Servicios de Comunicaciones Móviles

Transcripción

combinando Redes PAN y WAN
II Jornadas sobre Tecnologías Inalámbricas
Hands on Wireless & Mobile
Auditorio Parque Tecnológico, Edificio 101 , Zamudio, Bizkaia
16 de Noviembre del 2005
Dr. Diego López de Ipiña
[email protected]
Facultad de Ingeniería (ESIDE), Universidad de Deusto, Bilbao
Cátedra de Telefónica Móviles
Universidad de Deusto, Bilbao, SPAIN
. . . . . . . . .
Cátedra de Telefónica
Móviles
Universidad
de Deusto
Universidad de Deusto
.. .. . . . . . .. .. . . . . .
Contenido
1. Servicios de comunicaciones móviles
2. Redes PAN y WAN:
•
•
Capacidades
Posibilidades de combinación
3. Inteligencia Ambiental (AmI)
4. Dispositivos móviles de última generación
5. Proyectos de Investigación que siguen la ecuación:
redes PAN/WAN + dispositivos móviles = AmI
•
•
•
MobileSense
COMMBOTS (COMmunicating MicroBOTS)
EMI2lets
Diego López de Ipiña
Móviles
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• Servicio Computacional donde el
componente de movilidad es integral
– Usa alguna red de comunicación
– Permite al usuario acceder a sistemas
back-end mientras en movimiento
• Servicio Comunicación Móvil = redes +
dispositivos móviles + back-end
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Clasificación de Redes
• Tipo de transmisión:
– Broadband
– Punto a punto
• Tipo de transferencia: simple, half-duplex y fullduplex
• Medio de transmisión:
– Cableadas
– Inalámbricas
• Según su alcance y expansión:
– PAN (Personal Area Networks)
– LAN (Local Area Networks)
– WAN (Wide Area Networks)
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Personal Area Network (PAN)
• Una PAN es una red de comunicación entre
dispositivos computacionales (móviles, PDAs,
PCs) alrededor de una persona
• Características:
– Alcance de pocos metros (1-100 metros)
– Usos:
• Crear redes ad-hoc
• Pasarela a otra red (Internet)
– Tipos:
• Cableadas (USB, FireWire)
• Inalámbricas (Bluetooth, IrDA, UltraWideband, Zigbee,
Wi-Fi??)
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Wireless PAN y LAN
• Métodos de comunicación de bajo
consumo energético que usan ondas de
radio para transmitir datos entre
dispositivos:
– Bluetooth
– Zigbee
– Wi-Fi
– Etc …
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Wide Area Network (WAN)
• Red de ordenadores que cubre un área
geográfica muy amplia
• Ejemplos:
– Internet
– GPRS/UMTS
– WiMAX
• Se utilizan para conectar redes LAN
(Local Area Networks)
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Evolución Redes Públicas Datos
• Gran evolución redes públicas de datos últimos 10 años:
– 2G (14,4 Kbps con CSD)
• GSM (CSD o HSCSD)
– 2.5G (30-140 Kbps)
• GPRS
– 2.75G (180 Kbps)
• EDGE
– 3G (384-1920 Kbps)
• W-CDMA (UMTS, FOMA)
• En un futuro próximo aparecerán:
– 3.5G (hasta 14.4 Mbps)
• HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) en Japón
– 3.75G
• HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)
– 4G (Pervarsive Networks, inter system handovers )
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Usos Redes Públicas Datos
• Videoconferencia móvil
• Bajar contenido multimedia (música y
vídeo)
• Broadband connection on the move
(tarjeta PCMCIA UMTS/GPRS)
– 58 €/mes 1,5 GB
– 1 €/MB
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Redes PAN/WLAN
•
•
•
•
RFID?
