ES2553783A1 - Método de despliegue rápido de nodos en una red y nodo para poner en práctica dicho método - Google Patents

Abstract

La presente invención describe un método de despliegue rápido de nodos en una red así como un nodo para poner en práctica dicho método. La red comprende una pluralidad de nodos para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos, y una pasarela que sirve de conexión entre los nodos y el exterior. El método comprende las etapas de: a) colocar un nodo en una posición inicial de la zona; b) realizar una prueba de conectividad para determinar si existe conectividad inalámbrica entre el nodo y la pasarela, de manera directa o a través de nodos intermedios ya colocados; c) en caso de no detectarse conectividad, cambiar el nodo a una segunda posición y repetir la etapa b); d) repetir las etapas a) - c) con nodos nuevos hasta configurar una red que cubre toda la zona de la que van a tomarse medidas.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de despliegue rapido de nodos en una red y nodo para poner en practica dicho metodo. Campo de la invention

La presente invention se refiere de manera general al campo de las redes de nodos sensores inalambricos, y mas concretamente a los metodos de despliegue rapido de nodos para constituir dichas redes de nodos sensores inalambricos.

Antecedentes de la invencion

Las redes de nodos sensores inalambricos (WSN - Wireless Sensor Networks) son sistemas formados por multitud de nodos sensores distribuidos en una extension geografica y que realizan una captation distribuida de parametros del entorno (medioambientales, flsicos, gases, biologicos...) y los comunican a una unidad central mediante el uso de tecnologias inalambricas, principalmente basadas en radiofrecuencia.

En el caso mas generico, una WSN esta formada por nodos que disponen de uno o varios sensores. Por ejemplo, un nodo puede ser un dispositivo que mide simultaneamente valores de temperatura, humedad, iluminacion e inclination mediante 4 sensores diferentes.

Cada uno de estos nodos se comunica de forma inalambrica con otros nodos de la red, hasta alcanzar una pasarela (Gateway). La pasarela es la puerta de salida de esta red de nodos sensores con otra red superior que la comunica con el exterior, generalmente una conexion a Internet.

Las posibilidades que ofrece el poder instalar nodos sensores en grandes cantidades de puntos que proporcionan medidas en tiempo real y a un coste mlnimo abre la puerta a un gran abanico de aplicaciones para las WSN en el ambito militar, medioambiental, seguridad ciudadana, gestion de recursos, infraestructuras, etc. (por ejemplo, monitorizacion de selsmos y otros desastres naturales, control estructural, gestion de incendios, etc.).

En la actualidad, una WSN es capaz de resolver de forma automatica los problemas que surgen durante toda su vida util (calda o entrada de nuevos nodos en la red, perdidas de conexion, reenvlo de information, actualizaciones, etc.), sin embargo la fase de despliegue de la red sigue requiriendo personal tecnico con formation especlfica para su desarrollo.

Por tanto, a pesar de las ventajas que ofrecen, uno de los retos que plantea el uso de estas redes de nodos sensores inalambricos es su dificultad de instalacion en escenarios reales. El despliegue de las redes de nodos sensores es una fase esencial, y es el primer paso para poder utilizarla en cualquier tipo de aplicacion. El tipo de despliegue depende de la aplicacion especlfica, del escenario en el que se realice y de las caracterlsticas radioelectricas del hardware utilizado, convirtiendose en un proceso complejo y costoso, que requiere de personal tecnico y en muchos casos de equipamiento especlfico. En concreto, debe realizarse:

- estudio previo del escenario, los alcances y la visibilidad radioelectrica;

- diseno de la topologla de red a utilizar;

- direccionamiento de los nodos;

- ajustes de niveles de potencia;

- asignacion de roles en la gestion de la red a cada uno de los nodos;

- sincronizacion temporal;

- colocation de los nodos segun su rol y su diseno inicial; y

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- evaluation posterior del comportamiento de la red, detection de problemas y reajuste iterativo del despliegue hasta alcanzar la fiabilidad requerida.

Como puede apreciarse, todos estos pasos dificultan y prolongan el despliegue de la red y desincentivan por tanto su uso en aplicaciones reales, especialmente en redes que deben desplegarse continuamente (auditorla y gestion de desastres, por ejemplo), casos en los cuales este tipo de redes deberla ser una ventaja frente a otras soluciones.

En la tecnica se conocen algunas soluciones que intentan facilitar un despliegue rapido de una red de nodos sensores. Los tipos de soluciones conocidas pueden dividirse en los siguientes grupos:

• Localization: algoritmos que permiten que un nodo sensor conozca donde se encuentra flsicamente y quienes son sus vecinos mas cercanos, y que pueda ejecutar tareas segun su ubicacion.

• Marcado perimetral: algoritmos para que los nodos que se encuentren en el perlmetro de la red sean conscientes de ello, y puedan realizar tareas especlficas como la de detectar si algun objeto sale del area que esta vigilandose.

• Autoajuste de potencias: mecanismos que permiten utilizar la minima potencia necesaria en cada nodo para que la comunicacion sea viable, minimizando el consumo y las colisiones en la red.

• Direccionamiento: algoritmos para la asignacion automatica de las direcciones a los nodos, evitando su introduction manual por parte de los usuarios y facilitando asl en cierta medida su instalacion.

• Anuncio de funciones: algoritmos para que los sensores informen de sus capacidades, de forma que la red y el servidor puedan configurarse automaticamente segun las necesidades.

