Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación...
Transcript of Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación...
![Page 1: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/1.jpg)
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la
movilidad y el posicionamiento TELECOMUNICACIONES Y DEFENSA
14/07/2010
![Page 2: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/2.jpg)
Introducción y Ámbito de Aplicación
Perspectiva de las redes en Movilidad
Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento y localización
Topologías de Red Avanzadas
Aplicaciones
Ejemplos de Tecnologías disponibles
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoÍndice
![Page 3: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/3.jpg)
Division TOC
Battalion TOC
Brigade TOC
Brigade TOC
Brigade TOC
BattalionTOC
BattalionTOC
Upper Echelon
SINCGARS (Single Channel
Ground and Airborne System)
EPLRS (Enhanced Position
Location Reporting System)
NTDR
MSE
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoInternet Táctico
![Page 4: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/4.jpg)
OTM Enclave
OTM Enclave
Sensor Nets
Sustaining
Base
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoCampo de batalla
![Page 5: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/5.jpg)
• Redes moviles ad hoc, capaces de operar con diferentes tecnologías y capas físicas
• Operativa de red automática (auto gestión y organización)
• Redes capaces de operar con topología celular o multisalto
• Sesiones de red operativas aún en movimiento (roaming)e
• Coordinadores de red y concentradores reemplazables
• Alta tasa binaria para trasmisión de datos de diferente naturaleza (multimedia, ficheros…)
• QoS para transmisiones en tiempo real con topologías dínamicas de red
• Balance de carga dinámico en el tráfico de la red
• Mitigación de posibles fallos en las capas de MAC/enrutado/transporte
• Enrutado inteligente y predictivo
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoPrestaciones y Características
![Page 6: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/6.jpg)
• Objetivo: Redes inalámbricas dinámicas y autoconfigurables, que permitan incluir seguridad, escalabilidad, eficiencia de consumo energético, y comunicaciones fiables
• Areás de Interés
– Escalabilidad a miles de nodos
– Nodos e infraestructura de alta movilidad
– Necesidades de ancho de banda y consumo de energía
– Redes descentralizada y configuración dinámica
– Interoperabilidad
• Principales restos
– Establecimiento de los compromisos entre ancho de banda, energía, capacidad de procesado, bit-error-rate, latencia, y movilidad
– Comprensión de las interacciones entre las diferentes técnologías (vertical handover), y entre las diferentes capas del protocolo de comunicaciones
– Capacidad de modelado limitado para algortimos distribuidos
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoRedes en movilidad
![Page 7: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/7.jpg)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Number of nodes
Co
nfi
gu
rati
on
Tim
e (
seco
nd
s) dense
sparse
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Number of nodes
Ban
dw
idth
(b
ytes
/sec
on
d)
Subnet overhead (refresh=10s)
Subnet overhead (refresh=30s)
Network overhead (refresh=10s)
Network overhead (refresh=30s)
Autoconfiguration
Overhead
Autoconfiguration
Time
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoRendimiento de Autoconfiguración
![Page 8: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/8.jpg)
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones Civiles para Redes en movilidad
Wireless routers
Gateways
Servers
Mobile clients
Stationary clients
Intra-mesh wireless links
Stationary client access
Mobile client access
Internet access links
Node Types Link Types
![Page 9: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/9.jpg)
9
• Multiples interfaces (cableados & wireless)
• Movilidad– Estacionarios (torre o en tejado)
caso más común
– Moviles (avión, vehículos)
• Sirven como punto de acceso multi-salto a los nodos de usuario
• Solo se necesitan un número limitado de ellos, (pueden ser caros)
GW
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoGateways
![Page 10: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Al menos 1 interfaz inalámbrico
(movilidad de los usuarios)
Movilidad
Estacionario (ej. Tejado)
Movil (ej. vehiculo).
Amplian cobertura (actua como
una mini estación base).
