domingo, 19 de mayo de 2013

[Lab RT] Actividad 12: Redes Ad-hoc

Para ésta semana continuamos con los temas de lecturas científicas, ahora el tema es referente a técnicas de usabilidad en sistemas de cómputo ubicuo, el documento seleccionado fue:

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MANET POSSIBLE APPLICATIONS WITH PDA IN WIRELESS IMAGING ENVIRONMENT

 El paper aparece en: IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications
 Tipo de producto: Conferencia
Fecha de publicación: 2002 
Autores: M. Guarnera, M. Villari, A. Zaiaz, A. Puliafito
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Resumen

El paper ya tiene un poco de tiempo, menciona que los sistemas de comunicación inalámbrica se están convirtiendo en una tecnología que permite acceder, compartir y procesar datos. Los futuros usuarios tendrán acceso a internet inalámbrico a través de dispositivos tipo PDA. Las redes ad-hoc móviles o MANET son parecidas a las redes inalámbricas pero que no dependen de la presencia de una infraestructura por cable. Se identifican algunos de los posibles campos de aplicación de tales sistemas inalámbricos, analizando sus ventajas y desventajas.


Introducción

Gracias a los últimos avances tecnológicos, los dispositivos móviles están disponibles para cualquier usuario, su  potencia computacional es casi comparable con la de algunas computadoras de escritorio. Esto ha llevado a la creación de un nuevo tipo de mercado donde se ofrecen dichos dispositivos para desarrollar nuevos y sofisticados servicios con el fin de acceder a los datos en cualquier lugar y en cualquier momento. Los PDA aprovechan dichos servicios, y suelen almacenar información confidencial. Actualmente los dispositivos móviles se adaptan a cualquier situación  y las redes ad hoc permiten seguir esta dirección, ya que se pueden crear con cualquier dispositivo compatible y en cualquier tipo de ambiente ya que no necesitan ninguna infraestructura.
Los campos de aplicación de estas redes puede ser:


  • Militar: es decir, es posible equipar soldados con dispositivos en entornos enemigos para que puedan comunicarse entre sí.
  • Red de área personal, es decir, impresoras, PDA, teléfonos móviles, aplicaciónes de negocios.
  • Aplicaciones civiles, es decir, taxis, coches, aplicaciones de emergencia, dispositivos de emergencia.
  • Dispositivos de inteligencia en el hogar.


Una gran cantidad de desafíos se interponen en el desarrollo de esta tecnología inalámbrica como un ancho de banda, la falta de estándar global, el mercado, etc.
A pesar de ello, una gran cantidad de oportunidades se dan.

En el paper se demuestra cómo MANET persegue el objetivo de comunicarse en cualquier momento y en todas partes al pasar de un lugar a otro. Se presentan algunas aplicaciones posibles que pueden ser desarrolladas en un entorno MANET y se analiza un prototipo de  cómo crear un sistema de procesamiento de imágenes a distancia mediante un servicio corriendo en una red ad-hoc.


Red Ad hoc


Son ​​redes inalámbricas que se han caracterizado por la correr en ausencia de una infraestructura fija. El uso de este tipo de redes se hace en circunstancias especiales, tales como eventos desastrosos, la reducción o eliminación del cableado y el intercambio de información entre los usuarios independientemente del medio ambiente.


Los dispositivos que pertenecen a la red son capaces no sólo para transmitir y recibir datos, sino también para gestionar todas las funciones de la red en un entorno distribuido, así como implementar métodos de enrutamiento de paquetes, seguridad, QoS, etc. Los dispositivos no son sólo terminales, se trata de nodos que tienen una interfaz inalámbrica, y son por lo general sistemas móviles de varios tipos, desde los sencillos como PDA hasta computadoras portátiles. Estas redes se caracterizan por tener un ancho de banda limitado con capacidad variable, son topologías que varían en el tiempo dependiendo no solo de la posición de los nodos, sino también en función de la terminales, ya que pueden entrar y salir de la red en cualquier momento, sin embargo la conectividad de la red debe mantenerse a fin que las aplicaciones y los servicios funcionan correctamente.

La desventaja es que cuentan con una cantidad limitada cantidad de memoria y energía, la cual generalmente depende de la potencia de una batería.
La comunicación entre los nodos se puede hacer a través de caminos multi-hop. Por otra parte, para la inserción de un nodo a la red se necesita que toda la configuración necesaria sea automática.

Las topologías de red pueden ser variadas, se basan en las aplicaciones a las que se destinan las redes. Para construir redes ad hoc, es posible usar dos tecnologías: IEEE 802.11 y Bluetooth.
El estándar IEEE 802.11 representa una buena plataforma para implementar redes ad hoc, ya que es muy simple. Bluetooth representa realmente una red de área personal (WPAN) y permite la conexión de dispositivos dentro de radio de diez metros.


