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Red de sensores y su historia de comienzo
Arquitectura típica de una red de sensores multi-hop inalámbricos.Una red de sensores es una red de computadoras muy pequeñas, equipadas con sensores ("nodos") que trabajan en una tarea común.Las redes de sensores consisten en un grupo de sensores con capacidades específicas de detección e inalámbricas que permiten la formación de redes ad hoc sin una infraestructura física predeterminada o una gestión centralizada.
Las Redes de Sensores Inalámbricos (WSN), también llamadas Redes de Sensores y Actuadores Inalámbricos (WSAN), son sensores autónomos distribuidos espacialmente que monitorean las condiciones físicas o ambientales tales como temperatura, sonda, presión, etc. y comparten sus datos en forma cooperativa a través de la red a otros lugares. Las redes más modernas son bidireccionales y permiten el control de la actividad de los sensores.
Una red de sensores inalámbricos móviles (MWSN) es una red de sensores inalámbricos (WSN) en la que los nodos sensores son móviles. Los MWSN son más pequeños que sus predecesores. Las redes de sensores de masa móvil son mucho más versátiles que las redes de sensores estáticos y pueden utilizarse en cualquier escenario y hacer frente a los rápidos cambios tecnológicos.
Estas redes inalámbricas de sensores y actuadores se utilizan en muchas aplicaciones industriales y de consumo, como la vigilancia y el control de procesos industriales, la vigilancia de las condiciones de las máquinas, los sistemas ciberfísicos, la automatización de viviendas, la detección ambiental, etc.
Se caracterizan por ser fáciles de desplegar y autoconfigurables, por poder convertirse en emisor y receptor en cualquier momento, por prestar servicios de enrutamiento entre nodos sin visibilidad directa y por poder registrar datos relacionados con los sensores locales de cada nodo. Otra característica es su eficiente gestión de la energía, que les permite alcanzar un alto grado de autonomía que los hace plenamente funcionales.
La creciente miniaturización de las computadoras dio lugar a la idea de desarrollar computadoras extremadamente pequeñas y baratas que se comunican de forma inalámbrica y se organizan de forma autónoma. La idea de estas redes es distribuir aleatoriamente estos nodos en una gran área que los nodos observan hasta que sus recursos energéticos se agotan. Los atributos "pequeño", "barato" y "autónomo" introdujeron la idea como polvo inteligente
En la actualidad, las redes de sensores son un tema de investigación muy activo en varias universidades, aunque ya empiezan a existir aplicaciones comerciales basadas en este tipo de redes. La red de sensores más grande hasta la fecha consistía en 800 nodos y se puso en funcionamiento durante un corto período de tiempo el 27 de agosto de 2001 en la Universidad de Berkeley para demostrar el rendimiento de la tecnología en una presentación. Algunos sistemas han demostrado ser versátiles, por ejemplo, Berkeley Motes, Pico-Radio, Smart-Dust y WINS.
Historia
El desarrollo de redes de sensores tiene su origen en iniciativas militares. Por lo tanto, no hay mucha información sobre la fuente de la idea.
El precursor de las modernas redes de sensores es el Sistema de Vigilancia de Sonido (SOSUS), una red de boyas submarinas instaladas en los Estados Unidos durante la Guerra Fría para detectar submarinos mediante sensores de sonido.
La investigación sobre las redes de sensores comenzó alrededor de 1980 con el proyecto de Redes de Sensores Distribuidos (DSN) de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa de los Estados Unidos (DARPA).
Probablemente todavía hay proyectos militares hoy en día que hacen investigaciones en este campo.
Áreas de aplicación
Aparte de las aplicaciones militares, éstas tienen interesantes aplicaciones civiles como vemos a continuación:
Eficiencia energética: Las redes de sensores se utilizan para controlar el uso eficiente de la electricidad, como es el caso de Japón y España. Entornos de alta seguridad: Hay lugares que requieren un alto nivel de seguridad para evitar los ataques terroristas, como las centrales nucleares, los aeropuertos, los edificios gubernamentales de acceso restringido. Aquí, gracias a una red de sensores, se pueden detectar situaciones que no serían posibles con una simple cámara. Sensores ambientales: La vigilancia ambiental de grandes zonas forestales o marinas sería imposible sin redes de sensores. El control de varias variables como la temperatura, la humedad, el fuego, la actividad sísmica y otras. También ayudan a los expertos a diagnosticar o prevenir un problema o una emergencia, y también a minimizar el impacto ambiental de la presencia humana. Sensores industriales: Las fábricas tienen complejos sistemas de control de calidad que, debido a su tamaño, están donde se necesitan: Las fábricas tienen complejos sistemas de control de calidad que, debido al tamaño de estos sensores, pueden ser utilizados dondequiera que se necesiten: Las redes de sensores son el complemento ideal de las cámaras de tráfico, ya que pueden informar de la situación del tráfico en los puntos ciegos no cubiertos por las cámaras y también pueden informar a los conductores en caso de atasco o accidente, permitiéndoles reaccionar ante rutas alternativas. Al reducir el tamaño de los nodos sensores, la calidad de vida de los pacientes que necesitan tener sus parámetros vitales (ritmo cardíaco, presión, niveles de glucosa en la sangre, etc.) bajo control puede mejorar considerablemente. La domótica: su tamaño, economía y velocidad de implementación la convierten en una tecnología ideal para la automatización del hogar a un precio asequible.