No originan ni son destino de
los datos de información de la
red
Se necesitan muchos para
areas amplias, problema de
costes
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoWireless Routers
![Page 11: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/11.jpg)
11
• Tipicamente un único interfaz
• Movilidad– Estacionarios
– Moviles
• Conectado a la red tipo mesh po rmedio de wireless routers (o directamente a los gateways)
• Son las fuentes/destinos de todo el tráfico de información de la red
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoUsuarios
![Page 12: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/12.jpg)
12
• Cableados– Bus (PCI, PCMCIA, USB)
– Ethernet, Firewire, etc.
• Wireless– 802.11x
– 802.15x
– Bluetooth
– Proprietary
• Punto-Punto o Punto-Multipunto
• Diseñado adecuadamente, no es un cuello de botella
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoEnlaces Usuario – Wireless Routers
![Page 13: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/13.jpg)
13
• Wireless
– 802.11x
– Proprietary
• Nomralmente multipunto a multipunto
– A veces colección de punto a punto
• Con frecuencia el cuello de botella
• backbone links
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoEnlaces Router a Router
![Page 14: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/14.jpg)
14
• Cableado– Ethernet, TV Cable, Power
Lines
• Wireless– 802.16
– Proprietario
• Punto-Punto o Punto-Multipunto
• backhaul links
• Diseñado adecuadamente, no es un cuello de botella
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoEnlaces de Gateways a la red
![Page 15: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/15.jpg)
15
• Flujo de datos entre la red y los Usuarios
– Más usual en la mayoria de las aplicaciones
• Flujo de datos entre los Usuarios
– La de menor porcentaje en la mayoria de las aplicaciones
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoComo funciona
![Page 16: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Wireless
Networking
Multi-hop
Infrastructure-less
(ad-hoc)
Infrastructure-based
(Hybrid)Infrastructure-less
(MANET)
Single
Hop
Cellular
Networks Wireless Sensor
NetworksWireless Mesh
Networks
Car-to-car
Networks
(VANETs)
Infrastructure-based
(hub&spoke)
802.11 802.16 Bluetooth802.11
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTecnologías
![Page 17: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/17.jpg)
17
• Multisalto
• Nodos son wireless, en su mayor caso móviles
• Pueden estar dotados de infrastructura
• La mayor parte del tráfico es entre usuarios
Ad-Hoc Networks Wireless Mesh Networks
• Multisalto
• Los Nodos son wireless, algunos móviles, otrosfijos
• Dependen de infrastructura
• La mayor parte del tráfico es de los usuariosal gateway
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoMesh vs. Ad-Hoc Networks
![Page 18: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/18.jpg)
18
• Ancho de banda limitado
(decenas de kbps)
• En muchas ocasiones, los nodos
están fijos
• La eficiencia energética es un
problema (autonomia)
• La mayor parte del tráfico es del
usuario al gateway
Wireless Sensor Networks Wireless Mesh Networks
• El ancho de banda disponible es
medio/alto (>1Mbps)
• Algunos nodos son moviles,
otros fijos
• Normalmente no tienen
limitaciones de nergía
• Los recursos a emplear no son
una limitación
• La mayor parte del tráfico es del
usuario al gateway
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoMesh vs. Redes de sensores
![Page 19: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Cable
DSL
WMAN
(802.16)
Cellular
(2.5-3G)
WMN
Ancho de Banda Muy
Buena
Muy
BuenaLimitada Buena
Inversión en
Infrestructura
Muy
altaAlta Alta Low
Inversión Total Muy
altaAlta Alta Moderada
Cobertura de mercado Buena Buena BuenaModesta
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAcceso a Internet de Banda Ancha
![Page 20: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Source:
www.meshdynamics.com
802.11 WMN
Costes de
CableadoBajoAlto
Número de Puntos de
Acceso
Como se necesite Moderado
Coste de los Puntos
de Acceso
AltoBajo
Ancho de banda BuenoMuy
Bueno
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoCobertura WLAN
![Page 21: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Cellular
2.5 – 3G WMN
Inversiones de
InfraestructuraBajoAlto
Geolocalización Limitado Bueno
Ancho de Banda BuenoLimitado
Coste de
MejorasBajoAlto
Source: www.meshnetworks.com
(now www.motorola.com).