Bluetooth
Zigbee
Wi-Fi
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Radio Frecuency Identification (RFID)
• Tecnología que ha alcanzado gran popularidad
• Consiste en un pequeño tag adherido a cualquier
objeto que puede transmitir datos a un receptor
– RFID substituirá a los códigos de barras
• Tipos de tags:
– Pasivas
– Activas
RFID Tag
Radiofrecuencia
RFID Reader
• Usos:
PC
– Logística: palets y productos
– Tráfico: VIA-T
– Animales
RFID Tag
• Estándar de codificación EPC Global
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RFIF Tags
ACTIVAS
PASIVAS
Fuente de energía
Interna
Transferida en la señal del
receptor
Batería
Sí
No
Disponibilidad de corriente
Continua
Sólo cuando se encuentra
cerca de un lector
Fuerza de señal requerida
Muy baja
Muy alta
Rango
Hasta 100 metros
Entre 3 y 5 metros
Lectura de varias etiquetas
simultáneamente
Miles de tags a velocidades
de hasta 150 Km/h
Varios cientos a 3 metros
del lector
Almacenamiento de información
Hasta 128 kbytes, con
capacidades de lectura y
escritura, búsqueda, acceso
aleatorio, etc…
128 bytes de lectura
Acceso a la información
Read/Write y read-only
Read-only
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Combinando RFID y GPRS/3G
• La combinación de RFID y GPRS abre interesantes
oportunidades de negocio:
– Tocar y navegar
• Recibir información de un objeto
• Mantenimiento de máquinas
– Tocar y grabar
• Tocar un sensor y guardar sus datos
– Tocar y enviar
• Alertar llegada de un pedido
– Tocar y llamar
• Tag en tarjeta de negocio produce llamada
• RFID puede posibilitar la interacción inteligente de los
objetos con su entorno
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Bluetooth
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Inicialmente concebido para eliminar los cables
Diseñado para ser ligero y portable
Basado en redes ad-hoc
Integra mecanismo de descubrimiento
Permite la comunicación punto a punto y broadcast
(piconets)
Opera en el rango de frecuencias de 2.4GHz
Dos tipos de tráfico: voz y datos
Bluetooth 1.2 700 Kbps
Uso principal en oficina, telefonía móvil, coches
Bluetooth 2.0: 2Mbps + velocidad, menor consumo y
compatible
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Ventajas y Desventajas de Bluetooth
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Movilidad y facilidad de
instalación
Descubrimiento lento
Posible transmitir con
obstáculos
Tasa de transferencia
baja
Uso mundial
Corto radio de
comunicación
Problemas de seguridad
(gusano Cabir)
Bajo consumo y costo
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Combinando Bluetooth y GPRS/3G
• Su combinación permite beneficiarnos de lo mejor de
los dos mundos:
– Bluetooth es gratuito y ofrece buena velocidad
– GPRS/3G es de pago y muchas veces más lento (GPRS)
• Ejemplos:
– Habilitar parquímetros localmente vía Bluetooth y
remotamente vía GPRS
– Grupo de sensores comunicándose con un servidor que vía
GPRS propaga resultados
– Balizas permiten la descarga de aplicaciones gratuitas vía
Bluetooth que acceden a contenido premium mediante GPRS
• Podríamos todavía beneficiarnos de las características de
tarifación gracias a la SIM de los móviles
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Ejemplo Combinando Bluetooth y GPRS/3G
• BT Fusion es una propuesta lanzada en Junio
del 2005 por British Telecom:
– http://www.btfusionorder.bt.com/
• Requisitos:
–
–
–
–
Funciona con el Motorola V560
BT Home Hub
Línea fija de BT
Acceso Broadband a través de BT
• ¿Por qué se ha tardado tanto?
– Cliente Skype para Pocket PC
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Voice over IP (VoIP)
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Zigbee
• Diseñada para ser más simple y
consumir menos que otras WPAN como
Bluetooth
– Definida por estándar IEEE 802.15.4
– Alcance 75 metros, velocidad 250 Kbps
• Dirigida a aplicaciones con baja
transferencia de datos y consumo
energético
– Redes de sensores
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Wi-Fi
•
•
Conjunto de estándares para redes inalámbricas basado en las
especificaciones IEEE 802.11.x (802.11, 802,11a, 802.11b, 802.11g, etc)
Utilizado para:
•
•
Adolece de roaming para servir como reemplazo a las redes celulares
WEP y WPA para seguridad
– Crear redes locales
– Acceder a Internet
– Teléfonos inalámbricos de VoIP
NORMA
BANDA DE
FRECUENCIA
MODULACIÓN
ALCANCE
VELOCIDAD
MÁXIMA
NUM. MAX.
CANALES SIN
SOLAPAMIENTO
802.11b
2,4 GHz
DSSS
100 m
11 Mbps
3
802.11a
5 GHz
OFDM
50 m
54 Mbps
12
802.11g
2,4 GHz
OFDM
100 m
54 Mbps
3
802.11n
2,4-5 GHz
OFDM
100 m
100 Mbps
3
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Wi-Fi
802.11a
Ventajas
•
802.11b
Alta velocidad de
transmisión.
•
•
•
Desventajas
•
•
No tiene QoS.
No trabaja sobre
una banda libre en
todo el mundo.
•
•
802.11g
Dispositivos de muy bajo
coste.
Grandes comunidades
de usuarios.
Banda libre en todo el
mundo.
•
Tampoco tiene QoS,
Comparte la banda con
muchísimos aparatos
cotidianos (hornos
microondas, Bluetooth,
teclados y ratones
inalámbricos...).
•
•
•
•
Mejora de velocidad
respecto a 802.11b.
Mejora de alcance
respecto a 802.11b.
Banda libre en todo el
mundo.
Existencia de QoS.
