KRATOS: An Open Source Hardware-Software Platform for Rapid Research in LPWANs

Long-range (LoRa) radio technologies have recently gained momentum in the IoT landscape, allowing low-power communications over distances up to several kilometers. As a result, more and more LoRa networks are being deployed. However, commercially available LoRa devices are expensive and propriety, creating a barrier to entry and possibly slowing down developments and deployments of novel applications. Using open-source hardware and software platforms would allow more developers to test and build intelligent devices resulting in a better overall development ecosystem, lower barriers to entry, and rapid growth in the number of IoT applications. Toward this goal, this paper presents the design, implementation, and evaluation of KRATOS, a low-cost LoRa platform running ContikiOS. Both, our hardware and software designs are released as an open- source to the research community.Comment: Accepted at WiMob 201

A critical analysis of research potential, challenges and future directives in industrial wireless sensor networks

In recent years, Industrial Wireless Sensor Networks (IWSNs) have emerged as an important research theme with applications spanning a wide range of industries including automation, monitoring, process control, feedback systems and automotive. Wide scope of IWSNs applications ranging from small production units, large oil and gas industries to nuclear fission control, enables a fast-paced research in this field. Though IWSNs offer advantages of low cost, flexibility, scalability, self-healing, easy deployment and reformation, yet they pose certain limitations on available potential and introduce challenges on multiple fronts due to their susceptibility to highly complex and uncertain industrial environments. In this paper a detailed discussion on design objectives, challenges and solutions, for IWSNs, are presented. A careful evaluation of industrial systems, deadlines and possible hazards in industrial atmosphere are discussed. The paper also presents a thorough review of the existing standards and industrial protocols and gives a critical evaluation of potential of these standards and protocols along with a detailed discussion on available hardware platforms, specific industrial energy harvesting techniques and their capabilities. The paper lists main service providers for IWSNs solutions and gives insight of future trends and research gaps in the field of IWSNs

Redes autónomas e inteligentes para la monitorización de variables ambientales

El entendimiento de nuestro entorno, ya sea urbano o natural, es un tema de constante interés en la sociedad, tanto por razones de mejora de calidad de vida como preservación ecológica. En las últimas décadas, la tecnología ha sido la principal aliada para lograr este objetivo, siendo uno de los principales contribuyentes las redes de sensores inalámbricos, o WSN por sus siglas en inglés. No obstante, sigue existiendo una fuerte necesidad de monitorización en distintas temáticas, además que los avances tecnológicos recientes permiten profundizar en el conocimiento en algunas áreas de estudio. En este sentido, este trabajo pretende evaluar la tecnología de WSN reciente con el fin de diseñar y desarrollar sistemas que aporten soluciones a problemáticas reales. Por consiguiente, con el conocimiento obtenido a partir de lo anterior, se busca también contribuir a las WSN en un sentido científico literario. Dicho lo anterior, la presente tesis realiza aportaciones en dos campos: el tecnológico y el metodológico. Desde una perspectiva técnica, se presenta la implementación de un sistema autónomo para monitorización en viviendas y un sistema de monitorización no supervisado para zonas ecológicas marinas protegidas. El primero busca cubrir una necesidad de estimación del consumo energético-térmico de los sistemas de calefacción, con el cual poder gestionar de mejor manera este recurso. Para ello se desarrolló el prototipo de un nodo sensor WiFi de bajo consumo energético, capaz de sustentar su demanda de potencia con una etapa de energy harvesting termoeléctrico. Se utilizó este enfoque para poder ofrecer una solución intuitiva con poca interacción por parte de los usuarios. Con respecto al segundo, se pretende proveer una alternativa a los sistemas de monitorización de líneas costeras, donde se busca realizar análisis de corrientes marinas superficiales y variables físicas del entorno. Para este desarrollo fue necesario que el sistema pudiese ser desplegado de la manera más sencilla posible, minimizando el impacto en el entorno dada su clasificación como parque nacional protegido. Por estos motivos se diseñó, desarrolló e implementó una red de boyas de deriva asistida por dron, donde las primeras actuaban como nodos sensores y el dron ejercía como recolector de datos remoto, utilizando un protocolo de comunicaciones inalámbrico basado en la modulación LoRa.En tema de aportaciones metodológicas, se realizó una recopilación literaria de métricas para el análisis, selección y diseño de una WSN, con el afán de definir el impacto que estas presentan en dicha labor. Esto a su vez propició el desarrollo de una propuesta de metodología aplicable a nuevas implementaciones o sistemas activos con posibles mejoras. La metodología se realizó con el objetivo de proveer una serie de directrices claras al momento de diseñar una WSN, buscando también cubrir los aspectos más relevantes de estas mismas, es decir, la parte de hardware, red y requerimientos de una aplicación. Aunado a lo anterior, se ejemplifica el uso de dicha metodología, aplicada a tres escenarios tecnológicos distintos, para demostrar la relevancia de un diseño apropiado de una WSN.<br /

Solar Energy Harvesting for Wireless Sensor Network

Typically wireless sensor motes are operated by using small batteries because batteries are small in size and able to provide the sufficient energy for the motes. However batteries could not sustain the energy for the motes to operate for a long period. This is because the degradation of batteries could reduce the useable lifetime of the motes system. Besides that, batteries have limited energy capacity which could used up eventually. Aside from relying on the batteries to power up motes, one of the way to sustain the system is to harvest the sources of energy from the environment such as light, vibration, and thermal. These energies are renewable energy which does not cause pollution to the environment. In this project, solar energy harvesting have been proposed to sustain the energy requirement for the motes to operate. Experiments have been conducted to observe the solar panel charging characteristic to improve the efficiency and effectiveness of charging circuit to minimize the power loss. There are three main element in solar energy harvesting which are photovoltaic (PV) modules, solar charge controller and also energy storage. Based on the calculation, suitable PV modules, charging circuit and batteries are determined. Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique are used for the charging circuit to maximize the efficiency conversion of the energy harvested from solar panel to charge the rechargeable lithium ion battery