Diseño y validación de políticas de transmisión de datos en redes inalámbricas de sensores de bajo consumo PDF Download
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Author: Mónica Ayde Vallejo Velázquez
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El envejecimiento de la poblaci on, el sobrepeso, y el aumento de enfermedades cr onicas, tales como: afecciones cardiacas, diabetes e hipertensi on, plantean nuevos retos al sistema de salud p ublica. En este contexto, las redes de sensores inal ambricas corporales (Wireless Body Area Networks (WBAN)/Wireless Body Sensor Networks (WBSN)) tienen gran potencial para revolucionar el sistema de salud ya que facilitan el seguimiento, la monitorizaci on y el diagn ostico de pacientes en casa, mejorando as su calidad de vida y reduciendo los costes asociados la asistencia sanitaria. Las redes WBAN/WBSN est an constituidas por nodos sensores que miden diferentes variables siol ogicas y cin eticas y disponen de interfaces inal ambricas de bajo coste para transmitir en tiempo real la informaci on a dispositivos en otros niveles de la red. En este tipo de redes, la transmisi on inal ambrica de datos es probablemente la tarea que presenta mayor consumo de energ a, por lo que dicho consumo debe ser reducido para maximizar su vida util. Adicionalmente, en escenarios WBAN/WBSN, el cuerpo humano juega un papel muy importante en la calidad de la comunicaci on. El cuerpo act ua como un canal de comunicaci on para la propagaci on de ondas electromagn eticas, por lo que el comportamiento de este tipo de canal representa un conjunto unico de desaf os para la transferencia able de datos...
Author: Mónica Ayde Vallejo Velázquez
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El envejecimiento de la poblaci on, el sobrepeso, y el aumento de enfermedades cr onicas, tales como: afecciones cardiacas, diabetes e hipertensi on, plantean nuevos retos al sistema de salud p ublica. En este contexto, las redes de sensores inal ambricas corporales (Wireless Body Area Networks (WBAN)/Wireless Body Sensor Networks (WBSN)) tienen gran potencial para revolucionar el sistema de salud ya que facilitan el seguimiento, la monitorizaci on y el diagn ostico de pacientes en casa, mejorando as su calidad de vida y reduciendo los costes asociados la asistencia sanitaria. Las redes WBAN/WBSN est an constituidas por nodos sensores que miden diferentes variables siol ogicas y cin eticas y disponen de interfaces inal ambricas de bajo coste para transmitir en tiempo real la informaci on a dispositivos en otros niveles de la red. En este tipo de redes, la transmisi on inal ambrica de datos es probablemente la tarea que presenta mayor consumo de energ a, por lo que dicho consumo debe ser reducido para maximizar su vida util. Adicionalmente, en escenarios WBAN/WBSN, el cuerpo humano juega un papel muy importante en la calidad de la comunicaci on. El cuerpo act ua como un canal de comunicaci on para la propagaci on de ondas electromagn eticas, por lo que el comportamiento de este tipo de canal representa un conjunto unico de desaf os para la transferencia able de datos...
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Las redes inalámbricas de sensores corporales (en inglés: "wireless body sensor networks" o WBSNs) para monitorización, diagnóstico y detección de emergencias, están ganando popularidad y están llamadas a cambiar profundamente la asistencia sanitaria en los próximos años. El uso de estas redes permite una supervisión continua, contribuyendo a la prevención y el diagnóstico precoz de enfermedades, al tiempo que mejora la autonomía del paciente con respecto a otros sistemas de monitorización actuales. Valiéndose de esta tecnología, esta tesis propone el desarrollo de un sistema de monitorización de electrocardiograma (ECG), que no sólo muestre continuamente el ECG del paciente, sino que además lo analice en tiempo real y sea capaz de dar información sobre el estado del corazón a través de un dispositivo móvil. Esta información también puede ser enviada al personal médico en tiempo real. Si ocurre un evento peligroso, el sistema lo detectará automáticamente e informará de inmediato al paciente y al personal médico, posibilitando una rápida reacción en caso de emergencia. Para conseguir la implementación de dicho sistema, se desarrollan y optimizan distintos algoritmos de procesamiento de ECG en tiempo real, que incluyen filtrado, detección de puntos característicos y clasificación de arritmias. Esta tesis también aborda la mejora de la eficiencia energética de la red de sensores, cumpliendo con los requisitos de fidelidad y rendimiento de la aplicación. Para ello se proponen técnicas de diseño para reducir el consumo de energía, que permitan buscar un compromiso óptimo entre el tamaño de la batería y su tiempo de vida. Si el consumo de energía puede reducirse lo suficiente, sería posible desarrollar una red que funcione permanentemente. Por lo tanto, el muestreo, procesamiento, almacenamiento y transmisión inalámbrica tienen que hacerse de manera que se suministren todos los datos relevantes, pero con el menor consumo posible de energía, minimizando así el tamaño de la batería (que condiciona el tamaño total del nodo) y la frecuencia de recarga de la batería (otro factor clave para su usabilidad). Por lo tanto, para lograr una mejora en la eficiencia energética del sistema de monitorización y análisis de ECG propuesto en esta tesis, se estudian varias soluciones a nivel de control de acceso al medio y sistema operativo.