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAcceso Móvil a Internet
![Page 22: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Cellular
2.5 – 3G WMN
Source: www.meshdynamics.com
Walkie
Talkie
Disponibilidad Razonable Buena Buena
Ancho de Banda BuenaLimitada Pobre
Geolocalización Pobre LimitadaPobre
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoServicios de Emergencia
![Page 23: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Ethernet WMN
Coste Total Baja Moderada
Usuarios Moviles 802.11 Buena
Bandwidth BuenaMuy buena
Velocidad/Facilidad de
DespliegueRápida/FacilLenta / Dificil
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoConectividad
![Page 24: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/24.jpg)
24
WMNs
Source: www.meshdynamics.com
Existing
System(s)
CoberturaVery
Good Good
GoodPoorAncho de Banda
Soporte de Voz GoodVery
Good
Seguridad Pobre Mejorada
Eficiencia de potencia BuenaRazonable
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoComunicaciones Tácticas/Militares
![Page 25: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/25.jpg)
La red debe de ser dinámica y autoconfigurable, deforma que pueda ser escalable, autónoma, conenrutado eficiente, segura, y con niveles altos deQoS
XXXXX
Flat terrain
Mountainous terrain
Stable links
Unstable links Aspectos Importantes
– Selección dinámica de los nodos en los
bordes de la red
– Transferencia de la los datos de gestión de
red y dominio
– Algortimica de decisión de pertenencia
basados en la movilidad, normas…
– Protocolos escalables y robustos para crear y
mantener la red y dominio en entornos
sumamente dinámicos
– Aislando y resolviendo fallos e intrusiones de
nodos no autorizados
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAutoconfiguración
![Page 26: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/26.jpg)
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTopologías de Red
![Page 27: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/27.jpg)
• Infraestructura Fija
– Puntos de acceso sincronizados
– Trilateración por medio de coordenadas conocidas
• Redes Ad hoc
– Sin puntos de acceso fijos
– Solo se conocen las distancias relativas entre nodos
• Hibrido: Redes Ad hoc con referencias fijas
– Some network nodes fix location and provide reference
– 2 references to fix in 2D, 3 references to fix in 3D
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoMétodos de Localización y Posicionamiento
![Page 28: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/28.jpg)
• Received Signal Strengh (RSS)– Hardware sencillo
• La exactitud no es sensible al multipath o ancho de banda
• No necesita sincronización fina
• Puede funcionar con cualquier infraestructura o tarjeta que pueda medir la potencia.
– Para localización precisa:• Necesita un número elevado de referencias o un periodo de calibración
largo
• Necesita algoritmos complejos y de alta carga computacional
– Se usa en GSM, UMTS, LTE o WiFi
• Procedimientos basados en la llegada de la señal (SAP)– Angle of Arrival (AOA)
– Time of Arrival (TOA)
– Time Difference of Arrival (TDOA)
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoMétodos de Localización y Posicionamiento
![Page 29: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/29.jpg)
Time
LOS
Time
NLOS
Camino o Componente
Principal
al rayo principal
para 80% Energía
Umbral de Potencia
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoRSS vs. SAP
![Page 30: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/30.jpg)
• ToA
– Válido para posicionamiento indoor preciso.
