Poster: EMMON: a WSN system architecture and toolset for large-scale and dense real-time embedded monitoring

Wireless sensor networks (WSNs) have attracted growing interest in the last decade as an infrastructure to support a diversity of ubiquitous computing and cyber-physical systems. However, most research work has focused on protocols or on specific applications. As a result, there remains a clear lack of effective and usable WSN system architectures that address both functional and non-functional requirements in an integrated fashion. This poster outlines the EMMON system architecture for large-scale, dense, real-time embedded monitoring. It provides a hierarchical communication architecture together with integrated middleware and command and control software. It has been designed to maintain as much as flexibility as possible while meeting specific applications requirements. EMMON has been validated through extensive analytical, simulation and experimental evaluations, including through a 300+ nodes test-bed the largest single-site WSN test-bed in Europe.

EMMON: a WSN system architecture for large scale and dense real-time embedded monitoring

Wireless sensor networks (WSNs) have attracted growing interest in the last decade as an infrastructure to support a diversity of ubiquitous computing and cyber-physical systems. However, most research work has focused on protocols or on specific applications. As a result, there remains a clear lack of effective, feasible and usable system architectures that address both functional and non-functional requirements in an integrated fashion. In this paper, we outline the EMMON system architecture for large-scale, dense, real-time embedded monitoring. EMMON provides a hierarchical communication architecture together with integrated middleware and command and control software. It has been designed to use standard commercially-available technologies, while maintaining as much flexibility as possible to meet specific applications requirements. The EMMON architecture has been validated through extensive simulation and experimental evaluation, including a 300+ node test-bed, which is, to the best of our knowledge, the largest single-site WSN test-bed in Europe to date.

Efficient aggregate computations in large-scale dense WSN

We focus on large-scale and dense deeply embedded systems where, due to the large amount of information generated by all nodes, even simple aggregate computations such as the minimum value (MIN) of the sensor readings become notoriously expensive to obtain. Recent research has exploited a dominance-based medium access control(MAC) protocol, the CAN bus, for computing aggregated quantities in wired systems. For example, MIN can be computed efficiently and an interpolation function which approximates sensor data in an area can be obtained efficiently as well. Dominance-based MAC protocols have recently been proposed for wireless channels and these protocols can be expected to be used for achieving highly scalable aggregate computations in wireless systems. But no experimental demonstration is currently available in the research literature. In this paper, we demonstrate that highly scalable aggregate computations in wireless networks are possible. We do so by (i) building a new wireless hardware platform with appropriate characteristics for making dominance-based MAC protocols efficient, (ii) implementing dominance-based MAC protocols on this platform, (iii) implementing distributed algorithms for aggregate computations (MIN, MAX, Interpolation) using the new implementation of the dominance-based MAC protocol and (iv) performing experiments to prove that such highly scalable aggregate computations in wireless networks are possible.

Cross-Layer Admission Control to Enhance the Support of Real-Time Applications in WSN

Real-time monitoring applications may be used in a wireless sensor network (WSN) and may generate packet flows with strict quality of service requirements in terms of delay, jitter, or packet loss. When strict delays are imposed from source to destination, the packets must be delivered at the destination within an end-to-end delay (EED) hard limit in order to be considered useful. Since the WSN nodes are scarce both in processing and energy resources, it is desirable that they only transport useful data, as this contributes to enhance the overall network performance and to improve energy efficiency. In this paper, we propose a novel cross-layer admission control (CLAC) mechanism to enhance the network performance and increase energy efficiency of a WSN, by avoiding the transmission of potentially useless packets. The CLAC mechanism uses an estimation technique to preview packets EED, and decides to forward a packet only if it is expected to meet the EED deadline defined by the application, dropping it otherwise. The results obtained show that CLAC enhances the network performance by increasing the useful packet delivery ratio in high network loads and improves the energy efficiency in every network load.

Methodology for WSN communication technologies automated field tests

Wireless Sensor Networks(WSN) are networks of devices used to sense and act that applies wireless radios to communicate. To achieve a successful implementation of a wireless device it is necessary to take in consideration the existence of a wide variety of radios available, a large number of communication parameters (payload, duty cycle, etc.) and environmental conditions that may affect the device’s behaviour. However, to evaluate a specific radio towards a unique application it might be necessary to conduct trial experiments, with such a vast amount of devices, communication parameters and environmental conditions to take into consideration the number of trial cases generated can be surprisingly high. Thus, making trial experiments to achieve manual validation of wireless communication technologies becomes unsuitable due to the existence of a high number of trial cases on the field. To overcome this technological issue an automated test methodology was introduced, presenting the possibility to acquire data regarding the device’s behaviour when testing several technologies and parameters that care for a specific analysis. Therefore, this method advances the validation and analysis process of the wireless radios and allows the validation to be done without the need of specific and in depth knowledge about wireless devices.