• Desarrollo / distribution de tareas / aplicaciones: mecanismos para la configuration automatica de los nodos segun las necesidades de la red, asl como actualization remota de software o de parametros necesarios para su funcionamiento.

• Sincronizacion temporal: algoritmos para sincronizar los relojes de los nodos de la red y utilizar una misma referencia temporal en todas las medidas.

• Herramientas de soporte al despliegue: se trata de herramientas disenadas para ayudar en la ubicacion flsica de los nodos sensores en una zona que va a estudiarse. Pueden ser herramientas para utilizar antes, durante o despues del despliegue.

De manera mas concreta, por ejemplo, T. Suzuki, K. Kawabata, Y. Hada e Y. Tobe (“Deployment of Wireless Sensor Network using Mobile Robots to Construct an Intelligent Environment in a Multi-Robot Sensor Network”. Book Chapter “Advances in Service Robotics”. Editor Ho Seok Ahn. InTech Education and Publishing, julio de 2008) dan a conocer el despliegue de robots para colocar los nodos sensores en los lugares adecuados. N. Heo, y P. K. Varshney (“Energy-Efficient Deployment of Intelligent Mobile Sensor Networks”. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Part A: Systems and Humans (2009). Vol.: 35, pags.: 78 - 92) muestran un algoritmo teorico que habilita el movimiento automatico de los nodos para mantener la conectividad de la red. Sin embargo, estas soluciones siguen resultando relativamente largas y complejas, y requieren que se pongan en practica por personal especializado.

En determinados casos, las soluciones conocidas en la tecnica anterior no son adecuadas ya que es necesario instalar rapidamente y de manera temporal una red WSN para

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monitorizar determinados parametros en una zona determinada (por ejemplo, en caso de alerta por inundaciones o selsmos, en caso de incendios, etc.). Ademas, en estos casos el personal (por ejemplo agentes de policla, bomberos, etc.) que instalara los nodos sensores que componen la red no tiene necesariamente la formation especializada necesaria.

El documento US2013/0064134 da a conocer un dispositivo de despliegue rapido en redes auto-organizadas inalambricas en situaciones de desastres naturales tales como terremotos, inundaciones o incendios forestales. El dispositivo comprende una unidad de control que incorpora herramientas de despliegue rapido para calcular la mejor ruta desde un nodo dado hasta un nodo de referencia mediante interaction con sus nodos vecinos. Tambien permite cuantificar la calidad de los enlaces para indicar el estado de conectividad de la red, estado que puede visualizarse mediante LED o una pantalla LCD.

Segun lo divulgado en el documento US2013/0064134 el dispositivo utiliza un protocolo de caracter proactivo, es decir, su algoritmo siempre esta funcionando y forma parte del propio protocolo de encaminamiento de la red. Este metodo involucra a todos los equipos de la red en un bucle de trafico de control continuo, consultando constantemente la calidad entre enlaces y la disponibilidad de vecinos hasta la pasarela de la red, de forma que en todo momento todos los equipos dispongan de information sobre su calidad y su conectividad.

Desde el punto de vista de una red orientada a un despliegue rapido esta solution ofrece una serie de problemas que desincentivan su uso: el protocolo funciona continuamente, no solamente durante la fase de despliegue (que supone una fase inicial de corta duration), por lo que se genera continuamente un trafico de control extra desaprovechado que produce un consumo energetico y un numero de interferencias mayores a lo deseable, asl como una reduction del tiempo de vida de la red que no es satisfactorio (los nodos comienzan a apagarse antes de lo deseable, apareciendo puntos ciegos en el entorno que se esta sensorizando).

Ademas, el valor de calidad mostrado en el dispositivo se actualiza internamente de forma periodica, por lo que durante el despliegue (en el que el usuario se desplaza de un punto a otro) no se dispone de un sistema para verificar si el valor que se muestra en pantalla es el actual, el del punto anterior o el de un punto durante el desplazamiento. Este sistema no esta optimizado para el escenario propuesto de despliegue rapido, sino al uso continuado de monitorizacion de calidad.

Por tanto, sigue existiendo en la tecnica la necesidad de una solucion alternativa que permita realizar un despliegue rapido y sencillo de una red de nodos sensores inalambricos, de forma mas eficiente y sin necesidad de herramientas adicionales ni personal especializado.

Sumario de la invention

La presente invencion da a conocer un metodo de despliegue rapido de nodos en una red, y un nodo relacionado, que solucionan los problemas anteriormente mencionados del estado de la tecnica.

En concreto, segun un primer aspecto de la presente invencion, se da a conocer un metodo de despliegue rapido de nodos en una red, comprendiendo la red una pluralidad de nodos para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos, y una pasarela que sirve de conexion entre los nodos y el exterior. El metodo es de caracter reactivo (bajo demanda), y comprende concretamente las etapas de:

a) colocar un nodo en una position inicial de la zona;

b) realizar una prueba de conectividad (desde el propio nodo, sin equipamiento adicional) para determinar si existe conectividad inalambrica entre el nodo y la pasarela, de manera directa o a traves de nodos intermedios ya colocados;

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c) en caso de no detectarse conectividad, cambiar el nodo a una segunda posicion y repetir la etapa b);

d) repetir las etapas a)-c) con nodos nuevos hasta configurar una red que cubre toda la zona de la que van a tomarse medidas.