• Solo necesita unas pocas referencias
• No es imprescindible la calibración
– Hardware más complejo
• La exactitud es sensible al multipath y ancho de banda
• Necesita sincronización de las referencias temporales
– Usado en GPS, PinPoint, Wearnet y 802.15.3/4
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoSAP - ToA
![Page 31: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/31.jpg)
• AOA
– Puede ser una solución alternativa al ToA/TDoA
• Menores requisitos en la sincronización y precisión delos relojes
• 2 referencias (anclas) son suficientes paraposicionamiento 2-D
– Principales Inconvenientes
• Necesitan de arrays de antenas (mayor complejidaddel frontal)
• AoA necesita de una calibración precisa de las anclas
• El coste se incrementa con el tamaño de los arrays, y eltamaño de las antenas depende de la precisón
• El número de elementos en el array depende en granmedida del entorno
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoSAP - AoA
![Page 32: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/32.jpg)
Señales de gran ancho de banda, permiten alta precisión en laestimación temporal Ranging y localización también precisas
Ejemplo:
BW = 1 GHz = 1 ns d = 30 cm
La transmisión de señales de banda ultra-ancha se puedeconseguir por medio de Radio Impulsiva (Impulse Radio UWB)
La transmisión de impulsos cortos de radio de baja potencia,complica la recepción de la señal (debido a regulación)
• Señales de Low duty cicle
• Arquitecturas de recepción más complejas
Se requiere del conocimiento de la posición global de al menos4 dispositivos, para establecer la posición absoluta en toda lared
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoLocalización y Posicionamiento con sistemas de Banda Ultra-ancha
![Page 33: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/33.jpg)
h( )
1 2 3
h( )
1 2 3
Atenuattion due
to reflection
Secundary rays
Multipath Effects
![Page 34: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/34.jpg)
LOS Pulso Recibido
NLOS
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoLocalización y Posicionamiento con sistemas de Banda Ultra-ancha
![Page 35: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/35.jpg)
Terminal
B
Request
Prescribed
Protocol
Delay and/or
Processing
Time
To
TReply
T1
Terminal A
TX/RX
Terminal B
RX/TX
TOFTOF
cTd
TTTT
AOFAB
AOF
.~~2
1~Reply01
TOF EstimationTerminal
A
SOURCE: CEA-
LETI/STMICROELECTRONICS
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTime Of Arrival (TOA) & Two Way Ranging (TWR)
![Page 36: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/36.jpg)
Terminal
A
Terminal
B
Request
To
Terminal A
TX
Terminal B
RX
TOF
TOF Estimation
Isochronous
Isochronous
T1
cTd
TTT
BOFAB
BOF
.~~
~01
TOF Estimation
If Terminals are synchronized to
a common clock, direct OWR
can be used for Ranging
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTime Of Arrival (TOA) & One Way Ranging (OWR)
![Page 37: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/37.jpg)
• TDoA versus ToA– No es necesaria la sincronización con el transmisor– Solo es necesaria la sincronización entre los nodos de
referencia (anclas)– Ventajas para los nodos en movilidad
• Hardware más simple• Independiente• Menor consumo de potencia
• Principales caracteísitcas del TDoA– Requiere de algortimica compleja y no lineal– La estimación es dificil y la solución exacta es complicada
de obtener (por derivas de los relojes)– Métodos aproximativos muestran buenos resultados con
bajo ruido
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTime Of Arrival (ToA) & Time Difference of Arrival (TDoA)
![Page 38: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/38.jpg)
To
Mobile
TX
Anchor 1
RX
TOF,1
T1
Anchor 2 RXTOF,2
T2
Anchor 3 RXTOF,3
T3
Anchor 1
Anchor 2
Anchor 3
Mobile
Isochronous
Info
T2
Info
T3
Info
T2
Info
T3
TOAEstimation
TDOAEstimation
cTdTTT
cTdTTT
.~~~
.~~~
23232323
21212121
TDOAEstimationPassive Location
321 ,, TTT
TOAEstimation
Isochronous
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTime Difference Of Arrival (TOA) & One Way Ranging (OWR)
![Page 39: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/39.jpg)
Trilateración:
– N referencias son necesarias para obtener una
posición relativa de orden N-1
– Se necesitan por tanto las posiciones absolutas de 4
referencias, para poder tener la posición absoluta 3-D
de un dispositivo
– Existen algorimos de máxima verosimulitud
desarrollados, para estimar la posición del dispositivo,
haciendo uso de:
• Llegada del rayo principal (LOS)
• Umbral de Energía/Potencia
– El método más preciso en situaciones de LOS, es el
basado en la estimación del rayo principal
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTrilateración
![Page 40: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/40.jpg)
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoTrilateración
![Page 41: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/41.jpg)
Beacon 1
(x1,y1,z1)
Beacon 3
(x3,y3,z3)
Beacon 4
(x4,y4,z4)
Beacon 2
(x2,y2,z2)
Blind Node
(xM,yM,zM)
Localización Posicionamiento Smart Networking
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones Futuras
![Page 42: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/42.jpg)
• Cobertura global por medio de antenas
omnidireccionales
• Se necesita LOS para evitar mayores grados de
complejidad en el sistema, así como precisión en las
medidas
• Con bajas SNR, la detección es más complicada
Promediado, procesado, integración coherente, y bajo
duty-cycle
• La precisión es dependiente:
• del ancho de pulso, 1 GHz 1 ns 30 cm
• de la potencia recibida
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoMejoras en los requisitos de localización
![Page 43: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/43.jpg)
Cada nodo reenvia los paquetes de los otros nodos
Sin infraestructura, facil de desplegar, tolerante a fallos
Saltos cortos son buenos en términos de potencia y espectro
Gestión de la red dinámica y compleja
Nodo A
Nodo B
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoEnrutado en redes Ad-Hoc
![Page 44: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/44.jpg)
En redes pequeñas, algoritmos por inundación pueden ser eficientesy efectivos.
