Proyecto (Motriz) de
Excelencia de la
Junta de
Andalucía
TIC - 1572
(Convocatoria 2012)
(Febrero
2014 - Febrero 2018)
Investigador Principal:
Bartolomé
Rubio
Muñoz
Departamento
de Lenguajes y Ciencias de la Computación
(Despacho 3.2.45).
E.T.S.I.
Informática.
Universidad
de Málaga.
Bulevar
Louis Pasteur, Nº
35. Campus de Teatinos.
29071
Málaga.
Teléfono: +34
952132753
Fax: +34
952131397
e-mail: tolo@lcc.uma.es
Equipo del Proyecto:
- Álvarez Palomo, José
María
- Cañete Carmona, Eduardo
- Chen Gallardo, Jaime
- Díaz Rodríguez, Manuel
- Garrido Márquez, Daniel
- Llopis Torres, Luis Manuel
- Reyna Fortes, Ana
- Soler Castillo, Enrique
- Troya Linero, José
María
Presupuesto:
216.644
€
Empresa subcontratada (Proyecto Motriz):
CEMOSA
Propuesta:
Las
Redes Inalámbricas de Sensores y Actores (RISAC) han
recibido un
alto grado de
atención desde el punto de vista investigador en los
últimos años. Hoy en día,
la tecnología ha madurado suficientemente y está
siendo
utilizada en un amplio
rango de aplicaciones que van desde la monitorización
ambiental
a la gestión
energética eficiente en edificios.
Sin
embargo, el desarrollo de aplicaciones basadas en RISAC es
todavía bastante
artesanal y dependiente del dominio de aplicación. Esto
repercute en su grado
de adopción en muchos campos en los que podrían
tener un
gran impacto. Un
ejemplo de esta situación se encuentra en la
Monitorización y Protección de
Infraestructuras Críticas (MPIC). La utilización
de RISAC
en este entorno es
muy atractiva debido a su naturaleza distribuida y auto-adaptativa, lo
que les
puede permitir sobrevivir ante accidentes y/o posibles fallos de
operación.
Además, puede repercutir en una significativa
reducción
de costes con respecto
a los sistemas actuales centralizados basados en sensores cableados.
Sin
embargo, los actuales sistemas de monitorización basados
RISAC
no cumplen los rigurosos
requisitos de calidad de servicio (QoS) requeridos para el
ámbito de las
infraestructuras críticas, tales como fiabilidad, tolerancia
a
fallos y
respuesta en tiempo real. En los últimos años se
ha
avanzado en la definición
de protocolos y en tecnologías que proporcionen cierto nivel
en
este tipo de
requisitos. No obstante, su integración para el desarrollo
de
aplicaciones MPIC
de una manera fiable es una tarea muy compleja y
difícilmente
abordable si no
se dispone de un middleware y herramientas de soporte con un nivel de
abstracción adecuado. Este middleware debe facilitar el
diseño de aplicaciones
con restricciones severas de tiempo real y tolerancia a fallos, a
partir de la
colaboración de nodos distribuidos dinámicamente
interconectados mediante redes
inalámbricas no fiables.
En
los últimos años han aparecido numerosas
propuestas de
middleware adaptativos, centrados
en la red y que cubren parcialmente algunos de los requisitos
necesarios anteriormente
mencionados. Sin embargo, ninguno de los middleware existentes trata de
forma
integrada y global los requisitos más importantes.
Además, y sobre todo, no
permiten su configuración mediante la selección
de los
métodos y algoritmos
apropiados al tipo de aplicación. No todas las
infraestructuras
críticas son
iguales y aspectos como la topología, frecuencia de
monitorización y fiabilidad
de los sensores pueden requerir una combinación de
técnicas y algoritmos muy
dependientes de la aplicación concreta.
En
nuestra propuesta, MIsTIca (Monitorización
de Infraestructuras
Críticas basada en Tecnologías
Inalámbricas),
seguiremos
una aproximación en la que se integrarán en un
único marco de trabajo aspectos
como fiabilidad, tiempo real y tolerancia a fallos. Se
diseñará y construirá un
middleware que incorpore protocolos de enrutamiento adecuados para
proporcionar
los requisitos de QoS requeridos, al mismo tiempo que posibilite el
diseño de
aplicaciones mediante un modelo de servicios de alto nivel. Dicho
middleware
será altamente configurable y permitirá
seleccionar y
configurar los
componentes adecuados para cumplir con los requisitos impuestos por la
monitorización de una infraestructura concreta.
Los
resultados del proyecto se validarán
mediante el desarrollo de una aplicación concreta: la
monitorización de una
infraestructura ferroviaria, teniendo en cuenta la integridad
estructural tanto de los trenes como de las vías,
puentes y viaductos que forman parte de la red ferroviaria. Para esto
contaremos con la colaboración de CEMOSA, la empresa
subcontratada para este
proyecto motriz.
Objetivos:
El principal
objetivo del proyecto es proporcionar
un Marco de Trabajo basado en Redes Inalámbricas de Sensores
y
Actores para el desarrollo
de sistemas enfocados a la Monitorización y
Protección de
Infraestructuras
Críticas.