Comparte la banda
con muchísimos
aparatos cotidianos
(hornos microondas,
Bluetooth, teclados y
ratones
inalámbricos...).
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Comunidades Wi-Fi
• La proliferación de redes Wi-Fi está dando
lugar a fenómenos como el Warchalking
• Se han creado numerosas comunidades de
usuarios e incluso compañías
– http://www.air-bites.com
– Martin Varsavsky ha creado www.fon.es
• Propuesta de red unificada para compartir ancho de
banda
– Usuarios Linus y Bills
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Ejemplo Comunidades Wi-Fi
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Combinando Wi-Fi y GPRS/3G
• La última tendencia en comunicaciones viene dada
por los teléfonos Wi-Fi (http://www.wifiphone.org/)
– Es necesario que las operadoras se planteen dar un
servicio híbrido
• Requerimientos:
– Números no geográficos (prefijo 51)
– Servicios software de voz sobre IP
• SkypeIn y SkypeOut
– Linksys CIT200 Skype phone
• Modelos con GPRS/3G y WiFi, 2006:
– Sony Ericsson P990 UMTS y Wi-Fi:
– Nokia N80, N91 y N92
• http://www.engadget.com/entry/1234000817066219/
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WiMAX
• Acrónimo de Worldwide Interoperability for
Microwave Access
– IEEE 802.16 es un grupo de trabajo especializándose en
point-to-multipoint broadband wireless access.
• Mejora la capa MAC de Wi-Fi, mayor ancho de banda
y mejor encriptación
• WiMAX cubre el área MAN mientras que Wi-Fi LAN
• Todavía en estado embrionario, tests muestran
alcance de entre 5-8 Km, 500-2000 Kbps
• Algunos apuntan su utilidad para dar conectividad de
“última milla”
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Comparación Redes PAN y WAN
ANCHO DE BANDA
GPRS
UMTS
30-70 Kbps,
EDGE (200 Kbps)
384-1920 Kbps
DISTANCIA
Bluetooth
Zigbee
Wi-Fi
WiMAX
720 Kbps
20 – 250
Kbps
10 / 11 / 54
Mbps
280 Mbps
10 – 100 m
100 m
50-100 m
8 – 50 Km
BANDA DE
FRECUENCIA
900MHz /
1800MHz /
1900MHz
2 GHz
2.4GHz
868Mhz /
915Mhz /
2.5Ghz
5/2.5/2.5 GHz
5.8 / 2.5 /3.5
GHz
COBERTURA
Global
Global
WPAN
WPAN
WPAN
MAN
USO
Redes de área
global
Redes de área
global
Conexión de
dispositivos
Conexión de
dispositivos
Redes de área
local
Redes de área
metropolitana
MADUREZ
Madura
Semi-madura
Semi-madura
Incipiente
Madura
Incipiente
APLICACIONES
Comunicación.
Datos y Voz.
Communicación
voz, datos,
multimedia
Sincronización
dispositivos.
Comunicación
datos y voz.
Comunicación
de datos.
Comunicación
de datos.
Establecimiento
de LAN.
Comunicación
de datos.
Establecimiento
de MAN.
Consumo Batería
Alto
Alto
Medio
Bajo
Alto
Alto
Características
Alta movilidad y
largo alcance,
roaming
Alta movilidad,
Búsqueda de
Bajo coste y
largo
alcance,de Comunicaciones
dispositivos y
consumo.
Servicios
Móviles
roaming
perfiles
de
aplicación.
Velocidad y
Velocidad y
flexibilidad.
largo
Hands on Wireless
& alcance.