Análisis y optimización del radio enlace de un sistema RFID y redes de sensores inalámbricos (WSN)

Un sistema inalámbrico en UHF puede ser utilizado tanto para la identificación de productos como para la adquisición de datos. Si se encuadra en la identificación se está refiriendo a sistemas “RFID” y si se encuadra en la adquisición de datos se está en presencia de una “Red de Sensores Inalámbrica”. El presente proyecto pretende desarrollar una plataforma de discusión permanente sobre estas tecnología que permita la optimización de los diferentes estamentos de la red. El proyecto tiene como objetivo general mejorar las prestaciones del vinculo entre los distintos elementos en un sistema RFID (Radio Frecuency Identification) o WSN (Wireless Sensor Network). En tal sentido, se propone en una primer línea de investigación, el desarrollo de un modelo que caracterice una red inalámbrica de sensores en UHF, permitiendo luego simularla bajo distintas condiciones. El objetivo es tener una herramienta con la cual se pueda estudiar y simular el comportamiento de una red con varios nodos. Una segunda línea de trabajo aborda el problema del test para sistemas RFID y WSN, con énfasis en nodos activos y pasivos diseñados con circuitos analógicos y digitales configurables y componentes comerciales. Así, se propone el desarrollo de estrategias de test de bajo consumo y alto desempeño focalizadas en las secciones analógicas, de conversión y digitales configurables del nodo. Los trabajos específicos planteados para responder a los objetivos que se pretenden son: La caracterización y modelado del enlace inalámbrico en UHF; La caracterización y modelado del transceptor en sus distintas etapas; La caracterización y modelado de la red con los distintos nodos; El estudio de nuevos diseños de antenas; El estudio de distintas adaptaciones de la etapa de RF con la antena; El estudio de alternativas de distintas modulaciones de las señales a transmitir; Proponer estrategias de simulación y/o emulación de fallas para sistemas analógicos y digitales que permita la evaluación de las estrategias de test y de los mecanismos de recuperación ante fallas; Evaluar el funcionamiento en laboratorio y en campo de los nodos y el lector

Implementació i simulació funcional en MATLAB del protocol IEEE 802.15.4 de WSN

El principal objectiu que es pretén assolir és dissenyar un simulador de la capa MAC, definida a l’estàndard IEEE 802.15.4. Convé matisar que l’objectiu no és implementar un simulador, sinó utilitzar una plataforma genèrica existent, MATLAB, i definir sobre ella, una metodologia que, permeti utilitzar-la més com a plataforma específica de desenvolupament i simulació de protocols per a xarxes de sensors, que no pas com a simple simulador.

Sistema de Detecció d'Incendis (S.D.I.) amb tecnologia WSN

Sistema de detecció d'incendis mitjançant una xarxa de sensors inalàmbrics que mostregen la temperatura ambient i envien aquestes dades a un PC.

Sistema de detecció d'incendis basat en tecnologia WSN

El projecte tracta de desenvolupar un sistema de detecció d'incendis utilitzant la tecnologia de xarxa de sensors sense fils (Wireless Sensors Network). La utilització d'aquests petits dispositius ens introdueix en el món dels sistemes encastats, un àrea en ple desenvolupament industrial i que trobem incorporada en molts productes de consum de la nostra vida quotidiana.

Diseño, implementación y validación de un sistema de localización híbrido basado en una red de sensores inalámbricos (WSN)

Aquest projecte estudia la implementació d’un sistema de localització híbrid amb la combinació del posicionament GPS y el posicionament obtingut mitjançant mesures de potència rebuda (RSS) utilitzant una xarxa de sensors sense fils (WSN). Inicialment s’analitzen les característiques principals de les WSN y les tècniques de posicionament GPS y RSS. A continuació es proposen tècniques de localització híbrides que combinen el posicionament bàsic brindat per la WSN (GPS y RSS)per obtenir posicionament tant en escenaris interiors com exteriors a més d’obtenir una precisió major que les precisions bàsiques. Una vegada s’han analitzat els conceptes bàsics y s’han proposat les tècniques a utilitzar en el sistema de localització híbrida s’expliquen els aspectes d’implementació relacionats amb la programació de la WSN. Finalment, després d’analitzar els resultats de diverses mesures, queda present la necessitat de tècniques d’estimació d’error en el posicionament, per això es proposa una tècnica d’estimació d’error per ser utilitzada en les estimacions híbrides y obtenir així el funcionament desitjat de les tècniques híbrides.

Simulació de xarxes WSN

Trabajo de final de carrera enfocado a la simulacion de una WSN (Wireless Sensors Networks) mediante el programa Contiki 2.7 y el SO Ubuntu. La idea global del proyecto es conseguir simular un entorno con nodos sensores, y a posteriori comprobar su correcto funcionamiento en motas reales. Comprobando los resultados obtenidos en ambos entornos. De esta manera se puede facilitar la puesta en marcha de este tipo de redes inalámbricas en una aplicación real.

Simulació de xarxes WSN (Wireless Sensor Network) per a la detecció d'incendis

Trabajo de final de carrera enfocado a la simulación de una WSN (Wireless Sensors Networks) mediante el programa Contiki 2.7 y el SO Ubuntu. La idea global del proyecto es conseguir simular un entorno con nodos sensores y, a posteriori, comprobar su correcto funcionamiento en motas reales, comprobando los resultados obtenidos en ambos entornos. De esta manera se puede facilitar la puesta en marcha de este tipo de redes inalámbricas en una aplicación real.