Por tanto, el metodo segun la presente invention puede llevarlo a cabo personal sin formation especlfica de manera rapida y sencilla, permitiendo un despliegue muy rapido una red completa que cubre toda la zona que se desea estudiar.

Segun un segundo aspecto, la presente invencion da a conocer un nodo de despliegue rapido en una red, comprendiendo la red (como en el caso anterior) una pluralidad de nodos para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos, y una pasarela que sirve de conexion entre los nodos y el exterior. El nodo comprende, de manera clasica:

- una baterla;

- al menos un conector para conectar un sensor de un parametro del entorno (por ejemplo, un sensor de temperatura, humedad, vibraciones, etc.); y

- medios de conexion inalambrica con la pasarela, de manera directa o a traves de nodos intermedios ya colocados;

Ademas, de manera caracterlstica, el nodo de la presente invencion tambien comprende:

- un interruptor de prueba de conectividad;

- unos medios de prueba de conectividad activados por dicho interruptor de prueba de conectividad, dispuestos para determinar si existe conectividad entre el nodo y la pasarela; y

- unos medios de visualization de conectividad para mostrar visualmente al usuario el resultado de una prueba de conectividad.

Por tanto, el nodo segun la presente invencion puede instalarse facilmente por personal sin formacion especlfica, ya que tan solo necesita pulsar el interruptor de prueba de conectividad en una posicion dada y comprobar, mediante los medios de visualizacion de conectividad, si el nodo dispone de conectividad en dicha posicion. Si los medios de visualizacion de conectividad informan al usuario de que el nodo no dispone de conectividad en esa posicion, el usuario solo tiene que desplazar el nodo a una nueva posicion y volver a pulsar el interruptor de prueba de conectividad hasta encontrar una posicion en la que el nodo disponga de conectividad con la pasarela.

Breve description de las figuras

La presente invencion se entendera mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran realizaciones preferidas de la invencion, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invencion de ninguna manera.

Las figuras 1A, 1B y 1C son una representation esquematica de una primera realization preferida del metodo de despliegue rapido de nodos segun la presente invencion.

La figura 2 es una representacion esquematica de otra realizacion preferida del metodo segun la presente invencion.

La figura 3 representa esquematicamente la prueba de conectividad realizada segun la realizacion preferida de la presente invencion.

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Las figuras 4A y 4B son una representation esquematica de aun otra realization preferida del metodo de despliegue rapido de nodos segun la presente invention.

La figura 5 es una representacion esquematica de la prueba de calidad de la conexion realizada segun la realization preferida de la presente invention.

Las figuras 6 y 7 muestran los diagramas de bloques de la prueba de calidad de la conexion realizada en el nodo que esta instalandose (figura 6) y en el resto de nodos de la red (figura 7).

La figura 8 es una vista desde arriba de un nodo segun la realization preferida de la presente invencion.

Description detallada de las realizaciones preferidas

Tal como se usa en la presente invention, los terminos "nodo” y "nodo sensor” se consideran equivalentes y se usan de manera intercambiable. Un nodo segun la presente invencion presenta al menos un conector para conectar un sensor de un parametro del entorno (temperatura, humedad, etc.), y por tanto es un nodo sensor.

Tal como se describio anteriormente en el presente documento, la presente invention da a conocer un metodo de despliegue rapido de nodos en una red, comprendiendo la red una pluralidad de nodos para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos, y una pasarela que sirve de conexion entre los nodos y el exterior (generalmente mediante una conexion a Internet). Segun la realization preferida de la presente invention, el metodo comprende las etapas de:

a) colocar un nodo en una position inicial de la zona;

b) realizar una prueba de conectividad para determinar si existe conectividad inalambrica entre el nodo y la pasarela, de manera directa o a traves de nodos intermedios ya colocados;

c) en caso de no detectarse conectividad, cambiar el nodo a una segunda position y repetir la etapa b);

d) repetir las etapas a)-c) con nodos nuevos hasta configurar una red que cubre toda la zona de la que van a tomarse medidas.

Haciendo referencia a las figuras 1A a 1C, se describe de manera mas detallada una aplicacion practica del metodo segun la realization preferida de la presente invention. Se trata, por ejemplo, de un caso en el que debe desplegarse una red de nodos sensores para monitorizar la presencia de agua en diversos puntos de un area concreta (por ejemplo, una ciudad en caso de alerta por posibles inundaciones), y posteriormente debe recogerse la red de nodos y trasladarla a una zona costera para monitorizar humedad, temperatura y presion atmosferica y asl realizar previsiones precisas sobre el temporal.

En este caso, el usuario prepara en primer lugar los nodos (10) conectando un sensor de presencia de llquidos (en este caso agua) en un puerto del nodo (10) previsto para este fin. Tambien activa la pasarela (12) que servira de conexion entre la red de nodos sensores inalambricos y el exterior a traves de Internet, de modo que puede transmitir los datos recopilados por cada uno de los nodos sensores (10) a un centro de control. Dicha pasarela (12) tiene capacidad de conexion a Internet mediante cualquier tecnica adecuada, por ejemplo conexion movil 3G o 4G.