Mobile
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Ambient Intelligence (AmI)
• Visión donde los humanos están rodeados de dispositivos
computacionales y redes de ordenador accesibles por Interfaces
Inteligentes
– Promovido por el grupo de consejo ISTAG de la Comisión Europea
• AmI se centra en el usuario:
–
–
–
–
User friendliness
Provisión efectiva y distribuida de servicios
Mejora las capacidades de usuarios
Soporta sus interacciones de una manera natural
–
–
–
–
sensibles al contexto
responsivos
interconectados
inteligentes
• Los sistemas deben ser:
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Líneas de Investigación de AmI
• Para que AmI se haga realidad necesitamos:
– Hardware no intrusivo
• miniaturización, nanotecnología, dispositivos inteligentes,
sensores
– Infraestructura de comunicación móvil y fija
transparente
– Redes dinámicas y masivas de dispositivos
computacionales
– Interfaces de interacción naturales
• agentes inteligentes, interfaces multi-modal, sensibilidad
al contexto
– Robustez y Seguridad
• privacidad, autenticación
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Dispositivos Móviles de Última Generación
• Los dispositivos móviles …
– Facilitan nuestras vidas:
•
•
•
•
Comunicación (anywhere/anytime)
Entretenimiento (juegos y contenido multimedia)
Asistentes digitales personales (PDA)
Candidatos ideales para intermediar entre nosotros y el entorno
•
•
•
•
•
Soporte multimedia (captura/reproducción imágenes/audio, DVB-H)
Comunicación local (Bluetooth/Wi-Fi) and global (GPRS/UMTS)
Mejor poder de procesamiento y almacenamiento
Localización (GPS en móviles en Japón a partir del 2007)
Facilidad de programación (MIDP, Symbian, SmartPhone OS, Brew)
– Son cada vez más potentes …
• Los dispositivos móviles pueden intermediar entre
nosotros y el entorno (MAYORDOMOS)
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Nokia N91
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
SO: Symbian OS v9.1
Programación: Symbian y Java™ MIDP 2.0, CLDC 1.1
Interfaz de usuario: Series 60 Platform 3rd Edition
Dimensiones: 13.1 x 55.2 x 22 (mm)
Peso: 160g
Pantalla: 176 x 208 pixels
Cámara: 2 megapixel (1600 x 1200 pixels) con 8x
digital
Navegador: XHTML
Conectividad: Bluetooth® 2.0, USB 2.0, 3G, WLAN
802.11b/g
Memoria: 4 GB
Disponible Navidad 2005
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Proyectos Prácticos
• Proyectos de Investigación que siguen
la ecuación: redes PAN/WAN +
dispositivos móviles = AmI
– MobileSense
– COMMBOTS (COMmunicating MicroBOTS)
– EMI2lets
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MobileSense
• MobileSense – proyecto que responde a
la pregunta: ¿Es posible añadir
capacidad sensorial a nuestros móviles?
• Usado para:
– Incrementar accesibilidad
– Facilitar la interacción con entornos
inteligentes
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Motivation
• Ambient Intelligence (AmI) involves the convergence:
– Ubiquitous Computing and Communication
– Context-Awareness
– Intelligent User Interfaces
• To make ubiquitous environments reality is necessary to
populate environments with proprietary hardware and
network infrastructure
– Access to services
– Sense user context
• A key factor to extend the adoption (deployment
and use) of AmI is to use off-the-shelf hardware
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Context-Aware Computing
• A key part of a sentient system is to gather the user
context so that it adapts its behaviour to the user situation
• TRIP (Target Recognition using Image Processing):
– identifies and locates tagged objects in the field of view of a
camera
• Requires:
– off-the-shelf technology: cameras+PC+printer
– specially designed 2-D circular markers
– downloadable software uses well-known Image Processing and
Computer Vision algorithms
• Cheap, easily deployable Æ can tag everything:
– e.g. people, computers, books, stapler, etc
• Provides accurate 3-D pose of objects within 3 cm and 2°
error
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TRIP 2-D Marker

radius encoding sectors

1
even-parity sectors
2-D barcode with ternary code
Easy to identify bull’s-eye:
– invariant with respect to:
- rotation
- perspective
– high contrast
sync sector

2 16 bit code encoding rings:
– 1 sector synchronisation
2
0
* 10 2011 221210001
TRIPcode of radius 58mm and ID 18,795
–
–
–
–
2 for even parity checking
4 for bull’s-eye radius encoding
39 = 19,683 valid codes
313 = 1594323 without radius
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Improving TRIP

– 2 for even parity checking
– 1517 = 98526125335693359375 = 266 codes

Applied to:
– Encode 48 bit BLUETOOTH_ADDR
– 8 character http://tinyurl.com addresses
– http://tinyurl.com/8ggaj <-->
http://wap.deusto.es
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Target Recognition Process
Stage 0: Grab Frame
Stage 1: Binarization
Stage 2: Binary Edge Detection
Ellipse params:
x (335.432), y (416.361) pixel coords
a (8.9977), b (7.47734) pixel coords
θ (15.91) degrees
Bull’s-eye radius: 0120 (15 mm)
TRIPcode: 002200000 (1,944)
Translation Vector (meters):
(Tx=0.0329608, Ty=0.043217, Tz=3.06935)
Target Plane Orientation angles (degrees):
( α=-7.9175, β=-32.1995, γ=-8.45592)
d2Target: 3.06983 meters
Stage 3: Edge Following & Filtering
Stages 4-7: Ellipse Fitting, Ellipse Concentricity Test, Code
Deciphering and POSE_FROM_TRIPTAG method
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MobileEye
• Current Smart Phones technical
features allow transferring the TRIP
concept from PCs to mobiles
• A mobile phone augmented with the
MobileEye system can offer:
– Augmented views of objects
– Allow the interaction with the web service
representatives of the objects
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MobileEye
Still Life: Vase with
Fifteen Sunflowers
Oil on canvas
100.5 x 76.5 cm.
