Implementación de una plataforma hardware/software de una red de sensores inalámbrica para un entorno inteligente

Aborda la implementación de múltiples dispositivos capaz de monitorizar datos ambientales (temperatura, luminosidad, humedad, etc.) utilizando por ejemplo sistemas SCADA, pero el tener una plataforma para un entorno inteligente todos los componentes que integran esta red de sensores tienen que albergar un sistema operativo para tener la capacidad de procesamiento, realizando tareas fáciles o aprendidas. Se quiere además que los componentes tengan determinadas características como una comunicación inalámbrica, que sean de tamaño pequeño, capacidad de relación con otras redes y de bajo costo. Se observa en tesis relacionadas a esta, que han hecho esfuerzos en conseguir una red de sensores con las características descritas, pero que no han podido lograrlo en todos los componentes. Se han implementado redes de sensores utilizando la PC como base estación, componente que recibe todos los datos captados del ambiente por parte de los nodos sensores, generando dificultad en el despliegue de los dispositivos en lugares accidentados, encareciendo el costo excesivamente y además que no resuelve la movilidad por no tener la capacidad de relacionarse con redes como GSM/GRPS. Por consiguiente, la presente tesis tiene como propósito implementar una red de sensores inalámbricos a través de una plataforma de hardware/software, utilizando nodos sensor, nodo sumidero y un SBC o mini computadora de bajo recursos como estación base que estará conectado al nodo sumidero, que ejercerá de puerta de enlace para la recolección de datos de los nodos sensor. En el análisis, se determinó la viabilidad técnica, la definición del modelo lógico y físico, y la implementación de la plataforma.Tesi

Simulación e implementación de una red de sensores inalámbrica multisalto para la medición de consumo energético en un edificio

[ANGLÈS] This project will study the use and implementation of wireless sensor networks for the measurement of energy consumption in a building. Given the short range of these networks, and with the aim of covering the whole building, multihop communications protocols will be studied.[CASTELLÀ] En los últimos años han tomado especial relevancia en el ámbito de las I+D+I, las redes inalámbricas de sensores WSN (Wireless Sensor Networks), donde pequeños dispositivos compactos y económicos llamados nodos-sensores, tienen la capacidad de sensar, detectar y suministrar datos a otros sistemas. Las WSN se están aplicando en muchos ambientes y con distintos propósitos. Estas redes están compuestas por nodos-sensores de bajo costo y bajo consumo que cooperan entre sí, los cuales se comunican inalámbricamente y están especialmente diseñadas para redes con pérdidas y recursos limitados de memoria. En este proyecto se propone implementar y simular una red inalámbrica de sensores multisalto en el edificio B4 del PMT (Parque Mediterráneo de la Tecnología) de Castelldefels, en el cual reside el centro de investigación CTTC (Centro Tecnológico de Telecomunicaciones de Catalunya). Para poder llevar a cabo el escenario, se ha desarrollado una aplicación que permite a los nodos comunicarse entre ellos, la cual medirá las condiciones climáticas de cada estancia, el estado de la batería del propio sensor y el consumo eléctrico en tiempo real de los splits del aire acondicionado del edificio. Dado el corto alcance de estas redes y procurando cubrir todo el área de la construcción, se han estudiado e implementado protocolos de comunicaciones multisalto. Esta red estará constituida de varios nodos “senders” los cuales se encargarán de realizar las medidas y transmitir la información recolectada a un nodo central llamado “sink” para su procesamiento. Los senders también actúan como relays de tal modo que se forma una red mesh. El sink estará conectado a un PC al cual le enviará por serial todos los datos recolectados. Con este TFC, se propone evaluar los diferentes tipos de sensores y sistemas operativos que existen en la actualidad dando especial importancia a las motas Z1 de Zolertia, con el sistema operativo Contiki que aún no se ha desarrollado) para dichas motas, con su simulador Cooja, y a su vez los algoritmos y protocolos de comunicación eficientes que este sistema operativo implementa, que permitan a los nodos recolectar, procesar y trasmitir los datos sobre la red. Los parámetros principales que se desean caracterizar del escenario son las pérdidas ocasionadas en la transmisión y posteriormente la latencia experimentada por los paquetes dentro de la red

Diseño e implementación de componentes software para dar soporte a la plataforma MEWiN en el sistema operativo Contiki

