Plataforma de Integración Hardware-Software para Testbed de Redes de Sensores Inalámbricas

El campo de las redes de sensores inalámbricas ha cobrado gran importancia en esta última década ya que se han abierto diversas líneas de investigación con el fin de poder llevar a la práctica los conceptos y definiciones que envuelven el potencial de esta tecnología, y que está llamada a ser el futuro en la adquisición de datos de cualquier entorno físico de aplicación, mediante una herramienta basada en la autogestión y desatención durante largos periodos de tiempo, capacidad de tomar muestras cuando sea necesario a través de nodos sensores que se caractericen por el ahorro de energía y que puedan ser capaces de trabajar de forma autónoma durante meses, y que el carácter inalámbrico de la red a desplegar facilite las tareas de instalación y mantenimiento. Ello requiere que las condiciones para que una red de sensores inalámbrica sea la forma más viable de monitorizar un determinado entorno se base en ciertos requisitos de diseño, como lo es la baja tasa de transferencia de datos por parte de los nodos (estos deben ser capaces de transmitir la información recolectada desde los sensores y luego permanecer dormidos hasta una nueva adquisición), hardware enfocado al bajo consumo de energía con el fin de evitar cambios en la fuente de energía (baterías) durante largos periodos de tiempo, adaptabilidad al entorno de aplicación, flexibilidad y escalabilidad de la red si la aplicación hace necesario la inclusión de nuevos nodos o la modificación de los ya existentes, sin que ello suponga mayores dificultades en su desarrollo e implementación. El Centro de Electrónica industrial de la Universidad Politécnica de Madrid se incluye dentro de este último grupo, donde se ha diseñado una completa plataforma hardware para redes de sensores inalámbricas, con el fin de investigar las potencialidades, dificultades y retos que supone el realizar un despliegue de nodos inalámbricos en cumplimiento de características primordiales como autonomía, flexibilidad y escalabilidad de la red, además de la autogestión de los dispositivos que forman parte de ella. El presente trabajo de investigación se centra en cubrir estas necesidades, por lo que su principal objetivo es la creación de una plataforma de integración hardware-software que permita explotar todas las potencialidades de la arquitectura Cookies a través de una herramienta que facilite el despliegue, control y mantenimiento de una red de sensores inalámbrica, con el fin último de contar con un sistema total para el prototipado rápido de aplicaciones, soporte de pruebas de nuevos desarrollos y la posibilidad de implementación de dicha plataforma en cualquier entorno real, siendo sólo necesario realizar pequeños ajustes desde el más alto nivel de abstracción para que el sistema sea capaz de adaptarse por sí solo. Para cumplir tales propósitos y lograr una completa integración del sistema conjunto, ha sido necesario fijar principalmente tres líneas de trabajo que se enmarcan dentro de los objetivos específicos del presente proyecto, las cuales se detallan a continuación: Bibliotecas Software modulares: Basada en la filosofía de modularidad y flexibilidad de la plataforma hardware, se hace imprescindible primeramente contar con una plataforma software para el control de todos y cada uno de los elementos que componen al nodo Cookie, a partir de bloques funcionales que permitan gestionar desde el núcleo de procesamiento principal todas las características de la plataforma. Esto permitirá asegurar el control de los recursos hardware y facilitar la utilización de la plataforma desde un nivel más alto de abstracción, sólo con la configuración de parámetros estandarizados para el funcionamiento de la misma. Perfil de aplicación Cookies: Después de contar con bloques software que permitan controlar las características de bajo nivel del nodo inalámbrico, es necesario crear una herramienta para la estandarización de la forma en la que se comunican los dispositivos a nivel de aplicación, con el fin de gestionar las características y atributos de los nodos sensores de forma remota y facilitar el entendimiento entre ellos. Para ello, es necesario fijar ciertas directivas y reglas que permitan homogeneizar la gestión de tareas asociadas a los nodos Cookies, a través del diseño de un perfil de aplicación. Testbed para redes de sensores: Como resultado de las dos líneas anteriores de trabajo, la idea es contar con un instrumento que permita realizar pruebas reales haciendo uso de la plataforma de integración HW-SW, a partir de la gestión de todas las características y potencialidades que ofrece el perfil de aplicación creado y así facilitar el desarrollo de prototipos para aplicaciones basadas en redes de sensores inalámbricas, de forma rápida y eficiente. En este sentido, la idea es contar con un banco de pruebas basado en un despliegue de nodos Cookies que pueda ser controlado desde un ordenador central a través de una interfaz de usuario, desde el cual se lleva a cabo la monitorización y actuación sobre la red inalámbrica. Con el fin de lograr todos los objetivos planteados, ha sido necesario realizar un exhaustivo estudio de la plataforma hardware descrita anteriormente con el fin de conocer la forma en la que interactúan cada uno de los elementos incluidos en los nodos, así como la arquitectura y filosofía de los mismos, para poder llevar a cabo la integración con el software y, como se verá más adelante, realizar ajustes en el hardware para poder implementar correctamente las funcionalidades diseñadas. Por otro lado, ha sido necesario analizar las características de la especificación ZigBee y, sobre todo, las propiedades que posee el módulo de comunicaciones que incluye la plataforma hardware, el ETRX2, con el fin de poder realizar una configuración y gestión adecuada de los nodos a través de la red inalámbrica, aprovechando las posibilidades y recursos que ofrece dicho módulo.