Tras haber preparado los nodos sensores (10) e instalado la pasarela (12) en una position adecuada en o cerca de la zona que va a estudiarse, el usuario comienza a realizar el metodo de despliegue rapido propiamente dicho segun la realization preferida de la presente

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invention. Para ello, el usuario toma el primer nodo (10) y se traslada a una position dentro de la zona a estudiar. A continuation realiza una prueba de conectividad para determinar si existe conectividad inalambrica entre el nodo (10) y la pasarela (12), y en caso afirmativo deposita el nodo (10) en esa posicion y vuelve a repetir las etapas del metodo con otro nodo (10). En caso de no detectar conectividad entre el nodo (10) y la pasarela (12), el usuario se traslada a otra posicion mas proxima de la pasarela (12) y vuelve a repetir la prueba de conectividad hasta encontrar una posicion en la que consigue dicha conectividad para poder depositar el nodo (10).

En la figura 1A se observa una situation en la que ya se ha instalado una pluralidad de nodos (10). La zona rodeada con un clrculo indica un area en la que se desea instalar el siguiente nodo (10’) de la red. En la figura 1B se muestra que, al instalar el usuario el nodo (10’) en el centro de dicho tirculo y realizar la prueba de conectividad, obtiene un resultado negativo que indica que el nodo (10’) esta demasiado alejado de su nodo (10) mas cercano y por tanto no dispone de conectividad con la pasarela (12). El usuario debe por tanto recoger dicho nodo (10’) y trasladarlo a otra posicion mas cercana del resto de nodos (10) de la red. Esta situacion se muestra en la figura 1C, en la que se ha desplazado el nodo (10’) de modo que ahora este ya se encuentra lo bastante cerca de su nodo (10) mas proximo como para tener conectividad con la pasarela (12) y poder por tanto enviar las medidas que tome del entorno al centro de control.

La situacion de las figuras 1A a 1C se aplica evidentemente al caso en el que se desea establecer una red de nodos sensores que cubra una zona determinada, sin importar la posicion exacta en la que se instala cada uno de los nodos (10) individuales. En el caso de la figura 2, el usuario necesita colocar el nodo (10’) en el centro del clrculo anteriormente mencionado pero, como ya se indico, en esa posicion concreta el nodo (10’) no dispone de conectividad. En este caso, el usuario realiza el metodo tal como se describio anteriormente y termina ubicando el nodo (10’) en una posicion en la que dispone de conectividad con la pasarela (12), tal como se muestra en la figura 2. A continuacion, repite las etapas del metodo con un segundo nodo (10”) de la siguiente manera:

a’) colocar un segundo nodo (10”) en la misma posicion inicial en la que se intento colocar el nodo inicial (10’) en la etapa a) de la iteration anterior del metodo (figuras 1A-1C);

b’) realizar una prueba de conectividad para determinar si existe conectividad inalambrica entre el segundo nodo (10”) y la pasarela (12), a traves al menos del nodo inicial (10’) colocado anteriormente;

c’) en caso de no detectarse conectividad (no es el caso mostrado en la figura 2), cambiar el segundo nodo (10”) de posicion y repetir la etapa b’);

d’) en caso de haber realizado la etapa c’) (es decir, si debe colocarse el nodo (10”) en una posicion que no es la deseada), repetir las etapas a’)-c’) hasta colocar un nodo en la posicion inicial deseada.

Tal como puede apreciarse en la figura 2, se ha logrado instalar un nodo (10”) en la posicion deseada mediante la instalacion previa del primer nodo (10’) en una posicion intermedia, de modo que el nodo (10’) actua de repetidor proporcionando conectividad entre el nodo adicional (10”) y la pasarela (12).

Por tanto, tal como puede apreciarse, el metodo de la realization preferida de la presente invencion permite desplegar rapidamente una red de nodos sensores inalambricos y puede realizarse de manera sencilla por personal sin ningun tipo de formation especlfica. Esto resulta especialmente util en casos en los que se requiere desplegar rapidamente una red de nodos temporal, por ejemplo en casos de alerta por inundaciones, selsmos, incendios, en

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situaciones de rescate, etc. Sin embargo, tambien resulta util en cualquier caso en el que se desee instalar dicho tipo de redes de nodos sensores en aplicaciones a largo plazo, por ejemplo control estructural, aplicaciones en SmartCities, fabricas, etc.

Segun la realization preferida de la presente invention, la prueba de conectividad anteriormente mencionada consiste en medir el valor de retardo en el tiempo transcurrido entre el envlo de un paquete desde el nodo (0) que esta instalandose y su reception en la pasarela (GW), lo cual se representa en la figura 3. En esta figura se han usado las referencias numericas 0, 1 y 2 para referirse a los nodos que forman la conexion con la pasarela (siendo el nodo 0 el mas alejado y el nodo 2 el mas proximo a la pasarela), as! como la abreviatura GW para hacer referencia a la pasarela (Gateway). El tiempo de retardo (RTT, “Round-Trip Time”) se calcula extremo a extremo, midiendo el tiempo transcurrido entre el envlo de un paquete desde el origen (nodo (0)) y su recepcion en el destino (pasarela (GW)). La prueba de conectividad evalua el retardo del camino en un sentido.

Tal como se muestra esquematicamente en la figura 3, el nodo (0) envla un mensaje de tipo “ConnREQ” (solicitud de conectividad) que se transmitira a traves de los nodos (1, 2) intermedios de la red de nodos sensores hasta llegar a la pasarela (GW) sin tiempos ni procesados adicionales en cada salto de la ruta establecida en ese momento. En el momento del envlo el nodo (0) activa un temporizador que finalizara al recibir la respuesta de la pasarela (GW) (mensaje de tipo “ConnREP” (respuesta de conectividad)). Este valor contiene el tiempo de ida y vuelta (RTT), o de forma equivalente, dos iteraciones del retardo en un sentido. El retardo (tiempo transcurrido entre el envlo del paquete desde el nodo (0) y su recepcion en la pasarela (GW)) se calcula como la mitad del tiempo de ida y vuelta.

