Redes de sensores inalámbricos (RSI)

Transcripción

1 Redes de sensores inalámbricos (RSI) Plataforma hardware Leonardo Steinfeld Inst. de Ingeniería Eléctrica, Fac. de Ingeniería Universidad de la República (Uruguay) Viernes 11 de agosto/2017

2 Objetivos / Agenda Objetivos Introducir la arquitectura de hardware de un nodo Describir las funciones de cada subsistema Dar ejemplos de implementación Agenda Tecnologías de comunicaciones inalámbricas Radio Microcontrolador Sensores 2

3 Introducción 3

4 Nodos: requerimientos Características bajo todo costo tamaño consumo 4

5 Nodo: diagrama de bloques sensores micro radio alimentación 5

6 Nodo: diagrama de bloques detallado 6

7 Nodo: radio sensores micro radio alimentación 7

8 Tecnologías de comunicaciones 8

9 Radio: bandas no licenciadas 9

10 Tecnologías de comunicaciones 10

11 Tecnologías de comunicaciones 11

12 Radio: diagrama de bloques 12

13 Radio: diagrama de bloques (SoC) 13

14 Radio: circuito de aplicación (CC2520) 14

15 Radio: PA/LNA (power & low noise amp.) 15

16 Radio: PA/LNA ejemplo 16

17 Antenas 17

18 Nodo: sensores sensores micro radio alimentación 18

19 Sensores transductor: magnitud física Temperatura y humedad del aire Luz etc. interfaz eléctrica analógica: 0-5V, 4-20mA, etc. digital: SPI, I2C, etc. 19

20 Sensores: ejemplos Light: Hamamatsu S1087 Series Visible & Infrared Range (560 nm & 960 nm peak sensitivity wavelength) Temperature & Humidity: Sensirion SHT11 Temperature Range: -40 ~ C Resolution: : ± 0.01(typical) Accuracy: ± 0.4 C (typical) Humidity Range: 0 ~ 100% RH Resolution: 0.05 (typical) Accuracy: ± 3 %RH (typical) SHT11 Sensirion TMP75C Texas Instruments 20

21 Sensores: ejemplos Humedad de suelo EC-05 Decagon 21

22 Nodo: alimentación sensores micro radio alimentación 22

23 Alimentación: pilas (battery) 23

24 Alimentación: energy scavenging 24

25 Nodo: microcontrolador sensores micro radio alimentación 25

26 Microcontrolador: requerimientos Memoria de código: Flash, FRAM Memoria de datos: RAM (FRAM+cache) Memoria datos bulk: logs, datos, file system Potencia de procesamiento: velocidad de reloj, arquitectura N-bits, FPU (necesario?) Consumo modos de operación 26

27 Microcontrolador: funciones Ejecutar aplicación de usuario Sistema operativo Pila de comunicaciones 27

28 Microcontrolador TelosB /sky (2005) MSP430F1611 (8 MHz) CCC2538 SoC (2013) 10 KB RAM 48 KB Flash 4mA active / 10 ua sleep Cortex M (32 MHz) 32 KB RAM 256 KB Flash ~10 ma active / ~1uA sleep Periféricos básicos y comunes SPI, I2C, UART, ADC, (DAC?), I/O digitales Otros: DMA, Security Engine, MPU... 28

29 Nodos: opciones chipset (micro + radio) 29

30 Nodo: ejemplos sky / telosb compatible (tmotesky, CM5000) Micro: MSP430F1611 Radio: CC2420 Sensores: Light 1: Visible Range Light 2: Visible & Infrared Range Temperature & Humidity Sensirion SHT11 30

31 Nodos: ejemplos sky / telosb compatible (tmotesky, CM5000) 31

32 Nodos: ejemplos sky / telosb compatible (tmotesky, CM5000) 32

33 Nodo: ejemplos uclim IIE (Proyecto INIA-FPTA) CCC2538 (Cortex M + tranceiver) + CC2592 (PA/LNA) 32 KB RAM 256 KB Flash ~10 ma active / ~1uA sleep DC/DC Switching reg. (2.1 & 2.5 VDC) EMB-Z2538PA 33

34 Contiki hardware (selección)(*) (*) Platforms MCU/SoC Radio Cooja simulation support sky TI MSP430 TI CC2420 Yes RE-Mote TI CC2538 Integrated / CC cc2538dk TI CC2538 Integrated - exp5438, z1 TI MSP430x TI CC2420 Yes avr-raven, avr-rcb, avr-zigbit, iris Atmel AVR Atmel RF230 - micaz Atmel AVR TI CC2420 Yes redbee-dev, redbee- Freescale MC1322x Integrated econotag - wismote TI MSP430x TI CC2520 Yes nrf52 DK nrf52832 Integrated - ADF EVAL-ADF7023DB1 RL78 34

35 Planificación clases 1. Introducción RSI / Modelos de capas IoT 2. IPv6 3. Plataforma de hardware 4. Plataforma de software: Contiki OS I 5. Plataforma de software: Contiki OS II 6. Capa Fisica I 7. Capa Fisica II 8. MAC 9. Antenas direccionales 10. Capa adaptación: 6lowpan 11. Capa de red: RPL 12. Capa de aplicación: CoAP 35

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