En redes grandes, no es eficiente Solución: Conocer el camino
Number of nodes
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoEnrutado en redes Ad-Hoc: La realidad
![Page 45: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/45.jpg)
A
B
CD
F
Radio de cobertura de C
E
G
• A envia un paquete a G
• C solo necesita conocer sus vecinos inmediatos para reenviar el mensaje hasta G
• En este caso, es necesario disponer del conocimiento de la posición de los vecinos Servicio de Localización
• Asumimos que cada nodo conoce su posición
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoEnrutado en redes Ad-Hoc: Conocimiento de la posición
![Page 46: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/46.jpg)
• Inundación para conocer la localización de los nodos (LAR, DREAM).– Número de mensajes intercambiado excesivo
• Servidor estático central de localización– Sistema no tolerante a fallos
– Excesiva carga de tráfico en la central, y nodos adyacentes
– El servidor puede estar muy lejos de algunso nodos, e incluso incomunicado en alguna situación
• Cada nopo actua como servidor para algunos de los adyacentes.– Bueno para el reparto de carga, y tolerante a fallos
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoPosibles Diseños de un Servicio de Localización
![Page 47: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/47.jpg)
• Distribuye la carga y tráfico entre todos los nodos
• La degradación del sistema es rapidamente resuelta en caso de caida de algún servidor
• Las solicitudes de información permanencen en entornos locales, pero la información es global
• El coste por nodo de almacenamiento y comunicaciones aumenta conforme la red crece
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoServicio de Localización Distribuido
![Page 48: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/48.jpg)
• Baja tasa de actualización riesgo de información no válida
– Los paquetes se pierden porque no pueden alcanzar el destino
• Alta tasa de actualización riesgo de congestión de tráfico
– Los paquetes de actualización, no dejan ancho de banda para la información
• Las rede grandes moviles ad-hoc, suelen sufrir de uno u otro riesgo Estudios de balance
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoServicio de Localización Distribuido: Retos del Grid Location Service en Redes Moviles
![Page 49: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Law enforcement
Intelligent transportation
• Competencia directa con los sistemas moviles 2.5G (GPRS), 3G(UMTS/HSDPA) y 4G (LTE)
Source: www.meshnetworks.com
(now www.motorola.com).
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones: Acceso Movil a Internet
![Page 50: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/50.jpg)
50
Source: www.meshdynamics.com
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones: Servicios de Emergencias
![Page 51: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/51.jpg)
51
Source: www.meshdynamics.com
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones: Comunicaciones Tácticas
![Page 52: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Source: research.microsoft.com/mesh/
• Acceso público a
Internet de Banda
Ancha
• Varios vecinos pueden
compartir sus
conexiones de banda
ancha
• Sin necesidad de ISPs
• Posiblemente en
desventaja y
enfrentamiento con los
ISPs
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones: Redes Comunitarias
![Page 53: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/53.jpg)
53
• Control y monitorización Remota
• Acceso a Internet en transportes públicos
• Sistemas Multimedia para el hogar
Source: www.meshnetworks.com
(now www.motorola.com).