Haciendo ahora referencia a las figuras 4A y 4B, se describe una realizacion preferida adicional de la presente invencion en la que, ademas de la prueba de conectividad anteriormente mencionada, se pone en practica una prueba de calidad de la conexion. Es decir, en este caso el metodo comprende, tras detectar que existe conectividad en un nodo (10’) instalado, la etapa de realizar una prueba de calidad de la conexion entre el nodo (10’) y la pasarela (12).

En la figura 4A se muestra el nodo (10’) instalado en una position dada. En este caso, el usuario comprueba, mediante la realizacion de la prueba de calidad de la conexion, que aunque el nodo (10’) si tiene conectividad con la pasarela (12), la calidad de la misma es muy baja (3/10). En este ejemplo concreto, la baja calidad de la conexion se debe al elevado numero de saltos (nodos (10) intermedios) entre el nodo (10’) y la pasarela (12). Por tanto, el usuario decide cambiar la posicion del nodo (10’) (figura 4B) y volver a realizar las pruebas de conectividad y de calidad de la conexion. Aqul puede comprobarse que la calidad de la conexion en la nueva posicion es mucho mayor que en el caso anterior (8/10). Por tanto, el metodo segun la presente invencion permite a un usuario sin formacion especializada determinar la posicion optima para la instalacion de un nodo (10’) dentro de una red de nodos sensores. Por ejemplo, el usuario puede determinar un valor umbral deseado para la calidad de la conexion (por ejemplo, una calidad de la conexion de 5/10) y, si la calidad de la conexion determinada en una posicion dada no supera dicho umbral dado, cambiar la posicion del nodo que esta instalandose.

Segun la realizacion preferida de la presente invencion, la etapa de realizar la prueba de calidad de la conexion consiste en determinar al menos un valor seleccionado del grupo constituido por el indicador de calidad de enlace, las transmisiones estimadas y el numero de vecinos.

LQI (indicador de calidad de enlace, “Link Quality Indicator’): se basa en el nivel de potencia de senal recibida (RSSI) y en los errores recibidos. De acuerdo con la especificacion IEEE 802.15.4 (section 6.7.8) el valor maximo y mlnimo del LQI (0x00 y 0xFF) deben ir

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asociados con el rango de senal detectable por el receptor, y los valores LQI deben distribuirse uniformemente entre estos dos limites. Cuanto mayor es el valor del LQI, mejor es la calidad de la conexion.

ETX (transmisiones estimadas, “Estimated transmissions”): se trata de una metrica utilizada para indicar la calidad del enlace en terminos de fiabilidad o perdidas, ya que informa sobre el numero de retransmisiones necesarias para recibir un paquete con exito. De esta forma, el ETX optimo es igual a 1 (solo es necesario enviar el paquete una vez), y su valor se incrementa monotonicamente. Esta metrica depende de la plataforma escogida, ya que existen algunos protocolos de encaminamiento como RPL (protocolo de encaminamiento para redes con perdidas y baja potencia, definido en la RFC 6550 del IETF) que lo pueden calcular para cada enlace durante la formacion de la red y por tanto puede accederse a dicho valor directamente durante las pruebas.

Numero de vecinos: el numero de nodos vecinos que tiene un nodo dado en su rango de alcance puede representar una ventaja a la hora de decidir la calidad de la conexion. Una mayor cantidad de vecinos se traduce en un mayor numero de rutas alternativas ante caidas de rutas (caida de nodos por falta de bateria, interferencias externas, etc.). Esto implica un aumento de robustez en la red mallada, elevando la densidad del mallado.

Haciendo referencia a la figura 5, se resume el funcionamiento del intercambio de tramas de control de un nodo a otro para realizar la prueba de calidad de la conexion. Como en el caso de la figura 3 descrita anteriormente, se han usado las referencias numericas 0, 1 y 2 para referirse a los nodos que forman la conexion con la pasarela y la abreviatura GW para hacer referencia a la pasarela (Gateway).

Cuando se inicia la prueba de calidad, el nodo origen (0) transmite un mensaje QDSN de tipo “QualityREQ” (solicitud de calidad) a su siguiente nodo hacia la pasarela (nodo 1). El nodo 1 recibe el mensaje por el puerto QDSN, analiza el nivel de senal con el que lo ha recibido y evalua el valor de ETX. Almacena localmente estos valores y su direccion origen, y retransmite el mensaje hacia su siguiente nodo (nodo 2). El proceso continua hasta alcanzar la pasarela, consiguiendo con esto dos objetivos:

• Establecer un camino temporal entre el nodo que esta desplegandose (nodo 0) y la pasarela.

• Evaluar los enlaces entre pares “hacia origen”, es dedr, cada nodo evalua la calidad del enlace con su siguiente salto hacia el nodo que esta desplegandose (en funcion de los valores de LQI y de ETX).

