10 papers WSNs

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Seleccion de 10 Papers para el Examen de

Competencias

Sergio Daz

Octubre 16, 2015

Sergio Daz Presentacion Examen de Competencias


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Failure Detection in Wireless Sensor Networks: A

Sequence-Based Dynamic ApproachIntroduccion

Actualmente existen dos formas de hacer deteccion de fallas.

Proactiva: Donde cada nodo reporta su estado y el de sus

links periodicamente.Desventaja 1: Costos de computacion y comunicacion quereducen el tiempo de vida.Desventaja 2: La deteccion tiene latencia debido a que elmensaje es periodico.

Pasiva: La informacion util para la deteccion de fallas puedeser extraida de paquetes regulares enviados al sink.

Desventaja 1: Baja precision y no es escalable.



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Sequence-Based Dynamic ApproachSBFD Componentes

Se propone SBFD (Sequence-Based Fault Detection) que tiene 4modulos:

IPT: In-network PacketTagging

NDB: Network Database

NPA: Network PathAnalysis

FDI: Fault Detection andIdentification



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Sequence-Based Dynamic ApproachIPT: In-network Packet Tagging

Se usa el Fletcher Checksum Algorithm

El sink lo utiliza paramonitorea e identificar loscaminos

Su valor depende de lassecuencias de los IDs

Ex: {3,0,1,2}vs{3,1,0,2}dan valores diferentes dechecksum


P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10


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Sequence-Based Dynamic ApproachNDB: Network Database

NDB guarda estadsticas asociadas con cada camino.

PAT: Nodo fuente,checksum, timestamp,frecuencia, lista de nodosdel path.

NAT: ID del nodo,timestamp


P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 P 8 P 9 P 10


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Sequence-Based Dynamic ApproachNPA: Network Path Analysis

Inicializacion NDB: Seinicializa con los caminosmas probables. El

algoritmo se corre sobreCTP.

Update NDB: NPAinspecciona el checksumde los paquetes que llegan

al sink.Si el camino existe seactualiza la NDB.Si el camino no existe yocurre 2 veces se enva

un mensaje de control.Sergio Daz Presentacion Examen de Competencias



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Sequence-Based Dynamic ApproachFault Detection and Identification

Fault Detection

Si el camino del nodo fuenteal sink no cambia, entoncesno hay falla. Caso contrarioaplica.Si un mensaje llega por elcamino antiguo, entonce lafalla no era persistente.Caso contrario aplica.

Si la falla es persistente seidentifica el nodo divergentey sospechoso.

Si el timestamp es recientese tiene que el nodo estafuncionando.




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Sequence-Based Dynamic ApproachFault Detection and Identification

Fault Identification.

Se envan mensajes decontrol de ida y vueltapara verificar el estado de

los nodos y de los links.




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Directional Diagnosis for Wireless Sensor NetworksVista General de DID

Node Tracing:

Sniffer dentro de losnodos

Node Collecting:Sink recolecta lainfo de los sniffers




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Directional Diagnosis for Wireless Sensor NetworksVista General de DID

Modelo deinferencia: Modelode probabilidadpara inferir las

causas de las fallas.

Prueba incremental:Si no se encuentrala causa entonces

se obtiene masinformacion deltracing collectingmodule.




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Directional Diagnosis for Wireless Sensor NetworksInformacion capturada por el sniffer

El sniffer captura elrelay list y el tracelist. En el paper seanaliza que nosobrepasa elrequeriemiento de

memoria para 1024nodos.




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p p p p p p p p p p

Directional Diagnosis for Wireless Sensor NetworksModelo de Inferencia Probabilistico

Los cuadrosnegros sonlas causas.Los cuadrosde otros

colores sonlos sntomas.Si el modelono encuentrala causa,entonces sepregunta por

nuevossntomas conel modulo deincrementalprobing.




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A self-adaptive fault-tolerant systems for a dependable

Wireless Sensor NetworksVista General de IDRS

MRP: Adapta laoperacion delprotocolo de

enrutamiento segunPacket SendingRate

RDA: Adapta segunel cambio del RSSI

RIRM: Da unsrespuesta segun laclasificacion de lafalla.




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Wireless Sensor NetworksRDA

Cuando c = 1se tiene que

hayinterferencia.No soloidentifica quehayinterferenciaDetermina si la

interferencia esfuerte, debil,corta o larga.




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Wireless Sensor NetworksRDA



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An autonomic bio-inspired algorithm for wireless sensor

network self-organization and efficient routingBiO4Sel

La probabilidad decada camino

depende de lacantidad deferomonas.

