Reporte - Aplicación de Redes Sensoras

Para esta entrada se leyó el siguiente paper y se escribió un pequeño resumen acerca de lo más importante que ahí se trata:

Underwater Sensor Networking: Research Challenges and Potential Applications

Autores: John Heidemann, Yuan Li, Affan Syed, Jack Wills, Wei Ye

El uso de redes sensoras en ambientes marítimos tiene grandes aplicaciones como el monitoreo de la actividad en yacimientos de petróleo, monitoreo de actividades sísmicas o simplemente controlar robots que se desplacen por el agua.

La idea central del paper es trasladar todo lo logrado de estas redes en el ámbito terrestre a el ámbito marítimo, es decir reproducir las mismas condiciones de conexión (las amplias zonas de cobertura), el bajo consumo energético, la fácil comunicación entre nodos, la gran población, el precio (en el paper mencionan 100 USD por nodo ), todo esto es lo contrario en el apartado marítimo, pequeñas zonas de cobertura, la comunicación generalmente se hace hacia un nodo central, la población es pequeñas y el alto precio (mencionan +10K USD por nodo).

La idea es tratar de acercar lo más posible el aspecto marítimo a las condiciones que se tienen en el ámbito terrestre.

Se basan en el desarrollo de un sistema de monitoreo de yacimientos de petróleo, lo hacen solo con el fin de basarse en algo para explicar y también en el hecho de que esta opción es más barata y eficiente que el sistema tradicional.

Los principales desafíos son trasladar lo que se tiene de manera terrestre a marítimo, el primer desafío es la comunicación inalámbrica ya que mientras en el lado terrestre se puede usar wifi o bluetooth, dentro del mar la transmisión de las ondas de radio en el agua no es muy buena y suele limitarse a 1 máximo de alcance.

Debido a esto la opción más fiable es “Telemetría Acústica” donde la comunicación se hará por medio de ondas de sonido que son más propagables dentro del agua que las de radio.

El segundo punto es que debido al cambio de medio de comunicación la velocidad de transmisión disminuye, de la velocidad de la luz (3x10⁸m/s) a la velocidad del sonido (1.5x10³m/s), por lo que el flujo de información se vería afectado inmediatamente.

Otro punto desafiante es el manejo de energía,  ya que los nodos terrestres son más sencillos y por lo tanto consumen menos energía todo lo contrario de los sensores que se usaran bajo el agua ya que son más complejos y más grandes, por lo que su consumo de energía es mucho mayor.

En la arquitectura del sistema que plantean, se usan cuatro nodos diferentes y la imagen siguiente es la que toman ellos como referencia para la construcción de su red sensora:

Los sensores ubicados casi al fondo del mar son los encargados de obtener la información de los movimientos sísmicos o yacimientos de petróleo y se comunican con los demás de manera acústica, lo que se encuentran en la parte más alta se conectan directamente con estaciones que salen del agua y que son operables por personas, además están conectados a internet para compartir información.

Y los monitos azules suponen robots sumergibles que son capaces conectarse directamente con los demás nodos y sensores para compartir información de manera acústica.

Los nodos siempre estarán estáticos para reducir los costos en la movilidad de los nodos además al tratarse del mar las condiciones ambientales pueden cambiar mucho por lo que algunos nodos se pueden perder, dañar o simplemente dejar de funcionar, por lo que se emplea un sistema de comunicación redundante para que la información que un nodo envía se reenvíe a todos los demás, así, si pierde ese nodo no significará grandes problemas para todo el sistema y será una falta fácil de reparar.

Todo lo demás que se menciona son configuraciones necesarias para la instalación de este sistema por  lo que no son de relevancia su tratamiento aquí.