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoAplicaciones: Otros ejemplos
![Page 54: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/54.jpg)
• Principales Características– Sistema Impulse Radio Ultra Wideband– Integra Comunicaciones con ranging/positionamiento– Basado en estimaciónd ela distancia por Time of Arrival– Permite implementar Smart Handover Basado en la distancia
a los puntos de acceso
• Comunicación Wireless– Banda de Frecuencia: 3-5 GHz (fc: 4 GHz, BW: 2 GHz)– Data Rate: 13 Mbps (pico)– Modulacion: OOK
• Información de Ranging– Basado en Two Way Ranging (TWR) & Time of Arrival (ToA)– Precisión en meia de 2 ns (60 cm) – Com procesado de señal básico hasta 5 cm
• Plataforma– 2 subsistemas:
• Placa de banda base a cargo de la demodulación, sincronización, y estimación de distancias
• Frontal de radio frecuencia, con generador de pulsos, y receptor de pulsos integrado
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoSistema Impulse Radio UWB
![Page 55: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/55.jpg)
• Principales Caracteristicas– Sistema basado en el TI chip CC2431, que integra un
motoro de localización– Software embebido: Z-stack™ de TI.– Estandard 802.15.4(PHY/MAC)– Rango de frecuencias de 2400 a 2480MHz
• Aplicación Personalizada:– Set-up del escenario– Monitorización del tráfico de la red– Localización y seguimiento de los nodos
• Características Técnicas– Potencia Tx: -1.9dBm– Sensibilidad Rx: -92dBm– Consumo de corriente: 31mA
• Información de Ranging– Basada en RSSI (Received Signal Strength )– Localización calculada en cada nodo– Localización dependiente del entorno y del número u
posición de los nodos de referencia
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoSistema Zigbee
![Page 56: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/56.jpg)
• Principales Carácteristicas– Integrado y de bajo consumo
– BW ~1GHz centrado en torno a 4.2GHz
– LDR @ 347 kbps (DBPSk)
– Cumple parcialmente con IEEE 802.15.4a
– Ranging por medio de estimación de ToA y MAC a medidas
– Muestreado Interno: 1/1.5bit @ 1Gsps
• Medidas de Localización Disponibles– ToA de los paquetes de ranging (@ res. 1ns), permitiendo
medidas RT-ToF con compensación de derivas del reloj.
– Link Quality Indicator y cunatización de la respuesta delcanal en 1- (bins de 8ns)
• Resumén de Resultados– Demostración de peer-to-peer ranging, con desviación
standard deviation de 20/30cm, con rango hasta 40m (pasillo interior)
14/06/2010
Slide 56 > WHERE Audit > WP0
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoSistema Impulse Radio UWB
![Page 57: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/57.jpg)
• Principales Características– MC-SS (33MHz BW, 40MHz BB clock, nominal
QSPK ½ @ ~29Mbps…)– RF trabajando en 2.4GHz, sistemas
alternativos en 5.8 GHz, pero con menor alcance
– Banda base espcífica para estimación del ToA, y nueva MAC
• Datos disponibles de localización– ToA (@ res. 25ns), permitiendo RT-TOF– Potencia cuantizada en 16 bits – RSSI cuantizada en 8 bits– Estmación del BER sobre las tramas
intercambiadas
• Resumen de Resultados– Tests de Peer-to-peer ranging (LOS), hasta
50m indoor y 100m outdoor
– Capacidad de combinar resultados de ToA y RSSI
Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la movilidad y el posicionamientoSistema MultiCarrier CDMA
![Page 58: Sistemas avanzados de comunicaciones basados en la ... · Introducción y Ámbito de Aplicación Perspectiva de las redes en Movilidad Técnicas de Estimación de la distancia, posicionamiento](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051918/600ab813e9041f65355eae5a/html5/thumbnails/58.jpg)
Muchas gracias por su atención
¿Alguna Pregunta?