Las feromonas sonuna funcion de laenerga restante y elnumero de saltoshacia el sink.




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Optimizing Sensor Network Reprogramming via in-situ

reconfigurable componentsMotivacion

Se desea que los nodos se puedan reprogramar para:Arreglar bugs en el codigo

Actualizar el sistema operativo y las aplicaciones

Adaptar el comportamiento de las aplicaciones




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reconfigurable componentsComponent-based Programming

Se basa en Component-based Programming que consiste en:Se disenan sistemas independientes que se comunican porinterfaces.

Se actualiza unicamente un sistema, no todo el binario.




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reconfigurable componentsREMOWARE - Middleware

No se actualiza la imagen binaria completa, se reconfigura laporcion de software necesaria.

El paper integra modelos de programacion y modelos dereconfiguracion. Como programar para que el codigo seareconfigurable?

REMOWARE (Middleware): Mitiga el costo de realizarsoftware updates sobre el aire.

Dunkel et al 2000: Permite realizar upgrades modulares enContiki OS en tiempo de ejecucion, es decir, actualizandounicamente una fraccion del software.




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Es un middleware que soporta:

Preparacion del binario que se va a cargarDistribucion del codigo sobre el aireRuntime linkingAsignacion de memoria dinamicamenteRetencion del estado del sistema




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Pasos para reprogramar sobre el aire.




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Vista General




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Maquina de Desarrollo




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Context-Oriented Programming for Adaptive Wireless

Sensor Network SoftwareMotivacion

Adaptabilidad del Software.Dinamica del ambiente impredecible.

Requerimientos cambiantes.

Escacez de recursos (Memoria).




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Sensor Network SoftwareProgramacion Orientada a Contexto

Contexto: Modelar la situacion a la cual el WSN software senecesita adaptar.Multiples contextos combinados al mismo tiempo determinancomo el software se debe adaptar.

El paper se basa en un ejemplo de seguimiento de animales.




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Sensor Network SoftwareProgramacion NO Orientada a Objetos

Uso de la variableglobal

base station reachable.Dficil: Debugging,mantenerlo,ampliarlo.

Modificar el codigoen un lugar requierecambios en otroslugares.




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Sensor Network SoftwarePrincipios de Funcionamiento

Diferentes situacionescorresponden a

direfentes contextos.Funciones en capas(Layered Functions):Funciones cuyocomportamientocambia dependiendodel contexto,

transparente para elque llama la funcion.




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Sensor Network SoftwareCOnesC: Context-Oriented NesC

Seguimiento deAnimales.Sink alcanzable >Transmitir los datos.Sink No alcanzable > Guardar losdatos en la memoria.



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C O i d P i f Ad i Wi l


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Sink No Alcanzable.Se implementa lafuncion reportparaque guarde losdatos.



C O i d P i f Ad i Wi l


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El contexto cambiadrasticamente elcomportamiento de laaplicacion.

Dependencia: Siahora el sink estaalcanzable verificarque el animal seestaba moviendo.Check: Antes deactivar el contextoalcanzable, verificarque hay suficienteenerga.



C t t O i t d P i f Ad ti Wi l


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Relaciona uncontexto con otro.

Trigger: Se activael contextoUnreachablecomoconsecuencias deque el contexto Lowha sido activado.

El paperimplementa untraductor deCONesC a NesCusando javacc.



S lf Ad ti Middl f Wi l S N t k A


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Self-Adaptive Middleware for Wireless Sensor Networks : A

Reference ArchitectureMotivacion

IBM definio un famework abstracto para sistemas IT capacesde auto-manejarse (2005).

Sistema autonomo: Es una coleccion de elementosautonomos.

Elemento autonomo: Se compone de un manejador autonomoy un recurso manejado.

Manjeador Autonomo: Realiza 4 actividades: Monitorear,Analizar, Planear y Ejecutar (MAPE-K)



Self Adapti e Middle are for Wireless Sensor Net orks A


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Reference ArchitectureMAPE-K

Monitorear: Los elementos recolectan informacion importantea traves de los sensores para conocer el estado actual del

sistema.

Analizar: Se biscan sntomas del comportamiento actual y eldeseado.

Planear: Decide si es necesario adaptar el sistema.

Ejecucion: Se implementan los cambios necesarios en elsistema.



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Self Adaptive Middleware for Wireless Sensor Networks : A


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Reference ArchitectureGoal Management Layer

Application Manager: Monitorear los datos sensados y ajustarlos requerimientos de la aplicacion.