Arles: January, 1889
Tokyo: Sompo Japan
Museum of Art
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MobileEye Architecture
MobileEye
Server
<?xml version="1.0"?>
<EnvML>
<object>
<code>61002</code>
<name>Mobility book</name>
<desc>Book about Mobile Agents</desc>
<img>http://www.deusto.es/library?img=123 </img>
<action>http://www.deusto.es/library?book=123</action>
</object>
</EnvML>
Parsed image
response in XML
captured
image
Móviles
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MobileEye Implementation
• MobileEye client:
–
–
–
–
Uses Bluetooth SDP to discover co-located MobileEye servers
Transfers Jpeg images through Bluetooth RFCOMM or GPRS
Player displays EnvML content received
Sends 11 160x120 pixel jpeg per second = 200 Kbps
• MobileEye server:
– Receives images through either Bluetooth or GPRS
– Applies TRIP processing to obtain the ID of a MobileEye
object
– Transforms WSDL of discovered object into EnvML
– Processes 30 160x120 pixel JPEG fps in a 3.2 GHz Bluetoothenabled Pentium IV
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MobileSense
• Evolution of MobileEye concept
– Adding senses to mobiles
– MobileSense = mobile + sensors
• Solves two problems of other available solutions:
– Only address a single disability collective
– Not freely available
• Features:
– Applicable to any last generation mobile phone, i.e. MIDP 2.0compliant
– Generic accessibility platform Æ not restricted to a specific
collective
– Works both in controlled environments (work, home Æ Bluetooth)
and open spaces (street or fields Æ GPRS).
• Operation:
– Delegates the multimedia processing through Bluetooth or
GPRS/UMTS to MobileSense Server.
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MobileSense Server
• Receives multimedia content through Bluetooth or
GPRS:
– Transforms text into voice by means of FreeTTS
• Returns WAV files which are reproduced on the mobile
– Undertakes TRIP ringcode tags recognition
• Returns metadata (XML) of object recognised
– Recognizes text using GOCR
• Returns decoded string
– Understands basic voice commands with Sphinx4
• Returns string with command recognised
– Detects colours
• Returns WAV with colour recognised
• Works as a web server for global requests and a
Bluetooth server for local requests
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MobileSense Architecture
MobileSense (MobileEye + MobileEar + MobileVoice) Server
Processing results:
subtitles or sound
Media to process:
images and sound
MobileSense Client
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MobileSense in Action
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MoMu: the Mobile Phone as a Guiding Device
• MoMu (Mobile Museum) transforms a
mobile phone into a guiding device
– Communication and multimedia features of
mobiles to obtain enriching views of artworks
• Each room in a museum equipped with a
MoMu server
• MoMu client on the mobile detects available
Bluetooth server and obtains info from it by
browsing or through TRIP sightings.
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MoMu: Discovering and Browsing
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MoMu: Pointing and Browsing
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Despliegue MoMu
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Arquitectura MoMu
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Summary MobileSense
• Interactions with our environment can be facilitated
by means of mobile phones
– Smart Phones + sensorial capabilities = Sentient Devices
• Applications of Sentient Phones:
– Add accessibility features to mobile phones
– Interaction with Smart Objects, e.g. paintings in a museum.
• Apps downloaded through Bluetooth may serve as
hook to connect to pay services through GPRS or 3G
• Disponible en:
http://www.ctme.deusto.es/mobilesense
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COMMBOTS
• COMMBOTS (COMmunicating
MicroBOTS)
– Ilustra potencial de la combinación de M2M
Robótica
– Continúa el trabajo de MobileSense
• Los robots son controlados a través de
dispositivos móviles
Móviles
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Motivación
• La Robótica es utilizada en:
– Industria
– Últimamente en lugares más esotéricos,
e.j. casa o espacio (Mars Rovers).
• Normalmente, los robots ofrecen
mecanismos de comunicación limitados
y poco flexibles.
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Comunicación M2M
• Los sistemas de Redes Públicas de Datos están
emergiendo como mecanismos robustos para la
comunicación máquina a máquina (M2M)
• Por ejemplo:
– Un conjunto de sensores de tráfico equipados con
capacidades telemáticas podría propagar info al sistema de
control de semáforos para ajustarlos al tráfico actual.
• Algunos usos típicos de M2M son:
–
–
–
–
–
Telemetría
Recolección de datos y logística
Robótica
Mantenimiento y seguridad
Telemedicina
Móviles
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Objetivos de COMMBOTS
• Identificar las posibilidades de combinar
Robótica y M2M
• Demostrar control en tiempo real de un
dispositivo remoto es posible mediante redes
públicas de datos
• Evaluar papel que robots autónomos o
semiautónomos pueden jugar en AmI
– Concepto CareBOT (control local Bluetooth)
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Visión COMMBOTS
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Arquitectura de COMMBOTS
• Arquitectura cliente/servidor/cliente de
3 capas dirigida a facilitar comunicación
end-to-end entre estaciones de control
y MicroBots.