El presente proyecto final de carrera que tiene como título: "Diseño e Implementación de componentes software para dar soporte a la plataforma MEWiN en el sistema operativo Contiki" pretende dar soporte software al dispositivo MEWiN desarrollado. En la actualidad el sistema operativo Contiki es uno de los más utilizados en el ámbito de las redes inalámbricas de sensores, dada su característica de código libre y su alta escalabilidad. La mayoría de fabricantes de dispositivos electrónicos usados en redes de sensores tienen en proyecto dar soporte en este sistema operativo a sus equipos, con lo que se ha considerado importante compatibilizar un dispositivo hardware desarrollado en el seno de la universidad con un sistema operativo tan popular y con las ventajas de Contiki. Para llevar a cabo esta labor, el proyecto se ha desarrollado en varias fases que, en si mismas, constituyen objetivos intermedios del proyecto: 1) Búsqueda, estudio y análisis del estado del arte en dispositivos WSN y en sistemas operativos. 2) Análisis de las limitaciones del sistema ZigBee de Texas utilizado en el sistema MEWiN actualmente. Comparativa con Contiki 3) Instalación y configuración del sistema operativo Contiki en Ubuntu bajo LINUX. 4) Adaptación del sistema para poder compilar y cargar código en el dispositivo MEWIN. 5) Creación de las bibliotecas necesarias para poder utilizar de manera intuitiva y sencilla los periféricos de MEWiN en Contiki: modulo de almacenamiento en tarjeta SD, RTC y módulo de radio.Escuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialUniversidad Polítécnica de Cartagen

Estudio e implementación de un sistema de seguimiento de vehículos con una red de sensores inalámbrica

La memoria de este proyecto recoge el estudio realizado para desarrollar un sistema de seguimiento de vehículos basándose en su firma magnética. La firma magnética de un objeto es la manera en que ese objeto produce perturbaciones únicas en el campo magnético terrestre por el hecho de ser metálico por tanto conociendo la firma magnética de un vehículo y detectando esas perturbaciones se puede determinar por donde está circulando. En las páginas siguientes se va de menos a más en nivel de complejidad, se comenzará introduciendo las redes inalámbricas de sensores, que son las encargadas en este proyecto de monitorizar las firmas magnéticas, después se describirán los elementos software y hardware para poder trabajar con ellas, seguidamente se pasará a explicar que son, como son y como se pueden utilizar en este sistema de seguimiento las firmas magnéticas, posteriormente se describirá el sistema diseñado y para finalizar se mostrarán las conclusiones extraídas de este proyecto.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de TelecomunicaciónUniversidad Politécnica de Cartagen

Diseño, implementación y evaluación de un protocolo de tiempo para redes de sensores inalámbricas

Este Proyecto Fin de Carrera se encarga de desarrollar un protocolo de tiempo para redes de sensores inalámbricas (Wireless Sensor Networks, WSN). Una WSN es una red que consiste en una serie de dispositivos autónomos (nodos sensores) distribuidos en un área susceptible de estudio y que cuentan con restricciones en cuanto a capacidad de cómputo, comunicación y energía se refiere. Estos dispositivos usan sensores para supervisar y monitorizar condiciones físicas o ambientales, tales como la temperatura, humedad, sonido, presión o agentes contaminadores, entre otros. Estos dispositivos hacen posible medir variables en sitios inaccesibles y en cualquier condición, es decir llegan donde el hombre no puede, pero son limitados tanto en tiempo de vida como en su propio hardware. Una de sus grandes limitaciones es que no comparten ningún reloj que les permita tener una referencia horaria, por lo que operaciones que deben realizarse de manera sincronizada entre los nodos (por ejemplo, activación de la radio) pueden verse afectadas negativamente. En este estudio se pretende desarrollar un protocolo de comunicación que permita tener todos los nodos de una red sincronizados. El sistema construido estará formado por los nodos sensores que muestrean la información y la transmiten al nodo base o gateway. Este hace de puente entre la red y el centro de datos (PC), donde se visualizan los paquetes recibidos para su posterior estudio. __________________________________________________________________________________________________________________________________This Project takes charge of the developing of a time protocol for wireless sensor networks (WSN). A WSN is a network that consists of a set of autonomous devices (sensor nodes) distributed over an area capable of sensing the environment and that possess restrictions as computation, communication and energy. These devices use sensors to supervise and monitor physical or environmental conditions such as the temperature, humidity, sound, pressure or contaminating agents, among others. These devices make possible to measure variables in inaccessible sites and in any condition. However, these devices have limited lifetime and strong hardware restrictions. One of the main limitations is that they do not have a clock that allows them to have an hourly reference, and then synchronized operations (like radio activation) can be negatively affected. This study tries to develop a protocol of communication that allows the nodes of a network be synchronized. The system was built by mean of a set of nodes that get samples from the environment and delivery them to the base station or gateway, which is the bridge between the network and the data center (PC) where the packages can be visualized and processed for further study.Ingeniería Técnica en Informática de Gestió

