Analysis, evaluation and improvement of RT-WMP for real-time and QoS wireless communication: Applications in confined environments

En los ultimos años, la innovación tecnológica, la característica de flexibilidad y el rápido despligue de las redes inalámbricas, han favorecido la difusión de la redes móviles ad-hoc (MANETs), capaces de ofrecer servicios para tareas específicas entre nodos móviles. Los aspectos relacionados al dinamismo de la topología móvil y el acceso a un medio compartido por naturaleza hacen que sea preciso enfrentarse a clases de problemas distintos de los relacionados con la redes cableadas, atrayendo de este modo el interés de la comunidad científica. Las redes ad-hoc suelen soportar tráfico con garantía de servicio mínimo y la mayor parte de las propuestas presentes en literatura tratan de dar garantías de ancho de banda o minimizar el retardo de los mensajes. Sin embargo hay situaciones en las que estas garantías no son suficientes. Este es el caso de los sistemas que requieren garantías mas fuertes en la entrega de los mensajes, como es el caso de los sistemas de tiempo real donde la pérdida o el retraso de un sólo mensaje puede provocar problemas graves. Otras aplicaciones como la videoconferencia, cada vez más extendidas, implican un tráfico de datos con requisitos diferentes, como la calidad de servicio (QoS). Los requisitos de tiempo real y de QoS añaden nuevos retos al ya exigente servicio de comunicación inalámbrica entre estaciones móviles de una MANET. Además, hay aplicaciones en las que hay que tener en cuenta algo más que el simple encaminamiento de los mensajes. Este es el caso de aplicaciones en entornos subterráneos, donde el conocimiento de la evolución de propagación de la señal entre los diferentes nodos puede ser útil para mejorar la calidad de servicio y mantener la conectividad en cada momento. A pesar de ésto, dentro del amplio abanicos de propuestas presente en la literatura, existen un conjunto de limitaciones que van de el mero uso de protocolos simulados a propuestas que no tienen en cuenta entornos no convencionales o que resultan aisladas desde el punto de vista de la integración en sistemas complejos. En esta tesis doctoral, se propone un estudio completo sobre un plataforma inalámbrica de tiempo real, utilizando el protocolo RT-WMP capaz de gestionar trafíco multimedia al mismo tiempo y adaptado al entorno de trabajo. Se propone una extensión para el soporte a los datos con calidad de servicio sin limitar las caractaristícas temporales del protocolo básico. Y con el fin de tener en cuenta el efecto de la propagación de la señal, se caracteriza el entorno por medio de un conjunto de restricciones de conectividad. La solución ha sido desarrollada y su validez ha sido demostrada extensamente en aplicaciones reales en entornos subterráneos, en redes malladas y aplicaciones robóticas

Implementación de una pasarela entre el protocolo RT-WMP y TCP/IP

El protocolo RT-WMP (Real-Time Wireless Multi-hop Protocol), desarrollado dentro del Grupo de Robótica, Percepción y Tiempo Real, es un protocolo de tiempo real con multitud de aplicaciones de distinta naturaleza. Sin embargo, las redes construidas con este protocolo se encuentran aisladas del mundo exterior. Esto implica que no es posible tener acceso a los nodos que la constituyen desde fuera ni acceder a redes externa (por ejemplo Internet) desde dentro de la red. Con este proyecto se superan estas limitaciones, permitiendo el uso de aplicaciones convencionales sobre estas redes y su interconexión con redes basadas en IP. Además, se permite que las aplicaciones funcionando sobre redes RT-WMP hagan uso de sus características, tales como la asignación de prioridades estáticas o la gestión de la calidad de servicio en las comunicaciones

Estudio sobre la incidencia de la incorporación de soluciones robóticas actuales en las capacidades de Unidades de Zapadores

