Design and implementation of multicast listener discovery protocol on constrained devices

Para la aplicación y apoyo del uso de IPv6 en 6LoWPANs (Low-power Wireless Personal Area Networks), ha habido numerosas investigaciones y se han desarrollado protocolos y mecanismos estandarizados. Sin embargo para la comunicación multicast en estas redes, el tema esta aún bastante abierto a la investigación. La comunicación multicast permite conectar routers con hosts preseleccionados por grupos. La comunicación multicast es muy beneficiosa para aplicaciones con dispositivos con recursos limitados ya que ahorra energía y ancho de banda. A continuación mostramos posibles ejemplos de estas aplicaciones, la iluminación de un edificio organizada por plantas, una red de sensores de temperatura organizados por áreas y un largo número de aplicaciones basadas en la comunicación de un punto a varios puntos preseleccionados. El grupo de investigación de la universidad de Aalto (Finlandia) llamado MAMMoTH (Massive Scale Machine-to-Machine Service) tiene como uno de sus objetivos construir un protocolo multicast para dispositivos con recursos limitados. Para el desarrollo de este protocolo, es necesario un protocolo de encaminamiento multicast y un protocolo de gestión de grupos multicast. Este último, es el protocolo que he desarrollado como “research assistant” para mi proyecto final de carrera. En este proyecto final de carrera, se ha diseñado, implementado y evaluado el protocolo MLD para dispositivos con recursos limitados. MLD permite a un router IPv6 gestionar grupos multicast. No obstante, el uso de MLD en LoWPANs tiene varios problemas como la definición del area local, el tamaño de los paquete y la complejidad del comportamiento del router. El protocolo ha sido implementado en Contiki, un sistema operativo para desarrollar para el “Internet of Things”. Contiki permite conectar sistemas pequeños de poco coste con poca potencia a Internet. Hemos ampliado la pila TCP/IP de Contiki para respaldar MLD. El protocolo ha sido evaluado y analizado sobre un simulador en diferentes topologías para validar el funcionamiento. Del mismo modo, también se ha verificado que el tamaño del objeto creado no ocupaba más memoria de la disponible en los dispositivos Z1 Zolertia

Estudio de dispositivo de Edge Computing con acelerador hardware de redes neuronales convolucionales basado en arquitectura RISC-V

RISC-V es una arquitectura abierta emergente que está cogiendo fuerza para una gran cantidad de aplicaciones de bajo consumo e IoT. Sin embargo, con la estabilización de las extensiones base de la arquitectura, y el comienzo de comercialización de SoCs basados en RISC-V, como el Kendryte K210 (con un precio de 5 dólares), surge la cuestión de si verdaderamente el estándar abierto acaba siendo una facilidad para los desarrolladores de aplicaciones sobre la plataforma. Se han evaluado los entornos de desarrollo, el toolchain, los procesos de depuración relacionados con la placa de desarrollo Sipeed MAIX Go, así como el SDK standalone y el port de Micro Python para el K210. También se ha estudiado el pipeline de entrenamiento para el acelerador de redes neuronales convolucionales del Kendryte K210, con soporte de Tiny YOLO v2.Se ha realizado una aplicación prueba de concepto de IoT EDGE de reconocimiento de objetos basada en IA acelerada por hardware, de bajo coste y consumo energético, con la funcionalidad de cámara de seguridad capaz de distinguir en el propio dispositivo, y no en la nube, si lo que aparece en imagen es una persona o una mascota mediante detección de objetos, para reducir el número de interacciones del usuario de la aplicación. Además, se ha probado la versatilidad de la aplicación con el uso de otro modelo preentrenado para la detección de posicionamiento correcto de mascarillas en transeúntes en el contexto de la pandemia COVID-19. Finalmente, se ha analizado el rendimiento del dispositivo SiPEED Maix Go, y el uso de ancho de banda y consumo en comparación con un dispositivo ya en el mercado.A lo largo del proceso se ha constatado que la documentación para desarrolladores es escasa, los entornos de desarrollo se encuentran en un estado de poca madurez, y los procesos de depuración en ocasiones son inexistentes. Sin embargo, las capacidades de IA, el rendimiento que ofrece, el bajo consumo del dispositivo, y la reducción de uso de ancho de banda pueden resultar en un posible auge del uso de este tipo de dispositivos para IoT, así como el auge del Edge Computing y el AIoT.Este trabajo fue finalmente sometido al congreso internacional DCIS 2020 como un artículo de seis páginas de extensión con título: Developing an AI IoT application with open software on a RISC-V SoC (Anexo A).<br /

Comparative study between the microwave heating efficiency of carbon nanotubes versus multilayer graphene in polypropylene nanocomposites