Adaptation Policies Manager: Definir las polticas de

adaptacion y enviarla a las capas de NML y SML.Inspection Manager: Recibir una realimentacion de laadaptacion de la red.





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Reference ArchitectureNetwork MAPE-K Layer

Network Monitor:Monitorea la informacionde contexto y la enva alanalizador de la red.

Network Analyser:Detecta sntomas paradeterminar la necesidadde adaptacion.

Network Planner: Planeauna nueva configuracionuna vez que recibe unapeticion del networkanalyser.





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Reference ArchitectureSensor MAPE-K Layer

Sensor Manager: Manejael comportamiento de losnodos.

Sensor Analyser:Recolecta informacion decontexto y detectasntomas

Sensor Planner: Planeauna reconfiguracion unavez que una anomala esdetectada.



Elon: Enabling Efficient and Long-Term Reprogramming


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for Wireless Sensor NetworksMotivacion

Reprogramacion sobre el aire.

Actualizar el software del nodo

Corregir bugs del software

Corregir bugs de seguridad





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Elon: Enabling Efficient and Long Term Reprogramming

for Wireless Sensor NetworksProblemas

Problemas asociados.

El tamano del codigo a transmitir no puede ser muy grande.

Reiniciar el nodo para que tome los cambios es costoso,implica correr nuevamente algoritmos de auto-configuracion.

Es deseable evitar escribir en memoria flash porque consumeenerga. MSP430F1611 opera en 1.8 v, pero cuando escribe

en flash gasta 2.7 v. (Solamente se puede reprogramar enflash en los primeros 23% de tiempo de vida de la red.)





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for Wireless Sensor NetworksContribucion del paper

Contribucion.

(Disminuir el tamano del codigo): Define Componentes

Reemplazables que necesitan ser constantementereprogramados. El kernel no cambia tanto, la aplicacion s.Limita los modulos que luego se pueden reemplazar.

Solamente se reinicia el componente reemplazable.

El codigo reemplazable es escrito en la memoria RAM, paraevitar el gasto de energa.





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for Wireless Sensor NetworksDefinir Componentes Reemplazables.

Componente Reemplazable: Consiste de Codigo reemplazable,Datos reemplazables.





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for Wireless Sensor NetworksSystem Interfaces.

Las interfaces de sistema son lmites entre el componentereemplazable y componentes del kernel.

Las aplicaciones necesitan identificar las interfaces del sistemapara aceder a los servicios del kernel.





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g g p g g

for Wireless Sensor NetworksReinicio Parcial.

Reiniciar parcialmente para no tener que volver a realizarauto-configuracion.

El codigo reemplazable se posiciona en la RAM El codigocabe en la RAM? Depende de la complejidad de la aplicacion.



An alternative Clustering Scheme in WSN


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El algoritmo se basa en informacion local.

Creacion de ClustersDeteccion y Correccion de fallas en Clusters





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gCreacion de Clusters

Se usa logica difusa.

Metrica: Energa, centralidad del nodo y distancia local delnodo.El nodo con mayor metrica es el CH, tambien lista los nodosCMs en orden de mayor a menor metrica para conocer los

Backup CHs.





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gCDeteccion y correccion de fallas.

Los CM incluyen lametrica en susmensajes al CHpara actualizar lalista.

Los CH revisanconstantemente susmetricas, si no esmayor de un

threshold seleccionaun BCH de su lista.

Se usa TDMA paraverificar si el CH yCMs estan vivos.



A General Self-Organized Tree-Based Energy-Balance


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Routing Protocol forWireless Sensor NetworkFases del Algoritmo de arbol

Algoritmo para la creacion de arbol con 4 etapasEs distribuido

Incluye balanceo de carga

Fase Inicial.

Fase de contruccion del arbol

Fase de transmision y recoleccion de datos auto-organizada

Fase de intercambio de informacion





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Routing Protocol forWireless Sensor NetworkFase Inicial

El sink broadcast un mensaje informando: Tiempo de inicio,la duracion del tiempo de slot y el numero de nodos.

Los nodos calculan su energa restante. Se enva un beaconcon la energa y la posicion. Los nodos conocen sus vecinos.

Cada nodo enva la informacion de sus vecinos.

Al finalizar esta etapa el nodo conoce SUS vecinos, y los

vecinos de sus vecinos.





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Routing Protocol forWireless Sensor NetworkFase de contruccion del arbol

El sink selecciona un nodo root y broadcast su ID y suposicion.Cada nodo selecciona un padre usando la energa restante y ladistancia.

La distancia entre el padre y el sink debe ser menor que ladistancia entre el nodo y el sink. Sink < padre < nodo.


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