Es concebible que los nodos no sólo puedan observar sino también reaccionar a la activación de funciones de otros sistemas.
Características de una red de sensores
Las redes de sensores tienen una serie de características únicas y adaptadas a las redes ad-hoc:
Topología dinámica: En una red de sensores, la topología cambia constantemente y los sensores tienen que adaptarse para transmitir los datos recién adquiridos. Variabilidad del canal: El canal de radio es un canal muy variable en el que hay una serie de fenómenos como la atenuación, los crossfades rápidos, los crossfades lentos y las interferencias que pueden provocar errores en los datos. No se utiliza ninguna infraestructura de red: Una red de sensores no requiere ninguna infraestructura para funcionar porque sus nodos pueden actuar como transmisores, receptores o enrutadores de la información. Sin embargo, en el concepto de la red de sensores hay que destacar la figura del nodo colector (también llamado nodo de sumidero), es decir, el nodo que recoge la información y a través del cual se recoge la información que normalmente se genera en un tiempo discreto. Esta información suele ser reunida por una computadora conectada a este nodo y corresponde a la computadora transmitir los datos mediante tecnologías inalámbricas o por cable.Comunicación multisalto o de difusión: En las aplicaciones de sensores siempre es característico utilizar un protocolo que permita la comunicación multisalto, por ejemplo, AODV, DSDV, EWMA u otros, aunque también es muy común utilizar la mensajería basada en la difusión. Un nodo sensor debe tener un procesador de muy bajo consumo y un transceptor de radio con la misma función, a los que hay que añadir un software que también conjuga esta función, haciendo que el consumo sea aún más restrictivo: Para lograr un consumo adaptado, es importante que el hardware sea lo más sencillo posible, así como su transceptor de radio, lo que nos deja con una capacidad de procesamiento limitada.costes de producción: Como una red de sensores debe ser muy numerosa para obtener datos fiables, los nodos sensores, una vez que han definido su aplicación, son económicos de producir si se fabrican en grandes cantidades.
Seguridad en las redes de sensores inalámbricos
Una red inalámbrica utiliza señales de radio para intercambiar datos entre dos o más dispositivos físicos, normalmente denominados nodos de red. La ausencia de cables permite superar la mayoría de las limitaciones de las redes de cable tradicionales y permite el despliegue en entornos hostiles o escenarios móviles. Cuando los nodos no dependen de una infraestructura existente, las redes inalámbricas se denominan redes inalámbricas ad hoc. En este caso, la comunicación depende de la capacidad de los nodos para formar una red inalámbrica multisalto.
En general, se pueden identificar múltiples vulnerabilidades en las redes ad hoc y, a un nivel muy abstracto, pueden estar asociadas con cualquiera de las siguientes:
Vulnerabilidad del canal
El canal puede ser espiado y provisto de mensajes falsos o reenviado en la red.
Vulnerabilidad de los nodos
Cuando un enemigo obtiene acceso total a un nodo, puede robar información sensible, reprogramar el nodo y cambiar su comportamiento, o dañar físicamente el hardware para terminar el nodo.
El creciente uso y popularidad de las redes de sensores inalámbricos ha suscitado preocupaciones sobre su seguridad. Los usuarios no quieren dar sus datos a personas no autorizadas que podrían utilizar maliciosamente la información revelada. Esta preocupación es aún más importante en los entornos inalámbricos donde cualquiera puede escuchar un mensaje enviado por radiofrecuencia.
Por lo tanto, incluso un sistema útil y conveniente puede no ser atractivo para los usuarios si no es seguro. Para abordar este problema, los investigadores de las WSN han implementado varios protocolos de seguridad para ser usados en las redes de sensores. Ejemplos de estos protocolos son TinySec y TinyECC. TinySec , una de las capas de enlace de seguridad conocidas que la CBC utiliza como modo de operación por defecto, pero los estudios de la Academia Militar de Corea y la Universidad de Virginia muestran que los protocolos de seguridad de estas redes no están adaptados en los entornos inalámbricos. También se están realizando estudios para mejorar los protocolos de cifrado y los modos de funcionamiento del MAC para aumentar la seguridad sin reducir el rendimiento.
