PLATAFORMA DE COMPUTACIÓN GRID PARA REDES INALÁMBRICAS DE GEO SENSORES ANTEPROYECTO DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN JORGE ANTONIO BLANCO VELANDIA CÓDIGO: 20062195038 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS COMUNICACIONES BOGOTA 2007
PLATAFORMA DE COMPUTACIÓN GRID PARA REDES INALÁMBRICAS DE GEO SENSORES ANTEPROYECTO DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN JORGE ANTONIO BLANCO VELANDIA CÓDIGO: 20062195038 DIRECTOR: DR. JOSÉ NELSON PÉREZ CASTILLO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS COMUNICACIONES BOGOTA 2007
TABLA DE CONTENIDO 1. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA 1 2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 4 2.1 OBJETIVO GENERAL 4 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4 3. BIBLIOGRAFÍA 4 4. RESUMEN EJECUTIVO 6 5. IMPACTO AMBIENTAL 6 6. PERTINENCIA SOCIAL 6 7. APORTE A LA EDUCACIÓN 6 8. METODOLOGÍA PROPUESTA 7 9. DISPOSICIONES VIGENTES 7 10. POSIBLES EVALUADORES 8 11. CRONOGRAMA 8
PROYECTO DE MAESTRIA TITULO: PLATAFORMA DE COMPUTACIÓN GRID PARA REDES INALÁMBRICAS DE GEO SENSORES PALABRAS CLAVE: Computación distribuida Redes inalámbricas de sensores Redes de geosensores Middleware Sensor grid Sensor web enablement. 1. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA: El auge tecnológico (nuevas protocolos, tecnologías de red, software, hardware, entre otros) y la tendencia a la miniaturización de los dispositivos han permitido que diferentes áreas del conocimiento hayan evolucionado y que esto redunde en el aumento de la calidad de vida del ser humano. Las redes de sensores y actuadores han sido uno de los aportes mas importes de la electrónica a esta revolución tecnológica que estamos viviendo. Disciplinas del saber como la nanotecnología se han convertido en el pilar de esta revolución. Las Redes de Alta Velocidad (RAV) se convierten en medios de transmisión que permiten el corrimiento de aplicaciones robustas, en tiempo real origen destino, dejando de lado aspectos como la distancia geográfica, la heterogeneidad de los elementos que intervienen bien sea hardware o software. Las RAV son entonces el backbone de una infraestructura mundial de redes generalmente alambrada esto para redes de cobertura global. Las redes personales cuentan ahora con tecnologías como IEEE 802.11, Bluetooth, IEEE 802.15.4 and ZigBee, infrarrojo etc, que han generado una explosión de esta redes en la sociedad actual. El estudio de las redes inalámbricas de sensores (WSN) es un desafío que requiere un amplio conocimiento de gran variedad de disciplinas tales como 1
electrónica, Software, Sensórica y el área base del fenómeno que se desea monitorear (hidrología, biología, geografía etc). Son muchas ciencias o disciplinas del saber en las cuales se pueden aplicar las WSN. El montaje de elementos software y hardware de redes inalámbricas de sensores integradas a redes convencionales (inalámbricas, cableadas, RAV etc) sobre plataformas arquitectónicas de servicios permiten compartir recursos físicos y lógicos entre diferentes puntos geográficos de la tierra han dado lugar al concepto de Computación en Grid y por ende a la generación de Organizaciones Virtuales (OV). Los campos de aplicación de la computación grid se extienden en una gama de diferentes opciones: Supercomputación distribuida (simulaciones, herramientas de cálculo numérico, procesos de análisis de datos, extracción de conocimientos de almacenes de datos, etc), sistemas distribuidos en tiempo real (tratamiento de imagen para visión artificial), proceso Intensivo de datos (gestores de bases de datos distribuidos), entornos virtuales de colaboración (teleinmersión, organizaciones virtuales), servicios puntuales (este tipo de aplicaciones son aquellas que permiten acceder a hardware específico para la realización de labores a distancia). La sensor grid al heredar de computación grid es por consecuencia un sistema distribuido que permite compartir recursos heterogéneos sin ser relevante la ubicación geográfica donde estén instalados ni la información que captan; dada esta característica se presenta el middleware como componente fundamental para la lograr la integración de estos elementos dentro de una sensor grid. ESCOLAR [30] conceptualiza acerca del middleware y los objetivos que este debe cumplir: la capa middleware es el nivel más alto de la jerarquía, y constituye el elemento del sistema capaz de actuar como interfaz entre el programador y la red de sensores. Para ello, el middleware deberá recoger e integrar la información tanto del programador (especificación de requisitos hardware y software, componentes suministrados por el programador de alto nivel que debe incorporar, etc.), así como otros componentes genéricos como por ejemplo la propia red o el sistema operativo (plataforma específica). Un Middleware debe entonces [30]: Proporcionar interfaces de alto nivel para enmascarar la complejidad de las redes y protocolos. Permitir a los desarrolladores centrarse en cuestiones específicas de la aplicación Permitir reemplazar las funciones del sistema operativo no distribuidas con funciones distribuidas que usan la red. 2