• Compuesta de 3 componentes:
– Microbots
– El Microbots Proxy
– Las Estaciones de Control
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Arquitectura de COMMBOTS
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COMMBOT
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El COMMBOT
• Diseñado para efectuar varias tareas:
– recoger y analizar datos de sensores
– recoger muestras físicas
– grabar y transferir imágenes
• Cada COMMBOT contiene:
– Extremidades: ruedas + motores para dar movilidad al BOT.
– Sensores para capturar información del entorno, e.j.
luminosidad, temperatura, imágenes.
– Cuerpo: estructura para dar estabilidad y peso al robot.
– Cerebro: dos unidades de procesamiento para gestionar
motores, sensores y transmisión de datos
• Microcontrolador PIC16F873
• Unidad de comunicación OWA22A
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Módulo de Comunicación M2M
• Las tareas de mayor demanda computacional realizadas por el
módulo owa22A-BT (CPU ARM7 of 60MIPS and 2 MB RAM ) de
OWASYS:
– Comunicación entre el microbot y el microbots proxy
– Control cámara digital (CMUCAM2) Æ recuperación y compresión de
imágenes
• El módulo owa22A equipado con versión reducida de Linux y API en
C/C++, para su programación:
– Comunicación GSM e IO (Input/Output) y TCP/IP (iNet), GPS o RS-232.
• ¿Por qué el módulo no corre un servidor Web/WAP?
– Funcionalidad común concentrada en el MicroBots Proxy.
– Las direcciones IP asignadas por los operadores no son públicas
– Sí puede ejecutar un servidor Bluetooth
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PIC16F873
• El microcontrolador MICROCHIP PIC16F873
realiza:
– Comandos de control sobre los motores del
microbot
– Controla sus sensores/actuadores
• Proporciona:
– Gran flexibilidad en la variedad de
sensores/actuadores incluidos
– Proporciona respuestas eficientes
– Notificación en tiempo-real del estado del MicroBot
informando al proxy de los cambios producidos
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MicroBots Proxy
• Componente central de la arquitectura COMMBOTS:
– Evita que el módulo GPRS esté permanentemente conectado
a la red, y escuchando activamente a peticiones.
– Permite a un MicroBot ser accesible, incluso cuando su
dirección IP es una NAT (Network-Address-Translation)
– Evita el bloqueo de conexiones por cortafuegos del operador
– Factoriza funcionalidad común de las estaciones de control:
• Una caché previene la comunicación redundante con microbots.
– Mantiene un snapshot del estado de los microbots.
• Tolerante a fallos de comunicación
– Reinicia conexiones con microbots de manera transparente
a estaciones de control.
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Características MicroBots Proxy
• Hay 3 conexiones abiertas entre el módulo de OWASYS y
el proxy:
– Conexión para recepción de comandos MP y el envío de respuestas
(MicroBot Protocol).
– Conexión PUSH para la captura de imágenes.
– Conexión PUSH para envío de alertas, garantiza que el proxy
mantenga una copia actualizada del estado del microbot
(temperatura, luminosidad, estado batería)
• Dos mecanismos para limitar la apertura innecesaria de
conexiones GPRS desde los microbots:
– Mensajes de texto de control para activar/desactivar y
parametrizar las conexiones abiertas por el MicroBot.