Author: Jordi Vilaseca Posa
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[CASTELLÀ] Entre los principales objetivos de las smart cities figuran la mejora de la gestión de los recursos energéticos de la ciudad, la disminución de los niveles de contaminación y el aumento de la calidad de vida de la ciudadanía. Una de las tecnologías que permiten la recogida de datos para la consecución de estos objetivos son las redes inalámbricas de sensores (WSN, Wireless Sensor Networks). El hecho de que los nodos que forman estas redes se comuniquen vía radio y que puedan estar alimentados por baterías o por fuentes de alimentación renovables facilita su despliegue, ya que no es necesaria ninguna infraestructura previa. En este trabajo se ha diseñado y desarrollado una red inalámbrica de sensores para la creación de smart cities. Uno de los criterios que se han tenido en cuenta es que la red se pudiera integrar con una plataforma innovadora de gestión de energía de la ciudad. Esta plataforma integra distintos servicios embebidos (puntos de acceso WiFi, cámaras IP, sistemas de señalización digital, pantallas LED, mecanismos de medición inteligentes) en las luminarias de la infraestructura pública de iluminación. La conectividad con Internet se obtiene mediante una red de acceso BPL/PLC que se extiende a través del cableado eléctrico que une las distintas luminarias. La plataforma dispone de un centro de gestión remoto basado en tecnología cloud computing donde todos los datos, incluidos los de los sensores, son almacenados y analizados para la toma "inteligente" de decisiones. Las luminarias se presentan como una ubicación ideal para los nodos de una WSN, porque además de ofrecer protección frente a las condiciones de intemperie y de los actos vandálicos permiten que los nodos se puedan alimentar a través de la red eléctrica. Además, al disponer de acceso a Internet, se soluciona el problema que muchas veces supone el tener que dotar de conectividad IP al dispositivo gateway. La WSN resultante de este trabajo está basada en la plataforma comercial TelosB corriendo bajo el sistema operativo embebido TinyOS. Para la interconexión de estos dispositivos con los sensores que finalmente se ha decidido integrar, se ha utilizado la placa de conexiones auxiliar CBoard. En algunos casos, ha sido necesario diseñar e implementar circuitos adicionales para la conexión de los sensores con la placa auxiliar. Los sensores que se han elegido deberían permitir la implementación de diversos servicios relacionados con la gestión de los recursos de una ciudad. Los módulos software desarrollados permiten la lectura periódica de los sensores, el procesado de los datos adquiridos y su transmisión vía radio hasta un elemento gateway o sumidero. Las comunicaciones radio siguen el estándar IEEE 802.15.4 y se utiliza el protocolo de encaminamiento multisalto NST-AODV. Otras facilidades que se han incorporado al sistema son la agregación de datos y la reprogramación de nodos por el aire. El dispositivo gateway, que tiene conectividad IP, presenta la capacidad de encapsular los datos provenientes de los sensores en una estructura JSON y los puede transmitir, a través de Internet, a un centro de gestión remoto.
Author: Adrià Rica Escrich
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Este trabajo final de grado se ha desarrollado en el Centre Tecnològic de Recerca per a la Dependència i la Vida Autònoma (CETpD). El CETpD es un centro de investigación, cuyo objetivo es ayudar a personas con dependencia a través de tecnologías que incrementen su calidad de vida. Una de sus líneas de investigación se centra en el análisis del movimiento humano, concretamente en las alteraciones de la marcha como en el caso de pacientes con la enfermedad de Parkinson (EP). Por ello, el CETpD ha desarrollado el 9x2, un sensor que, dentro del proyecto REMPARK, se integra en una red de dispositivos para monitorizar el paciente y permite mejorar el tratamiento que los neurólogos prescriben al paciente. En la actualidad, se está desarrollando un nuevo sensor 9x2 para mejorar las prestaciones del anterior modelo. El trabajo final de grado tiene como marco de referencia las comunicaciones de la red de sensores, con el fin de implementar una tecnología de bajo consumo y dotar a la nueva versión del sensor 9x2 de capacidades de comunicación con dicha tecnología. Para llevar a cabo esta tarea, se estudiaron las distintas tecnologías de comunicación inalámbrica disponibles en el mercado y se escogió una que cumpliera con los requisitos de consumo, interoperabilidad y flexibilidad. Una vez escogida la tecnología, se realizó un estudio de los fabricantes que implementan dicho protocolo y se compararon las características de cada uno, con el fin de determinar que dispositivo ofrecía mejores prestaciones. Tras seleccionar el módulo, se procedió a diseñar una red inalámbrica de sensores. La red cuenta con la nueva versión del sensor 9x2 y otros dos dispositivos que emulan los utilizados en el proyecto REMPARK. Para la implementación de la red, se ha creado una librería en C que permite a un microcontrolador STM32-F417 el control del módulo de comunicación y la creación de redes inalámbricas.