Incorporar servicios de facto en WSN. Permitir encontrar un equilibrio entre la complejidad y la cobertura de la funcionalidad. Existen middleware que se crean como solución a aplicaciones y a redes Ad-hoc, otros permiten el uso de agentes móviles llamados middleware adaptativos capaces de comunicar mediante memoria compartida ( espacio de tuplas ), en cada nodo, que es manejada por el middleware [33], los Middleware data-centric manejan la red de sensores como si fuese una gran base de datos. La figura 1, ilustra la organización de un sensor grid en términos de recursos y componentes [28] Figura 1. Organización de un Sensor grid En la actualidad existen herramientas de software de código abierto que permiten la construcción de infraestructuras y aplicaciones grid, proporcionan acceso uniforme y seguro a recursos de almacenamiento y computación emota, además incluyen software para seguridad, gestión de recursos, tareas, datos e información. Ejemplos puntuales son Globus Toolkid de Globus Alliance [38]. De acuerdo a lo expuesto anteriormente surge la necesidad de construir una plataforma de computación grid pora redes de geosensores que cumpla con el estándar propuesto por el Open Geospatial Consortium (OGC) denominado Sensor Web Enablement y el OpenGIS (OpenGIS Web Services OWS) [36] [31] [32], apoyado por herramientas como Globus o Glite, protocolos, tecnicas de control de acceso a redes hinalámbricas (Grid Security Infraestructure (GSI))[38] y gestión de recursos. 3
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 2.1 OBJETIVO GENERAL Construir una plataforma de computación grid para redes inalámbricas de Geo Sensores 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Analizar de acuerdo al Open Geospatial Consortium (OGC) aspectos relacionados con información geográfica Analizar estándares y arquitecturas existentes para construcción de grid. Evaluar herramientas existentes de software que permitan la construcción de infraestructuras y aplicaciones grid (Globos, GLite). Analizar la gestión de servicios y seguridad que realiza el middleware en grid computacionales Establecer el modelo teórico de la plataforma. Desarrollo de pruebas de la plataforma propuesta de acuerdo a un plan preestablecido. 3. BIBLIOGRAFÍA [1] Erica C. Ruiz Ibarra; Wireless Sensor and Actors Network; 2006; http://usuario.cicese.mx/~cruiz/pwsn.pdf [2] Jason Lester Hill; System Architecture for Wireless Sensor Networks; 2003 [3] Sameer Tilak_, Nael B. Abu-Ghazaleh_ and Wendi Heinzelman. A Taxonomy of Wireless Micro-Sensor Network Models [4] I.F. Akyildiz, W. Su*, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci. Wireless sensor networks: a survey; Computer Networks; 2001 [5] http://www.euroresidentes.com/blogs/avances_tecnologicos/2004/06/red es-de-sensores-sin-cable.htm [6] http://es.wikipedia.org/wiki/red_de_sensores [7] A. Ananda; Mun Choon Chan; Wei Tsang Ooi. Mobile, wireless, and sensor networks technology, applications, and future directions; IEEE Press; 2006 [8] Holger Karl, Andreas Willig; Protocols and Architectures For Wireless Sensor Networks; John Wiley & Sons, Ltda; 2005 [9] http://padthai.media.mit.edu:8080/cocoon/gogosite/documentation/ 4
makingsensors.xsp?lang=es [10] F. L. LEWIS; Wireless Sensor Networks; 2004 [12] http://www.sensorsmag.com/sensors/article/articledetail.jsp?id=318760 [13] FENA Zhao, Leonidas J. Guibas; Gíreles Sensor Network; ELSEVIER; 2004 [14] Enrique de Miguel Ponce, Enrique Molina Tortosa, Vicente Mompó M.; Redes inalámbricas: IEEE 802. 11 [15] https://www.bluetooth.org/ [16] Sinem Coleri Ergen; ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary; 2004 [17] Gary S. Rogers y John Edwards, Introduction to Wireless Technology, Prentice Hall PTR, 2003 [18] STEFANIDIS A,.A. y NITTEL, S. (eds.), 2004. GeoSensor Networks, CRC Press [19] Molina Martha; Felíz Mercedes. 2005. Conocer y vigilar mejor la Tierra; División de Gestión Medioambiental (TELEFÓNICA I+D) [20] NITTEL, Silvia; DUCKHAM, Matt y KULIK, Lars. Information Dissemination in Mobile Ad Hoc Geosensor Networks. 