La pasarela (GW) inicia entonces el proceso de respuesta a traves del camino abierto, con un mensaje de control de tipo “QualityREP” (respuesta de calidad) a su nodo anterior (nodo (2)), introduciendo su calculo de calidad de enlace en la carga. El nodo (2) procesa el mensaje extrayendo la informacion contenida en la carga, calcula de nuevo el nivel de potencia del enlace y las perdidas, y evalua los vecinos que tiene a un salto en su red mallada. Esta vez estan evaluandose los enlaces entre pares “hacia destino”, de forma que cada enlace quedara evaluado en ambos sentidos, obteniendo una calidad “bidireccional”. En este caso, el nodo (2) dispone de informacion de calidad desde su lado del enlace con la pasarela (GW), de la informacion que le ha enviado la pasarela (GW) sobre la evaluacion del mismo enlace pero desde su lado, y del numero potencial de rutas alternativas que puede obtener de sus vecinos a un salto. A continuation, se envia el mensaje “QualityREP” a su siguiente salto en el camino inverso, el nodo (1), incluyendo en la carga la calidad del enlace anterior, y la evaluation de calidad del enlace actual desde el punto de vista del nodo (2). Este proceso continua hasta alcanzar finalmente el nodo que esta desplegandose (nodo (0)), en el que se integra la evaluacion de calidad de todos los enlaces y el retardo del camino obtenido mediante la prueba

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de conectividad realizada con anterioridad.

Segun la realization preferida de la invention, en este punto la etapa de realizar la prueba de calidad de la conexion consiste en calcular un valor global de la calidad facil de interpretar por un usuario final sin ningun tipo de conocimientos especlficos. Este valor global de la calidad es del tipo:

f (x, y, z, p)

(* + P) (y+z)

en donde:

x es funcion del indicador de calidad de enlace (LQI);

y es funcion de las transmisiones estimadas (ETX);

z es funcion del retardo (calculado en la prueba de conectividad realizada con

anterioridad); y

□ es funcion del numero de vecinos del nodo.

Contando con llmites establecidos para el valor de ETX maximo (caso peor), retardo maximo (fijado por la aplicacion antes de descartar paquetes) y un numero de vecinos finito, el caso peor del valor de calidad resultante sera 0, mientras que el maximo sera un valor finito positivo determinado.

En las figuras 6 y 7 se muestran diagramas de bloques del funcionamiento de herramientas de despliegue rapido en los nodos sensores para realizar la prueba de calidad de la conexion descrita anteriormente. En la figura 6 se muestra el funcionamiento en el nodo que esta instalandose (nodo (0)). La prueba comienza cuando el usuario pulsa el interruptor de prueba de calidad de la conexion (descrito a continuation en el presente documento). La prueba de calidad se inicia, en este caso concreto, con tres reintentos. En la primera etapa, el metodo determina si se dispone ya de information de retardo (es decir, si ya se ha realizado la prueba de conectividad), ya que esta informacion de retardo tambien es necesaria para obtener el valor global de calidad tal como se menciono anteriormente. En caso negativo, el metodo realiza la prueba de conectividad para obtener la informacion de retardo y vuelve a la etapa anterior. En caso de disponer ya de informacion de retardo, se envia una funcion "SEND” al siguiente nodo en la red y se inicia un temporizador de 3 segundos. Si este temporizador cuenta 3 segundos y no se ha recibido ninguna respuesta de la red de nodos sensores, se reduce el numero de intentos en 1 y vuelve a iniciarse el metodo. Una vez llegado el numero de intentos a 0 sin haber obtenido respuesta de la red de nodos sensores, se muestra al usuario una calidad nula. En caso de recibir respuesta de la red de nodos sensores, se le muestra al usuario el valor global de calidad de la conexion recibido en la respuesta.

En la figura 7 se muestra el funcionamiento de esta misma prueba tal como se implementa en los nodos intermedios (1, 2). La prueba de calidad de la conexion se inicia al recibir el nodo intermedio datos del nodo que esta instalandose (0), momento en el cual se determina si se trata de una prueba de calidad o no. En caso negativo, se realizaran otros metodos referentes al funcionamiento habitual de la red de nodos sensores inalambricos, no cubiertos por el presente documento. En el caso de una prueba de calidad de la conexion, el nodo determina en primer lugar si la informacion recibida es una peticion o una respuesta, y en caso de tratarse de una petition el nodo determina si es un nodo intermedio (1, 2) o una pasarela (GW). Dependiendo de si se trata de un nodo intermedio o de una pasarela, el nodo realiza las etapas pertinentes descritas anteriormente con referencia a la figura 5, retransmitiendo un paquete con la informacion requerida al siguiente nodo (si es un nodo intermedio) o integrando el valor de calidad antes de retransmitirlo al nodo anterior (si se trata

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de una pasarela).

Cuando el nodo que recibe la information determina que se trata de una respuesta, tambien pasa a integrar la calidad tal como se describio anteriormente en el presente documento, incluyendo la carga actual de la informacion recibida asl como la informacion del propio nodo. A continuation se retransmite esta informacion de la calidad al siguiente nodo de vuelta hasta llegar al nodo que esta instalandose.

Segun otro aspecto de la presente invention, se da a conocer un nodo de despliegue rapido en una red, comprendiendo la red una pluralidad de nodos para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos, y una pasarela que sirve de conexion entre los nodos y el exterior, tal como se describio anteriormente en el presente documento.

El nodo comprende, de manera habitual,

- una baterla;

- al menos un conector para conectar un sensor de un parametro del entorno;

- medios de conexion inalambrica con la pasarela, de manera directa o a traves de nodos intermedios ya colocados.