– Llamadas perdidas para inducir al BOT a conectarse/desconectarse
del proxy
• Servicios Web disponible en http://www.ctme.deusto.es
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Estaciones de Control COMMBOTS
• Las estaciones de control envían
comandos de control/monitorización al
Microbots Proxy que los delegará al
MicroBot pertinente:
– Estaciones de control Web/WAP
– Estaciones de control como aplicación
móvil
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Estaciones de Control Web/WAP
• Usan HTTP/WSP para
enviar comandos y
reciben respuestas en
XHTML o WML
• Interfaz Web generada
por MicroBots Proxy Web
Component:
– Programado con ASP.NET
Mobile Web Controls
– Genera contenido web
comprimido (AcceptEncoding: gzip,
deflate)
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Estaciones de Control Móviles
• Utilizan sockets TCP
para transmitir
comandos en binario
– Estación de control
con Compact.NET
para Pocket PC
– Estación de control
J2ME/MIDP 1.0 para
móviles
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El Protocolo MP
• El Microbot Protocol (MP) cumple un doble objetivo:
– usar mensajes del tamaño más pequeño y
– evitar confirmación o mensajes innecesarios
• Para:
– Incurrir en los gastos GPRS mínimos
– Reducir tanto ancho de banda como lantencia
• Inspirado en WBXML y teniendo en cuenta las
limitaciones de TCP para entornos wireless
• Tres categorías de comandos:
– Movimiento y velocidad
– Sensores: temperatura, luminosidad, anti-colisión, baterías
– Actuadores: cámara digital, luces
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Optimizaciones de Comunicación
• Las siguientes optimizaciones han sido
aplicadas para conseguir control telemétrico
en tiempo real vía GPRS:
– Caché en MicroBots Proxy Æ evita comunicaciones
innecesarias con los MicroBots
• segundo salto de red
– Transmisión de imágenes mediante UDP y cacheo
de la última imagen COMMBOT en Proxy
– Compresión de los datos XHTML enviados a
Pocket PC
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Resultados de Rendimiento
• Comando de movimiento (50 bytes) enviado
entre Control Stations y MicroBots:
Device
Mean (secs)
Standard Deviation
(secs)
Mobile Phone MIDP 1.0
2.68
1.23
PDA Compact .NET
4
1.67
PDA Web
5.54
1.36
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Resultados de Rendimiento
• Imagen enviada (2.3K) entre MicroBots Proxy
y Control Stations:
Device
Mean (secs)
Standard Deviation
(secs)
Mobile Phone MIDP 1.0
(tcp)
3.89
2.05
PDA Compact .NET (tcp)
3.724
2.722
PDA Web (http)
6
1.91
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Concepto CareBOT
• Propone el diseño e implementación de un Sentient
MicroBot para ayudar a gente con necesidades
especiales (paralítico, anciano)
– Comprueba variables ambientales y reacciona para ayudar a
una persona en sus actividades diarias (modelo ECA)
• Actúa autónomamente o puede ser controlado
remotamente:
– Recibe comandos de una persona en la misma localización
mediante Bluetooth o Wi-Fi
– Remotamente de un Centro de Control mediante GPRS
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Concepto CareBOT
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Resumen COMMBOTS
• COMMBOTS muestra potencial de combinar robótica + M2M
– Demuestra la viabilidad de añadir mecanismos flexibles de comunicación
móvil a MicroBots
– Sirve de referencia a futuros proyectos que pretendan controlar maquinaria
desde una estación central mediante redes públicas de datos
• Queremos extender el proyecto COMMBOT con CareBot (control local)
• Los resultados obtenidos muestran que:
– Controlador basado en Web desde dispositivo móvil GPRS no ofrece
comportamiento en tiempo real.
– El diseño de un protocolo adaptado a entornos wireless y las optimizaciones
del MicroBots Proxy permiten:
• Control en tiempo real a través de GPRS desde estaciones móviles ejecutando
clientes propietarios (MIDP o Compact.NET).
• Más información en: http://www.ctme.deusto.es/COMMBOTS
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EMI2lets
• EMI2lets (Environment to Mobile
Intelligent Interaction Objects) –
plataforma middleware para:
– Creación de Espacios Inteligentes
– Generación de clientes de control de
objetos en entornos
• creación del mando remoto universal
• Basado en previo trabajo en
COMMBOTS y MobileSense
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Motivation
• Latest mobile devices are ideal to act as
intermediaries between us and the
environment:
– Aware (Sentient) Devices (MobileSense)
– Powerful devices
– Always with us anywhere at anytime
• Our mobile devices can turn into our
personal butlers
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Objectives
• Our goals are to build Smart Spaces and
transform mobile devices into Universal Remote
Controllers of Anything Anywhere at Anytime
– Mobile devices equipped with Bluetooth, cameras,
barcode or RFID are sentient devices
– A Smart Space is a container, either indoors or
outdoors, of Smart Objects
– A Smart Object is an everyday object (e.g. door) or
device augmented with some computational service.
• Definition of suitable AmI architectures may be
a good starting point to make AmI reality
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EMI2lets Platform I
• EMI2lets is a middleware to facilitate the
development and deployment of mobile
context-aware applications for AmI spaces.
• This software platform provides the
infrastructure to:
– convert physical environments into AmI spaces
• augment daily life objects with computational services
– transform mobile devices into remote controllers
of those Smart Objects
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EMI2lets Platform II
• EMI2lets is an AmI-enabling middleware
– addresses the service discovery and interaction aspects
required for active influence on EMI2Objects
• Follows a Jini-like mechanism and Smart Client
paradigm
– once a service is discovered, a proxy of it (an EMI2let) is
downloaded into the user’s device (EMI2Proxy).
– An EMI2let is a mobile component transferred from a Smart
Object to a nearby handheld device, which offers a graphical
interface for the user to interact over that Smart Object
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Design Objectives
1. Transform mobile devices into remote universal controllers of
Smart Objects
2. Enable local (Bluetooth, Wi-Fi) and global access (GPRS/UMTS)
to Smart Objects
3. Develop middleware independent of a particular discovery or
interaction mechanism.