Con
el fin de llevar a cabo este objetivo
genérico, se proponen los siguientes objetivos
concretos:
- Desarrollo
de nuevos algoritmos
de enrutado, tiempo real
y tolerancia a
fallos que
puedan ser integrados de forma conjunta
para cumplir los objetivos combinados requeridos en las aplicaciones de
MPIC.
El objetivo es que distintos algoritmos puedan coexistir para cumplir
sus
objetivos de QoS.
- Integración
de estos algoritmos en un
middleware configurable
único para RISAC,
que proporcione esos requisitos
de QoS
(fiabilidad, tolerancia a fallos y tiempo real) necesarios para el
despliegue
de sistemas para
la MPIC. Este
middleware estará soportado por un conjunto de herramientas
de
análisis y
configuración que permitan adecuar el mismo a los requisitos
de
un problema
concreto.
- Diseño
de un modelo
de programación basado en servicios y
eventos que
proporcione un grado de abstracción adecuado para
desarrollar
aplicaciones
basadas en el middleware. En la definición de dicho modelo
se
considerará la integración
y/o
interoperabilidad del
middleware desarrollado con
el estándar
DDS de OMG.
- Desarrollo
de una
aplicación de monitorización de una
infraestructura ferroviaria con
objeto de mostrar la adecuación del marco de trabajo
propuesto
para el diseño y
desarrollo de sistemas para la MPIC. Este es un objetivo
de gran importancia del proyecto
y para cuya consecución
contamos con la experiencia de la empresa subcontratada.
Durante
la realización del proyecto se ha considerado oportuno ampliar
estos objetivos
concretos inicialmente establecidos en la petición del mismo con
los siguientes objetivos adicionales:
- Estudio de arquitecturas
que faciliten la integración
de las RISAC con la Computación en la Nube (CN). La
razón de este objetivo es que la CN se está vislumbrando
en la actualidad como una tecnología emergente para solventar
algunos de los inconvenientes de las RISAC, fundamentalmente a nivel de
restricciones de recursos en términos de memoria,
computación y energía. Las investigaciones en este
sentido y, de forma más genérica, en la
integración de Internet de las Cosas con la CN están
acaparando mucha atención en la actualidad.
- Diseño y desarrollo de
una arquitectura de integración
de nuestro middleware para RISAC con la CN. Esta
integracíón puede propiciar de forma efectiva la
recolección, el procesado, el almacenamiento y el
análisis en tiempo real de datos provenientes de RISAC,
facilitando el desarrollo de sistemas para la MPIC.
Sistemas
desarrollados:
Publicaciones:
[M. Díaz, C. Martín and B. Rubio 2015]
Lambda-CoAP:
An Internet of Things and Cloud Computing Integration based on the
Lambda Architecture and CoAP.
11th
International Conference on Collaborative Computing: Networking,
Applications and Worksharing (CollaborateCom 2015).
Wuhan, China, November 10-11,
2015.
[E. Cañete, J. Chen,
M. Díaz,
L.
Llopis, A. Reyna and B. Rubio 2015]
Using Wireless
Sensor Networks and
Trains as Data Mules to Monitor Slab Track Infrastructures.
Sensors, 15(7),
15101-15126, June
2015. doi:10.3390/s150715101
[E. Cañete, J. Chen,
M. Díaz,
L.
Llopis and B. Rubio 2015]
Sensor4PRI: A Sensor
Platform for the
Protection of Railway Infrastructures.
Sensors, 15(3),
4996-5019, February
2015. http://dx.doi.org/10.3390/s150304996
[J. Barbarán, M. Díaz and B. Rubio 2014]
A
Virtual Channel-based Framework for the Integration of Wireless Sensor
Networks in the Cloud.
International
Symposium on Intercloud and IoT (ICI 2014), held with the 2nd Int.
Conference on Future Internet of Things and Cloud (FiCloud 2014).
Barcelona, Spain, August 27-29,
2014.
[A.M. Grilo, J. Chen,
M. Díaz, D. Garrido and A. Casaca 2014]
An Integrated WSAN
and SCADA System
for Monitoring a Critical Infrastrucure.
Industrial Informatics, 10(3),
1755-1764, August
2014. doi:10.1109/TII.2014.2322818
[J. Chen, M. Díaz,
B. Rubio and J.M. Troya 2013]
RAISE: RAIlway
infrastructure health
monitoring using wireless SEnsor networks.
In Sensor Systems and Software;
M. Zuniga, G. Dini, Eds.; Springer: 2013; Volume 122, pp.
143–157; Revised
Selected
Paper of the 4th
International Conference
on Sensor Systems and
Software (S-CUBE), Lucca, Italy, June 11-12, 2013.
[J. Chen, M. Díaz,
B. Rubio and J.M. Troya 2013]
PS-QUASAR: A
publish/subscribe QoS
Aware Middleware for Wireless Sensor and Actor Networks.
Journal of
Systems and Software, 86(6),
1650-1662, June 2013. http://dx.doi.org/10.1016/j.jss.2013.02.028
[J. Chen, M. Díaz,
L.
Llopis, B. Rubio and J.M. Troya 2011]
A Survey on Quality
of Service
Support in Wireless Sensor and Actor Networks: Requirements and
Challenges in the Context of Critical Infrastructure Protection.
Published Online: 31
January 2011. doi:10.1016/j.jnca.2011.01.008
Journal of Networks and Computer Applications, 34(4),
1225-1239, July 2011.