Localización de nodos dentro de una red inalámbrica de sensores

Este proyecto consiste en la implementación de un algoritmo de localización de nodos dentro de una red inalámbrica de sensores (WSN). Para ello hemos desarrollado unas rutinas en NesC utilizando el sistema operativo TinyOS orientado a redes de sensores WSN. La técnica de localización empleada se denomina DV hop y permite localizar un nodo desconocido por medio del numero de saltos de un mensaje enviado a la red de sensores donde se han empleado nodos repetidores de primer nivel y nodos repetidores de segundo nivel. El hardware utilizado son los nodos sensores denominados motas que trabajan bajo la el estándar IEEE802.15.4 y además disponen de una interfaz USB, que a través de ella pueden ser conectados a un ordenador para ser configurados o para poder visualizar los datos recibidos en un hiperterminal de Linux o Windows. Este proyecto lo hemos dividido en tres capítulos bastante bien diferenciados. En primer lugar se hará una introducción de una serie de conceptos teóricos relacionados con las redes WSN tales como sus características principales, utilidades, dispositivos que se utilizan, y las principales técnicas de localización de nodos, centrándonos en el algoritmo DV hop utilizado en la implementación practica de nuestra WSN Posteriormente, se explicará el funcionamiento de cada una de las aplicaciones desarrolladas mediante diagramas de flujo y configuraciones realizadas y como han sido preparadas para su correcto funcionamiento. Por ultimo, una vez implementadas las aplicaciones necesarias, a partir de dos escenarios propuestos para comprobar su funcionamiento, se mostrarán los resultados obtenidos en las pruebas realizadas

Optimización del consumo de energía en aplicaciones de redes de sensores inalámbricas

This End Career Project focuses on knowledge and use of wireless sensor networks (WSN) technology. This project builds a system that allows monitoring the temperature of a building to determine its energy efficiency. On the other hand, it will develop a model to determine the consumption of a sensor node and estimate its life time within the network. The system consists of three applications. The first one, which is installed into sensors nodes, will monitor the temperature of a building and send this information through the network to the gateway node. The second one will be installed into the gateway node and it will gather all the information circulating from the network and forward it to a base station. The last one, installed on the base station, will display and store all the information from the sensor network for further study. The sensor nodes are devices that have energy constraints owing to its wireless nature. The model to be built reveals the consumption of a node running a certain application and estimate the battery life. Thanks to this model it is possible to compare the energy consumption behaviour of a node for different implementations of an application, in order to seek the maximum lifetime of a sensor node. ________________________________________________________________________________Este Proyecto Fin de Carrera se centra en el conocimiento y uso de la tecnología de redes de sensores inalámbricas (Wireless Sensor Networks, WSN). En este proyecto se construye un sistema que permite la monitorización de la temperatura de un edificio para determinar su eficiencia energética. Por otro lado, se desarrollará un modelo que permita conocer el consumo de un nodo sensor y estimar su tiempo de vida dentro de la red. El sistema a construir consta de tres aplicaciones. La primera, instalada en los nodos sensores, monitorizará la temperatura ambiente de un edificio y enviará esta información a través de la red hasta el nodo gateway. La segunda aplicación, instalada en el nodo gateway, se encargará de obtener toda la información que circule por la red y reenviarla a una estación base. Y una tercera, instalada en la estación base, permitirá visualizar y almacenar toda la información proveniente de la red de sensores para su posterior estudio. Los nodos sensores son dispositivos que soportan grandes restricciones energéticas debido a su naturaleza inalámbrica. El modelo a desarrollar permitirá conocer el consumo que realiza un nodo ejecutando una determinada aplicación y estimar la duración de las baterías. A partir de este modelo es posible comparar el comportamiento del consumo energético de un nodo según las distintas implementaciones de una aplicación, con el objetivo de buscar aquella maximice el tiempo de vida de un nodo sensor.Ingeniería Técnica en Informática de Gestió

Propuesta de una Red de Sensores Inalámbricos para un Sistema Inteligente de Iluminación Pública en la Ciudad de Arequipa