Con el constante crecimiento tecnológico, las Fuerzas Armadas deben adaptar las tecnologías punteras e integrarlas en sus plantillas con la finalidad de mejorar sus materiales y capacidades. Con la vista puesta en la remodelación de la estructura del Ejército de Tierra, se prevé que las brigadas del año 2035 estén dotadas de medios tecnológicos más eficientes. El presente Trabajo de Fin de Grado trata de sumarse al estudio del Ejército de cara a las tecnologías que pueden apoyar a las Unidades de Ingenieros, concretamente a las Unidades de Zapadores, en el ámbito de armamento y logística. El documento desarrolla una investigación sobre los Vehículos Aéreos Controlados a Distancia (RPAS) que tienen en dotación las Fuerzas Armadas. Por consiguiente, se han establecido los cometidos que deberían adoptar los RPAS en las Unidades de Ingenieros y los trabajos complementarios que pueden llevar a cabo. A pesar de que existen dos tipos diferentes de RPAS, los de ala fija o los de ala rotaria, se hace especial hincapié en los de ala fija, pues son los que se utilizan más frecuentemente en las operaciones de mantenimiento de paz por las Unidades de Zapadores. Los RPAS realizan diferentes cometidos, asignándose a cada modelo unas tareas específicas de acuerdo a sus características: vuelos espías, búsqueda de objetivos, proporcionar información de seguridad a convoyes, reconocimiento y vigilancia de zonas características, edificios, etcétera. En esta investigación, se ha contado con el apoyo de diversos organismos con la finalidad de contrastar la información publicada, como la proporcionada por la Agencia Estatal de Seguridad Aérea y la Organización de Aviación Civil Internacional, lecciones aprendidas de diferentes ejércitos, así como con los datos recabados de entrevistas a personal experto que trabaja con estos robots, como son las secciones de RPAS de la Compañía de Inteligencia de la Brigada “Rey Alfonso XIII” II de La Legión o personal integrado en el Proyecto Rapaz para la evaluación de RPAS del Ejército de Tierra, entre otros. Con todo ello, se han detectado las debilidades y problemas más frecuentes en los RPAS. En concreto, se ha determinado que el principal escollo es la autonomía de los dispositivos. Con el objetivo de mitigar este problema, se ha realizado un estudio para la sustitución del actual sistema de propulsión eléctrico del RPAS RQ-11B RAVEN por un sistema híbrido de hidrógeno y pilas de combustible con batería de litio-ion en tampón que le proporcionaría una autonomía alrededor de tres horas, que supondría un aumento 100% sobre la que dispone en la actualidad. Además, se conseguiría reducir el peso total del dispositivo. Con estos resultados, que mejorarían sensiblemente la autonomía del RPAS, se pretende asesorar al mando demostrando que la incorporación de las nuevas tecnologías es de vital importancia ya que podría evitar exponer a nuestros soldados a situaciones de incertidumbre, reduciendo así el número de bajas propias.<br /

Método de planeamiento de marchas en la instrucción de unidades de montaña. Estudio, implementación en Carta Digital, problemas y propuesta de mejora.

Las Unidades de montaña son unidades especializadas en vivir, moverse y combatir en zonas de alta montaña y clima extremadamente frío. Es por ello por lo que su instrucción se diferencia de otras unidades. Una parte de esta instrucción consiste en la realización de marchas en terreno montañoso durante cualquier época del año. Estas marchas entrañan gran exigencia física y técnica, por tanto, es necesaria una planificación exhaustiva con el objetivo de reducir la probabilidad de riesgos y de poder completar la instrucción satisfactoriamente. Actualmente, los cuadros de mando diplomados en montaña tienen los conocimientos necesarios para esta planificación para la cual es necesario tener en cuenta diferentes aspectos técnicos los cuales cambian dependiendo de la estación del año, así como de la instrucción de la unidad. Así pues, con este proyecto se pretende estudiar y analizar el método de planeamiento de las marchas utilizado en el Regimiento de Infantería “Galicia” 64 de Cazadores de Montaña, en el cual se tienen en cuenta los diferentes factores y aspectos técnicos que afectan a la planificación de estas. Algunos de estos factores son el desnivel, las pendientes (siendo en fase invernal un factor crítico para poder prevenir las avalanchas), la alimentación, la instrucción de la unidad e incluso el estado moral y físico de la unidad. Teniendo en cuenta todos estos factores el objetivo principal es encontrar soluciones a problemas existentes, como por ejemplo las herramientas utilizadas para el planeamiento, las cuales son poco eficaces y descentralizadas. Además, se pretende incorporar mejoras en este planeamiento utilizando el software Carta Digital diseñado por el Centro Geográfico del Ejército de Tierra. Con ello se pretende utilizar una herramienta que proporciona el propio Ejército de Tierra y que actualmente, forma parte de la formación de los Oficiales del Ejército de Tierra futuros cuadros de mando en unidades de montaña. Además, este software posee su versión para dispositivos móviles, lo cual la convierte en una herramienta muy potente y útil para la instrucción, en la que cada día se van incorporando cada vez más las nuevas tecnologías.<br /