De manera caracterlstica, tal como se muestra en la figura 8, el nodo segun la realization preferida de la presente invencion comprende ademas:

- un interruptor de prueba de conectividad (20);

- unos medios de prueba de conectividad (no mostrados en la figura) activados por dicho interruptor de prueba de conectividad (20), dispuestos para determinar si existe conectividad entre el nodo y la pasarela; y

- unos medios de visualization de conectividad (22) para mostrar visualmente al usuario el resultado de una prueba de conectividad.

Segun la realizacion preferida de la presente invencion, el nodo de despliegue rapido comprende ademas:

- un interruptor de prueba de calidad de la conexion (24);

- unos medios de prueba de calidad de la conexion (no mostrados en la figura) activados por dicho interruptor de prueba de calidad de la conexion (24), dispuestos entre el nodo y la pasarela; y

- unos medios de visualizacion de calidad de la conexion (22) para mostrar visualmente al usuario el resultado de la prueba de calidad de la conexion.

Tal como puede apreciarse en la figura 8, los medios de visualizacion de conectividad y los medios de visualizacion de calidad de la conexion son los mismos. En concreto, se trata de una serie de cinco indicadores LED (22) de modo que, en funcion del numero de indicadores que se iluminan, el usuario obtiene una indicacion del valor global de la calidad en una escala de 1 a 5 (siendo un indicador iluminado la peor calidad y cinco indicadores iluminados la mayor calidad). En caso de que el nodo no disponga de conectividad no se iluminara ningun indicador LED (22), por lo que estos indicadores sirven de medio de visualizacion tanto de la conectividad como de la calidad de la conexion.

El nodo segun la realizacion preferida de la presente invencion permite poner en practica el metodo segun el primer aspecto de la presente invencion. Por tanto, tal como se explico anteriormente en el presente documento, los medios de prueba de conectividad permiten preferiblemente medir el valor de retardo en el tiempo transcurrido entre el envlo de

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un paquete desde el nodo que esta instalandose y su recepcion en la pasarela de la red de nodos sensores inalambricos.

Asimismo, los medios de prueba de calidad de la conexion permiten medir al menos un valor seleccionado del grupo constituido por el indicador de calidad de enlace, las transmisiones estimadas y el numero de vecinos. Estos mismos medios de prueba de calidad de la conexion calculan un valor global de la calidad de la conexion como:

f (x, y, z,P)

(* + 0) (y+z)

tal como se definio anteriormente, y los medios de visualization de calidad de la conexion muestran visualmente al usuario dicho resultado global de la prueba de calidad de la conexion, por ejemplo mediante la iluminacion de una escala de indicadores LED.

Aunque se ha descrito la presente invention haciendo referencia a realizaciones preferidas de la misma, el experto en la tecnica podra aplicar modificaciones y variaciones sin por ello apartarse del alcance de la presente invencion. Por ejemplo, aunque se ha descrito una serie de indicadores LED como medios de visualizacion conjuntos de conectividad y de visualizacion de calidad de la conexion, en una realization alternativa de la presente invencion el nodo comprende un indicador LED dedicado exclusivamente a la visualizacion de la conectividad, mientras que una serie de indicadores LED aparte sirve como medios de visualizacion de calidad de la conexion. Segun otra realizacion alternativa adicional, los medios de visualizacion de conectividad y de calidad de la conexion estan constituidos por una pantalla plana.

Ademas, aunque se ha descrito un nodo que comprende un interruptor de prueba de conectividad y un interruptor de prueba de calidad, segun una realizacion alternativa de la presente invencion el nodo ambos interruptores son el mismo. Es decir, el nodo comprende un unico interruptor que, al activarse por un usuario, realiza tanto la prueba de conectividad como la prueba de calidad de la conexion y proporciona al usuario un resultado global de la calidad de la conexion que es cero si el nodo carece de conectividad.

Segun todo lo expuesto, la presente invencion utiliza protocolos de caracter reactivo que analizan la viabilidad y calidad de los emplazamientos de cada nodo durante el despliegue de una WSN, en un procedimiento bajo demanda del usuario. Este sistema restringe el uso de recursos solo a la fase de despliegue, no durante toda la vida de la red, puesto que una vez desplegados todos los nodos y funcionando, no se requiere conocer la calidad de los equipos hasta tener que reubicarlos en otro emplazamiento. Ademas, el usuario recibe la contestation a su consulta de forma inmediata, lo que permite confirmar de forma mas intuitiva que el valor de viabilidad/calidad obtenido pertenece a la ubicacion en la que ha se ha solicitado.

Cuando el usuario quiere conocer la calidad o conectividad en el nodo que esta desplegando, se inician los mecanismos y comunicaciones para calcularlo y mostrarlo. Esto solo afecta al propio nodo y aquellos involucrados en la comunicacion con la pasarela. Este sistema es optimo para despliegues rapidos de redes estaticas (los nodos no se mueven de su position durante la fase de sensorizacion). El usuario realiza el despliegue de forma sencilla y rapida, la red de sensores inalambricos entra en el modo de funcionamiento normal y permanece sensorizando y enviando datos durante un periodo de tiempo, y finalmente se recogen los equipos y se procede a su despliegue en otro emplazamiento, para volver a repetir el proceso.

De este modo, la presente invencion permite el despliegue de nodos en una red de sensores inalambricos por medio de personal sin formation especlfica, de manera rapida y sencilla, con un consumo energetico y un impacto en el funcionamiento de la red muy reducido,

minimizando el trafico de control y maximizando el tiempo de vida de la red, obteniendo finalmente un retardo de usabilidad aceptable por parte del usuario.