– Abstract the programmer from the several available discovery
(Bluetooth SDP or wireless UPnP discovery) and interaction
mechanisms (RPC or publish/subscribe).
– Allow this middleware to easily adapt to newly emerging discovery
(e.g. RFID identification) and interactions means
4. Make use of commonly available hardware and software
features in mobile devices
5. Generate software representatives (proxies) of smart objects
which can be run in any platform
– “write once run in any device type” philosophy
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EMI2lets Deployment
Smart Object
Smart Object
EMI2let Server
EMI2let
EMI2let
back-end
EMI2let
back-end
EMI2let transfer
Handheld device
…
(PDA,mobile phone)
Handheld
EMI2let … device
EMI2let
(PDA,mobile phone)
EMI2let to back-end
communication
EMI2let
EMI2EMI2let
let runtime
…
EMI2let runtime
EMI2let Server
2
EMI let
EMI2let Server
EMI2let
EMI2let
back-end
EMI2let
…
EMI2let
EMI2let
back-end
EMI2let
back-end
EMI2let transfer
…
EMI2let
Player
EMI2let
Player
…
EMI2let Designer
Designer
EMI2let
EMI2let Framework
EMI2let
EMI2let Server
EMI2let
back-end
…
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EMI2lets Platform Deliverables
•
The EMI2lets platform consists of the following
elements:
–
–
–
–
–
A programming framework
An integrated development environment, named EMI2let
Designer
A runtime environment installed on EMI2let-aware devices
for executing downloaded code.
An EMI2let Player to discover, download, verify and control
the execution life of a downloaded EMI2let.
An EMI2let Server which acts as repository of EMI2lets and
as running environment of EMI2lets server-sides
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How does it work?
GPRS
Development
Upload to the
server
Discover
Download
Interact
Reproduction
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EMI2lets Internal Architecture
EMI2let Abstract Programming Model API
Abstract-to-Concrete Mapping
Interaction
Mapping
Presentation
Mapping
Persistence
Mapping
Discovery
Mapping
…
SOAP over Wi-Fi,
GPRS/UMTS or
Internet
EMI2Protocol over
Bluetooth RFCOMM
Bluetooth Service
Discovery (SDP)
UPnP Service
Discovery
TRIP-based Service
Discovery
RFID-based Service
Discovery
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EMI2 Internals
• 3-tier software architecture
• EMI2 framework defines 4 programming
abstractions:
–
–
–
–
Discovery
Communication
Presentation
Persistency
• An EMI2let plug-in = abstraction implementation
– Common plug-ins: Bluetooth, Wi-Fi, UPnP
– Special purpose: TRIP (Target Recognition using Image
Processing)
• Assembly fusion at runtime
– Reflection does the magic!!!
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TRIP EMI2let Plug-in

(http://www.ctme.deusto.es/trip)
– 2 for even parity checking
– 1517 = 98526125335693359375 = 266 codes

Applied to:
– Encode 48 bit BLUETOOTH_ADDR
– 8 character http://tinyurl.com addresses
– http://tinyurl.com/8ggaj <-->
http://wap.deusto.es
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EMI2lets Applications
• We have created EMI2lets for different
application domains:
– Accessibility: blind (bus stop), deaf
(conference)
– Home/office automation: comfort (lights),
entertainment (WMP), surveillance
(camera)
– Industry: robot
– Public spaces: restaurant, parking, airport
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Summary EMI2lets
•
EMI2lets = middleware providing universal active
influence to mobile devices over Smart Objects:
–
–
–
–
–
•
Transforms mobile devices into universal remote controllers.
Enables both local and global access to those Smart Objects
(anywhere/anytime).
Independent and extensible to the underlying service
discovery and interaction, graphical representation and
persistence mechanisms.
Enables AmI spaces using conventional readily-available
hardware and software.
Follows a “write once run in any device type” philosophy
EMI2lets won the Spanish Imagine Cup 2005
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Conclusión
• Hemos revisado las principales tecnologías de
redes PAN y WAN
• La combinación de redes PAN y WAN puede
generar interesantes aplicaciones en el
dominio de AmI
• Hemos descrito tres de esas aplicaciones que
al menos combinan GPRS/3G con Bluetooth
• Creemos que no habrá tecnologías WAN o
PAN predominantes
– Es necesaria la interoperabilidad entre ellas y el
roaming entre redes
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Preguntas

Servicios de Comunicaciones Móviles

Transcripción

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24. Técnicas de Desarrollo para Dispositivos Móviles con .NET

Very SmartPhone.NET Contenidos

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