Distributed Implementation of Petri nets in Control Applications

Non

Asignación distribuida de tareas dinámicas en sistemas multi-robot

Los sistemas multi-robot han experimentado en los últimos años un vasto desarrollo a nivel de investigación debido a sus cualidades para mejorar la realización de trabajos como la exploración y la vigilancia. Estos sistemas hacen posible un incremento de la eficiencia y la seguridad, al permitir el uso de conjuntos de robots para la realización de una o varias tareas en concurrencia en lugar del uso de un solo robot. Sin embargo, para que estos sistemas funcionen correctamente hay que solventar problemas relacionados con el control de los robots y su posicionamiento en el entorno, así como con la asignación de las tareas que cada uno de los robots tiene que desempeñar. Es en este último problema donde se centra el desarrollo de este trabajo.En el presente Trabajo Fin de Máster (TFM) se desarrolla un algoritmo capaz de asignar las tareas a realizar por cada uno de los robots de una manera distribuida, es decir, cada uno de los robots toma decisiones de una manera independiente que dan lugar a un comportamiento óptimo colectivo sin la necesidad de una unidad central que lo dirija todo. El algoritmo empleado hace uso del método símplex, método matemático empleado para la resolución de problemas de optimización en los que se quiere minimizar o maximizar un coste o un beneficio.Dentro de los problemas que existen al trabajar con sistemas distribuidos, este trabajo se centra en analizar los aspectos relacionados con la transmisión de información entre los robots, estudiando como la cantidad de información mandada y su selección influye en los resultados de la asignación.En el TFM se proponen diferentes políticas de envío de información, estudiando las ventajas e inconvenientes que supone el utilizar un mayor ancho de banda y el emplear diferentes criterios de selección de la información.Por otra parte, en el TFM se ha prestado especial atención a los aspectos de implementación real del método, típicamente relegados a un segundo plano en este tipo de soluciones.El TFM incluye una implementación totalmente distribuida del algoritmo haciendo uso de la plataforma de desarrollo ROS. Esta implementación se ha evaluado tanto en un entorno de simulación realista como en el laboratorio del grupo de robótica utilizando tres robots para monitorizar dinámicamente a tres personas.<br /

Consecuencias de la implantación del Plan MC3 en un Batallón de Transmisiones

Este proyecto estudia las consecuencias de implantar el nuevo plan de modernización de los sistemas de mando, control y comunicaciones del Ejército de Tierra, denominado el Plan MC3, en un batallón de Transmisiones. Este plan consiste en la incorporación de nuevos materiales, que utilizan la última tecnología IP, a las diferentes unidades del Ejército de Tierra. Cabe destacar sobre este plan que algunas de las nuevas estaciones ya están en funcionamiento e incorporadas, pero la mayoría de ellas todavía no están distribuidas. Los objetivos de este trabajo son analizar y estudiar cómo afecta la incorporación de este nuevo plan a los servicios y capacidades, a la gestión y distribución del personal y cual es su impacto económico. Además, también se va a estudiar la modernización e integración de antiguos medios con los nuevos sistemas del Plan MC3. Este proyecto se ha realizado durante las prácticas externas en el Segundo Batallón del Regimiento de Transmisiones nº21 (BTCN II/21) en Valencia. Para la elaboración del proyecto, primero se ha explicado detalladamente el Plan MC3 y se ha realizado un estudio de sus estaciones. Una vez estudiadas, se ha realizado el desarrollo técnico donde primero se ha estudiado la situación actual del BTCN II/21 y después se ha analizado y estudiado las consecuencias de la implantación en él. Se ha propuesto una redistribución de personal, se ha estudiado la diferencia en la composición de los despliegues y se han llevado a cabo entrevistas y cuestionarios para analizar los servicios y capacidades. Una vez estudiadas las consecuencias, se ha realizado una investigación acerca de la modernización de estaciones en desuso debido a la necesidad que ha creado el Plan MC3 de trabajar con tecnología IP, de las cuales se sacaron conclusiones. Respecto a los costes, se ha llevado a cabo un estudio en base al sueldo de personal total invertido en mantener las estaciones del Plan MC3 operativas en comparación con el empleado en las antiguas estaciones usadas para el montaje de distintos Centros de Transmisiones. En cuanto a los riesgos, se ha realizado una matriz de riesgos explicando los riesgos detectados y proponiendo medidas para evitarlos. Por último, vienen reflejadas las conclusiones del proyecto resumiendo todo lo estudiado en este trabajo.<br /

Ground robotics in tunnels: Keys and lessons learned after 10 years of research and experiments

The work reported in this article describes the research advances and the lessons learned by the Robotics, Perception and Real-Time group over a decade of research in the field of ground robotics in confined environments. This study has primarily focused on localization, navigation, and communications in tunnel-like environments. As will be discussed, this type of environment presents several special characteristics that often make well-established techniques fail. The aim is to share, in an open way, the experience, errors, and successes of this group with the robotics community so that those that work in such environments can avoid (some of) the errors made. At the very least, these findings can be readily taken into account when designing a solution, without needing to sift through the technical details found in the papers cited within this text