Conclusiones:
Según lo que dice el paper, aplicaciones de este tipo aún son muy poco explotadas por lo que podría ser un buen punto de investigación.
Además de que las alternativas que se usan actualmente son mucho más costosas y menos eficientes que la mayoria, por ejemplo muchos de estos sistemas se comunican por medio de cables, algo que no es muy confiable dado a que se esta tratando en un medio físico para el cual los cables no si hicieron.
Una pérdida en un cable, podría garantizar la pérdida de mucha información además de tiempo y dinero solo para la información, ya que además sería necesario repararlo y esto resultaría en más tiempo y dinero.

Referencias:

"Underwater Sensor Networking: Research Challenges and Potential Applications", " John Heidemann, Yuan Li, Affan Syed, Jack Wills, Wei Ye ", http://ftp.isi.edu/~johnh/PAPERS/Heidemann05b.pdf 

Actividad #11 Lab - Satélites

Aplicaciones
Las Aplicaciones de comunicaciones satelitáles son muchas. Algunos de las más importantes son:

1. Navegador
Con el canal ascendente se realizarán las peticiones (páginas web, envío de e-mails, etc.) a través de un módem de RTC, RDSI, ADSL o por cable, dependiendo de tipo de conexión del que se disponga. Estas peticiones llegan al proveedor de Internet que los transmite al centro de operaciones de red y que a su vez dependerá del proveedor del acceso vía satélite. Los datos se envían al satélite que los transmitirá por el canal descendiente directamente al usuario a unas tasas de transferencia que se mide en Kbyte/s.

2. Televisión
es un método de transmisión televisiva que consiste en emitir una señal de televisión emitida desde un punto de la tierra y retransmitirla desde un satélite de comunicaciones y existen tres tipos de televisión por satélite que son:
Recepción directa por el telespectador (DTH), recepción para las cabeceras de televisión por cable (para su posterior redistribución) y servicios entre afiliados de televisión local.

3. Rastreo satelital
Este servicio permite localizar vehículos, personas y/u objetos en cualquier lugar del mundo. Para hacer uso del rastreo satelital se necesita tener un dispositivo habilitado con GPS y por medio de una triangulación de señales emitidas por 27 satélites geoestacionarios alrededor del planeta. 

4. Estaciones Climatológicas
Se usan para estar monitoreando corrientes de aire, olas de frío, corrientes marítimas (ciclones, huracanes, etc.) 

Otras aplicaciones pueden ser:

• Teledetección de naves.
• Detección de cambios en relieves terrestres.
• Redes Celulares.
• GPS

Seguridad
Los mecanismos de seguridad que se emplean en muchos satélites, son la encriptación de la información usando diferentes algoritmos y/o mecanismos de compresión de información.


Métodos de Intercepción
Un método que se usa para interceptar comunicación satelital, es debido a que los algoritmos en algunos casos se conocen las soluciones, el trabajo para que los individuos puedan penetrar en esta información se facilita, lo único que se necesita es conocer la posición actual del satélite del que se desea obtener la información, ya que en la mayoría de los casos se encuentran moviendose constantemente.

También se puede hacer mención de una red de espionaje que surgió a partir de la segunda guerra mundial, pero fué público hasta 1976, que se dedica a capturar comunicaciones por radio y satélite, llamadas telefónicas, fax, e-mail, etcétera, en casi todas las redes del mundo.
Se supone que el fin de todas estas operaciones es encontrar pistas del narcotráfico, terroristas, es decir se supone que es con el fin de preservar la paz.
La controlan la UKUSA(EU, Canadá, UK, Australia y Nueva Zelanda).

Razones por la cual se quieren interceptar...

• En las aplicaciones militares, la información que se transmite son datos del país, proyectos, investigaciones, esa es la razón por la cual se quiere interceptar, ya sea para atacar o defender.
• Otra razón es para obtener tele de paga gratis de los satélites de tv.

Básicamente todas las razones son robar información de cualquier tipo para después utilizarla con propósitos negativos o positivos.