Aplicaciones


Se propone un sistema de adquisición de imágenes. Para ello se requiere de una cámara digital con un cable de interfaz de red, una webcam inalámbrica, el PDA va conectado a una cámara fotográfica digital, algunos teléfonos móviles y PDAs equipados con una cámara. Todos estos dispositivos se conectan con el fin de crear una red ad hoc.


a) Transferencia de archivos:
Podría se útil tener la posibilidad de descargar las imágenes adquiridas por otros dispositivos en forma de thumbnails para su pre-visualización. Para ello, es necesario establecer una conexión inicial e intercambiar información tal como las capacidades de vídeo, tipo de imágenes para descargar, tipo de pantalla en los dispositivos, la cantidad de colores en las pantallas, etc. De esta manera se es posible codificar las mismas para que sean compatibles con el máximo número de dispositivos.}

b) Mando a distancia
Podría ser útil tener la capacidad de controlar el dispositivo a distancia. Con ello sería posible tomar una foto con otros dispositivos y utilizar las herramientas de edición de imagenes individualmente, tales como el balance de blancos, el formato, dimensiones y calidad.

c) Visualización a distancia
Si algunos dispositivos conectados no cuentan con una pantalla para ver las fotos recien tomadas, a través de la pantalla de otro dispositivo sería posible ver la foto tal y como se tomó. Podría ser útil seleccionar uno de los dispositivos conectados y convertirlo en un visor. El servicio podría ser gestionado por un solo dispositivo y éste decide qué dispositivo de la red va a ver la fotografía.
El servicio tiene que tener en cuenta las características de la red en términos de la banda disponible. El paper menciona un ejemplo:
Una imágen con resolución VGA (640x480), no se puede transmitir como una secuencia VGA por una red 802.11, para transmitirla se requiere una velocidad de 15 fps, y un ancho de banda de 40Mbps.
Por lo tanto, en primer lugar, tenemos que escalar cada frame a resolución QSIF (160x120) o QCIF (176x144). Por otra parte, las imágenes a escala no pueden ser de color, ya que en este caso
tenemos tres veces la cantidad de datos del sensor. La solución podría estar en comprimir los datos con un algoritmo simple, como IGS, y luego transferir la trama codificada por la conexión inalámbrica.
Todo ello para ahorrar un 83% del ancho de banda.

d) Videoconferencias
Se espera que la configuración de la red permita que nuevos usuarios se unan al servicio y desconectar en cualquier momento. Los mecanismos de seguridad deben ser implementados a nivel de aplicación para evitar que usuarios no deseados se unan a las videoconferencias.

e) Procesamiento remoto
Podría ser útil utilizar los demás dispositivos como co-procesadores de color a partir de los datos en bruto del sensor. Obtener la imagen de un dispositivo a distancia y realizar a distancia el proceso de color.


Procesamiento de imágenes en un entorno MANET

Para el prototipo presentado en paper se utilizan algunos dispositivos PDAs inalámbricos y una LCDC (Low Cost Digital Camera) como dispositivo de adquisición de imágenes. Los dispositivos interconectados entre sí emulan cámara fotográfica digital. La conexión se realiza con un RS232 a 15Kbps. El entorno de la aplicación consiste en dos tipos de aplicaciones: un emulador en las PDAs y otro emulador de DSC. El software es capaz de determinar el número de dispositivos HLE (que han cargado el software de gestión de imágenes adecuado) y  decidir a quién enviar las imágenes adquiridas.

A través de la aplicación gráfica que se ejecuta en los PDA, es posible conocer en todo momento y en cualquier lugar, el número de dispositivos de adquisición de vídeo que están conectados a la red. Y es posible controlar alguno a distancia.

Los resultados de las pruebas realizadas han establecido un alcance máximo de red de 50 metros. 

Para mejorar el rendimiento del sistema diseñado es necesario adoptar el sistema operativo Embedded Linux ya que permite mantener toda funcionalidad descrita anteriormente y permite utilizar protocolos y arquitecturas oficiales y no oficiales para comunicación inalámbrica. Además utilizar una herramienta desarrollada por el MIT que ofrece enrutamiento, descubrimiento y mecanismos de localización geográfica. 


Conclusión
Las redes ad-hoc (MANET) pueden correr bastantes tipos de aplicaciones y sistemas inalámbricos de comunicación personal. A pesar de que se han pensado originalmente para fines militares y situaciones de emergencia, las MANET son aptas para acceder a información multimedia en diversos dispositivos. El paper ya es algo viejo, actualmente se tienen mejores métodos, más rápidos y confiables para la compartición de contenido multimedia, tal es el caso del protocolo DLNA, sin embargo, me parece una buena aproximación para la implementación de éste tipo de redes, posiblemente no es la primera investigación de este tipo pero es una buena aproximación.


Referencias


M. Guarnera, M. Villari, A. Zaiaz, A. Puliafito, 2002, MANET Possible applications with PDA in wireless imaging environment, publicado en "IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications" [conferencia], recuperado el 18 de mayo de 2013 desde http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1046573

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