2003. [21] WORBOYS, Michael F., 2005. Knowledge Discovery using Geosensor Networks [22] BOLETIC, grid Computing, Juan Carlos Martinez [23] SOMMERVILLE, Ian; Software Engineering; 7th edition [24] COULOURIS [25] BORJA, Sotomayor; Introducción a la computación grid; 2004 [26] BARRIOS, Verónica Vanesa; Estándares de Grid Computing [27] CHU, Xingchen, Open Sensor Web Architecture: Core Services; 2005 [28] Hock Beng Lim; Sensor Grid: Integration ofwireless Sensor Networks and the Grid [29] LLORENTE, Ignacio Martín; Introducción ala tecnología grid y Globos, 2003 [30] ESCOLAR, Soledad; Acabando con los desarrollos ad-hoc en Gíreles Sensor Networks [31] BUYYA, Rajkumar; SensorGrid: A new Cyberinfrastructure Integrating Sensor Network and Grid Computing for e-science Applications [32] BUYYA, Rajkumar; Service Oriented Sensor Web: NOSA Approach [33] ESCOLAR, Soledad; Wíreless Sensor networks [34] http://www.irisgrid.es/doc/; Propuesta de estructuración de un programa de e-cienca [36] Open GIS Consortium Inc.; Modelo de Referencia OpenGIS; 2003 [37] INIESTO, Alba JM; Carballo Cruz, P; Sensor web Enablement: Todos los sensores conectados ala web; http://www.cartesia.org/geodoc/topcart2004/conferencias/60.pdf [38] www.globus.org 5
4. RESUMEN EJECUTIVO El propósito de este proyecto es construir una plataforma de computación grid para redes inalámbricas de Geo Sensores apoyado en el análisis de estándares y tópicos del Open Geospatial Consortium (OGC), de estándares, arquitecturas existentes y de software para construcción de infraestructuras y aplicaciones grid. En la actualidad la gran parte del andamiaje de computación grid está enmarcado dentro de las redes alambradas e inalámbricas convencionales, el producto de este proyecto pretende establecer una plataforma basada en computación grid específicamente para redes de Geo Sensores; ofreciendo gestión de servicios óptima y alto nivel de seguridad 5. IMPACTO AMBIENTAL La plataforma producto de este proyecto podrá ser utilizado en la implementación real de redes de geosensores en ambiente grid, cumpliendo con estándares internacionales (OGC) y altos niveles de seguridad, que redundará en un óptimo rendimiento de la red, sin importar el tipo de captaciones que se realizan al interior de esta o a su ubicación geográfica. 6. PERTINENCIA SOCIAL Las sensor grid son elementos esenciales en el mundo de hoy para la captura de información más aún cuando pueden contar con modelos de procesamiento que aseguren la calidad de la información generada por estos. El impacto social de este proyecto hereda el impacto que generan las sensor grid dentro de la comunidad académica o científica, dado que el modelo está muy ligado a toda la infraestructura lógica de estas. 7. APORTE A LA EDUCACIÓN: La aplicación del modelo de procesamiento en sensor grid tiene impacto en la educación dado que sirve de base para la implementación de sensor grid, que permita compartir recursos e información en la comunidad académica y científica. El modelo puede ser tomado como referente en asignaturas de diferentes programas académicos. 6
8. METODOLOGÍA PROPUESTA: La metodología propuesta para el desarrollo del proyecto sigue los pasos básicos de un proceso teórico de producción de software (aunque no sea producto de este proyecto un software) Se determinan las siguientes etapas: Ingeniería de requisitos: Información geográfica generada por redes de Geo Sensores Estándares y arquitecturas existentes para construcción de grids Herramientas existentes de software para construcción de infraestructuras y aplicaciones grid. (Globus, GLite) Mecanismos de autenticación y acceso a sistemas de computación grid Infraestructura de seguridad grid Políticas de gestión de servicios en sistemas heterogéneos (computación grid) Validación Validación de la información recolectada mediante fuentes de información primaria y/o secundaria Construcción: Establecer la plataforma de computación teniendo presente los requisitos encontrados y la validación realizada de estos Evolución y pruebas Plan de pruebas que permita validar la plataforma propuesta Publicaciones Construcción de un artículo 9. DISPOSICIONES VIGENTES Dado que este proyecto no involucra procesos biológicos ni tratamientos de especies exóticas, se considera que no se requiere permisos de las autoridades sanitarias. 7
10. POSIBLES EVALUADORES Carlos Montenegro. Dr. Universidad Distrital Francisco José de Caldas (Bogotá) Rigauth Sanabria. Dr en Geomática. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (Tunja) 11. CRONOGRAMA Número Actividad Desde Hasta Tiempo 1 Ingeniería de requisitos 1 4 Meses 2 Validación 3 6 Meses 3 Construcción 6 9 Meses 4 Evolución y pruebas 1 11 Meses 5 Publicaciones 3 11 Meses 6 Entrega de proyecto 11 12 Meses 8