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Referencias:
http://es.wikipedia.org/wiki/ECHELON
http://www.suparco.gov.pk/pages/applications-satellite.asp
http://www.satellitetoday.com/via/features/Satellite-And-Secure-Communications-A-Strategic-Combination_175.html

Geolocalización (Trilateración)

Para esta entrada se hace uso del método de Trilateración, la opción del método gráfico donde se obtendrá aproximadamente la posición.

La trilateración es un método que se utiliza para determinar la localización de un punto basandose en la distancia de por lo menos otros tres puntos conocidos, sin la necesidad de conocer ángulos (esto si es triangulación).

Para la demostración estoy usando un html con javascript y googlemaps, donde se estan suponiendo valores(solo para demostrar el método).

Se trata de modelar un sistema con tres puntos de acceso wifi, donde se marcan sus posiciones y se dibuja un circulo con la intensidad de la señal que llega hasta el punto a localizar para cada router (en la realidad se  puede calcular la distancia basandose en la velocidad de las ondas de transmisión, calculando el tiempo que tarda en repetirse una señal basandose en la ecuación de v = t/d).

Al dibujarse las tres zonas de cobertura que llegan al punto a localizar se intersectan en un mismo punto las tres, ahí se supone que se encuentra el punto a localizar.



Una captura del mapa que se genera a partir del html anterior:

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Referencias:
Trilateración[PDF]
http://en.wikipedia.org/wiki/Trilateration
http://www.monografias.com/trabajos18/gps-solucion/gps-solucion.shtml

Actividad #10 Lab - Infographic Seguridad en Telefonía

Seguridad en Telefonía | Create infographics

_________________________________________________________________________________Referencias:

http://alt-tab.com.ar/wp-content/uploads/estandaresmoviles.png

http://www.monografias.com/trabajos75/tecnologias-gsm-cdma-tdma-gprs/tecnologias-gsm-cdma-tdma-gprs2.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Telefon%C3%ADa_m%C3%B3vil_3G

https://es.wikipedia.org/wiki/Telefon%C3%ADa_m%C3%B3vil

Puntos Extra - Infographic Satélites

SATÉLITES | Create infographics

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Referencias:

http://es.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial

http://www.aero.upm.es/departamentos/economia/investiga/informe2008/satelites.html

http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_14/imagen/tabla0.gif

http://www.neoteo.com/images/Cache/8F8Cx900y900.jpg

Congestión/Tráfico en redes con ns-2

La conexión que se estableció es simple, solo son dos nodos y se crea una conexión udp, por lo que podría pasar por un servicio de VoiP, o al menos es la misma idea:

El codigo para la simulación ns-2, es muy parecido al que se ha estado usando en las entradas anteriorres:



Faltaron las pruebas de rendimiento... :/

Actividad #9 Lab - Ahorro de Energía (lifetime)

Para esta tarea, se realizó un resumen del siguiente documento:

Maximum Network Lifetime in Wireless Sensor Networks with Adjustable Sensing Ranges

Autores: Mihaela Cardei, Jie Wu, Mingming Lu, Mohammad O. Pervaiz

El documento habla acerca de mecanismos para extender o como optimizar la vida útil o tiempo de actividad de una red inalámbrica (cuando se están usando baterías) esto debido al alto consumo de energía al transmitir datos o al tratar de conectar con nuevos nodos.

Debido a que las redes inalámbricas son muy dinámicas en cuanto a la conexión con otros nodos/clientes, es decir la mayoría de las veces no se tiene un límite de usuarios por lo que el consumo de energía puede variar mucho además de esto las variados posiciones que los nodos pueden tomar hacen que el uso de una topología para tener más orden sea más complejo.

Para estos casos, los limitantes son el tamaño (capacidad) de la batería y el peso de esta, generalmente a más capacidad más peso, por lo que actualmente esto impacta directamente en el tiempo de vida de una red de este tipo (sobre todo en dispositivos móviles) ya que siempre se busca la movilidad.