Multiwall carbon nanotubes (MWCNT) and multilayer graphene (MLG) were studied as microwave susceptor additives for polymers. Different percentages of both nanoparticles were added to polypropylene by melt compounding in order to study the microwave absorption and the polymer heating. Polypropylene was selected as polymer matrix due to its unpolar nature to avoid the influence of polymer polarity and evaluate the influence of the nanoparticles. Electrochemical spectroscopy impedance measurements were carried out to evaluate the conductive and dielectric properties of nano composites. Results showed that nanocomposites with higher electrical conductivity have better capacity of absorbing microwave radiation. High values of permittivity and loss tangent also increases the microwave radiation absorption and the ability of the material to convert this electromagnetic radiation into heat. Carbon nanotubes showed better microwave susceptor behavior than graphene multilayer. Nanocomposites with 1% w/w of carbon nanotubes can be compared with the heating efficiency of a polypropylene filled with 10% w/w of multilayer graphene. The higher efficiency of carbon nanotubes it is explained by their higher electrical conductivity and optimal dielectric properties of the nanocomposites compared to multilayer graphene polymer systems.Galindo-Galiana, B.; Benedito, A.; Giménez Torres, E.; Compañ Moreno, V. (2016). Comparative study between the microwave heating efficiency of carbon nanotubes versus multilayer graphene in polypropylene nanocomposites. Composites Part B: Engineering. 98:330-338. doi:10.1016/j.compositesb.2016.04.082S3303389

Portarretratos inteligente, acceso a servicios en red desde dispositivos de bajas prestaciones

El acceso a los diferentes tipos de información que ofrece Internet ha pasado de ser algo habitual a una necesidad continua, gracias al auge de las redes sociales. Esto genera una demanda de nuevas formas de acceder a la información, lo que representa una oportunidad para desarrollar nuevas soluciones. El portarretratos inteligente, o Smart Photo Frame, es un dispositivo que muestra de forma continua información proveniente de diferentes servicios en red. Su formato es similar al de un marco de fotos digital, con una mayor interactividad. Nosotros planteamos una plataforma para portarretratos inteligentes, que: Permite el acceso a Internet sin restricciones desde cualquier dispositivo Es capaz de funcionar desde dispositivos con hardware muy limitado Evita la obsolescencia, no dependiendo del software del dispositivo para acceder a nuevos tipos de contenidos Su arquitectura está basada en la transformación en imágenes fijas de los contenidos accedidos a través de un navegador. Estas imágenes son generadas por un agente externo al dispositivo cliente, cuyo único requisito computacional será representar la información en su pantalla e interactuar con el usuario. Con el fin de demostrar el funcionamiento y viabilidad de la solución, se ha implementado el proxy completo, junto con un emulador de portarretratos para PC y una implementación de demostración plenamente funcional sobre la videoconsola Nintendo DS. En este marco de desarrollo, hemos realizado un estudio de viabilidad de diferentes formatos de representación de imágenes, con el fin de encontrar el óptimo para nuestra solución. Finalmente, hemos comprobado que es una plataforma completa y versátil, que ofrece múltiples oportunidades para el desarrollo de servicios interactivos en red para dispositivos de bajas prestaciones

Sistema de monitorización de vehículo eléctrico y reserva de punto de carga

Integración del Vehículo eléctrico como agente en un sistema inteligent

Ionic Liquid Composite Polybenzimidazol Membranes for High Temperature PEMFC Applications

[EN] A series of proton exchange membranes based on polybenzimidazole (PBI) were prepared using the low cost ionic liquids (ILs) derived from 1-butyl-3-methylimidazolium (BMIM) bearing different anions as conductive fillers in the polymeric matrix with the aim of enhancing the proton conductivity of PBI membranes. The composite membranes prepared by casting method (containing 5 wt. % of IL) exhibited good thermal, dimensional, mechanical, and oxidative stability for fuel cell applications. The effects of anion, temperature on the proton conductivity of phosphoric acid-doped membranes were systematically investigated by electrochemical impedance spectroscopy. The PBI composite membranes containing 1-butyl-3-methylimidazolium-derived ionic liquids exhibited high proton conductivity of 0.098 Scm(-1) at 120 degrees C when tetrafluoroborate anion was present in the polymeric matrix. This conductivity enhancement might be attributed to the formed hydrogen-bond networks between the IL molecules and the phosphoric acid molecules distributed along the polymeric matrix.The authors acknowledge the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad (MINECO) for the financial support under the project ENE/2015-69203-R.Escorihuela, J.; Garcia Bernabe, A.; Montero Reguera, ÁE.; Sahuquillo, O.; Giménez Torres, E.; Compañ Moreno, V. (2019). Ionic Liquid Composite Polybenzimidazol Membranes for High Temperature PEMFC Applications. Polymers. 11(4):1-14. https://doi.org/10.3390/polym1104073211411