Author: Alejandro Clemotte
Publisher: Editorial Academica Espanola
ISBN: 9783659002809
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Languages : es
Pages : 152
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Este documento presenta el diseño, implementación y evaluación de una red de sensores inalámbricos a ser utilizada para la auscultación de sonidos del cuerpo humano. La red es flexible y escalable, los nodos de la red son de bajo consumo y de bajo mantenimiento. Como caso de estudio, se implementó un estetoscopio portátil e inalámbrico basado en sensores piezoeléctricos con dos nodos de red, utilizando como tecnología de soporte el estándar IEEE802.15.4 y el estándar ZigBee para la configuración de una red de área personal. Como soporte de la red de sensores inalámbricos se utiliza el sistema operativo TinyOS, desarrollado específicamente para este tipo de redes.
Author: Jose Manuel Linares Arenas
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[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.
Author: Sergio Campamá Derpsch
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Existen varias soluciones que permiten desarrollar aplicaciones para redes inalámbricas de sensores bajo las restricciones anteriores, pero hasta el momento no existen soluciones que permitan realizar tanto el desarrollo de aplicaciones como simulaciones bajo un mismo lenguaje de programación. Ello obliga desarrollar los algoritmos dos veces, una vez para los dispositivos físicos y otra para la simulación. Además, las soluciones disponibles utilizan técnicas de programación complejas, lo que aumenta la curva de aprendizaje para nuevos desarrolladores. En este trabajo se describe el diseño, desarrollo y validación de LatinOS, un sistema operativo para redes inalámbricas de sensores que a la vez está acoplado a un simulador bajo un mismo lenguaje de programación estándar.
Author: Alberto Alonso Arroyo
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Castellano: Medir humedad de una superficie de terreno es un problema que se lleva tratando de solventar con eficiencia durante mucho tiempo debido que el agua es un bien escaso, por ejemplo, en el sector de la agricultura. Además, las sondas para medir humedad dan valores distintos para puntos cercanos en una superficie de terreno. Este proyecto final de carrera presenta un método eficiente para medir humedad, como es el uso de señales GNSS (Global Navigation Satellite Signals) y de la técnica IPT (Interference Pattern Technique) que ha sido desarrollado durante los últimos años en el Remote Lab Sensing Group (RSLab). También introduce el instrumento SMIGOL que es la base de los dispositivos desarrollados en este proyecto. Una vez los pilares han sido asentados, se localizan mejoras que requiere el instrumento SMIGOL y se realizan continuos procesos de diseño hasta obtener dos versiones finales distintas de un mismo instrumento. En primer, lugar se aumenta el área que cubre SMIGOL en un factor 4, sin aumentar considerablemente ni tamaño ni consumo del instrumento, es decir, se aumenta su rendimiento. Una vez se ha logrado la primera evolución se observa la necesidad de expandir todavía más el área a cubrir, por ejemplo, si la superficie de terreno analizar es muy elevada, para validar datos obtenidos mediante radiómetros aerotransportados (airborne radiometers) o para una posible salida comercial del instrumento en el sector de la agricultura. Por ello se decide añadir transmisión inalámbrica a los dispositivos para poder así formar una red inalámbrica de sensores y aumentar de nuevo el área que puede cubrir el global de los instrumentos instalados. Ambos instrumentos han sido diseñados de forma modular y flexible tomando como base el SMIGOL. A lo largo del documento, todos los test y medidas realizadas están adecuadamente documentados para tratar de que su interpretación no pueda ser errónea.
Author: Diego Soro Sánchez
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Author: Santiago Barros Arteaga
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Un nuevo sistema operativo llamado LatinOSfue recientemente desarrollado en el laboratorio en que se realizó este trabajo de tesis, pero a pesar de las prestaciones que lo hacen atractivo frente a otros sistemas operativos para RIS, carece por sí solo de protocolos de comunicaciones integrados a él. En este trabajo se describe una metodología para el desarrollo de protocolos bajo LatinOS que permite un proceso ágil y simple. Utilizando esta metodología se implementa un protocolo para monitoreo ambiental y un protocolo de benchmarking para la medición de alcance de comunicaciones entre nodos de una RIS. Ambos constituyen aportes en diseño e implementación de protocolos y habilitan a este sistema operativo para ser utilizado en aplicaciones reales.