Claims (14)

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2.

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5.

35 6.

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Metodo de despliegue rapido de nodos en una red, comprendiendo la red una pluralidad de nodos para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos, y una pasarela que sirve de conexion entre los nodos y el exterior, comprendiendo el metodo las etapas de:

a) colocar un nodo en una posicion inicial de la zona;

b) realizar una prueba de conectividad para determinar si existe conectividad inalambrica entre el nodo y la pasarela, de manera directa o a traves de nodos intermedios ya colocados;

c) en caso de no detectarse conectividad, cambiar el nodo a una segunda posicion y repetir la etapa b);

d) repetir las etapas a)-c) con nodos nuevos hasta configurar una red que cubre toda la zona de la que van a tomarse medidas.

Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la prueba de conectividad consiste en medir el valor de retardo en el tiempo transcurrido entre el envlo de un paquete desde el nodo y su recepcion en la pasarela.

Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, en caso de haber realizado la etapa c), la etapa d) comprende las etapas de:

a’) colocar un segundo nodo en la misma posicion inicial en la que se intento colocar el nodo inicial en la etapa a);

b’) realizar una prueba de conectividad para determinar si existe conectividad inalambrica entre el segundo nodo y la pasarela, a traves al menos del nodo inicial colocado en las etapas a)-c);

c’) en caso de no detectarse conectividad, cambiar el segundo nodo de posicion y repetir la etapa b’);

d’) en caso de haber realizado la etapa c’), repetir las etapas a’)-c’) hasta colocar un nodo en la posicion inicial.

Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende ademas, tras detectar conectividad en un nodo instalado, la etapa de realizar una prueba de calidad de la conexion entre el nodo y la pasarela.

Metodo segun la reivindicacion 4, caracterizado por que la etapa de realizar la prueba de calidad de la conexion consiste en determinar al menos un valor seleccionado del grupo constituido por el indicador de calidad de enlace, las transmisiones estimadas y el numero de vecinos.

Metodo segun la reivindicacion 5, caracterizado por que la etapa de realizar la prueba de calidad de la conexion consiste en calcular un valor global de la calidad de la conexion como:

f (x, y, z,P)

(* + 0) (y+z)

en donde:

x es funcion del indicador de calidad de enlace;

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y es funcion de las transmisiones estimadas; z es funcion del retardo; y □ es funcion del numero de vecinos del nodo.

7. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que comprende ademas la etapa de cambiar la posicion del nodo si la calidad de la conexion determinada no supera un umbral dado.

8. Nodo de despliegue rapido en una red, comprendiendo la red una pluralidad de nodos (10) para cubrir una zona de la que van a tomarse medidas mediante dichos nodos (10), y una pasarela (12) que sirve de conexion entre los nodos (10) y el exterior, comprendiendo el nodo:

- una baterla;

- al menos un conector para conectar un sensor de un parametro del entorno;

- medios de conexion inalambrica con la pasarela, de manera directa o a traves de nodos intermedios ya colocados; y

caracterizado por que comprende ademas:

- un interruptor de prueba de conectividad (20);

- unos medios de prueba de conectividad activados por dicho interruptor de prueba de conectividad, dispuestos para determinar si existe conectividad entre el nodo y la pasarela; y

- unos medios de visualization de conectividad (22) para mostrar visualmente al usuario el resultado de una prueba de conectividad.

9. Nodo segun la reivindicacion 8, caracterizado por que los medios de prueba de conectividad permiten medir el valor de retardo en el tiempo transcurrido entre el envlo de un paquete desde el nodo (10) y su reception en la pasarela (12).

10. Nodo segun cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado por que comprende ademas:

- un interruptor de prueba de calidad de la conexion (24);

- unos medios de prueba de calidad de la conexion activados por dicho interruptor de prueba de calidad de la conexion, dispuestos entre el nodo y la pasarela; y

- unos medios de visualizacion de calidad de la conexion (22) para mostrar visualmente al usuario el resultado de una prueba de calidad de la conexion.

11. Nodo segun la reivindicacion 10, caracterizado por que los medios de prueba de calidad

de la conexion permiten medir al menos un valor seleccionado del grupo constituido por

el indicador de calidad de enlace, las transmisiones estimadas y el numero de vecinos.

12. Nodo segun la reivindicacion 11, caracterizado por que los medios de prueba de calidad

de la conexion permiten calcular un valor global de la calidad de la conexion como:

f (x, y, z,P)

(* + P) (y+z)

en donde:

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x es funcion del indicador de calidad de enlace; y es funcion de las transmisiones estimadas; z es funcion del retardo; y n es funcion del numero de vecinos del nodo;

y los medios de visualization de calidad de la conexion (22) muestran visualmente al usuario dicho resultado global de la prueba de calidad de la conexion.

13. Nodo segun la revindication 11, caracterizado por que el interruptor de prueba de conectividad y el interruptor de prueba de calidad de la conexion son el mismo.

14. Nodo segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que dichos medios de visualizacion de conectividad (22) y/o medios de visualizacion de calidad de la conexion (22) estan constituidos por al menos un indicador LED.

15. Nodo segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por que los medios de visualizacion de conectividad (22) y los medios de visualizacion de calidad de la conexion (22) son los mismos.