Los mecanismos para extender la vida de estas redes se pueden clasificar en dos tipos:

·         Manejar la activación y desactivación de ciertos nodos.

·         Ajustar la transmisión de datos o el rango que cubre la red.

Algunos problemas que se deben repasar para llevar a cabo el punto central del documento, son los algunos ya conocidos como:

·         Área de cobertura: el objetivo es cubrir cierta área de interés.

·         Puntos/objetivos a cubrir: Dar servicio de cobertura a ciertos nodos.

·         Problemas de cobertura: Determinar el máximo tráfico que puede viajar dentro de la red.

Algunas soluciones propuestas a estos problemas en otras ocasiones, una de ellas es:

·         Una correcta distribución de nodos y protocolo (manejando la activad de la red en rounds), estos nodos se activan para cubrir cierto espacio (donde se requieren conexión) mientras los otros se desactivan porque no se requiere conexión.

El punto aquí es como determinar el número óptimo de nodos para satisfacer las necesidades de la red, como determinar los rounds y en qué punto se debe de cambiar de uno a otro, la posición correcta de estos nodos, la transmisión de datos, todos estos puntos son necesarios con el fin de optimizar el consumo de energía y con esto alargar la vida útil de la red.

El problema planteado (de manera muy general) más formalmente se puede definir de la siguiente forma:

Se tiene cierta cantidad de nodos ubicados de manera aleatoria con el fin de cubrir ciertos objetivos, cada nodo tiene su consumo inicial de energía y la capacidad de ajustar la intensidad de su señal (se definen n opciones). El nodo central tiene la capacidad de conectarse a cualquier otro nodo.

Y se necesita un método para calcular la relación de cobertura entre un nodo y un objetivo (cliente), es decir si la distancia Euclidiana entre el nodo y el cliente no es mayor a una distancia dentro del área de cobertura original.

Con esta información, si la distancia es menor que la cubierta originalmente, se puede modificar para que se disminuya intensidad y así reducir el consumo de energía, en caso de lo contrario se recalcula un nuevo nodo, y se repite el proceso para tratar de disminuir la intensidad de su señal.

La idea de problema se puede aclarar con la siguiente figura:

Donde las s_n son los nodos, los t_n son las clientes/objetivos y las r_n son las opciones de intensidad.

  

Para la obtención de resultados sobre este problema, en el documento se proponen y se aplican tres métodos heurísticos (LP-based heuristic and greedy-based heuristic(centralized and distributed) ) creados por ellos mismos, los métodos se aplican sobre el planteamiento del problema como Programación Entera.

Dos de los métodos se ejecutan en el nodo central, mientras que otro se ejecuta en los nodos con el fin de obtener diferentes perspectivas y nombrar el “más” correcto.

Después de las respectivas simulaciones, los resultados se pueden categorizar de la siguiente forma:

En la figura se muestra el tiempo de vida útil de la red, obtenida de los tres diferentes métodos variando el número de nodos.

En esta figura se muestra como varía la vida útil de la red al modificar la intensidad de los nodos.

Conclusiones

La idea que se propone es buena al tratar de economizar el consumo de energía sobre todo si se trata de dispositivos dependientes de una batería, pero como lo dije en la entrada anterior, los resultados de una simulación pueden resultar engañosos ya que es muy difícil el replicar completamente el comportamiento de cierto medio, por lo que los resultados obtenidos en una simulación pueden no ser los mismos al aplicarse los métodos en un contexto real.

Otro punto, si la idea es disminuir el consumo de energía para alargar la vida útil de la red, según yo resulta contraproducente el realizar cálculos extras para poder aplicar los métodos que se mencionan en el documento, obtener los resultados y tomar decisiones. Estos cálculos extras se reflejaran directamente en el consumo de energía ya que antes no se hacían y al parecer esto no se tomó en cuenta en el documento.

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Enlaces:

http://www.cse.fau.edu/~mihaela/HTML/PAPERS/WIMOB_2005.pdf