La evolución tecnológica actual, trajo consigo una cierta inclinación por equipos de cada vez menor tamaño, con capacidad de procesamiento, conectividad inalámbrica y de bajo costo. Con esto surgieron nuevas tecnologías que permiten evolucionar, simplificar, y mejorar, en suma, las problemáticas actuales que afectan a la sociedad, ya sea mediante un mecanismo, método o procedimiento para la solución de un problema. En este proyecto proponemos, analizar y evaluar una Red de Sensores Inalámbricos, para la problemática actual del consumo eléctrico y económico, generada por la iluminación pública de la ciudad de Arequipa. Para esto se realizó un estudio de las diferentes tecnologías existentes de hardware y software, con la meta de proponer soluciones viables para este entorno urbano. La Red de Sensores Inalámbricos presenta un concepto relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos mediante sensores, estos se caracterizan por su fácil despliegue y por ser auto-configurables, pudiendo convertirse en todo momento en emisor o receptor. Con esto se pretende brindar una iluminación pública más eficiente, con el fin de generar un ahorro energético y económico para la población, pudiéndose esto aplicar en calles, parques, avenidas importantes, en zonas de alta delincuencia, plazas, etc. En nuestro caso proponemos esta tecnología en una zona residencial del distrito de Mariano Melgar situado en la ciudad de Arequipa. Palabras Clave: Red, Sensores, Inalámbricos, Inteligente, Iluminación

Gestión y monitorización de contenedores intermodales mediante tecnología inalámbrica

Los muelles de los puertos suelen ser puntos de distribución y recogida de mercancías. En ellos se suelen almacenar diversas mercancías, normalmente dentro de contenedores intermodales, de los que a veces se desconoce su localización, su número y las condiciones climatológicas en las que se encuentran. Por eso, es importante controlar y conocer los contenedores intermodales durante su instancia en el puerto y su trayecto. Un producto puede verse dañado durante su transporte y almacenamiento. La solución que proponemos es utilizar nuestra tecnología sensorial inalámbrica para controlar la mercancía durante esta fase. La tecnología integrada en Waspmote (sensores) permite lo expuesto anteriormente. El objetivo principal de este proyecto fin de carrera es controlar en tiempo real o a posteriori en qué condiciones se almacena y transporta la mercancía. Para ello, como hemos explicado antes, distribuiremos diferentes sensores por nuestra mercancía, los cuales se encargaran de mandar la información referente a la temperatura, monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de nitrógeno y contaminantes del aire. Toda esta información la podremos visualizar en una aplicación Web y también ver las medidas en diagramas de barras. Además podemos crear diversas alarmas, para saber si un determinado sensor situado en una determinada zona, pasa de una cierta temperatura, de una cierta contaminación de monóxido de carbono, ... Dichos casos, aparecerán reflejados en la página Web. También, al poder ver las diferentes medidas de un determinado sensor en una posición, podemos ver que posición es más óptima para una determinada mercancía.Ingeniería Técnica en Informática de GestiónKudeaketa Informatikako Ingeniaritza Tekniko

Implementación y análisis de mecanismos de transmisión cooperativa en sistemas de comunicaciones inalámbricos

Los sistemas de comunicaciones inalámbricos disponen de alcance máximo o rango de cobertura. Alrededor de la zona límite los paquetes pueden llegar al destino con una alta probabilidad de error. La utilización de técnicas de transmisiones cooperativas en este tipo de escenarios es innovadora. Este proyecto ha consistido en el estudio e implementación de protocolos de transmisión cooperativa en redes de comunicaciones inalámbricas, introduciendo el uso de nodos intermedios y el mecanismo de 'Majority Voting'. Esta técnica se encarga de reconstruir un paquete erróneo a partir de la información reenviada por nodos cooperantes. Por una parte, se han analizado las mejoras que ofrece el uso de esta técnica en escenarios donde la probabilidad que un paquete contenga errores en su contenido sea elevada. Para estudiar el comportamiento del sistema se han desarrollado tres escenarios utilizando una red de motas CrossBow tipo TelosB, las cuales utilizan la tecnología Zigbee basada en el protocolo IEEE 802.14.5 y el sistema operativo TinyOS. Estos dispositivos utilizan el lenguaje de programación denominado NesC, un dialecto del lenguaje de programación C optimizado para las limitaciones de memoria de las redes de sensores. Por otra parte, para poder recibir los datos y analizarlos en un ordenador se ha creado una interfaz gráfica programada en Java, puesto que TinyOS proporciona las herramientas Java necesarias para interpretar la información proveniente de las motas a través de un puerto USB. Nuestro estudio se ha centrado en evaluar el sistema utilizando la técnica de 'Majority Voting' en función del número de nodos cooperantes y medir la mejora en las comunicaciones que puede obtenerse. Analizando los resultados obtenidos se ha demostrado la importancia de utilizar las técnicas de cooperación en situaciones donde la probabilidad de error del contenido del paquete sea alta, ya sea por causa de posibles interferencias o atenuación de la señal