Hardware-software integration platform for a WSN testbed based on cookies nodes

In this work a complete hardware-software support platform for a WSN testbed focused on developing wireless sensor applications in a simple and intuitive way is presented, as an alternative of commercial-motes-based testbeds that can be found in the state of the art. The main target of this hardware-software platform is to provide the highest abstraction level on the management of WSNs but in the simplest way in order to achieve a fast profiling mechanism for reliable prototyping based on the Cookies platform as well as helping users to develop, test and validate Cookie-Based WSN applications.

Variable dynamic testbed vehicle study. Volume II: technical results. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Variable dynamic testbed vehicle study. Volume III: appendixes. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Variable dynamic testbed vehicle study. Volume I: executive summary. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

A testbed for providing uniformity to user-computer interaction languages /

"Issued August 1980."

Investigations into diversity of A 2x2 MIMO system with the use of an indoor testbed

This paper presents investigations into an indoor 2×2 multiple input multiple output (MIMO) system, whose diversity performance is assessed using a high precision test-bed. In this system, transmitter and receiver are equipped with 180° or 90° 3dB hybrids with their two output ports terminated with co-polar monopole antennas. By feeding a signal to one of the two input ports of the hybrid (while the other input port is matched terminated) different communication channels in a rich-scattering environment can be created. The test-bed allows for the signal strength measurements around the receiver/ transmitter sides for a given feeding configuration of hybrids when the receiver is moved over a circular region in an indoor environment. The signal strengths maps obtained for various modes of this 2×2 MIMO system are foundations for investigating transmit/receive diversity schemes. As the signal strength measurement results are obtained with Bluetooth modules operating in the ISM 2.4 GHz, the results are of importance to many other wireless systems that aim at utilizing MIMO diversity schemes to enhance their performance in this frequency band.

Indoor antenna diversity testbed

This paper presents a high precision testbed for evaluating antenna diversity techniques in an indoor environment. Details concerning mechanical, electrical and electronics hardware and associated measurement software are described. Initial measurement results for two Bluetooth modules operating with co-polar and cross-polar monopole antennas in the ISM 2.4 GHz band are given.

Assessing an FPGA implemented MIMO testbed with the use of channel emulator

In this paper, a channel emulator for assessing the performance of MIMO testbed implemented in a field programmable gate array technology is described. The FPGA based MIMO system includes a signal generator, modulation/demodulation and space time coding/decoding modules. The emulator uses information about a wireless channel from computer simulations or actual measurements. In simulations, a single bounce scattering model for an indoor environment is applied. The generated data is stored in the FPGA board. The tests are performed for a 2times2 MIMO system that uses Alamouti scheme for space coding/decoding. The performed tests show proper operation of the FPGA implemented MIMO testbed. Good agreement between the results using measured and simulated channel data is obtained.

Design of MIMO testbed with an FPGA board for fast signal processing

This paper describes the design of a Multiple Input Multiple Output testbed for assessing various MIMO transmission schemes in rich scattering indoor environments. In the undertaken design, a Field Programmable Gate Array (FPGA) board is used for fast processing of Intermediate Frequency signals. At the present stage, the testbed performance is assessed when the channel emulator between transmitter and receiver modules is introduced. Here, the results are presented for the case when a 2x2 Alamouti scheme for space time coding/decoding at transmitter and receiver is used. Various programming details of the FPGA board along with the obtained simulation results are reported

Grid-enabling Satellite Image Archive Prototype for UA Space Grid Testbed

* The work is partially supported by the grant of National Academy of Science of Ukraine for the support of scientific researches by young scientists No 24-7/05, " Розробка Desktop Grid-системи і оптимізація її продуктивності ”.

HDPR: A Mobile Testbed for Current and Future Rover Technologies

The paper in hand presents a mobile testbed –namely the Heavy Duty Planetary Rover (HDPR)– that was designed and constructed at the Automation and Robotics Laboratories (ARL) of the European Space Agency to fulfill the lab’s internal needs in the context of long range rover exploration as well as in order to provide the means to perform in situ testing of novel algorithms. We designed a rover that: a) is able to reliably perform long range routes, and b) carries an abundant of sensors (both current rover technology and futuristic ones). The testbed includes all the additional hardware and software (i.e. ground control station, UAV, networking, mobile power) to allow the prompt deployment on the field. The reader can find in the paper the description of the system as well as a report on our experiences during our first experiments with the testbed.

Acumen : an open-source testbed for cyber-physical systems research

Developing Cyber-Physical Systems requires methods and tools to support simulation and verification of hybrid (both continuous and discrete) models. The Acumen modeling and simulation language is an open source testbed for exploring the design space of what rigorousbut- practical next-generation tools can deliver to developers of Cyber- Physical Systems. Like verification tools, a design goal for Acumen is to provide rigorous results. Like simulation tools, it aims to be intuitive, practical, and scalable. However, it is far from evident whether these two goals can be achieved simultaneously. This paper explains the primary design goals for Acumen, the core challenges that must be addressed in order to achieve these goals, the “agile research method” taken by the project, the steps taken to realize these goals, the key lessons learned, and the emerging language design.