Gestión asistida por microcontrolador del consumo energético de un sistema loT

El consumo energético es un factor de vital importancia en los sistemas que funcionan con pilas o baterías como, por ejemplo, los dispositivos IoT (Internet of Things). Los IoT son dispositivos informáticos que se encuentran en sitios poco accesibles y recolectan datos para después enviarlos por alguna red de comunicaciones. Reducir el consumo de estos sistemas supondría diversos beneficios como una mayor autonomía del dispositivo, la reducción del coste en pilas y baterías, el descenso de la frecuencia de mantenimiento ahorrando costes en personal y desplazamientos, etc.En este proyecto se estudia el consumo energético de una placa de desarrollo de propósito general, no pensada para bajo consumo. También se diseña e implementa un sistema basado en un microcontrolador para reducir el consumo energético de la placa de desarrollo.En el estudio del consumo se observa que, en los dispositivos IoT típicos, la mayoría del tiempo el procesador está en modo de bajo consumo a la espera de que ocurra algún evento. En este modo es cuando menos energía consume, pero como es la tarea que más tiempo hace el procesador, la energía que consume en el modo de bajo consumo es la que más peso tiene en el consumo energético total del sistema, por lo tanto, es la que más interesa reducir.Para conseguir reducirla, como las placas de desarrollo tienen muchos periféricos que no se pueden desconectar y que siguen consumiendo, se implementa un sistema en el cual un microcontrolador de bajo consumo gestiona la alimentación de la placa de desarrollo. El microcontrolador asumirá ciertas tareas simples y solo alimentará a la placa de desarrollo cuando sea necesario realizar tareas más complejas, minimizando el tiempo que permanece encendida y por lo tanto el consumo energético total.Tras la implementación del sistema y su posterior análisis de consumo, se compara con el del dispositivo original. La placa de desarrollo tiene una intensidad en modo de bajo consumo de 2.7mA, mientras que el sistema implementado en este proyecto, cuando está en modo de bajo consumo, tiene una intensidad de 5 µA, lo que es casi unas 500 veces menos.Esto significa que, por ejemplo, con dos pilas alcalinas AA de 2800mAh el TTGO tendría una autonomía de casi dos meses, mientras que con el sistema que se ha desarrollado llegaría a 3 años y 8 meses.<br /

Sistema de adquisición de datos para un experimento de detección directa de materia oscura (ANAIS)

En el presente trabajo se describe el diseño, la implementación, los tests y la puesta en marcha del sistema de adquisición de datos del experimento ANAIS. El experimento ANAIS está diseñado para detectar y caracterizar la materia oscura con cristales centelleadores de yoduro de sodio (NaI) mediante la observación de modulación anual en el ritmo de detección y se está llevando a cabo en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), bajo el monte Tobazo. El objeto del trabajo aquí presentado es el diseño, implementación y validación de un sistema capaz de tratar, digitalizar, transmitir y almacenar los datos del experimento e implementar un análisis preliminar de dichos datos. En este documento se repasan todos los aspectos a tener en cuenta en el diseño del sistema de adquisición de datos: tratamiento analógico y digital de la señal, los elementos de hardware y software necesarios, el almacenamiento y análisis de datos, la monitorización del sistema y el envío de estadísticas. Se describen también los requisitos que se deben cumplir en cada uno de estos elementos, haciendo hincapié en la caracterización y reducción del tiempo muerto introducido. Posteriormente se describe la implementación de los sistemas hardware y software. Se detallan también las pruebas realizadas para verificar que se cumplen los requisitos, los esfuerzos para caracterizar y mejorar el sistema, los problemas encontrados y el modo en el que se resolvieron. En particular se detallan las estrategias usadas en el software de adquisición para reducir el tiempo muerto y las medidas realizadas para caracterizar el sistema en función de configuraciones distintas. También se describen las tareas de búsqueda de latencias inesperadas en la atención de las interrupciones por parte del kernel de Linux y se detallan las configuraciones elegidas tanto de hardware como de software, las razones de su elección, en particular la opción de adquirir los datos mediante interrupciones y no hacerlo con encuesta activa. Finalmente se describe el estado actual del sistema, que se encuentra tomando datos en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc desde diciembre de 2011 con todos los componentes del sistema en funcionamiento, a la espera de la llegada de nuevos detectores

Diseño e implementación de infraestructura cloud para el soporte del proyecto educativo en IoT "Pájaros en la nube"

Estudio de Diseños basados en Cloud para apoyar, en la gestion de dispositivos, almacenamiento, monitorizacion y flujo de mensajes, el proyecto educativo "Pajaros en la nube" como caso de uso de un problema general de IoT.<br /

Teacch-Fi: Multilector por RFID de pictogramas

El presente proyecto consiste en la elaboración de un dispositivo inalámbrico multilector de tarjetas RFID. Dicho dispositivo permite la comunicación con distintos clientes conectados a el mediante tecnología WiFi. Este dispositivo ha sido diseñado para permitir que personas con TEA sean capaces de comunicarse mediante el uso de pictogramas