirve como punto de acceso principal a Internet, pero esto se hace únicamente para facilitar la implementación. En los primeros trabajos, se hacía referencia al pod madre como «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 puede implementarse como repetidor con el único propósito de facilitar la comunicación entre los demás pods y ampliar el alcance de la comunicación a un punto final específico (como un pod nodriza). ^{[ 14 ]} Los sensores pueden conectarse a los pods repetidores posteriormente, y estos también pueden funcionar como pods portal.

Cada cápsula suele contener: ^{[ 2 ]}

• uno o más sensores que conducen a uno o más canales de datos,
• una unidad de procesamiento como un microcontrolador o un microprocesador ,
• un componente de comunicación bidireccional como una radio y una antena (los alcances de radio suelen estar limitados por los requisitos de espectro del gobierno; las bandas no licenciadas permitirán la comunicación a unos cientos de metros en áreas sin obstáculos, aunque la línea de visión no es un requisito),
• una fuente de energía como una batería acoplada a una célula 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 entre 12 y 30 cápsulas. ^{[ 12 ]} La forma de una red de sensores puede afectar su utilidad; por ejemplo, una implementación particular ^{[ 14 ]} se aseguró de que cada cápsula estuviera dentro del alcance para comunicarse con al menos otras dos cápsulas. Los ciclos de medición de la red de sensores han sido típicamente de entre 30 segundos y 15 minutos para los sistemas implementados hasta el momento. ^{[ 16 ]}

Se han desplegado redes de sensores compuestas por cápsulas que abarcan kilómetros y funcionan de forma continua durante años. ^{[ 17 ]} Estas redes se han utilizado en entornos hostiles (incluidos desiertos, mantos de nieve de montaña y la Antártida) ^{[ 18 ]} con fines de investigación ambiental y también han demostrado ser valiosas en la búsqueda y rescate urbanos y la protección de infraestructuras. ^{[ 19 ]} Esta tecnología no solo monitoriza el entorno, sino que a veces también lo controla mediante la activación de dispositivos. ^{[ 12 ]}

• Internet de las cosas
• Red de cosas
• Observaciones y mediciones
• Consorcio Geoespacial Abierto
• Web de sensores semánticos
• Red de sensores : La web de sensores se une a la computación en malla
• SensorML

• Redes de sensores, KA Delin, SP Jackson y RR Algunos informes técnicos de la NASA 1999, 23, 90publicación de acceso abierto .
• La red de sensores: detección distribuida para la acción colectiva, Kevin A. Delin, Sensors Online, julio de 2006, pág. 18publicación de acceso abierto .
• La red de sensores: un sistema de monitorización inalámbrico distribuido, Kevin A. Delin, Sensors Online, abril de 2004, pág. 21publicación 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, 2652-2699publicación 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, 103-117publicación de acceso abierto .
• Habilitación de la web de sensores OGC: descripción general y arquitectura de alto nivel, Botts, Percivall, Reed y DavidsonLibro Blanco de OGC, publicación de acceso abierto de julio de 2006 .
• Arquitectura web de sensores abiertos: servicios centrales, Xingchen Chu, Tom Kobialka, Bohdan Durnota y Rajkumar Buyya, Actas de la 4.ª Conferencia Internacional sobre Detección Inteligente y Procesamiento de la Información (ICISIP 2006, IEEE Press, Piscataway, Nueva Jersey, EE. UU., ISBN 1-4244-0611-0(págs. 98-103), 15-18 de diciembre de 2006, Bangalore, India.publicación de acceso abierto .
• Un middleware SensorWeb con servicios con estado para redes de sensores heterogéneas, Tom Kobialka, Rajkumar Buyya, Christopher Leckie y Rao Kotagiri, Actas de la 3ª Conferencia Internacional sobre Sensores Inteligentes, Redes de Sensores y Procesamiento de la Información (ISSNIP 2007, IEEE Press, Piscataway, Nueva Jersey, EE. UU.), 3-6 de diciembre de 2007, Melbourne, Australia.publicación de acceso abierto .

• SensorWare Systems : la empresa que surgió de la NASA para comercializar la tecnología de redes de sensores.
• Sensor Web Alliance (SWA) es una organización que desarrolla una plataforma de investigación colaborativa. Su objetivo es aunar recursos, coordinar la investigación y permitir que las organizaciones participantes compartan propiedad intelectual, lo que diversificará el riesgo y reducirá los costos de entrada.
• Proyecto SenseWeb : un proyecto de Microsoft Research que permite a los usuarios visualizar y consultar datos en tiempo real mediante una interfaz geográfica como Windows Live Local, y que permite a los propietarios de datos publicar fácilmente sus datos en tiempo real mediante una interfaz de servicio web.